Question

【題目】乙醇是重要的有機(jī)化工原料，可由乙烯氣相直接水合法生產(chǎn)。氣相直接合成的反應(yīng)為：C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g) ΔH，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化關(guān)系如下圖[其中n(C2H4)：n(H2O)=1︰1]。

（l）P2時(shí)，若起始n(H2O)=n(C2H4)=lmol，容器體積為1L，反應(yīng)經(jīng)5 min達(dá)到a點(diǎn)，在0～5 min時(shí)段，反應(yīng)速率v(C2H5OH)為____mol/(Lmin)，a點(diǎn)的平衡常數(shù)Ka=______（保留兩位小數(shù)）。

（2）乙烯氣相直接水合反應(yīng)的ΔH____0（填“＞”或“＜”），相同起始量達(dá)到a、b所需要的時(shí)間ta__tb（填“＞”、“＜”或“＝”，后同）。c、d兩點(diǎn)的平衡常數(shù)Kc____Kd。

（3）300℃時(shí)，要提高乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率可采取的措施有______、______ 、___。

Answer 1

【答案】0.04 0.31 ＜ ＞ ＝ 增大壓強(qiáng) 增大H2O的濃度[或增大n(H2O) 與n(C2 H4)投料比] 及時(shí)分離出生成的乙醇

【解析】

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式及平衡常數(shù)的表達(dá)式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；分析圖像中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率受溫度的影響確定反應(yīng)是放熱反應(yīng)；根據(jù)壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響分析壓強(qiáng)的大小關(guān)系，進(jìn)一步比較相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)速率的大小；根據(jù)影響化學(xué)平衡移動的因素及平衡移動原理選擇合適的措施。

（l）P2時(shí)，若起始n(H2O)=n(C2H4)=lmol，容器體積為1L，反應(yīng)經(jīng)5 min達(dá)到a點(diǎn)，由圖中信息可知，此時(shí)乙烯的轉(zhuǎn)化率為20%，在0～5 min時(shí)段，乙烯的變化量為0.2mol，則乙醇的變化量也是0.2mol，反應(yīng)速率v(C2H5OH)為mol/(Lmin)。a點(diǎn)，C2H4、H2O、C2H5OH的平衡濃度分別為0.8mol/L、0.8mol/L、0.2mol/L，a點(diǎn)的平衡常數(shù)Ka=。

（2）由圖中信息可知，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小，說明溫度升高該平衡向逆反應(yīng)方向移動，故乙烯氣相直接水合反應(yīng)的ΔH＜0。C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)該反應(yīng)正反應(yīng)方向是氣體分子數(shù)減小的方向，壓強(qiáng)越大，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率越大，由圖中信息可知，在相同溫度下，P3的轉(zhuǎn)化率大于P2，則P3的壓強(qiáng)較大，b點(diǎn)的溫度、壓強(qiáng)都比a點(diǎn)大，溫度越高、壓強(qiáng)越大，化學(xué)反應(yīng)速率越大，達(dá)到平衡所用的時(shí)間越短，因此，相同起始量達(dá)到a、b所需要的時(shí)間ta＞tb。c、d兩點(diǎn)對應(yīng)的溫度相同，因?yàn)槠胶獬��?shù)只受溫度影響，則平衡常數(shù)Kc＝Kd。

（3）300℃時(shí)，要提高乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)設(shè)法讓化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動原理可知，可采取的措施有：增大壓強(qiáng)、增大H2O的濃度[或增大n(H2O) 與n(C2H4)投料比]、及時(shí)分離出生成的乙醇。