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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
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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(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)
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/203fb80e7bec54e7f09b98e4ba389b504ec26ad1.jpg)
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______、______.
(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)
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/203fb80e7bec54e7f09b98e4ba389b504ec26ad1.jpg)
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
答案和解析
(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
=
,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Kp=
=
=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.
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 |
0.8 |
0.8+0.8+0.2 |
4 |
9 |
1 |
9 |
4 |
9 |
所以Kp=
p(C2H5OH) |
p(C2H4)•p(H2O) |
0.87MPa |
3.49MPa×3.49MPa |
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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