Question

【題目】乙醇被稱為21世紀(jì)的“綠色能源”。由于煤制乙酸工藝成熟、成本低廉，且乙酸相對(duì)乙醇有較大的價(jià)格差，因此開展乙酸加氫制乙醇的催化反應(yīng)研究具有重要意義�；卮鹣铝袉栴}:

（1）乙酸加氫制乙醇是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)體系，不同的反應(yīng)條件會(huì)導(dǎo)致形成不同的產(chǎn)品分布，主要反應(yīng)過程如下:

反應(yīng)①CH3COOH(g) + H2(g)→CH3CHO(g) +H2O(g) H1

反應(yīng)②CH3CHO(g) +H2(g) →CH3CH2OH(g) △H2

部分副反應(yīng)如下:

反應(yīng)③CH3CH2OH(g) + CH3COOH(g)→CH3COOCH2CH3(g) +H2O(g) H3

反應(yīng)④CH3COOCH2CH3(g) +2H2(g) →2CH3CH2OH(g) H4

H4=___ (用H1、△H2、 H3表示)。

（2）乙酸加氫制乙醇的反應(yīng)可表示為CH3COOH(g) + 2H2(g)==CH3CH2OH(g) + H2O(g) H<0，欲提高該反應(yīng)中乙酸的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的兩條措施是_________。乙酸加氫生成乙酸乙酯( 副反應(yīng))的化學(xué)方程式可表示為____________.

（3）在恒溫2609°C， 恒壓1.4MPa, 原料氣以一定的流速通過某催化劑發(fā)生乙酸加氫制乙醇等反應(yīng)，氫/酸(物質(zhì)的量)投料比對(duì)反應(yīng)的影響如圖所示。X乙酸表示乙酸的轉(zhuǎn)化率, S乙醇、S乙酸乙酯分別表示乙醇、乙酸乙酯的選擇性，其中，S乙醇=，S乙酸乙酯=。根據(jù)圖象及數(shù)據(jù)分析，最佳氫/酸投料比值是_______________,該條件下，上述反應(yīng)②____________(填“能”或“不能”)進(jìn)行到底，理由是____________ ;根據(jù)圖中曲線變化規(guī)律，判斷氫/酸投料比=30時(shí)，S乙酸乙酯曲線最可能延伸至圖中a、b、c中的______點(diǎn);氫/酸投料比=20時(shí)，計(jì)算H2的轉(zhuǎn)化率=_______. ( 列出計(jì)算式即可，下同),乙醇的分壓P乙醇=__________(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

Answer 1

【答案】H1+H2-H3 降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大氫氣的濃度、減小產(chǎn)物濃度 2CH3COOH(g) + 2H2(g) →CH3COOCH2CH3(g) +2H2O(g) 20 能 乙醇和乙酸乙酯的選擇性之和為100%，說明無乙醛生成，即反應(yīng)②能進(jìn)行到底 a ×100%

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①+②-③得反應(yīng)④，所以H4=H1+H2-H3；

(2)該反應(yīng)H<0，為放熱反應(yīng)，所以降低溫度可使平衡右移增大乙酸的轉(zhuǎn)化率；增加氫氣的用量也可以使平衡右移同時(shí)增大乙酸的轉(zhuǎn)化率；該反應(yīng)為壓強(qiáng)減小的反應(yīng)所以加壓可以使平衡右移增大乙酸的轉(zhuǎn)化率；及時(shí)移走生成物可以使平衡右移，增大乙酸的轉(zhuǎn)化率；綜上所述增大乙酸的轉(zhuǎn)化率可以：降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大氫氣的濃度、減小產(chǎn)物濃度；乙酸可以氫氣反應(yīng)生成乙醇，乙醇與乙酸反應(yīng)可以生成乙酸乙酯，總的反應(yīng)方程式為：2CH3COOH(g) + 2H2(g) →CH3COOCH2CH3(g) +2H2O(g)；

(3)該反應(yīng)的目的是制取乙醇，據(jù)圖可知當(dāng)氫/酸投料比值是20時(shí)，乙酸的轉(zhuǎn)化率較高，同時(shí)乙醇的選擇性較大；

據(jù)圖可知各投料比情況下乙醇和乙酸乙酯的選擇性之和為100%，說明無乙醛生成，即反應(yīng)②能進(jìn)行到底；

投料比由20變?yōu)?/span>30時(shí)，S乙醇減小，而反應(yīng)中生成物只有乙醇和乙酸乙酯，乙酸乙酯的選擇性下降，則乙酸乙酯的選擇性應(yīng)上升，所以應(yīng)延伸至a點(diǎn)；

投料比為20，則不妨設(shè)初始投料為：20mol氫氣、1mol乙酸，此時(shí)乙酸的轉(zhuǎn)化為90.30%，即反應(yīng)乙酸0.9030mol，則生成的乙醇的物質(zhì)的量為n乙醇=n乙酸×S乙醇=0.9030×0.7920mol，生成的乙酸乙酯的物質(zhì)的量n乙酸乙酯=n乙酸×S乙酸乙酯=×0.9030×0.2080mol，根據(jù)發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng)：

(主)CH3COOH(g) + 2H2(g)CH3CH2OH(g) + H2O(g)

(副)2CH3COOH(g) + 2H2(g) →CH3COOCH2CH3(g) +2H2O(g)

可知，消耗的氫氣的物質(zhì)的量為2(n乙酸乙酯+n乙醇)=2(0.9030×0.7920mol+×0.9030×0.2080mol)，則轉(zhuǎn)化率為×100%；

以上兩個(gè)反應(yīng)均為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，由方程式可知n主=n乙醇=0.9030×0.7920mol，n副=n乙酸乙酯=×0.9030×0.2080mol，則反應(yīng)后氣體總的物質(zhì)的量為n總=(20+1-0.9030×0.7920-×0.9030×0.2080)mol，根據(jù)分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)可知p乙醇=p總×=。