Question

【題目】苯乙腈主要用于有機(jī)合成及生產(chǎn)醫(yī)藥，農(nóng)藥的中間體，對(duì)環(huán)境有危害。常溫常壓下，苯乙腈水解一般需加入酸堿催化劑。但研究人員發(fā)現(xiàn)，在近臨界水(指溫度在523～623K之間的壓縮液態(tài)水)中，不加任何催化劑的情況下，苯乙腈就能發(fā)生水解反應(yīng)生成苯乙酞胺：

C6H5CH2CN(l)＋H2O(l)C6H5CH2CONH2(l) △H

(苯乙腈) (苯乙酰胺)

請(qǐng)回答下列問題：

(1)己知近臨界水中，水的離子積常數(shù)為10－10，則此條件下，pH＝7的NaAc溶液中由水電離的c(H＋)＝________ mol·L－1。該反應(yīng)不加任何催化劑就能發(fā)生的主要原因是___________。

(2)研究反應(yīng)的平衡常數(shù)(記作lgK)與溫度(T)的關(guān)系，得到如圖1所示的關(guān)系，判斷該反應(yīng)的△H__________0(填“＞”“＜”或“＝”)。

(3)圖2表示其他條件不變時(shí)，溫度和時(shí)間對(duì)苯乙腈轉(zhuǎn)化率的影響曲線圖(不完整)。若圖中曲線對(duì)應(yīng)的溫度為523K，請(qǐng)你在原圖中作出溫度為583K的影響曲線。___________。

(4)下列哪種儀器可用于分析水解反應(yīng)過程中苯乙腈濃度的變化_________(填編號(hào))。

A.元素分析儀 B.核磁共振儀 C.原子吸收光譜儀 D.分光光度計(jì)

(5)科學(xué)家還在近臨界水中分別添加CO2、NH3，研究后得到了如下的圖示：

從中你可以得出什么結(jié)論(至少寫出2點(diǎn)___________。

(6)水的用途很廣，可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如圖。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2時(shí)，連接______________，可得H2。

②改變開關(guān)連接方式，產(chǎn)生O2的電極反應(yīng)式__________________________。

③選用NiOOH、Ni(OH)2作為電極3材料的優(yōu)點(diǎn)(請(qǐng)結(jié)合電極反應(yīng)式進(jìn)行闡述)___________。

Answer 1

【答案】10-3 近臨界水中水的電離程度較大，產(chǎn)生的H+、OH-的濃度較大，可起到酸堿催化劑作用 ＜ D CO2、NH3都是催化劑；NH3的催化效果比CO2要好；CO2、NH3的量(或催化劑的量)越多，苯乙腈水解速率越快 K1 4OH－-4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=4H++O2↑ 制H2時(shí)，電極3:Ni(OH)2+ OH—－e－=NiOOH+H2O，消耗電極1產(chǎn)生的OH-；

制O2時(shí)，電極3:NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+ OH-，補(bǔ)充電極2消耗的OH-；

電極3在上述反應(yīng)中得以循環(huán)使用；

【解析】

(1)、根據(jù)水的離子積Kw=c(H+)c(OH-)可知，而NaAc溶液中的氫氧根離子全由水電離出且電離出的氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，所以由水電離出的c(H+)=10-3mol/L；臨界水指溫度在523～623K之間的壓縮液態(tài)水，升高溫度，促進(jìn)水的電離，所以溶液中含有較多的氫離子與氫氧根離子，可以做酸堿催化劑。

(2)、由圖1可知，升高溫度，lgK減小，即K減小，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，所以△H＜0；

(3)、反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率減小，同時(shí)加快反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間減少，所以圖像為：；

(4)、元素分析儀是指同時(shí)或單獨(dú)實(shí)現(xiàn)樣品中幾種元素的分析的儀器，核磁共振儀分析氫的種類，原子吸收光譜儀測(cè)定元素，分光光度計(jì)采用一個(gè)可以產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)的光源，通過系列分光裝置，從而產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光源，光線透過測(cè)試的樣品后，部分光線被吸收，計(jì)算樣品的吸光值，從而轉(zhuǎn)化成樣品的濃度，故選D；

(5)、由圖可知：CO2、NH3都是催化劑；NH3的催化效果比CO2要好；CO2、NH3的量(或催化劑的量)越多，苯乙腈水解速率越快；

(6)①、當(dāng)需要產(chǎn)生氫氣時(shí)，氫元素化合價(jià)降低，而電解池中，陰極發(fā)生的反應(yīng)化合價(jià)降低，所以開關(guān)應(yīng)接K1；

②當(dāng)產(chǎn)生氧氣時(shí)，開關(guān)接K2，陽極發(fā)生的反應(yīng)為：4OH－-4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=4H++O2↑；

③根據(jù)裝置圖可判斷其優(yōu)點(diǎn)是制H2時(shí)，電極3:Ni(OH)2+ OH—－e－=NiOOH+H2O，消耗電極1產(chǎn)生的OH-；制O2時(shí)，電極3:NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+ OH-，補(bǔ)充電極2消耗的OH-；電極3在上述反應(yīng)中得以循環(huán)使用。