Question

12．乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯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．写出相应的反应的化学方程式CH₂=CH₂+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄．
（2）已知：
甲醇脱水反应①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9KJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应②2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1KJ•mol^-1
乙醇异构化反应③CH₃CH₂OH（g）═CH₃OCH₃（g）?△H₃=+50.7KJ•mol^-1
则乙烯气相直接水合反应C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的?△H=-45.5KJ•mol^-1
与间接水合法相比，气相直接水合法的优点是：无副产品，原子利用率100%．
（3）科学家还利用氢气在一定条件下与二氧化碳反应生成乙醇燃料，其热化学反应方程式为2CO₂（g）+
6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=a kJ/mol，在一定压强下，测得该反应的实验数据如下表．

温度（K） CO2转化率（%） $\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	37	22

请根据表中数据分析：上述反应的a小于0（填“大于”或“小于”
②恒温下，向反应体系中加入固体催化剂，则反应产生的热量不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③增大$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$的值，则生成乙醇的物质的量不能确定（填“增大”、“减小”、“不变”或“不能确定”）．

Answer 1

分析 （1）乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯（C₂H₅OSO₃H），效仿乙酸乙酯水解，将水分成氢原子和羟基生成乙醇和硫酸；
（2）甲醇脱水反应  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应 ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应 ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根据盖斯定律①-②-③计算可得；
气相直接水合法原子利用率100%；
（3）①依据图表数据分析二氧化碳转化率随温度升高减小，结合平衡移动原理得到反应能量变化；
②催化剂对化学平衡没有影响，所以加入催化剂，平衡不移动，反应反应热不变；
③氢气和二氧化碳物质的量比值增大，可以是增加氢气，也可能为减小二氧化碳，所以二氧化碳转化率增大，但生成的乙醇的物质的量不一定增大或减小．

解答 解：（1）乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯（C₂H₅OSO₃H），化学方程式为C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H，硫酸氢乙酯水解生成乙醇和硫酸，化学方程式为C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄，
故答案为：C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄；
（2）已知：甲醇脱水反应  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应 ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应 ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根据盖斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol；
乙烯直接水化法中反应物中所有原子全部都变成生成物，所以原子利用率100%，没有副产品，
故答案为：-45.5；无副产品，原子利用率100%；
（3）①由图表分析判断，随温度升高，二氧化碳转化率减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应，a小于0故；故答案为：小于；
②催化剂对化学平衡没有影响，所以加入催化剂，平衡不移动，反应反应热不变，故答案为：不变；
③氢气和二氧化碳物质的量比值增大，可以是增加氢气，也可能为减小二氧化碳，所以二氧化碳转化率增大，但生成的乙醇的物质的量不一定增大或减小，故答案为：不能确定．

点评 本题考查了化学方程式的书写、压强对平衡移动的影响、物质制取方案的比较、反应热及平衡常数的计算等知识，综合性非常强，该题是高考中的常见题型，属于中等难度较大，侧重于学生分析问题、解决问题、知识迁移能力的培养．