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10.乙醛酸(OHC-COOH)是合成名贵香料的原料之一.
I.由乙二醛催化氧化制乙醛酸的反应如下:
2OHC-CHO(g)+O2(g)?2OHC-COOH(g)△H
(1)已知反应中相关的化学键键能数据如表:
化学键O=OC-OO-HC-H
键能(kJ•mol-1498351465413
计算上述反应的△H=-308kJ•mol-1
(2)一定条件下,按照$\frac{n({O}_{2})}{n(OHC-CHO)}$=$\frac{1}{2}$投料比进行上述反应,乙二醛的平衡转化率(a)和催化剂催化效率随温度变化如图1所示.

①该反应在A点放出的热量>(填“>”、“=”或“<”)B点放出的热量.
②某同学据图推知,生成乙醛酸的速率:v(A)>v(B),你认为此结论是否正确,简述理由.不正确,温度越高,催化效率越高,化学反应速率越快,而A点的温度低、催化效率高,B点的温度高、催化效率低,所以无法比较速率大小
③图中A点时,乙醛酸的体积分数为50%.
④为提高乙二醛的平衡转化率,除改变投料比、温度外,还可以采取的措施有增大压强或及时分离出乙醛酸(列举一条).
Ⅱ.利用惰性电极电解饱和乙二酸和稀硫酸溶液也可以制备乙醛酸,原理如图2所示.
(1)图中的离子交换膜为阳(填“阳”或“阴”)膜.
(2)稀硫酸的作用为提供氢离子,作电解质溶液.
(3)生成乙醛酸的电极反应式为HOOC-COOH+2H++2e-→OHC-COOH+H2O.

分析 Ⅰ(1)反应热=反应物总键能-生成物总能键能,由有机物的结构可知,该反应的反应热为:2molC-H、1molO=0总键能与2molC-O、2molO-H总键能之差;
(2)①曲线上的点代表一定温度下平衡时乙二醛的转化率,A点转化率高于B点,A点乙二醛转化得更多,由于此反应是一个放热反应,说明乙二醛转化得越多,放的热就越多;
②由图象据温度、催化剂对反应速率的影响分析;
③若投料比按照$\frac{n({O}_{2})}{n(OHC-CHO)}$=$\frac{1}{2}$,设O2为1mol、OHC-CHO为2mol,A点时乙二醛的转化率为60%,则转化的乙二醛为1.2mol,计算出平衡时各组分的物质的量,乙醛酸的体积分数为=$\frac{乙醛酸的物质的量}{气体总物质的量}$×100%;
④为提高乙二醛的平衡转化率,应改变条件使平衡正向移动,除改变温度外,还可采取的措施是增大压强,或将产物分离出来;
Ⅱ由图可知,左边电极通入饱和乙二酸,生成乙醛酸,发生还原反应,则左边为阴极,乙二酸获得电子,与通过质子交换膜的氢离子反应生成乙醛酸和水,据此解答.

