Question

5．乙硫醇（C₂H₅SH）在生活生產中有重要的應用．
（1）工業(yè)上利用H₂S和乙烯反應合成乙硫醇的反應及可能發(fā)生的副反應如下：
主反應：C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SH（g）△H₁=a kJ•mol^-1
副反應：2C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SC₂H₅（g）△H₂=b kJ•mol^-1
請寫出C₂H₅SH（g）在一定條件下直接轉化為C₂H₅SC₂H₅（g）的熱化學方程式2C₂H₅SH（g）=C₂H₅SC₂H₅（g）+H₂S（g）△H=（b-2a） kJ•mol^-1．
（2）投料比n（C₂H₄）：n（H₂S）=1：3時，在240℃、1.8MPa下，催化劑甲和催化劑乙對合成乙硫醇的催化活性隨MoO₃負載量的變化如圖所示（已知適量CoO的加入有助于MoO₃在γ-Al₂O₃載體上的
分散．）：

①工業(yè)上較宜選用的催化劑為催化劑乙，請說明你選擇的理由，并推測工業(yè)上解決存在問題的方法：使用乙為催化劑，乙硫醇的選擇性為100%，沒有副產物，不必分離提純；轉化率較低，工業(yè)上可以通過循環(huán)使用來提高乙烯的利用率．
②若選用甲為催化劑，MoO₃的適宜負載量為10wt%，當MoO₃負載量（即質量分數(shù)）過低時，乙烯的轉化率和乙硫醇的選擇性均明顯較低，原因為MoO₃負載量低，在γ-Al₂O₃載體上過于分散，催化活性低．
③若選用乙為催化劑，當MoO₃負載量為10wt%，若用平衡分壓代替平衡濃度，主反應的平衡常數(shù)Kp=Kp=$\frac{\frac{0.682}{4-0.682}×1.8}{\frac{3-0.682}{4-0.682}×1.8×\frac{1-0.682}{4-0.682}×1.8}$=$\frac{0.682×3.318}{（3-0.682）×（1-0.682）×1.8}$．（帶入數(shù)據(jù)列式即可，已知：分壓=總壓×物質的量分數(shù)）
④為了提高乙烯的轉化率，工業(yè)上還可能采用的措施有適當提高H₂S的比例，適當增加壓強，及時分離出產物等（任寫一種）．
（3）乙硫醇可用于生產乙烷磺酰氯（C₂H₅SO₂Cl）．
①氯化法是以C₂H₅SO₂Cl為介質，攪拌下C₂H₅SH、水、氯氣在29℃左右反應制得．反應的化學方程式為C₂H₅SH+3Cl₂+2H₂O→C₂H₅SO₂Cl+5HCl．
②電解C₂H₅SH的鹽酸溶液也可制得C₂H₅SO₂Cl，電極總反應為C₂H₅SH+HCl+H₂O→C₂H₅SO₂Cl+H₂↑（未配平）．則陰極的電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑．

Answer 1

分析 （1）主反應：C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SH（g）△H₁=a kJ•mol^-1    ①副反應②：2C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SC₂H₅（g）△H₂=b kJ•mol^-1 ②結合熱化學方程式②-①×2得到并利用蓋斯定律進行計算即可；
（2）①圖象分析可知催化劑乙乙硫醇的選擇性為100%，沒有副產物；
②若選用甲為催化劑，乙硫醇的選擇性為68.2%最大，乙烯轉化率最大為86.9%，MoO₃的適宜負載量10wt%，當MoO₃負載量（即質量分數(shù)）過低時，乙烯的轉化率和乙硫醇的選擇性均明顯較低，在γ-Al₂O₃載體上過于分散，催化活性低；
③若用平衡分壓代替平衡濃度，結合分壓=總壓×物質的量分數(shù)，反應的平衡常數(shù)Kp=$\frac{各生成物平衡壓強系數(shù)次冪之積}{各反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積}$，據(jù)此計算即可；
④為了提高乙烯的轉化率，可能采用促使化學平衡正向移動的措施；
（3）①C₂H₅SO₂Cl、C₂H₅SH、水、氯氣在29℃左右反應制得乙烷磺酰氯（C₂H₅SO₂Cl），據(jù)此書寫方程式；
②在電解池的陰極上發(fā)生的是陽離子得電子的還原反應．

