Question

【題目】我國自主知識產(chǎn)權(quán)的首套煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目的生產(chǎn)過程：先用煤制得乙酸甲酯，再將乙酸甲酯轉(zhuǎn)化為乙醇。乙酸甲酯轉(zhuǎn)化為乙醇涉及反應(yīng)原理：

主反應(yīng)：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1=-23.61kJmol-1

副反應(yīng)：CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g) ΔH2=0.99kJmol-1

在催化劑作用下的反應(yīng)歷程為（*表示吸附態(tài)）

化學(xué)吸附：H2→2H*

表面反應(yīng)：CH3COOCH3+4H*→CH3CH2OH*+CH3OH*

化學(xué)脫附：CH3CH2OH*→CH3CH2OHCH3OH*→CH3OH

已知：化學(xué)吸附的活化能大，決定主反應(yīng)的反應(yīng)速率。

（1）2CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3COOC2H5(g)＋2CH3OH(g) ΔH3則ΔH3=___。

（2）下列條件，有利于提高C2H5OH平衡產(chǎn)率的是___。

A.低溫 B.高溫 C.低壓 D.高壓 E.催化劑

（3）在1L密閉容器中充入1mol乙酸甲酯，乙酸甲酯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和氫酯比(x)[x=]的關(guān)系如圖1。

①x1、x2、x3的大小關(guān)系為___。

②250℃、x1=10，C2H5OH的選擇性為60%，則主反應(yīng)的平衡常數(shù)為___(保留2位有效數(shù)字）。（如乙醇選擇性=）

（4）其它條件相同，反應(yīng)經(jīng)過相同時間，乙酸甲酯的轉(zhuǎn)化率與乙醇的選擇性隨氫酯比的關(guān)系如圖2所示。氫酯比(x)在2~9之間，乙醇的選擇性逐漸增大的原因?yàn)?/span>___。

（5）若僅發(fā)生主反應(yīng)，在恒壓條件下，充入乙酸甲酯和氫氣各2mol一段時間后達(dá)平衡，若在t1時刻再充入各1mol的反應(yīng)物（其它條件不變），t2時重新達(dá)到平衡，請?jiān)趫D3中畫出t1~t3的正逆反應(yīng)速率變化的示意圖。___。

Answer 1

【答案】ΔH=-22.62kJ·mol-1 AD x3>x2>x1 0.061 氫氣的化學(xué)吸附是決速步，增大氫氣濃度加快整體化學(xué)反應(yīng)速率，且副反應(yīng)的速率增大幅度小于主反應(yīng)，所以乙醇的選擇性增大

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行求算；

（2）根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素進(jìn)行分析；

（3）根據(jù)圖象中平衡轉(zhuǎn)化率分析充入氫氣的量，比較三個氫酯比大��；通過乙酸甲酯的平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算最終轉(zhuǎn)化為乙醇的乙酸甲酯的物質(zhì)的量，進(jìn)而求算化學(xué)平衡常數(shù)；

（4）根據(jù)氫酯比增大，反應(yīng)速率加快的角度回答；

（5）根據(jù)恒溫恒壓下的等效平衡原理進(jìn)行分析。

（1）根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)1和2相加即得到目標(biāo)反應(yīng)，反應(yīng)熱ΔH3=ΔH1+ΔH2=-22.62 kJ·mol-1；

（2）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若需要提高甲醇的產(chǎn)率則需要將平衡正向移動；降低反應(yīng)溫度，反應(yīng)向放熱方向移動（即正反應(yīng)方向），可增大甲醇產(chǎn)率；適當(dāng)增大壓強(qiáng)，反應(yīng)向氣體系數(shù)和小的方向移動（即正反應(yīng)方向），可增大甲醇的產(chǎn)率；加入催化劑可以增大化學(xué)反應(yīng)速率但不影響化學(xué)平衡，故答案選擇AD；

（3）①根據(jù)圖象可以知道，x3的平衡轉(zhuǎn)化率最高x1的平衡轉(zhuǎn)化率最低，說明在充入相同乙酸甲酯時，充入的氫氣量x3最大，氫氣量越大，乙酸甲酯的平衡轉(zhuǎn)化率就越大，x為氫酯比，故x3>x2>x1；

②250℃時，乙酸甲酯的平衡轉(zhuǎn)化率為90%，即反應(yīng)的0.9mol的乙酸甲酯，根據(jù)乙醇的選擇性可以計(jì)算最后有0.54mol的乙酸甲酯最終轉(zhuǎn)化為乙醇，剩余的0.36mol乙酸甲酯參與了副反應(yīng)，主反應(yīng)過程中生成乙醇0.54mol、甲醇0.54mol，消耗氫氣1.12mol，剩余氫氣8.92mol，副反應(yīng)過程中生成甲醇0.36mol，故平衡時c(CH3COOCH3)=0.1mol/L，c(H2)=8.92mol/L，c(C2H5OH)=0.54mol/L，c(CH3OH)=0.9mol/L，主反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.061；

（4）氫酯比在2-9之間，乙醇的選擇性逐漸增大，其原因是：氫氣的化學(xué)吸附是決速步，增大氫氣濃度加快整體化學(xué)反應(yīng)速率，且副反應(yīng)的速率增大幅度小于主反應(yīng)，所以乙醇的選擇性增大；

（5）在恒壓條件下反應(yīng)，再充入各1mol反應(yīng)物，反應(yīng)物的濃度增大，正反應(yīng)速率加快，生成物濃度減小，逆反應(yīng)速率減慢；因同時加入等量的反應(yīng)物與初始狀態(tài)投入的各反應(yīng)物的比相同，為等效反應(yīng)，故新的平衡達(dá)到時正逆反應(yīng)速率與原平衡正逆反應(yīng)速率相同，t1-t3段的圖象為。