Question

【題目】乙醇被稱為21世紀的“綠色能源”。由于煤制乙酸工藝成熟、成本低廉，且乙酸相對乙醇有較大的價格差，因此開展乙酸加氫制乙醇的催化反應研究具有重要意義。回答下列問題:

（1）乙酸加氫制乙醇是一個復雜的反應體系，不同的反應條件會導致形成不同的產品分布，主要反應過程如下:

反應①CH3COOH(g) + H2(g)→CH3CHO(g) +H2O(g) H1

反應②CH3CHO(g) +H2(g) →CH3CH2OH(g) △H2

部分副反應如下:

反應③CH3CH2OH(g) + CH3COOH(g)→CH3COOCH2CH3(g) +H2O(g) H3

反應④CH3COOCH2CH3(g) +2H2(g) →2CH3CH2OH(g) H4

H4=___ (用H1、△H2、 H3表示)。

（2）乙酸加氫制乙醇的反應可表示為CH3COOH(g) + 2H2(g)==CH3CH2OH(g) + H2O(g) H<0，欲提高該反應中乙酸的平衡轉化率，可采取的兩條措施是_________。乙酸加氫生成乙酸乙酯( 副反應)的化學方程式可表示為____________.

（3）在恒溫2609°C， 恒壓1.4MPa, 原料氣以一定的流速通過某催化劑發生乙酸加氫制乙醇等反應，氫/酸(物質的量)投料比對反應的影響如圖所示。X乙酸表示乙酸的轉化率, S乙醇、S乙酸乙酯分別表示乙醇、乙酸乙酯的選擇性，其中，S乙醇=，S乙酸乙酯=。根據圖象及數據分析，最佳氫/酸投料比值是_______________,該條件下，上述反應②____________(填“能”或“不能”)進行到底，理由是____________ ;根據圖中曲線變化規律，判斷氫/酸投料比=30時，S乙酸乙酯曲線最可能延伸至圖中a、b、c中的______點;氫/酸投料比=20時，計算H2的轉化率=_______. ( 列出計算式即可，下同),乙醇的分壓P乙醇=__________(分壓=總壓×物質的量分數)。

Answer 1

【答案】H1+H2-H3 降低溫度、增大壓強、增大氫氣的濃度、減小產物濃度 2CH3COOH(g) + 2H2(g) →CH3COOCH2CH3(g) +2H2O(g) 20 能 乙醇和乙酸乙酯的選擇性之和為100%，說明無乙醛生成，即反應②能進行到底 a ×100%

【解析】

(1)根據蓋斯定律，反應①+②-③得反應④，所以H4=H1+H2-H3；

(2)該反應H<0，為放熱反應，所以降低溫度可使平衡右移增大乙酸的轉化率；增加氫氣的用量也可以使平衡右移同時增大乙酸的轉化率；該反應為壓強減小的反應所以加壓可以使平衡右移增大乙酸的轉化率；及時移走生成物可以使平衡右移，增大乙酸的轉化率；綜上所述增大乙酸的轉化率可以：降低溫度、增大壓強、增大氫氣的濃度、減小產物濃度；乙酸可以氫氣反應生成乙醇，乙醇與乙酸反應可以生成乙酸乙酯，總的反應方程式為：2CH3COOH(g) + 2H2(g) →CH3COOCH2CH3(g) +2H2O(g)；

(3)該反應的目的是制取乙醇，據圖可知當氫/酸投料比值是20時，乙酸的轉化率較高，同時乙醇的選擇性較大；

據圖可知各投料比情況下乙醇和乙酸乙酯的選擇性之和為100%，說明無乙醛生成，即反應②能進行到底；

投料比由20變為30時，S乙醇減小，而反應中生成物只有乙醇和乙酸乙酯，乙酸乙酯的選擇性下降，則乙酸乙酯的選擇性應上升，所以應延伸至a點；

投料比為20，則不妨設初始投料為：20mol氫氣、1mol乙酸，此時乙酸的轉化為90.30%，即反應乙酸0.9030mol，則生成的乙醇的物質的量為n乙醇=n乙酸×S乙醇=0.9030×0.7920mol，生成的乙酸乙酯的物質的量n乙酸乙酯=n乙酸×S乙酸乙酯=×0.9030×0.2080mol，根據發生的兩個反應：

(主)CH3COOH(g) + 2H2(g)CH3CH2OH(g) + H2O(g)

(副)2CH3COOH(g) + 2H2(g) →CH3COOCH2CH3(g) +2H2O(g)

可知，消耗的氫氣的物質的量為2(n乙酸乙酯+n乙醇)=2(0.9030×0.7920mol+×0.9030×0.2080mol)，則轉化率為×100%；

以上兩個反應均為氣體物質的量減小的反應，由方程式可知n主=n乙醇=0.9030×0.7920mol，n副=n乙酸乙酯=×0.9030×0.2080mol，則反應后氣體總的物質的量為n總=(20+1-0.9030×0.7920-×0.9030×0.2080)mol，根據分壓=總壓×物質的量分數可知p乙醇=p總×=。