Question

12．乙醇是重要的有機(jī)化工原料，可由乙烯直接水合法或間接水合法生產(chǎn)．回答下列問(wèn)題：
（1）間接水合法是指先將乙烯與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸氫乙酯（C₂H₅OSO₃H）．再水解生成乙醇．寫出相應(yīng)的反應(yīng)的化學(xué)方程式CH₂=CH₂+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄．
（2）已知：
甲醇脫水反應(yīng)①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9KJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng)②2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1KJ•mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng)③CH₃CH₂OH（g）═CH₃OCH₃（g）?△H₃=+50.7KJ•mol^-1
則乙烯氣相直接水合反應(yīng)C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的?△H=-45.5KJ•mol^-1
與間接水合法相比，氣相直接水合法的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)副產(chǎn)品，原子利用率100%．
（3）科學(xué)家還利用氫氣在一定條件下與二氧化碳反應(yīng)生成乙醇燃料，其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2CO₂（g）+
6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=a kJ/mol，在一定壓強(qiáng)下，測(cè)得該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表．

溫度（K） CO2轉(zhuǎn)化率（%） $\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	37	22

請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析：上述反應(yīng)的a小于0（填“大于”或“小于”
②恒溫下，向反應(yīng)體系中加入固體催化劑，則反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③增大$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$的值，則生成乙醇的物質(zhì)的量不能確定（填“增大”、“減小”、“不變”或“不能確定”）．

Answer 1

分析 （1）乙烯與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸氫乙酯（C₂H₅OSO₃H），效仿乙酸乙酯水解，將水分成氫原子和羥基生成乙醇和硫酸；
（2）甲醇脫水反應(yīng)  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng) ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng) ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律①-②-③計(jì)算可得；
氣相直接水合法原子利用率100%；
（3）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，結(jié)合平衡移動(dòng)原理得到反應(yīng)能量變化；
②催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響，所以加入催化劑，平衡不移動(dòng)，反應(yīng)反應(yīng)熱不變；
③氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量比值增大，可以是增加氫氣，也可能為減小二氧化碳，所以二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，但生成的乙醇的物質(zhì)的量不一定增大或減�。�

解答 解：（1）乙烯與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸氫乙酯（C₂H₅OSO₃H），化學(xué)方程式為C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H，硫酸氫乙酯水解生成乙醇和硫酸，化學(xué)方程式為C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄，
故答案為：C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄；
（2）已知：甲醇脫水反應(yīng)  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng) ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng) ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol；
乙烯直接水化法中反應(yīng)物中所有原子全部都變成生成物，所以原子利用率100%，沒(méi)有副產(chǎn)品，
故答案為：-45.5；無(wú)副產(chǎn)品，原子利用率100%；
（3）①由圖表分析判斷，隨溫度升高，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)，a小于0故；故答案為：小于；
②催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響，所以加入催化劑，平衡不移動(dòng)，反應(yīng)反應(yīng)熱不變，故答案為：不變；
③氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量比值增大，可以是增加氫氣，也可能為減小二氧化碳，所以二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，但生成的乙醇的物質(zhì)的量不一定增大或減小，故答案為：不能確定．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)方程式的書寫、壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響、物質(zhì)制取方案的比較、反應(yīng)熱及平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)，綜合性非常強(qiáng)，該題是高考中的常見(jiàn)題型，屬于中等難度較大，側(cè)重于學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)．