Question

6．乙酸是重要的有机化工原料，可由乙烯氧化法、甲醛羟基化法等方法生产．回答下列问题：
（1）乙烯氧化法：在催化剂存在的条件下，可以看作先将乙烯氧化成乙醛，乙醛再氧化为乙酸．写出相应的化学反应方程式：CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃CHO、2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化剂}{→}$2CH₃COOH．
（2）已知175℃、3.0MPa时：
甲醇取代反应①CH₃OH（g）+HI（g）?CH₃I（g）+H₂O（g）△H₁
碘代甲烷羟基化反应②CH₃I（g）+CO（g）?CH₃COI（g）△H₂
CH₃COI水解生成醋酸③CH₃COI（g）+H₂O（g）?CH₃COOH（g）+HI（g）△H₃
则甲醇羟基化法合成乙酸的总反应CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）的△H与△H₁、△H₂、△H₃之间的关系为△H=△H₁+△H₂+△H₃，反应过程中的碘代甲烷是中间产物（“催化剂”、“中间产物”）．
（3）检验产品中乙酸成分比较简便的实验操作是取少量产品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊试液，如果变红，则说明含有乙酸成分．
（4）175℃、3.0MPa时甲醇羟基化法合成乙酸的反应时间与甲醇转化率的关系如图（其中初始投料$\frac{n（CO）}{n（C{H}_{3}OH）}$=λ）：
①若甲醇羟基化法合成乙酸的△H＜0，为了提高甲醛的转化率，除了适当改变温度和压强外，还可以采取的措施有增加压强、降低温度．
②已知α和λ，用平衡分压代替平衡浓度列式丙计算平衡常数K=$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．

Answer 1

分析 （1）乙烯在催化剂存在条件下与氧气反应生成乙醛，乙醛与氧气进一步发生氧化反应生成乙酸，据此书写方程式；
（2）根据盖斯定律①+②+③得到CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）进行计算；
（3）根据乙酸溶于水成酸性检验；
（4）①根据该反应为气体体积减小的放热反应分析，要想提高转化率，则使平衡向正反应方向移动；
②根据K=$\frac{c（CH{\;}_{3}COOH）}{c（CH{\;}_{3}OH）c（CO）}$进行计算．

解答 解：（1）乙烯在催化剂存在条件下与氧气反应生成乙醛，方程式为CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃CHO，乙醛与氧气进一步发生氧化反应生成乙酸，该反应为2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化剂}{→}$2CH₃COOH，故答案为：为CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化剂}{→}$CH₃CHO；2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化剂}{→}$2CH₃COOH；
（2）①CH₃OH（g）+HI（g）?CH₃I（g）+H₂O（g）△H₁
②CH₃I（g）+CO（g）?CH₃COI（g）△H₂
③CH₃COI（g）+H₂O（g）?CH₃COOH（g）+HI（g）△H₃
①+②+③得CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）△H=△H₁+△H₂+△H₃；根据反应碘代甲烷为反应①的产物，反应②的反应物，所以反应过程中的碘代甲烷是中间产物；
故答案为：△H₁+△H₂+△H₃；中间产物；
（3）因为乙酸溶于水成酸性，所以用紫色石蕊试液检验即可，具体操作为取少量产品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊试液，如果变红，则说明含有乙酸成分；
故答案为：取少量产品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊试液，如果变红，则说明含有乙酸成分；
（4）①要想提高转化率，则使平衡向正反应方向移动，又该反应为气体体积减小的放热反应，所以可以增加压强或者降低温度，故答案为：增加压强；降低温度；
②设开始时充入CH₃OH（g）的浓度为1mol/L，则CO（g）的浓度为λmol/L，
由     CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）
开始  1mol/L   λmol/L       0
转化  α        α            α
平衡 1-α      λ-α           α
所以K=$\frac{c（CH{\;}_{3}COOH）}{c（CH{\;}_{3}OH）c（CO）}$=$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$，
故答案为：$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$．

点评 本题考查了有机反应方程式的书写、盖斯定律的应用以及化学平衡常数的计算，建立三段式是解答平衡计算是关键，题目难度中等．