解答 解：（1）主反應：C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SH（g）△H₁=a kJ•mol^-1 ①
副反應②：2C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SC₂H₅（g）△H₂=b kJ•mol^-1 ②
結合熱化學方程式和蓋斯定律計算，②-①×2得到2C₂H₅SH（g）=C₂H₅SC₂H₅（g）+H₂S（g）△H=（b-2a） kJ•mol^-1，
故答案為：2C₂H₅SH（g）=C₂H₅SC₂H₅（g）+H₂S（g）△H=（b-2a） kJ•mol^-1；
（2）①圖象分析可知催化劑乙乙硫醇的選擇性為100%，沒有副產物；若選用甲為催化劑，乙硫醇的選擇性為68.2%最大，乙烯轉化率最大為86.9%，故答案為：催化劑乙；使用乙為催化劑，乙硫醇的選擇性為100%，沒有副產物，不必分離提純；轉化率較低，工業(yè)上可以通過循環(huán)使用來提高乙烯的利用率；
②MoO₃的適宜負載量10wt%，當MoO₃負載量（即質量分數(shù)）過低時，乙烯的轉化率和乙硫醇的選擇性均明顯較低，在γ-Al₂O₃載體上過于分散，催化活性低；
故答案為：10wt%；MoO₃負載量低，在γ-Al₂O₃載體上過于分散，催化活性低；
③根據(jù)分壓=總壓×物質的量分數(shù)，得到
                             C₂H₄（g）+H₂S（g）═C₂H₅SH（g）
平衡壓強：$\frac{3-0.682}{4-0.682}×1.8$   $\frac{1-0.682}{4-0.682}×1.8$    $\frac{0.682}{4-0.682}×1.8$，
主反應的平衡常數(shù)Kp=$\frac{\frac{0.682}{4-0.682}×1.8}{\frac{3-0.682}{4-0.682}×1.8×\frac{1-0.682}{4-0.682}×1.8}$=$\frac{0.682×3.318}{（3-0.682）×（1-0.682）×1.8}$，
故答案為：Kp=$\frac{\frac{0.682}{4-0.682}×1.8}{\frac{3-0.682}{4-0.682}×1.8×\frac{1-0.682}{4-0.682}×1.8}$=$\frac{0.682×3.318}{（3-0.682）×（1-0.682）×1.8}$；
④為了提高乙烯的轉化率，可能采用促使化學平衡正向移動的措施：適當提高H₂S的比例，適當增加壓強，及時分離出產物等；故答案為：適當提高H₂S的比例，適當增加壓強，及時分離出產物等；
（3）①C₂H₅SO₂Cl、C₂H₅SH、水、氯氣在29℃左右反應制得乙烷磺酰氯（C₂H₅SO₂Cl），據(jù)此得到反應的化學方程式為C₂H₅SH+3Cl₂+2H₂O=C₂H₅SO₂Cl+5HCl，故答案為：C₂H₅SH+3Cl₂+2H₂O=C₂H₅SO₂Cl+5HCl；
②電解C₂H₅SH的鹽酸溶液也可制得C₂H₅SO₂Cl，根據(jù)電極總反應為C₂H₅SH+HCl+H₂O→C₂H₅SO₂Cl+H₂↑（未配平），陰極上發(fā)生的是陽離子得電子的還原反應，則陰極的電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑．

點評 本題綜合考查熱化學方程式的書寫、平衡的計算、平衡的影響因素以及電解原理的應用等知識，屬于綜合知識的考查題，難度中等．