Question

【題目】乙二醛(OHC-CHO)化學性質活潑，是紡織工業中常用的一種有機原料，能增加棉花、尼龍等纖維的防縮性和防皺性。其工業生產方法主要是乙二醇(HOCH2CH2OH)氣相催化氧化法和乙醛液相硝酸氧化法。請回答下列相關問題:

(1)乙二醇氣相催化氧化法

以乙二醇、氧氣為原料，在催化劑存在的條件下，250℃左右開始緩慢進行，生成乙二醛和副產物乙醇酸[CH2(OH)COOH]的反應方程式:

I.HOCH2CH2OH(g)+O2(g) OHC-CHO(g)+2H2O(g)△H1

II.HOCH2CH2OH(g)+O2(g) CH2(OH)COOH(g)+H2O(g)△H2

已知反應I中相關化學鍵鍵能數據如下:

化學鍵	C-H	C-O	H-O	O==O	C==O	C-C
E/kJ·mol-1	413	343	465	498	728	332

①△H1=_____kJ/mol，反應I的化學平衡常數表達式為K=________。

②欲提高I的平衡產率，可以采取的措施是______(填標號)。

A.升高溫度 B.增大壓強 C.降低溫度 D.減小壓強

③提高乙二醛反應選擇性的關鍵因素是_________________________。

④保持溫度和容積不變，下列描述能說明反應I達到平衡狀態的是________(填標號)。

A.v正(O2)=2v逆(H2O)

B.混合氣體的壓強不再隨時間變化而變化

C.混合氣體的密度不再發生變化

D.乙二醇與OHC-CHO的物質的量之比為1:1

E.混合氣體中乙二醛的體積分數不再發生變化

(2)乙醛(CH3CHO)液相硝酸氧化法

11.0g40%的乙醛溶液和40%的硝酸，按一定比例投入氧化反應釜內，在Cu(NO3)2催化下，控制溫度在38～40℃時，反應10h，再通過萃取等操作除去乙醛、硝酸等，最后經減壓濃縮得4.35g40%乙二醛溶液。

①用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛時，有N2O產生。其化學方程式為______________________。

②利用上面數據，計算乙二醛的產率為___________________________。

Answer 1

【答案】 －376 CD 催化劑 BE 2CH3CHO＋2HNO32OHC—CHO＋N2O↑＋3H2O[Cu（NO3）2寫成催化劑也正確] 30%

【解析】(1)①△H=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和，△H1=(2×465+4×413+2×343+332+498)kJ/mol -(2×728+332+2×413+4×465)kJ/mol =－376kJ/mol，反應I的化學平衡常數表達式為K=，故答案為：－376；；

②反應I為放熱反應，欲提高I的平衡產率，需要使平衡正向移動。A.升高溫度，平衡逆向移動，錯誤；B.增大壓強，平衡逆向移動，錯誤；C.降低溫度，平衡正向移動，正確；D.減小壓強，平衡正向移動，正確；故選CD；

③催化劑具有選擇性，提高乙二醛反應選擇性的關鍵因素是性質合適的催化劑，故答案為：催化劑；

④反應I為HOCH2CH2OH(g)+O2(g) OHC-CHO(g)+2H2O(g)，保持溫度和容積不變。A.v正(O2)=2v逆(H2O)，表示逆反應速率小于正反應速率，不是平衡狀態，錯誤；B.反應前后氣體的物質的量發生變化，混合氣體的壓強不再隨時間變化而變化，能夠說明達到了平衡狀態，正確；C.容器的體積和氣體的質量均不變，混合氣體的密度始終不變，不是平衡狀態，錯誤；D.乙二醇與OHC-CHO的物質的量之比為1:1與平衡狀態無關，與反應起始的量和轉化率有關，不能表示平衡狀態，錯誤；E.混合氣體中乙二醛的體積分數不再發生變化，說明是平衡狀態，正確；故選BE；

(2)①用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛時，有N2O產生，反應的化學方程式為2CH3CHO＋2HNO32OHC—CHO＋N2O↑＋3H2O，故答案為：2CH3CHO＋2HNO32OHC—CHO＋N2O↑＋3H2O；

②4.35g40%乙二醛溶液中含有乙二醛的物質的量==0.03mol；11.0g40%的乙醛溶液中含有乙醛的物質的量==0.4mol，理論上生成0.1mol乙二醛， 乙二醛的產率=×100%=30%，故答案為：30%。