Question

【題目】乙醇是重要的有機化工原料，可由乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產。回答下列問題：

（1）間接水合法是指先將乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯（C2H5OSO3H），再水解生成乙醇。寫出相應反應的化學方程式_______。

（2）已知：

甲醇脫水反應：2CH3OH（g）＝CH3OCH3（g）＋H2O（g） △H1＝－23.9kJ·mol-1

甲醇制烯烴反應：2CH3OH（g）＝C2H4 （g）＋2H2O（g） △H2＝－29.1kJ·mol-1

乙醇異構化反應：CH3CH2OH（g）＝CH3OCH3（g） △H3＝＋50.7kJ·mol-1

則乙烯氣相直接水合反應 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點是______

（3）下圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系：（其中nH2O:nC2H4=1:1）

①列式計算乙烯水合制乙醇反應在圖中 A 點的平衡常數Kp＝_______（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

②圖中壓強 P1、P2、P3、P4 的大小順序為_______，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，反應溫度 290 ℃，壓強 6.9MPa， n H2 O ︰ nC2 H4 ＝0.6︰1。乙烯的轉化率為 5℅，若要進一步提高乙烯的轉化率， 除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施有_______、_______。

Answer 1

【答案】C2H4+H2SO4（濃）→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4 45.5 污染小、腐蝕性小等 0.0717(MPa)1 P1<P2<P3<P4 反應分子數減少，相同溫度下，壓強升高，乙烯轉化率提高 將產物乙醇液化移去 增加nH2O：nC2H4比

【解析】

（1）乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯（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）利用蓋斯定律構造目標熱化學方程式并求焓變，氣相直接水合法污染小、腐蝕性小、原子利用率100%；（3）①列出Kp表達式，利用三段法計算平衡分壓帶入表達式計算即可；②在相同溫度下由于乙烯轉化率為P1<P2<P3<P4，由C2H4（g）+H2O（g）C2H5OH（g）可知正反應為氣體體積減小的反應，根據壓強對平衡移動的影響分析；③若要進一步提高乙烯轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質的濃度。

（1）乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯(C2H5OSO3H)，化學方程式為C2H4+H2SO4（濃）→C2H5OSO3H，硫酸氫乙酯水解生成乙醇和硫酸，化學方程式為C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4，故答案為：C2H4+H2SO4（濃）→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4；

（2）甲醇脫水反應①2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O (g) △H1=23.9kJmol1

甲醇制烯烴反應②2CH3OH(g)═C2H4(g)+2H2O(g) △H2=29.1kJmol1

乙醇異構化反應③C2H5OH(g)═CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJmol1

根據蓋斯定律①②③可得：C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) △H=(23.9+29.150.7)kJ/mol=45.5kJ/mol；間接水合法時使用了濃硫酸，濃硫酸具有強腐蝕性和強氧化性，在制乙醇的過程中會發生氧化還原反應產生大氣污染物，乙烯直接水合法中反應物中所有原子全部都變成生成物，所以原子利用率100%，故答案為：45.5；污染小、腐蝕性小等；

（3）①

乙醇占 ，乙烯和水各占，則乙醇的分壓為7.85MPa×=0.87Mpa，乙烯和水的分壓為7.85MPa×=3.49MPa，所以，故答案為：0.0717(MPa)1；

②在相同溫度下由于乙烯轉化率為P1<P2<P3<P4，由C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知正反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強，平衡正向移動，乙烯的轉化率提高，因此壓強關系是P1<P2<P3<P4，故答案為：P1<P2<P3<P4；反應分子數減少，相同溫度下，壓強升高乙烯轉化率提高；

③若要進一步提高乙烯轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質的濃度，如從平衡體系中將產物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度，改變二者物質的量的比等，

故答案為：將產物乙醇液化移去；增加nH2O：nC2H4比。