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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  C2H5OH（g）═CH3OCH3

2019-11-27

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  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=______kJ•mol-1，与间接水合法相比，气相直接水合法的优点是______；
（3）如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）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，nH2O：nC2H4=0.6：1，乙烯的转化率为5%，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，还可以采取的措施有______、______．
优质解答
（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）①C2H4（g）+H2O（g）═C2H5OH（g）
开始：1         1          0
转化：0.2       0.2       0.2
平衡：0.8       0.8       0.2
乙醇占
0.2
0.8+0.8+0.2
=
1
9
，乙烯和水各占
0.8
0.8+0.8+0.2
=
4
9
，则乙醇的分压为7.85MPa×
1
9
=0.87MPa，乙烯和水的分压为7.85MPa×
4
9
=3.49MPa，
所以Kp=
p(C2H5OH)
p(C2H4)•p(H2O)
=
0.87MPa
3.49MPa×3.49MPa
=0.07（MPa）-1，
故答案为：0.07（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． （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）①C2H4（g）+H2O（g）═C2H5OH（g）
开始：1         1          0
转化：0.2       0.2       0.2
平衡：0.8       0.8       0.2
乙醇占
0.2
0.8+0.8+0.2
=
1
9
，乙烯和水各占
0.8
0.8+0.8+0.2
=
4
9
，则乙醇的分压为7.85MPa×
1
9
=0.87MPa，乙烯和水的分压为7.85MPa×
4
9
=3.49MPa，
所以Kp=
p(C2H5OH)
p(C2H4)•p(H2O)
=
0.87MPa
3.49MPa×3.49MPa
=0.07（MPa）-1，
故答案为：0.07（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．
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