Question

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=O	C-O	O-H	C-H
键能（kJ•mol-1）	498	351	465	413

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．

Answer 1

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．