Question

【題目】苯乙腈主要用于有機合成及生產醫(yī)藥，農藥的中間體，對環(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，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)生水解反應生成苯乙酞胺：

C6H5CH2CN(l)＋H2O(l)C6H5CH2CONH2(l) △H

(苯乙腈) (苯乙酰胺)

請回答下列問題：

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

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

(3)圖2表示其他條件不變時，溫度和時間對苯乙腈轉化率的影響曲線圖(不完整)。若圖中曲線對應的溫度為523K，請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過程中苯乙腈濃度的變化_________(填編號)。

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

(5)科學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論(至少寫出2點___________。

(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。通過控制開關連接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2時，連接______________，可得H2。

②改變開關連接方式，產生O2的電極反應式__________________________。

③選用NiOOH、Ni(OH)2作為電極3材料的優(yōu)點(請結合電極反應式進行闡述)___________。

Answer 1

【答案】10-3 近臨界水中水的電離程度較大，產生的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，電極3:Ni(OH)2+ OH—－e－=NiOOH+H2O，消耗電極1產生的OH-；

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

電極3在上述反應中得以循環(huán)使用；

【解析】

(1)、根據水的離子積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，說明反應逆向移動，所以△H＜0；

(3)、反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小，同時加快反應速率，反應達到平衡所需時間減少，所以圖像為：；

(4)、元素分析儀是指同時或單獨實現樣品中幾種元素的分析的儀器，核磁共振儀分析氫的種類，原子吸收光譜儀測定元素，分光光度計采用一個可以產生多個波長的光源，通過系列分光裝置，從而產生特定波長的光源，光線透過測試的樣品后，部分光線被吸收，計算樣品的吸光值，從而轉化成樣品的濃度，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、當需要產生氫氣時，氫元素化合價降低，而電解池中，陰極發(fā)生的反應化合價降低，所以開關應接K1；

②當產生氧氣時，開關接K2，陽極發(fā)生的反應為：4OH－-4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=4H++O2↑；

③根據裝置圖可判斷其優(yōu)點是制H2時，電極3:Ni(OH)2+ OH—－e－=NiOOH+H2O，消耗電極1產生的OH-；制O2時，電極3:NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+ OH-，補充電極2消耗的OH-；電極3在上述反應中得以循環(huán)使用。