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
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 ________________________________________________________________________ 、
________________________________________________________________________ 。
(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。
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