Question

13．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C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄
（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：C₂H₅OH（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=-45.5kJ•mol^-1．與間接水合法相比，氣相直接水合法的優點是污染小，腐蝕性小等．
（3）如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圖中壓強
p₁、p₂、p₃、p₄的大小順序為p₁＜p₂＜p₃＜p₄，理由是反應分子數減少，相同溫度下，壓強升高乙烯轉化率提高
②氣相直接水合法常用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應溫度290℃、壓強6.9MPa，nH₂O：nC₂H₄
=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將產物乙醇液化移去；增加nH₂O：nC₂H₄比      （一條）．

Answer 1

分析 （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，氣相直接水合法不用濃硫酸；
（3）①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；
②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．

解答 解：（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=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=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄；
（2）已知：甲醇脫水反應  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應 ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構化反應 ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol；
濃硫酸具有強腐蝕性，且濃硫酸與有機物反應常伴有副反應，產生SO₂、CO₂等氣體，直接水合反應過程中沒有用到濃硫酸，故可有效避免對設備的腐蝕及對環境的污染，
故答案為：-45.5；污染小，腐蝕性小等；
（3）①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；
②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．

點評 本題考查了化學方程式的書寫、壓強對平衡移動的影響、物質制取方案的比較、反應熱及平衡常數的計算等知識，綜合性非常強，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度較大，側重于學生分析問題、解決問題、知識遷移能力的培養．