解答 解:(1)反应热=反应物总键能-生成物总能键能,由有机物的结构可知,该反应的反应热为:2molC-H、1molO=0总键能与2molC-O、2molO-H总键能之差,
△H=2mol×413kJ•mol-1+1mol×498kJ•mol-1-2mol×(351kJ•mol-1+465kJ•mol-1)=-308kJ•mol-1
故答案为:-308;
(2)①曲线上的点代表一定温度下平衡时乙二醛的转化率,A点转化率高于B点,A点乙二醛转化得更多,由于此反应是一个放热反应,说明乙二醛转化得越多,放的热量就越多,则A点放出的热量多于B点放出的热量,
故答案为:>;
②温度越高,催化效率越高,化学反应速率越快,而A点的温度低、催化效率高,B点的温度高、催化效率低,所以无法比较速率大小,
故答案为:不正确,温度越高,催化效率越高,化学反应速率越快,而A点的温度低、催化效率高,B点的温度高、催化效率低,所以无法比较速率大小;
③若投料比按照$\frac{n({O}_{2})}{n(OHC-CHO)}$=$\frac{1}{2}$,设O2为1mol、OHC-CHO为2mol,A点时乙二醛的转化率为60%,则转化的乙二醛为1.2mol,根据三行式:
                 2OHC-CHO(g)+O2(g)?2OHC-COOH(g)
△起始(mol):2           1           0      
变化(mol):1.2         0.6          1.2     
平衡(mol):0.8         0.4          1.2      
所以乙醛酸的体积分数为=$\frac{乙醛酸的物质的量}{气体总物质的量}$×100%=$\frac{1.2mol}{0.8mol+0.4mol+1.2mol}$×100%=50%,
故答案为:50%;
④为提高乙二醛的平衡转化率,应改变条件使平衡正向移动,除改变温度外,还可采取的措施是增大压强,或将产物分离出来,
故答案为:增大压强或及时分离出乙醛酸;
Ⅱ(1)由图可知,左边电极通入饱和乙二酸,生成乙醛酸,说明乙二酸发生还原反应,则左边为阴极,乙二酸获得电子,与通过质子交换膜的氢离子反应生成乙醛酸和水,说明离子交换膜是阳离子交换膜,
故答案为:阳;
(2)乙二酸与通过质子交换膜的氢离子反应生成乙醛酸和水,说明稀硫酸的作用是提供氢离子,作电解质溶液,
故答案为:提供氢离子,作电解质溶液;
(3)乙二酸得到电子,与通过质子交换膜的氢离子反应生成乙醛酸和水,电极反应式为:HOOC-COOH+2H++2e-→OHC-COOH+H2O,
故答案为:HOOC-COOH+2H++2e-→OHC-COOH+H2O.

点评 本题考查反应热、化学平衡计算以及反应速率、化学平衡的影响因素,要求学生灵活运用知识,综合性较强,在第Ⅱ中以有机物为载体考查电化学知识,比较新颖,思维跨度大.

练习册系列答案
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(2)装置E有多种作用,下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中,不正确的是d(填下列序号字母).
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(5)丙同学认为该系列实验装置存在一处明显的设计缺陷,你认为该设计缺陷是缺少尾气处理装置.

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6.氮、氧、磷、铁是与生命活动密切相关的元素.回答下列问题
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(5)FeO、NiO的晶体结构均与NaCl晶体结构相同,其中Fe2+与Ni2+的离子半径分别为7.8×10-2nm、6.9×10-2nm,则熔点FeO<NiO(填“<”、“>”或“=”),原因是FeO和NiO相比,阴离子相同,阳离子所带电荷相同,但亚铁离子半径大于镍离子,所以FeO晶格能小,熔点低.
(6)磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料,其晶胞如图2所示.P原子与B原子的最近距离为a cm,则磷化硼晶胞的边长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$cm.(用含a的代数式表示)

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13.如图所示是工业生产硝酸铵的流程.

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20.葡萄糖在人体中进行无氧呼吸产生乳酸,结构简式如下:,下列有关说法正确的是(  )
A.葡萄糖和乳酸含有相同的官能团
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已知PbO2与硝酸不反应且氧化性强于硝酸,而PbO是碱性氧化物,能和酸反应,写出上述分解产物与硝酸反应的化学方程式Pb2O3+2HNO3=PbO2+Pb(NO32+H2O
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②固体加入到醋酸而非盐酸中是因为会产生有毒气体,写出反应的化学方程式PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2↑+H2O用CH3COOH一CH3COONa的混合液而不用CH3COOH可以控制pH不至于过低,否则会产生浑浊和气体,请写出该反应的化学方程式Na2S2O3+2CH3COOH=2CH3COONa+S↓+SO2↑+H2O
③取相同质量的上述固体与硝酸混合,过滤出的滤液加入足量的铬酸钾溶液得到铬酸铅(PbCrO2相对分子质量323)沉淀,然后过滤、洗涤、干燥,得固体质童为0.969g,依据上述数据,该固体的分子式Pb5O7

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18.“轻轨电车”是近年新兴的一种交通工具.电车开动时,在电车与架空电线的接触点上,由于高速摩擦会产生高温,因此接触点上的材料应该具有耐高温、能导电的性质.对于该接触点上的材料选择,你认为较合适的是(  )
A.金刚石B.石墨C.D.

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同步练习册答案