Question

13．乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产．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C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄
（2）已知：甲醇脱水反应：2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）     H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应：2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应：C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1
则乙烯气相直接水合反应：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ•mol^-1．与间接水合法相比，气相直接水合法的优点是污染小，腐蚀性小等．
（3）如图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nH₂O：nC₂H₄=1：1）．①图中压强
p₁、p₂、p₃、p₄的大小顺序为p₁＜p₂＜p₃＜p₄，理由是反应分子数减少，相同温度下，压强升高乙烯转化率提高
②气相直接水合法常用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃、压强6.9MPa，nH₂O：nC₂H₄
=0.6：1．乙烯的转化率为5%．若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有将产物乙醇液化移去；增加nH₂O：nC₂H₄比      （一条）．

Answer 1

分析 （1）乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯（C₂H₅OSO₃H），效仿乙酸乙酯水解，将水分成氢原子和羟基生成乙醇和硫酸；
（2）利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变，气相直接水合法不用浓硫酸；
（3）①在相同温度下由于乙烯转化率为p₁＜p₂＜p₃＜p₄，由C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）可知正反应为气体体积减小的反应，根据压强对平衡移动的影响分析；
②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，还可以改变物质的浓度．

解答 解：（1）乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯（C₂H₅OSO₃H），化学方程式为C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H，硫酸氢乙酯水解生成乙醇和硫酸，化学方程式为C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄，
故答案为：C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄；
（2）已知：甲醇脱水反应  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应 ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应 ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根据盖斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol；
浓硫酸具有强腐蚀性，且浓硫酸与有机物反应常伴有副反应，产生SO₂、CO₂等气体，直接水合反应过程中没有用到浓硫酸，故可有效避免对设备的腐蚀及对环境的污染，
故答案为：-45.5；污染小，腐蚀性小等；
（3）①在相同温度下由于乙烯转化率为p₁＜p₂＜p₃＜p₄，由C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）可知正反应为气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是p₁＜p₂＜p₃＜p₄，
故答案为：p₁＜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；
②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，还可以改变物质的浓度，如从平衡体系中将产物乙醇分离出来，或增大水蒸气的浓度，改变二者物质的量的比等，
故答案为：将产物乙醇液化移去；增加nH₂O：nC₂H₄比．

点评 本题考查了化学方程式的书写、压强对平衡移动的影响、物质制取方案的比较、反应热及平衡常数的计算等知识，综合性非常强，该题是高考中的常见题型，属于中等难度较大，侧重于学生分析问题、解决问题、知识迁移能力的培养．