Question

6．乙酸是重要的有機(jī)化工原料，可由乙烯氧化法、甲醛羥基化法等方法生產(chǎn)．回答下列問(wèn)題：
（1）乙烯氧化法：在催化劑存在的條件下，可以看作先將乙烯氧化成乙醛，乙醛再氧化為乙酸．寫出相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式：CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃CHO、2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$2CH₃COOH．
（2）已知175℃、3.0MPa時(shí)：
甲醇取代反應(yīng)①CH₃OH（g）+HI（g）?CH₃I（g）+H₂O（g）△H₁
碘代甲烷羥基化反應(yīng)②CH₃I（g）+CO（g）?CH₃COI（g）△H₂
CH₃COI水解生成醋酸③CH₃COI（g）+H₂O（g）?CH₃COOH（g）+HI（g）△H₃
則甲醇羥基化法合成乙酸的總反應(yīng)CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）的△H與△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系為△H=△H₁+△H₂+△H₃，反應(yīng)過(guò)程中的碘代甲烷是中間產(chǎn)物（“催化劑”、“中間產(chǎn)物”）．
（3）檢驗(yàn)產(chǎn)品中乙酸成分比較簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)操作是取少量產(chǎn)品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊試液，如果變紅，則說(shuō)明含有乙酸成分．
（4）175℃、3.0MPa時(shí)甲醇羥基化法合成乙酸的反應(yīng)時(shí)間與甲醇轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖（其中初始投料$\frac{n（CO）}{n（C{H}_{3}OH）}$=λ）：
①若甲醇羥基化法合成乙酸的△H＜0，為了提高甲醛的轉(zhuǎn)化率，除了適當(dāng)改變溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有增加壓強(qiáng)、降低溫度．
②已知α和λ，用平衡分壓代替平衡濃度列式丙計(jì)算平衡常數(shù)K=$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$（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)）．

Answer 1

分析 （1）乙烯在催化劑存在條件下與氧氣反應(yīng)生成乙醛，乙醛與氧氣進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙酸，據(jù)此書寫方程式；
（2）根據(jù)蓋斯定律①+②+③得到CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）進(jìn)行計(jì)算；
（3）根據(jù)乙酸溶于水成酸性檢驗(yàn)；
（4）①根據(jù)該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)分析，要想提高轉(zhuǎn)化率，則使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
②根據(jù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}COOH）}{c（CH{\;}_{3}OH）c（CO）}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）乙烯在催化劑存在條件下與氧氣反應(yīng)生成乙醛，方程式為CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃CHO，乙醛與氧氣進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙酸，該反應(yīng)為2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$2CH₃COOH，故答案為：為CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃CHO；2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$2CH₃COOH；
（2）①CH₃OH（g）+HI（g）?CH₃I（g）+H₂O（g）△H₁
②CH₃I（g）+CO（g）?CH₃COI（g）△H₂
③CH₃COI（g）+H₂O（g）?CH₃COOH（g）+HI（g）△H₃
①+②+③得CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）△H=△H₁+△H₂+△H₃；根據(jù)反應(yīng)碘代甲烷為反應(yīng)①的產(chǎn)物，反應(yīng)②的反應(yīng)物，所以反應(yīng)過(guò)程中的碘代甲烷是中間產(chǎn)物；
故答案為：△H₁+△H₂+△H₃；中間產(chǎn)物；
（3）因?yàn)橐宜崛苡谒�成酸性，所以用紫色石蕊試液檢驗(yàn)即可，具體操作為取少量產(chǎn)品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊試液，如果變紅，則說(shuō)明含有乙酸成分；
故答案為：取少量產(chǎn)品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊試液，如果變紅，則說(shuō)明含有乙酸成分；
（4）①要想提高轉(zhuǎn)化率，則使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，又該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以可以增加壓強(qiáng)或者降低溫度，故答案為：增加壓強(qiáng)；降低溫度；
②設(shè)開始時(shí)充入CH₃OH（g）的濃度為1mol/L，則CO（g）的濃度為λmol/L，
由     CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）
開始  1mol/L   λmol/L       0
轉(zhuǎn)化  α        α            α
平衡 1-α      λ-α           α
所以K=$\frac{c（CH{\;}_{3}COOH）}{c（CH{\;}_{3}OH）c（CO）}$=$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$，
故答案為：$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了有機(jī)反應(yīng)方程式的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用以及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，建立三段式是解答平衡計(jì)算是關(guān)鍵，題目難度中等．