Question

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)  C₂H₅OH（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)點是

 

；
（3）如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列式計算乙烯水合制乙醇反應(yīng)在圖中A點的平衡常數(shù)K_p=

 

（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）；
②圖中壓強(qiáng)（P₁，P₂，P₃，P₄）大小順序為

 

，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，nH2O：nC2H4=0.6：1，乙烯的轉(zhuǎn)化率為5%，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，還可以采取的措施有

 

、

 

．

Answer 1

考點：真題集萃,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（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，氣相直接水合法原子利用率100%；
（3）①列出Kp表達(dá)式，利用三段法計算平衡分壓帶入表達(dá)式計算即可；
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．

解答： 解：（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=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=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄；
（2）已知：甲醇脫水反應(yīng)  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ?mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng) ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ?mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng) ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol；
乙烯直接水化法中反應(yīng)物中所有原子全部都變成生成物，所以原子利用率100%，沒有副產(chǎn)品，
故答案為：-45.5；無副產(chǎn)品，原子利用率100%；
（3）①C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）
開始：1         1          0
轉(zhuǎn)化：0.2       0.2       0.2
平衡：0.8       0.8       0.2
乙醇占

0.2

0.8+0.8+0.2

=

1

9

，乙烯和水各占

0.8

0.8+0.8+0.2

=

4

9

，則乙醇的分壓為7.85MPa×

1

9

=0.87MPa，乙烯和水的分壓為7.85MPa×

4

9

=3.49MPa，
所以Kp=

p(C2H5OH)

p(C2H4)?p(H2O)

=

0.87MPa

3.49MPa×3.49MPa

=0.07（MPa）^-1，
故答案為：0.07（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．

點評：本題考查了化學(xué)方程式的書寫、壓強(qiáng)對平衡移動的影響、物質(zhì)制取方案的比較、反應(yīng)熱及平衡常數(shù)的計算等知識，綜合性非常強(qiáng)，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度較大，側(cè)重于學(xué)生分析問題、解決問題、知識遷移能力的培養(yǎng)．