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乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法生产或间接水合法生产。回答下列问题:

(1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。写出相应反应的化学方程式:________________________________________。

(2)已知:

甲醇的脱水反应

2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH1=-23.9 kJ·mol-1

甲醇制烯烃的反应

2CH3OH(g)===C2H4(g)+2H2O(g)

ΔH2=-29.1 kJ·mol-1

乙醇的异构化反应 C2H5OH(g)===CH3OCH3(g)

ΔH3=+50.7 kJ·mol-1

则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g)的ΔH________kJ·mol-1。与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是____________________________________。

(3)如图所示为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。

①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp=____________________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

②图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为____,理由是___________________。

③气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 ℃、压强6.9 MPa,n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可采取的措施有________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。


(1)C2H4+H2SO4―→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O―→C2H5OH+H2SO4 (2)-45.5 污染小、腐蚀性小等 (3)①==

=0.07(MPa)-1 ②p1<p2<p3<p4 反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率提高

③将产物乙醇液化移去 增加n(H2O)∶n(C2H4)比

[解析] (1)根据题中信息可写出由乙烯与浓硫酸间接水合法制乙醇的反应为C2H4+H2SO4―→C2H5OSO3H 和C2H5OSO3H+H2O―→C2H5OH+H2SO4。(2)根据盖斯定律①-②-③得:C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g) ΔH=-45.5 kJ·mol-1。间接水合法中用到浓硫酸等强腐蚀性物质,与其相比直接水合法具有污染小、腐蚀性小等优点。(3)①设起始时C2H4和H2O(g)的物质的量均为n,根据C2H4的转化率为20%,则平衡时C2H4、H2O(g)和C2H5OH的物质的量分别为80%n、80%n和20%n,则Kp====0.07(MPa)-1。②增大压强,平衡将正向移动,能提高C2H4的转化率,即压强p1<p2<p3<p4。③为了使平衡正向移动,还可以将乙醇液化及时分离,或增大n (H2O):n (C2H4) 之比等措施。


练习册系列答案
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煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下:

CaSO4(s)+CO(g)CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) ΔH1=218.4 kJ·mol-1(反应Ⅰ)

CaSO4(s)+4CO(g)CaS(s) + 4CO2(g) ΔH2=-175.6 kJ·mol-1(反应Ⅱ)

请回答下列问题:

(1)反应Ⅰ能够自发进行的反应条件是________。

(2)对于气体参与的反应,表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量的浓度c(B),则反应Ⅱ的Kp=________(用表达式表示)。

(3)假设某温度下,反应Ⅰ的速率(v1 )大于反应Ⅱ的速率(v2 ),则下列反应过程能量变化示意图正确的是________。

(4)通过监测反应体系中气体浓度的变化可判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生,理由是____________________________________________________________________。

                      A      B

                       C      D

(5)图(a)为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO2生成量的措施有________。

A.向该反应体系中投入石灰石

B.在合适的温度区间控制较低的反应温度

C.提高CO的初始体积百分数

D.提高反应体系的温度

(6)恒温恒容条件下,假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生,且v1>v2,请在图(b)画出反应体系中c(SO2)随时间t变化的总趋势图。

 

     (a)            (b)


合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。

一种工业合成氨的简式流程图如下:

(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收,产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式:________________________________________________________________________。

(2)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下:

①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

ΔH=+206.4  kJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

ΔH=-41.2 kJ·mol-1

对于反应①,一定可以提高平衡体系中H2的百分含量,又能加快反应速率的措施是____________。

a.升高温度 b.增大水蒸气浓度 c.加入催化剂 d.降低压强

利用反应②,将CO进一步转化,可提高H2的产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应,得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO的转化率为____________。

(3)图(a)表示500 ℃、60.0 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数:____________。

(4)依据温度对合成氨反应的影响,在图(b)坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。

 

(a)         (b)

(5)上述流程图中,使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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