Question

【題目】 醋酸由于成本較低，在生產中被廣泛應用。

(1)近年來化學家研究開發出用乙烯和乙酸為原料、雜多酸作催化劑合成乙酸乙酯的新工藝，不必生產乙醇或乙醛作中間體，使產品成本降低，具有明顯經濟優勢。其合成的基本反應如下：CH2=CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)下列描述能說明恒溫恒容條件下乙烯與乙酸合成乙酸乙酯的反應已達化學平衡的是________(填字母)。

A.乙烯、乙酸、乙酸乙酯的濃度相同

B.酯化合成反應的速率與酯分解反應的速率相等

C.乙烯斷開1mol碳碳雙鍵的同時乙酸恰好消耗 1 mol

D.整個體系中乙烯的質量分數一定

E.氣體的總壓強不變

F.氣體的摩爾質量不變

(2)在n(乙烯)與n(乙酸)物料比為1的條件下，某研究小組在不同壓強下進行了在相同時間乙酸乙酯的產率隨溫度變化的測定實驗，實驗結果如圖所示。回答下列問題：

①根據上圖判斷壓強大到小的順序是________，分析其原因_____。

②壓強為p1、溫度為60℃時，若乙酸的轉化率為40％，則此時乙烯的轉化率為____。

③在壓強為p1、溫度超過80℃時，分析乙酸乙酯產率下降的原因：_____

④根據測定實驗結果分析，較適宜的生產條件是________(填出合適的壓強和溫度)。為提高乙酸乙酯的合成速率和產率，可以采取的措施有___________(任寫出一條)。

Answer 1

【答案】BD p1>p2>p3 其它條件相同時，對于有氣體參加的反應，化學反應速率越快壓強越大 40% 由圖象可知，壓強為p1，溫度為80℃時，反應已到達平衡，且正反應是放熱反應，故壓強不變，升高溫度平衡逆向移動，產率下降 p1、80℃ 通入乙烯氣體(或增大壓強)

【解析】

(1)根據化學平衡狀態的特征分析，當反應達到平衡狀態時，正、逆反應速率相等，各物質的濃度、質量、體積分數以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化；

(2)①壓強越大，反應速率越大；

②壓強為p1MPa、溫度60℃時，若乙酸乙酯的產率為30%，依據化學平衡物質轉化關系，計算得到乙烯反應量，轉化率=×100%；

③在壓強為p1MPa、溫度超過80℃時，乙酸乙酯產率下降，說明升溫平衡逆向進行；

④選擇適宜條件使得乙酸乙酯產率達到最大，為提高乙酸乙酯的合成速率和產率，贏是改變的條件加快反應速率且平衡正向進行。

(1)A.乙烯、乙酸、乙酸乙酯的濃度相同時，反應可能處于平衡狀態，也可能未達到平衡狀態，因此不能說明正逆反應速率相同，A錯誤；

B.酯化合成反應的速率與酯分解反應的速率相等，說明正、逆反應速率相同，B正確；

C.乙烯斷開1mol碳碳雙鍵的同時乙酸恰好消耗1mol，只能說明反應正向進行，不能判斷反應處于平衡狀態，C錯誤；

D.體系中乙烯的百分含量一定，說明反應處于平衡狀態，D正確；

E.反應混合物中只有乙烯是氣體，因此任何條件下氣體的總壓強都不變，不能據此判斷反應處于平衡狀態，E錯誤；

F.只有乙烯是氣體，氣體的摩爾質量始終不變，不能據此判斷反應處于平衡狀態，F錯誤；

故合理選項是BD；

(2)①CH2=CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，溫度一定，壓強增大平衡正向進行，反應速率增大，圖象分析可知p1>p2>p3，則溫度在60～80℃范圍內，乙烯與乙酸酯化合成反應速率由大到小的順序是v(p1)>v(p2)>v(p3)；

②反應方程式：CH2=CH2(g)+CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)，反應開始時，n(C2H4)=n(CH3COOH)=1mol，n(CH3COOC2H5)=0mol，假設反應過程中乙烯變化的物質的量是x，則根據物質反應的轉化關系可知，平衡時各種物質的物質的量n(C2H4)=n(CH3COOH)=(1-x)mol，n(CH3COOC2H5)=xmol。由于乙酸乙酯的產率為30%，則生成乙酸乙酯0.3mol，反應消耗乙烯0.3mol，所以乙烯的轉化率=(0.3mol÷1mol)×100%=30%；

③在壓強為p1MPa、溫度超過80℃時，乙酸乙酯產率下降的原因可能是：由圖象可知，p1MPa、80℃時反應已達平衡且該反應的正反應是放熱反應，所以在壓強不變時升高溫度，化學平衡向吸熱的逆向移動，導致乙酸乙酯的產率下降；

④選擇適宜條件使得乙酸乙酯產率達到最大，根據圖象中乙酸乙酯產率最大的條件是：p1MPa、80℃；為提高乙酸乙酯的合成速率和產率，應是改變的條件加快反應速率且平衡正向進行，可以增大反應物濃度或增大壓強等。