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
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 (C 2 H 5 OSO 3 H) ,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 2CH 3 OH(g) == =CH 3 OCH 3 (g) + H 2 O(g) Δ H 1 =- 23.9 kJ·mol - 1
甲醇制烯烃反应 2CH 3 OH(g) == =C 2 H 4 (g) + 2H 2 O(g) Δ H 2 =- 29.1 kJ·mol - 1
乙醇异构化反应 C 2 H 5 OH(g) == =CH 3 OCH 3 (g) Δ H 3 =+ 50.7 kJ·mol - 1
则乙烯气相直接水合反应 C 2 H 4 (g) + H 2 O(g) == =C 2 H 5 OH(g) 的 Δ 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 n H 2 O ∶ n C 2 H 4 = 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 K p = ________________________( 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 ( p 1 、 p 2 、 p 3 、 p 4 ) 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 6.9 MPa , n H 2 O ∶ n C 2 H 4 = 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 __________________ 、 __________________ 。
解析 (2) 将题给反应依次编号为 ① 、 ② 、 ③ ,反应 ① 减去反应 ② 再减去反应 ③ 即得 C 2 H 4 (g) + H 2 O(g) == =C 2 H 5 OH(g) ,故 Δ H = Δ H 1 - Δ H 2 - Δ H 3 =- 23.9 kJ·mol - 1 - ( - 29.1 kJ·mol - 1 ) - ( + 50.7 kJ·mol - 1 ) =- 45.5 kJ·mol - 1 。与间接水合法相比,气相直接水合法没有使用浓硫酸,减轻了酸对设备的腐蚀,且无酸性废液产生,污染小。 ( 3)② 由题给曲线知,相同温度、不同压强下乙烯的转化率大小是 p 4 > p 3 > p 2 > p 1 ,而 C 2 H 4 (g) + H 2 O(g) == =C 2 H 5 OH(g) 为气体分子数 ( 总体积 ) 减小的反应,压强越高, C 2 H 4 转化率越高,故压强大小关系是 p 1 < p 2 < p 3 < p 4 。 ③ 欲提高 C 2 H 4 的转化率,除增大压强和降低温度外,还可使 C 2 H 5 OH 蒸气液化而减少生成物浓度或增加 n H 2 O ∶ n C 2 H 4 的比例,即增大 H 2 O(g) 的浓度。
答案 (1)C 2 H 4 + H 2 SO 4 == =C 2 H 5 OSO 3 H 、
C 2 H 5 OSO 3 H + H 2 O == =C 2 H 5 OH + H 2 SO 4
(2) - 45.5 污染小、腐蚀性小等
(3)① = = = 0.07(MPa) - 1
② p 1 < p 2 < p 3 < p 4 反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率提高
③将产物乙醇液化移去 增加 n H 2 O ∶ n C 2 H 4 比
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