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。气相直接合成的反应为：C₂H₄(g)+H₂O(g)C₂H₅OH(g) ΔH，乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下图[其中n(C₂H₄)：n(H₂O)=1︰1]。

  

（l）P₂时，若起始n(H₂O)=n(C₂H₄)=lmol，容器体积为1L，反应经5 min达到a点，在0～5 min时段，反应速率v(C₂H₅OH)为____mol/(L∙min)，a点的平衡常数K_a=______（保留两位小数）。

（2）乙烯气相直接水合反应的ΔH____0（填“＞”或“＜”），相同起始量达到a、b所需要的时间t_a__t_b（填“＞”、“＜”或“＝”，后同）。c、d两点的平衡常数K_c____K_d。

（3）300℃时，要提高乙烯的平衡转化率可采取的措施有______、______ 、___。

Answer

0.04 0.31 ＜ ＞ ＝ 增大压强 增大H2O的浓度[或增大n(H2O) 与n(C2 H4)投料比] 及时分离出生成的乙醇

【解析】

根据化学反应速率的计算公式及平衡常数的表达式进行相关计算；分析图像中乙烯的平衡转化率受温度的影响确定反应是放热反应；根据压强对化学平衡的影响分析压强的大小关系，进一步比较相关的化学反应速率的大小；根据影响化学平衡移动的因素及平衡移动原理选择合适的措施。

（l）P2时，若起始n(H2O)=n(C2H4)=lmol，容器体积为1L，反应经5 min达到a点，由图中信息可知，此时乙烯的转化率为20%，在0～5 min时段，乙烯的变化量为0.2mol，则乙醇的变化量也是0.2mol，反应速率v(C2H5OH)为mol/(L∙min)。a点，C2H4、H2O、C2H5OH的平衡浓度分别为0.8mol/L、0.8mol/L、0.2mol/L，a点的平衡常数Ka=。

（2）由图中信息可知，乙烯的平衡转化率随着温度的升高而减小，说明温度升高该平衡向逆反应方向移动，故乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0。C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)该反应正反应方向是气体分子数减小的方向，压强越大，乙烯的平衡转化率越大，由图中信息可知，在相同温度下，P3的转化率大于P2，则P3的压强较大，b点的温度、压强都比a点大，温度越高、压强越大，化学反应速率越大，达到平衡所用的时间越短，因此，相同起始量达到a、b所需要的时间ta＞tb。c、d两点对应的温度相同，因为平衡常数只受温度影响，则平衡常数Kc＝Kd。

（3）300℃时，要提高乙烯的平衡转化率，应设法让化学平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理可知，可采取的措施有：增大压强、增大H2O的浓度[或增大n(H2O) 与n(C2H4)投料比]、及时分离出生成的乙醇。