Question

【题目】碳及其化合物在有机合成、能源开发等方面具有十分广泛的应用。

Ⅰ.工业生产精细化工产品乙二醛(OHC—CHO)

(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，此反应的化学方程式为_____________，该法具有原料易得、反应条件温和等优点，但也存在比较明显的缺点： ___________________。

(2)乙二醇(HOCH2CH2OH)气相氧化法

①已知：2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　 ΔH=－484 kJ/mol，化学平衡常数为K1。

OHC—CHO(g)+2H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH=－78 kJ/mol，化学平衡常数为K2。

则乙二醇气相氧化反应HOCH2CH2OH(g)＋O2(g) OHC—CHO(g)＋2H2O(g)的ΔH=______。相同温度下，该反应的化学平衡常数K=_______(用含K1、K2的代数式表示)。

②当原料气中氧醇比为4∶3时，乙二醛和副产物CO2的产率与反应温度的关系如下图所示。反应温度在450～495 ℃之间和超过495℃时，乙二醛产率降低的主要原因分别是____________、___________。

Ⅱ.副产物CO2的再利用

(3)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示，则下列说法正确的是______(填字母)。

A.550℃时，若充入氢气，则v正、v逆均减小，平衡不移动

B.650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25%

C.T℃时，若再充入等物质的量的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动

D.925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总

已知：计算用平衡分压代替平衡浓度，气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。

Answer 1

【答案】3CH3CHO+4HNO33OHC—CHO+4NO↑+5H2O 生成的NO会污染空气，硝酸会腐蚀设备 －406 kJ/mol 升高温度，主反应平衡逆向移动 温度超过495 ℃时，乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物 B

【解析】

(1)催化剂是硝酸铜、反应物是乙醛和稀硝酸，生成物是乙二醛、NO和水，根据反应式和生成物书写方程式；该反应中需要具有腐蚀性是酸，且生成有毒气体NO；

(2)①OHC-CHO(g)+2H2(g)HOCH2CH2OH(g) △H=-78kJ/mol

2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H=-484kJ/mol

将两个方程式相减得HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC-CHO(g)+2H2O(g)，△H进行相应的改变，方程式相减，平衡常数相除；

②从温度对化学平衡移动的影响及温度高发生副反应分析；

温度升高，平衡向吸热方向移动，温度大于495℃二氧化碳产率增大；

(3)A.可变的恒压密闭容器中反应，550℃时若充入与反应体系无关的气体，相当于减小压强，则v正，v逆均减小，又该反应是气体体积增大的反应，平衡正向移动；

B.由图可知，650℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1mol，根据三段式进行计算；

C.由图可知，T℃时，反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%即为平衡状态；

D.925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=，据此计算。

(1)在Cu(NO3)2催化下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛，硝酸被还原为NO，反应方程式为：3CH3CHO+4HNO33OHC—CHO+4NO↑+5H2O，该反应的反应物硝酸具有强烈的腐蚀性，而且反应生成物有NO，会造成空气污染，因此该方法存在比较明显的缺点是：生成的NO会污染空气，硝酸会腐蚀设备；

(2)①a.OHC-CHO(g)+2H2(g)HOCH2CH2OH(g) △H=-78kJ/mol

b.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) △H=-484kJ/mol

b-a，整理可得：减去第一个方程式得HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC-CHO(g)+2H2O(g)，△H=(-484kJ/mol)-(-78 kJ/mol)=—406kJ/mol，K1=；K2=，=，化学平衡常数K=，所以K=；

②主反应HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC-CHO(g)+2H2O(g) △H=—406kJ/mol为放热反应，当反应达到平衡后，升高温度平衡逆向移动，使乙二醛产率降低；而且当温度超过495℃时，反应物乙二醇有大量发生副反应，转化为CO2等副产物，也会使乙二醛产率降低；

(3)A.在可变的恒压密闭容器中反应，550℃时若充入与反应体系无关的气体如H2，相当于减小了压强，由于反应混合物的浓度减小，所以v正，v逆均减小；又因为该反应的正反应是气体体积增大的反应，所以减小压强，化学平衡正向移动，A错误；

B.由图可知，650℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1mol，反应反应转化了xmol，则有

C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，

开始 1 0

转化 x 2x

平衡 1-x 2x

所以×100%=40%，解得x=0.25mol，所以CO2的转化率为×100%=25%，B正确；

C.由图可知，T℃时，反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%即为平衡状态，若再加入等物质的量的CO、CO2，反应体系就是这两种气体，二者的含量不变，所以平衡不移动，C错误；

D.925℃时，CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数都为4%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp===23.0P，D错误；

故合理选项是B。