Question

【題目】乙醇是重要的有機(jī)化工原料，可由乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產(chǎn)。回答下列問題：

（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)反應(yīng)的化學(xué)方程式_______。

（2）已知：

甲醇脫水反應(yīng)：2CH3OH（g）＝CH3OCH3（g）＋H2O（g） △H1＝－23.9kJ·mol-1

甲醇制烯烴反應(yīng)：2CH3OH（g）＝C2H4 （g）＋2H2O（g） △H2＝－29.1kJ·mol-1

乙醇異構(gòu)化反應(yīng)：CH3CH2OH（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＝_______kJ·mol-1。與間接水合法相比，氣相直接水合法的優(yōu)點(diǎn)是______

（3）下圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系：（其中nH2O:nC2H4=1:1）

①列式計(jì)算乙烯水合制乙醇反應(yīng)在圖中 A 點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp＝_______（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

②圖中壓強(qiáng) P1、P2、P3、P4 的大小順序?yàn)?/span>_______，理由是_______。

③氣相直接水合法常采用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應(yīng)溫度 290 ℃，壓強(qiáng) 6.9MPa， n H2 O ︰ nC2 H4 ＝0.6︰1。乙烯的轉(zhuǎn)化率為 5℅，若要進(jìn)一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率， 除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有_______、_______。

Answer 1

【答案】C2H4+H2SO4（濃）→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4 45.5 污染小、腐蝕性小等 0.0717(MPa)1 P1<P2<P3<P4 反應(yīng)分子數(shù)減少，相同溫度下，壓強(qiáng)升高，乙烯轉(zhuǎn)化率提高 將產(chǎn)物乙醇液化移去 增加nH2O：nC2H4比

【解析】

（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）利用蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式并求焓變，氣相直接水合法污染小、腐蝕性小、原子利用率100%；（3）①列出Kp表達(dá)式，利用三段法計(jì)算平衡分壓帶入表達(dá)式計(jì)算即可；②在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為P1<P2<P3<P4，由C2H4（g）+H2O（g）C2H5OH（g）可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，根據(jù)壓強(qiáng)對平衡移動的影響分析；③若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以改變物質(zhì)的濃度。

（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（濃）→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（濃）→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4；

（2）甲醇脫水反應(yīng)①2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O (g) △H1=23.9kJmol1

甲醇制烯烴反應(yīng)②2CH3OH(g)═C2H4(g)+2H2O(g) △H2=29.1kJmol1

乙醇異構(gòu)化反應(yīng)③C2H5OH(g)═CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJmol1

根據(jù)蓋斯定律①②③可得：C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) △H=(23.9+29.150.7)kJ/mol=45.5kJ/mol；間接水合法時使用了濃硫酸，濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性和強(qiáng)氧化性，在制乙醇的過程中會發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生大氣污染物，乙烯直接水合法中反應(yīng)物中所有原子全部都變成生成物，所以原子利用率100%，故答案為：45.5；污染小、腐蝕性小等；

（3）①

乙醇占 ，乙烯和水各占，則乙醇的分壓為7.85MPa×=0.87Mpa，乙烯和水的分壓為7.85MPa×=3.49MPa，所以，故答案為：0.0717(MPa)1；

②在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為P1<P2<P3<P4，由C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強(qiáng)關(guān)系是P1<P2<P3<P4，故答案為：P1<P2<P3<P4；反應(yīng)分子數(shù)減少，相同溫度下，壓強(qiáng)升高乙烯轉(zhuǎn)化率提高；

③若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度，改變二者物質(zhì)的量的比等，

故答案為：將產(chǎn)物乙醇液化移去；增加nH2O：nC2H4比。