Question

12．乙二醛（OHC-CHO）是一種重要的精細化工產品．
Ⅰ．工業生產乙二醛
（1）乙醛（CH₃CHO）液相硝酸氧化法
在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，反應的化學方程式為3CH₃CHO+4HNO₃$\frac{\underline{\;Cu（NO_{3}）_{2}\;}}{\;}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O．該法具有原料易得、反應條件溫和等優點，但也存在比較明顯的缺點是生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備．
（2）乙二醇（HOCH₂CH₂OH）氣相氧化法
①已知：OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1  K₁
            2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1  K₂
乙二醇氣相氧化反應HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）的△H=-406kJ•mol^-1．
相同溫度下，化學平衡常數K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$（用含K₁、K₂的代數式表示）．
②當原料氣中氧醇比為1.35時，乙二醛和副產物CO₂的產率與反應溫度的關系如圖1所示．反應溫度在450～495℃之間和超過495℃時，乙二醛產率降低的主要原因分別是升高溫度，主反應平衡逆向移動、溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物．
Ⅱ．乙二醛電解氧化制備乙醛酸（OHC-COOH）的生產裝置如圖2所示，通電后，陽極產生的Cl₂與乙二醛溶液反應生成乙醛酸．
（3）陰極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑．
（4）陽極液中鹽酸的作用，除了產生氯氣外，還有增強導電性．

Answer 1

分析 （1）催化劑是硝酸銅、反應物是乙醛和稀硝酸，生成物是乙二醛、NO和水，根據反應式和生成物書寫方程式；
該反應中需要具有腐蝕性是酸，且生成有毒氣體NO；
（2）①OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1  
            2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1  
將第二個方程式減去第一個方程式得HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g），△H進行相應的改變，方程式相減其平衡常數相除；
②溫度升高，平衡向吸熱方向移動，溫度大于495℃二氧化碳產率增大；
（3）該電解池中，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣；
（4）增強溶液導電性．

解答 解：（1）在Cu（NO₃）₂催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，硝酸被還原為NO，反應方程式為：3CH₃CHO+4HNO₃$\frac{\underline{\;Cu（NO_{3}）_{2}\;}}{\;}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O，存在比較明顯的缺點是：生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備，
故答案為：3CH₃CHO+4HNO₃$\frac{\underline{\;Cu（NO_{3}）_{2}\;}}{\;}$3OHC-CHO+4NO↑+5H₂O；生成的NO會污染空氣，硝酸會腐蝕設備；
（2）①-OHC-CHO（g）+2H₂（g）?HOCH₂CH₂OH（g）△H=-78kJ•mol^-1  
            2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1  
將第二個方程式減去第一個方程式得HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g），△H=（-484kJ•mol^-1  ）-（-78kJ•mol^-1  ）=-406kJ/mol，化學平衡常數K=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$，
故答案為：-406；$\frac{{K}_{2}}{{K}_{1}}$；
②主反應HOCH₂CH₂OH（g）+O₂（g）?OHC-CHO（g）+2H₂O（g）為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物，使乙二醛產率降低，
故答案為：升高溫度，主反應平衡逆向移動；溫度超過495℃時，乙二醇大量轉化為二氧化碳等副產物；
（3）陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（4）乙醛的水溶液導電性較弱，為了增強溶液導電性且生成氯氣，所以加入稀鹽酸，
故答案為：增強導電性．

點評 本題考查電解原理、氧化還原反應、蓋斯定律、外界條件對化學平衡影響等知識點，側重考查學生圖象分析判斷及計算能力，難點是電極反應式的書寫，注意：化學方程式相加時化學平衡常數相乘，方程式相減時平衡常數相除，題目難度不大．