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)　ΔH₁＝－23.9 kJ·mol^－1

甲醇制烯烃反应　2CH₃OH(g)===C₂H₄(g)＋2H₂O(g)　ΔH₂＝－29.1 kJ·mol^－1

乙醇异构化反应　C₂H₅OH(g)===CH₃OCH₃(g)

ΔH₃＝＋50.7 kJ·mol^－1

则乙烯气相直接水合反应C₂H₄(g)＋H₂O(g)===C₂H₅OH(g)的ΔH＝________kJ·mol^－1。与间接水合法相比，气相直接水合法的优点是__________________________。

(3)下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n:n＝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的大小顺序为：________，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6.9 MPa，n:n＝0.6:1。乙烯的转化率为5%。若要进一步提高乙烯的转化率，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

解析　(1)乙烯与浓硫酸反应生成C₂H₅OSO₃H，C₂H₅OSO₃H与水反应生成CH₃CH₂OH，根据元素守恒配平相应化学方程式：CH₂===CH₂＋H₂SO₄(浓)===C₂H₅OSO₃H，C₂H₅OSO₃H＋H₂O===C₂H₅OH＋H₂SO₄。

(2)2CH₃OH(g)===CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)

ΔH₁＝－23.9 kJ·mol^－1①

2CH₃OH(g)===C₂H₄(g)＋2H₂O(g)

ΔH₂＝－29.1 kJ·mol^－1②

C₂H₅OH(g)===CH₃OCH₃(g)

ΔH₃＝＋50.7 kJ·mol^－1③

根据盖斯定律，由①－②－③得：C₂H₄(g)＋H₂O(g)===C₂H₅OH(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol^－1。

浓H₂SO₄具有强氧化性，在反应中可能会发生副反应，生成有害气体。所以气相直接水合法的优点是污染小、腐蚀性小等。

(3)①K_p＝＝＝＝0.07(MPa)^－1

②C₂H₄(g)＋H₂O(g)C₂H₅OH(g)是一个气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，C₂H₄的转化率提高，所以p₄>p₃>p₂>p₁。

③依据反应特点及平衡移动原理，提高乙烯转化率还可以增大H₂O与C₂H₄的比例，将乙醇及时分离出去等。

答案　(1)CH₂===CH₂＋H₂SO₄(浓)===C₂H₅OSO₃H，

C₂H₅OSO₃H＋H₂O===C₂H₅OH＋H₂SO₄

(2)－45.5　污染小，腐蚀性小等

(3)①＝＝＝0.07(MPa)^－1

②p₄>p₃>p₂>p₁　反应分子数减少，相同温度下，压强升高，乙烯转化率提高

③将产物乙醇液化移去；增加n:n比