Question

【題目】我國自主知識產(chǎn)權的首套煤基乙醇工業(yè)化項目的生產(chǎn)過程：先用煤制得乙酸甲酯，再將乙酸甲酯轉化為乙醇。乙酸甲酯轉化為乙醇涉及反應原理：

主反應：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1=-23.61kJmol-1

副反應：CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g) ΔH2=0.99kJmol-1

在催化劑作用下的反應歷程為（*表示吸附態(tài)）

化學吸附：H2→2H*

表面反應：CH3COOCH3+4H*→CH3CH2OH*+CH3OH*

化學脫附：CH3CH2OH*→CH3CH2OHCH3OH*→CH3OH

已知：化學吸附的活化能大，決定主反應的反應速率。

（1）2CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3COOC2H5(g)＋2CH3OH(g) ΔH3則ΔH3=___。

（2）下列條件，有利于提高C2H5OH平衡產(chǎn)率的是___。

A.低溫 B.高溫 C.低壓 D.高壓 E.催化劑

（3）在1L密閉容器中充入1mol乙酸甲酯，乙酸甲酯的平衡轉化率與溫度和氫酯比(x)[x=]的關系如圖1。

①x1、x2、x3的大小關系為___。

②250℃、x1=10，C2H5OH的選擇性為60%，則主反應的平衡常數(shù)為___(保留2位有效數(shù)字）。（如乙醇選擇性=）

（4）其它條件相同，反應經(jīng)過相同時間，乙酸甲酯的轉化率與乙醇的選擇性隨氫酯比的關系如圖2所示。氫酯比(x)在2~9之間，乙醇的選擇性逐漸增大的原因為___。

（5）若僅發(fā)生主反應，在恒壓條件下，充入乙酸甲酯和氫氣各2mol一段時間后達平衡，若在t1時刻再充入各1mol的反應物（其它條件不變），t2時重新達到平衡，請在圖3中畫出t1~t3的正逆反應速率變化的示意圖。___。

Answer 1

【答案】ΔH=-22.62kJ·mol-1 AD x3>x2>x1 0.061 氫氣的化學吸附是決速步，增大氫氣濃度加快整體化學反應速率，且副反應的速率增大幅度小于主反應，所以乙醇的選擇性增大

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進行求算；

（2）根據(jù)影響化學平衡的因素進行分析；

（3）根據(jù)圖象中平衡轉化率分析充入氫氣的量，比較三個氫酯比大��；通過乙酸甲酯的平衡轉化率計算最終轉化為乙醇的乙酸甲酯的物質的量，進而求算化學平衡常數(shù)；

（4）根據(jù)氫酯比增大，反應速率加快的角度回答；

（5）根據(jù)恒溫恒壓下的等效平衡原理進行分析。

（1）根據(jù)蓋斯定律，將已知反應1和2相加即得到目標反應，反應熱ΔH3=ΔH1+ΔH2=-22.62 kJ·mol-1；

（2）該反應為放熱反應，若需要提高甲醇的產(chǎn)率則需要將平衡正向移動；降低反應溫度，反應向放熱方向移動（即正反應方向），可增大甲醇產(chǎn)率；適當增大壓強，反應向氣體系數(shù)和小的方向移動（即正反應方向），可增大甲醇的產(chǎn)率；加入催化劑可以增大化學反應速率但不影響化學平衡，故答案選擇AD；

（3）①根據(jù)圖象可以知道，x3的平衡轉化率最高x1的平衡轉化率最低，說明在充入相同乙酸甲酯時，充入的氫氣量x3最大，氫氣量越大，乙酸甲酯的平衡轉化率就越大，x為氫酯比，故x3>x2>x1；

②250℃時，乙酸甲酯的平衡轉化率為90%，即反應的0.9mol的乙酸甲酯，根據(jù)乙醇的選擇性可以計算最后有0.54mol的乙酸甲酯最終轉化為乙醇，剩余的0.36mol乙酸甲酯參與了副反應，主反應過程中生成乙醇0.54mol、甲醇0.54mol，消耗氫氣1.12mol，剩余氫氣8.92mol，副反應過程中生成甲醇0.36mol，故平衡時c(CH3COOCH3)=0.1mol/L，c(H2)=8.92mol/L，c(C2H5OH)=0.54mol/L，c(CH3OH)=0.9mol/L，主反應的平衡常數(shù)K===0.061；

（4）氫酯比在2-9之間，乙醇的選擇性逐漸增大，其原因是：氫氣的化學吸附是決速步，增大氫氣濃度加快整體化學反應速率，且副反應的速率增大幅度小于主反應，所以乙醇的選擇性增大；

（5）在恒壓條件下反應，再充入各1mol反應物，反應物的濃度增大，正反應速率加快，生成物濃度減小，逆反應速率減慢；因同時加入等量的反應物與初始狀態(tài)投入的各反應物的比相同，為等效反應，故新的平衡達到時正逆反應速率與原平衡正逆反應速率相同，t1-t3段的圖象為。