Question

【題目】乙醚是一種重要的醫(yī)用麻醉劑，研究乙醇在催化劑A存在的條件下的脫水反應(yīng)，對乙醚和酒精的工業(yè)生產(chǎn)都有重要意義，乙醇脫水涉及下列兩個反應(yīng)之間的競爭：

脫水制乙烯Ⅰ：C2H5OH(g)C2H4(g)+H2O(g) △H1 K1

脫水制乙醚Ⅱ：2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)+H2O(g) △H2 K2

研究所得相關(guān)信息如下：

①壓強(qiáng)平衡常數(shù)與溫度之間的關(guān)系

②不同溫度下乙醇的轉(zhuǎn)化率及選擇性

反應(yīng)溫度(K)	乙醇轉(zhuǎn)化率(%)	乙烯選擇性(%)	乙醚選擇性(%)	副產(chǎn)物選擇性(%)
373	25.22	4.38	94.52	1.10
423	54.25	52.24	46.71	1.05
523	95.20	96.87	2.15	0.98

根據(jù)上述信息回答下列問題：

（1）若反應(yīng)：2C2H4(g)+H2O(g)C2H5OC2H5(g)的焓變?yōu)?/span>△H3，平衡常數(shù)為K3，則△H3=_________(用含有△H1、△H2的式子表達(dá))；K3=____________(用含有K1、K2的式子表達(dá))。

（2）△H1____0(填“>”、“ <”或“=”)；乙醚的選擇性是指用于生成乙醚的乙醇占反應(yīng)消耗總乙醇量的百分比，表中數(shù)據(jù)表明：隨著溫度升高，乙醚選擇性降低，簡述理由：______________。

（3）除了改變溫度外，請再提供一種提高乙醚產(chǎn)率的可行方法__________________________。

（4）為研究乙烯水合法合成乙醇，T℃時，可以認(rèn)為只有反應(yīng)Ⅰ，向體積為1L的密閉容器中投入0.6mol水和1mol乙烯，5min后恰好達(dá)到平衡。平衡后則得乙烯的轉(zhuǎn)化率為5%，容器內(nèi)的總壓為7.75MPa，則5min內(nèi)乙醇的的生成速率為__________________；計算反應(yīng)Ⅰ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=_________________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

（5）向（4）中的容器中再加入0.6mol水和1mol乙烯，平衡后，乙烯的轉(zhuǎn)化率___________(填“增大”、“ 減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 ΔH2-2ΔH1 > 因為ΔH1>0，而ΔH2<0，升溫推動Ⅰ平衡右移，而Ⅱ平衡左移，有利于乙烯的生成而不利于乙醚的生成，故乙醚的選擇性降低 縮小體積增大壓強(qiáng)、分離乙醚或者改用選擇性更高的催化劑等等 0.01mol·L-1·min-1 52.25MPa 增大

【解析】試題分析：(1)根據(jù)蓋斯定律計算△H3；根據(jù) 、 、 分析；(2) 根據(jù)壓強(qiáng)平衡常數(shù)與溫度之間的關(guān)系圖，反應(yīng)Ⅰ壓強(qiáng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；根據(jù)壓強(qiáng)平衡常數(shù)與溫度之間的關(guān)系，ΔH1>0，而ΔH2<0，升溫推動Ⅰ平衡右移，而Ⅱ平衡左移；（3）反應(yīng)Ⅱ正向移動可以提高乙醚產(chǎn)率；（4）利用“三段式”計算反應(yīng)速率和壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp；（5）根據(jù)等效平衡原理，向（4）中的容器中再加入0.6mol水和1mol乙烯，相當(dāng)于加壓；

解析：(1) Ⅰ：C2H5OH(g)C2H4(g)+H2O(g) △H1

Ⅱ：2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)+H2O(g) △H2

根據(jù)蓋斯定律Ⅱ—Ⅰ×2得 2C2H4(g)+H2O(g)C2H5OC2H5(g) △H3=ΔH2-2ΔH1； 、 、，所以K3=；(2)反應(yīng)Ⅰ壓強(qiáng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，所以正反應(yīng)吸熱△H1>0；根據(jù)壓強(qiáng)平衡常數(shù)與溫度之間的關(guān)系，ΔH1>0，而ΔH2<0，升溫推動Ⅰ平衡右移，而Ⅱ平衡左移，有利于乙烯的生成而不利于乙醚的生成，故乙醚的選擇性降低；（3）反應(yīng)Ⅱ正向移動可以提高乙醚產(chǎn)率，縮小體積增大壓強(qiáng)、分離出乙醚都能使反應(yīng)Ⅱ正向移動，所以提高乙醚產(chǎn)率的可行方法是縮小體積增大壓強(qiáng)、分離出乙醚；

（4）

則5min內(nèi)乙醇的的生成速率為 mol·L-1·min-1；Kp= 52.25MPa；（5）根據(jù)等效平衡原理，向（4）中的容器中再加入0.6mol水和1mol乙烯，相當(dāng)于加壓，增大壓強(qiáng)，C2H5OH(g)C2H4(g)+H2O(g)反應(yīng)逆向移動，乙烯轉(zhuǎn)化率增大。