Question

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

 

；
（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=

 

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列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数K_p=

 

（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）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6.9MPa，nH2O：nC2H4=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，还可以采取的措施有

 

、

 

．

Answer 1

考点：真题集萃,热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

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，气相直接水合法原子利用率100%；
（3）①列出Kp表达式，利用三段法计算平衡分压带入表达式计算即可；
②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；
③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；
乙烯直接水化法中反应物中所有原子全部都变成生成物，所以原子利用率100%，没有副产品，
故答案为：-45.5；无副产品，原子利用率100%；
（3）①C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）
开始：1         1          0
转化：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

，则乙醇的分压为7.85MPa×

1

9

=0.87MPa，乙烯和水的分压为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，
故答案为：0.07（MPa）^-1；
②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；
③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．