乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法生产或间接水合法生产。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

Question

乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法生产或间接水合法生产。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：

甲醇的脱水反应

2CH ₃ OH(g) == =CH ₃ OCH ₃ (g) ＋ H ₂ O(g)

Δ H ₁ ＝－ 23.9 kJ·mol ^{－ 1}

甲醇制烯烃的反应

2CH ₃ OH(g) == =C ₂ H ₄ (g) ＋ 2H ₂ O(g)

Δ H ₂ ＝－ 29.1 kJ·mol ^{－ 1}

乙醇的异构化反应　 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) 如图所示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，还可采取的措施有 ________________________________________________________________________ 、

________________________________________________________________________ 。

Answer 1

(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

[ 解析 ] (1) 根据题中信息可写出由乙烯与浓硫酸间接水合法制乙醇的反应为 C ₂ H ₄ ＋ H ₂ SO ₄ ― →C ₂ H ₅ OSO ₃ H 和 C ₂ H ₅ OSO ₃ H ＋ H ₂ O ― →C ₂ H ₅ OH ＋ H ₂ SO ₄ 。 (2) 根据盖斯定律 ① － ② － ③ 得： C ₂ H ₄ (g) ＋ H ₂ O(g) == =C ₂ H ₅ OH(g) 　 Δ H ＝－ 45.5 kJ·mol ^{－ 1} 。间接水合法中用到浓硫酸等强腐蚀性物质，与其相比直接水合法具有污染小、腐蚀性小等优点。 (3) ① 设起始时 C ₂ H ₄ 和 H ₂ O(g) 的物质的量均为 n ，根据 C ₂ H ₄ 的转化率为 20% ，则平衡时 C ₂ H ₄ 、 H ₂ O(g) 和 C ₂ H ₅ OH 的物质的量分别为 80% n 、 80% n 和 20% n ，则 K _p ＝ ＝ ＝ ＝ 0.07(MPa) ^{－ 1} 。 ② 增大压强，平衡将正向移动，能提高 C ₂ H ₄ 的转化率，即压强 p ₁ ＜ p ₂ ＜ p ₃ ＜ p ₄ 。 ③ 为了使平衡正向移动，还可以将乙醇液化及时分离，或增大 n (H ₂ O) ： n (C ₂ H ₄ ) 之比等措施。