Question

【題目】乙二醇是工業(yè)常見的有機(jī)原料，常用來制取紡織工業(yè)的乙二醛和化妝品行業(yè)的乙醛酸。

①乙二醇(HOCH2CH2OH)氣相催化氧化法制取乙二醛(OHC-CHO)，主要反應(yīng)為：HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC—CHO(g)+2H2O(g) H

化學(xué)鍵	O—H	C—H	C—O	C=O	O=O	C—C
鍵能（kJ·mol-1）	436	413	356	745	493	346

則H=_____kJ·mol-1。

②當(dāng)原料氣中氧醇比(氧氣和乙二醇的物質(zhì)的量之比)一定時(shí)，乙二醛和副產(chǎn)物CO2的產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖所示，則反應(yīng)中應(yīng)控制的適宜溫度是___(填字母)。

a.低于450℃

b.450℃~490℃

c.高于495℃

p、m、n三點(diǎn)中____是平衡點(diǎn)，__是逆反應(yīng)速率最快的點(diǎn)。

③溫度超過495℃時(shí)，乙二醛的產(chǎn)率直線下降的原因是___。

（2）將乙二醇氧化為乙二酸，再利用乙二酸(HOOCCOOH)通過電解制備乙醛酸，陰極的電極反應(yīng)式為____。

（3）液相氧化制備乙醛酸是近年研究的熱點(diǎn)。向25L某濃度的乙二醛溶液中，加入適量的催化劑V2O5/C，以0.1mol·L-1的流速通入氧氣，測得溶液中乙二醛的濃度、溶液的pH隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示：

①圖中曲線___(填“a”或“b”)表示溶液的pH值隨時(shí)間變化的曲線。

②V2O5/C表示將催化劑覆蓋在納米碳纖維上，其目的是___。

③寫出制備乙醛酸(HOC—COOH)的化學(xué)反應(yīng)方程式：____，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)算出8h內(nèi)乙醛酸的平均生成速率v(HOC—COOH)=____；該實(shí)驗(yàn)條件下乙醛酸的電離常數(shù)Ka=___。

Answer 1

【答案】-331 b m、n n 溫度過高，乙二醇被大量轉(zhuǎn)化為CO2 HOOCCOOH+2H++2e-=OHCCOOH+H2O b 增大接觸面積，加快反應(yīng)速率 2OHC—CHO+O22OHC—COOH 0.3125mol·L-1·h-1 4×10-4

【解析】

(1)①根據(jù)△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計(jì)算；②反應(yīng)中應(yīng)控制的適宜溫度是此溫度下，乙二醛產(chǎn)率高，CO2的產(chǎn)率要低；HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC-CHO(g)+2H2O(g)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，m點(diǎn)之前反應(yīng)未達(dá)到平衡，m達(dá)到平衡，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；③由圖可知，溫度超過495℃時(shí)，乙二醛的產(chǎn)率直線下降，而CO2的產(chǎn)率直線上升，據(jù)此分析解答；

(2)HOOCCOOH與OHC-COOH對比，可知HOOCCOOH比OHC-COOH多一個(gè)O，發(fā)生還原反應(yīng)，而陰極發(fā)生還原反應(yīng)，生成OHC-COOH和H2O，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；

(3)①乙二醛溶液顯中性，即起始溶液pH為7，根據(jù)圖分析判斷；②將催化劑覆蓋在納米碳纖維上，可以增大接觸面積；③乙二醛(OHC-CHO)與氧氣反應(yīng)生成乙醛酸(HOC-COOH)根據(jù)守恒原則結(jié)合圖象書寫化學(xué)方程式；由圖可知，乙二醛起始濃度為5mol/L，8h后其濃度為2.5mol/L，則△c(OHC-CHO)=2.5mol/L，根據(jù)方程式得出△c(HOC-COOH)，結(jié)合v=計(jì)算8h內(nèi)乙醛酸的平均生成速率v(HOC-COOH)；根據(jù)HOC-COOH的濃度為2.5mol/L時(shí)pH=1.5，結(jié)合電離方程式HOC-COOHHOC-COO-+H+計(jì)算。

(1)①HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC—CHO(g)+2H2O(g) 反應(yīng)物含有4個(gè)，2個(gè)，2個(gè)，1個(gè)，1個(gè)；生成物含有2個(gè)，2個(gè)，4個(gè)，1個(gè)，△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和=[436×2+346+413×4+2×356+493-(423×2+346+745×2+2××2436)]kJmol-1=-331kJmol-1，故答案為：-331；

②反應(yīng)中應(yīng)控制的適宜溫度是此溫度下，乙二醛產(chǎn)率高，CO2的產(chǎn)率要低，則450°C～490°C為最適宜溫度；HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC-CHO(g)+2H2O(g)△H= -331kJmol-1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，m點(diǎn)之前反應(yīng)未達(dá)到平衡，m點(diǎn)達(dá)到平衡，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故m、n點(diǎn)是平衡點(diǎn)；溫度越高，反應(yīng)速率越快，則n點(diǎn)速率最大，此時(shí)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，故n點(diǎn)的逆反應(yīng)速率最大，故答案為：b；m、n；n；

③由圖可知，溫度超過495℃時(shí)，乙二醇大量轉(zhuǎn)化為CO2，使乙二醛的產(chǎn)率直線下降，故答案為：溫度超過495℃時(shí)，乙二醇大量轉(zhuǎn)化為CO2，使乙二醛的產(chǎn)率降低；

(2)HOOCCOOH與HOC-COOH對比，可知HOOCCOOH比HOC-COOH多一個(gè)O，HOOCCOOHHOOCCOOH+2H++2e-=HOC-COOH+H2O，故答案為：HOOCCOOH+2H++2e-=HOC-COOH+H2O；

(3)①乙二醛溶液顯中性，即起始溶液pH為7，因此圖中曲線b表示溶液的pH值隨時(shí)間變化的曲線，故答案為：b；

②將催化劑覆蓋在納米碳纖維上，可以增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；

③乙二醛(OHC-CHO)被氧氣氧化生成乙醛酸(HOC-COOH)，根據(jù)圖象，最終乙二醛的濃度不為0，表示該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2OHC-CHO+O22HOC-COOH；由圖可知，乙二醛起始濃度為5mol/L，8h后其濃度為2.5mol/L，則△c(OHC-CHO)=2.5mol/L，根據(jù)方程式，△c(HOC-COOH)=2.5mol/L，8h內(nèi)乙醛酸的平均生成速率v(HOC-COOH)==0.3125mol/(Lh)；根據(jù)圖象，HOC-COOH的濃度為2.5mol/L時(shí)pH=1.5，則c(H+)=10-1.5mol/L，根據(jù)電離方程式HOC-COOHHOC-COO-+H+，c(HOC-COO-)=c(H+)=10-1.5mol/L，乙醛酸的電離常數(shù)Ka= ==4.0×10-4，故答案為：2OHC-CHO+O22HOC-COOH；0.3125mol/(Lh)；4.0×10-4。