Question

【题目】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） △H1＝－23.9kJ·mol-1

甲醇制烯烃反应：2CH3OH（g）＝C2H4 （g）＋2H2O（g） △H2＝－29.1kJ·mol-1

乙醇异构化反应：CH3CH2OH（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＝_______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nH2O:nC2H4=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Kp＝_______（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 6.9MPa， n H2 O ︰ nC2 H4 ＝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

【答案】C2H4+H2SO4（浓）→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4 45.5 污染小、腐蚀性小等 0.0717(MPa)1 P1<P2<P3<P4 反应分子数减少，相同温度下，压强升高，乙烯转化率提高 将产物乙醇液化移去 增加nH2O：nC2H4比

【解析】

（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）利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变，气相直接水合法污染小、腐蚀性小、原子利用率100%；（3）①列出Kp表达式，利用三段法计算平衡分压带入表达式计算即可；②在相同温度下由于乙烯转化率为P1<P2<P3<P4，由C2H4（g）+H2O（g）C2H5OH（g）可知正反应为气体体积减小的反应，根据压强对平衡移动的影响分析；③若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以改变物质的浓度。

（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（浓）→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（浓）→C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+H2SO4；

（2）甲醇脱水反应①2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O (g) △H1=23.9kJmol1

甲醇制烯烃反应②2CH3OH(g)═C2H4(g)+2H2O(g) △H2=29.1kJmol1

乙醇异构化反应③C2H5OH(g)═CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJmol1

根据盖斯定律①②③可得：C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) △H=(23.9+29.150.7)kJ/mol=45.5kJ/mol；间接水合法时使用了浓硫酸，浓硫酸具有强腐蚀性和强氧化性，在制乙醇的过程中会发生氧化还原反应产生大气污染物，乙烯直接水合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%，故答案为：45.5；污染小、腐蚀性小等；

（3）①

乙醇占 ，乙烯和水各占，则乙醇的分压为7.85MPa×=0.87Mpa，乙烯和水的分压为7.85MPa×=3.49MPa，所以，故答案为：0.0717(MPa)1；

②在相同温度下由于乙烯转化率为P1<P2<P3<P4，由C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知正反应为气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是P1<P2<P3<P4，故答案为：P1<P2<P3<P4；反应分子数减少，相同温度下，压强升高乙烯转化率提高；

③若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以改变物质的浓度，如从平衡体系中将产物乙醇分离出来，或增大水蒸气的浓度，改变二者物质的量的比等，

故答案为：将产物乙醇液化移去；增加nH2O：nC2H4比。