Question

9．Ⅰ．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．
（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：C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄．
（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 C₂H₅OH（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．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%．
Ⅱ．甲醇虽然毒性很强，但它是一种清洁燃料，也是一种重要的合成原料．工业甲醇的质量分数可以用下列方法测定：
①在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，其反应为：CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O；
②过量的Cr₂O₇^2-可用Fe²⁺与之完全反应，反应如下所示：
1Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺---2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
现有0.12g工业甲醇，在稀硫酸中与25.0mL 0.2mol/L K₂Cr₂O₇溶液反应，多余的K₂Cr₂O₇恰好与9.6mL 1.0mol/LFeSO₄溶液完全反应．
（3）请配平第②步中离子方程式（配平系数依次填写在短线上）．
（4）工业甲醇的质量分数为90.7%．

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）利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变，气相直接水合法原子利用率100%；
（3）依据化学反应的元素化合价变化结合电子守恒、电荷守恒、原子守恒计算配平离子方程式；
（4）依据化学方程式的定量计算分析，依据FeSO₄的消耗量，计算出多余的K₂Cr₂O₇，计算与甲醇反应的K₂Cr₂O；结合化学方程式CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺=CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O进行计算．

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：-45.5kJ/mol；无副产品，原子利用率100%；
（3）依据化学反应的元素化合价变化结合电子守恒计算配平离子方程式，电子转移：Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺+～6e^-；6Fe²⁺～6Fe³⁺～6e^-；所以配平氧化还原反应的电子守恒，结合电荷守恒和原子守恒得到配平系数：1、6、14、2、6、7，配平后的离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：1；6；14；2；6；7；
（4）9.6mL 1.0mol/LFeSO₄溶液中含有亚铁离子的物质的量为：1.0mol/L×0.0096L=0.0096mol，
由反应②可知，反应①剩余的n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{6}$n（Fe²⁺）=0.0016 mol，
25.0mL 0.2mol/L K₂Cr₂O₇溶液中含有重铬酸根离子的物质的量为：0.2mol/L×0.025L=0.0050mol，
则反应①消耗的n（Cr₂O₇^2-）=0.0050 mol-0.0016 mol=0.0034 mol，
则：n（CH₃OH）=0.0034 mol，
w（CH₃OH）=$\frac{0.0034mol×32g/mol}{0.12g}$×100%=90.7%，
故答案为：90.7%．

点评 本题考查了热化学方程式的计算、氧化还原反应的计算，题目难度中等，注意掌握盖斯定律在热化学方程式的计算中的应用，明确氧化还原反应的实质及配平、计算方法．