Question

10．乙醛酸（OHC-COOH）是合成名貴香料的原料之一．
I．由乙二醛催化氧化制乙醛酸的反應(yīng)如下：
2OHC-CHO（g）+O₂（g）?2OHC-COOH（g）△H
（1）已知反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵	O=O	C-O	O-H	C-H
鍵能（kJ•mol-1）	498	351	465	413

計算上述反應(yīng)的△H=-308kJ•mol^-1．
（2）一定條件下，按照$\frac{n（{O}_{2}）}{n（OHC-CHO）}$=$\frac{1}{2}$投料比進行上述反應(yīng)，乙二醛的平衡轉(zhuǎn)化率（a）和催化劑催化效率隨溫度變化如圖1所示．

①該反應(yīng)在A點放出的熱量＞（填“＞”、“=”或“＜”）B點放出的熱量．
②某同學(xué)據(jù)圖推知，生成乙醛酸的速率：v（A）＞v（B），你認(rèn)為此結(jié)論是否正確，簡述理由．不正確，溫度越高，催化效率越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，而A點的溫度低、催化效率高，B點的溫度高、催化效率低，所以無法比較速率大小
③圖中A點時，乙醛酸的體積分?jǐn)?shù)為50%．
④為提高乙二醛的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變投料比、溫度外，還可以采取的措施有增大壓強或及時分離出乙醛酸（列舉一條）．
Ⅱ．利用惰性電極電解飽和乙二酸和稀硫酸溶液也可以制備乙醛酸，原理如圖2所示．
（1）圖中的離子交換膜為陽（填“陽”或“陰”）膜．
（2）稀硫酸的作用為提供氫離子，作電解質(zhì)溶液．
（3）生成乙醛酸的電極反應(yīng)式為HOOC-COOH+2H⁺+2e^-→OHC-COOH+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結(jié)構(gòu)可知，該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：2molC-H、1molO=0總鍵能與2molC-O、2molO-H總鍵能之差；
（2）①曲線上的點代表一定溫度下平衡時乙二醛的轉(zhuǎn)化率，A點轉(zhuǎn)化率高于B點，A點乙二醛轉(zhuǎn)化得更多，由于此反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，說明乙二醛轉(zhuǎn)化得越多，放的熱就越多；
②由圖象據(jù)溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響分析；
③若投料比按照$\frac{n（{O}_{2}）}{n（OHC-CHO）}$=$\frac{1}{2}$，設(shè)O₂為1mol、OHC-CHO為2mol，A點時乙二醛的轉(zhuǎn)化率為60%，則轉(zhuǎn)化的乙二醛為1.2mol，計算出平衡時各組分的物質(zhì)的量，乙醛酸的體積分?jǐn)?shù)為=$\frac{乙醛酸的物質(zhì)的量}{氣體總物質(zhì)的量}$×100%；
④為提高乙二醛的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強，或?qū)�產(chǎn)物分離出來；
Ⅱ由圖可知，左邊電極通入飽和乙二酸，生成乙醛酸，發(fā)生還原反應(yīng)，則左邊為陰極，乙二酸獲得電子，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子反應(yīng)生成乙醛酸和水，據(jù)此解答．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結(jié)構(gòu)可知，該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：2molC-H、1molO=0總鍵能與2molC-O、2molO-H總鍵能之差，
△H=2mol×413kJ•mol^-1+1mol×498kJ•mol^-1-2mol×（351kJ•mol^-1+465kJ•mol^-1）=-308kJ•mol^-1，
故答案為：-308；
（2）①曲線上的點代表一定溫度下平衡時乙二醛的轉(zhuǎn)化率，A點轉(zhuǎn)化率高于B點，A點乙二醛轉(zhuǎn)化得更多，由于此反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，說明乙二醛轉(zhuǎn)化得越多，放的熱量就越多，則A點放出的熱量多于B點放出的熱量，
故答案為：＞；
②溫度越高，催化效率越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，而A點的溫度低、催化效率高，B點的溫度高、催化效率低，所以無法比較速率大小，
故答案為：不正確，溫度越高，催化效率越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，而A點的溫度低、催化效率高，B點的溫度高、催化效率低，所以無法比較速率大��；
③若投料比按照$\frac{n（{O}_{2}）}{n（OHC-CHO）}$=$\frac{1}{2}$，設(shè)O₂為1mol、OHC-CHO為2mol，A點時乙二醛的轉(zhuǎn)化率為60%，則轉(zhuǎn)化的乙二醛為1.2mol，根據(jù)三行式：
                 2OHC-CHO（g）+O₂（g）?2OHC-COOH（g）
△起始（mol）：2           1           0      
變化（mol）：1.2         0.6          1.2     
平衡（mol）：0.8         0.4          1.2      
所以乙醛酸的體積分?jǐn)?shù)為=$\frac{乙醛酸的物質(zhì)的量}{氣體總物質(zhì)的量}$×100%=$\frac{1.2mol}{0.8mol+0.4mol+1.2mol}$×100%=50%，
故答案為：50%；
④為提高乙二醛的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強，或?qū)�產(chǎn)物分離出來，
故答案為：增大壓強或及時分離出乙醛酸；
Ⅱ（1）由圖可知，左邊電極通入飽和乙二酸，生成乙醛酸，說明乙二酸發(fā)生還原反應(yīng)，則左邊為陰極，乙二酸獲得電子，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子反應(yīng)生成乙醛酸和水，說明離子交換膜是陽離子交換膜，
故答案為：陽；
（2）乙二酸與通過質(zhì)子交換膜的氫離子反應(yīng)生成乙醛酸和水，說明稀硫酸的作用是提供氫離子，作電解質(zhì)溶液，
故答案為：提供氫離子，作電解質(zhì)溶液；
（3）乙二酸得到電子，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子反應(yīng)生成乙醛酸和水，電極反應(yīng)式為：HOOC-COOH+2H⁺+2e^-→OHC-COOH+H₂O，
故答案為：HOOC-COOH+2H⁺+2e^-→OHC-COOH+H₂O．

點評 本題考查反應(yīng)熱、化學(xué)平衡計算以及反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響因素，要求學(xué)生靈活運用知識，綜合性較強，在第Ⅱ中以有機物為載體考查電化學(xué)知識，比較新穎，思維跨度大．