Question

6．乙酸是重要的有機化工原料，可由乙烯氧化法、甲醛羥基化法等方法生產(chǎn)．回答下列問題：
（1）乙烯氧化法：在催化劑存在的條件下，可以看作先將乙烯氧化成乙醛，乙醛再氧化為乙酸．寫出相應的化學反應方程式：CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃CHO、2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$2CH₃COOH．
（2）已知175℃、3.0MPa時：
甲醇取代反應①CH₃OH（g）+HI（g）?CH₃I（g）+H₂O（g）△H₁
碘代甲烷羥基化反應②CH₃I（g）+CO（g）?CH₃COI（g）△H₂
CH₃COI水解生成醋酸③CH₃COI（g）+H₂O（g）?CH₃COOH（g）+HI（g）△H₃
則甲醇羥基化法合成乙酸的總反應CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）的△H與△H₁、△H₂、△H₃之間的關系為△H=△H₁+△H₂+△H₃，反應過程中的碘代甲烷是中間產(chǎn)物（“催化劑”、“中間產(chǎn)物”）．
（3）檢驗產(chǎn)品中乙酸成分比較簡便的實驗操作是取少量產(chǎn)品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊試液，如果變紅，則說明含有乙酸成分．
（4）175℃、3.0MPa時甲醇羥基化法合成乙酸的反應時間與甲醇轉化率的關系如圖（其中初始投料$\frac{n（CO）}{n（C{H}_{3}OH）}$=λ）：
①若甲醇羥基化法合成乙酸的△H＜0，為了提高甲醛的轉化率，除了適當改變溫度和壓強外，還可以采取的措施有增加壓強、降低溫度．
②已知α和λ，用平衡分壓代替平衡濃度列式丙計算平衡常數(shù)K=$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）乙烯在催化劑存在條件下與氧氣反應生成乙醛，乙醛與氧氣進一步發(fā)生氧化反應生成乙酸，據(jù)此書寫方程式；
（2）根據(jù)蓋斯定律①+②+③得到CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）進行計算；
（3）根據(jù)乙酸溶于水成酸性檢驗；
（4）①根據(jù)該反應為氣體體積減小的放熱反應分析，要想提高轉化率，則使平衡向正反應方向移動；
②根據(jù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}COOH）}{c（CH{\;}_{3}OH）c（CO）}$進行計算．

解答 解：（1）乙烯在催化劑存在條件下與氧氣反應生成乙醛，方程式為CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃CHO，乙醛與氧氣進一步發(fā)生氧化反應生成乙酸，該反應為2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$2CH₃COOH，故答案為：為CH₂=CH₂+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃CHO；2CH₃CHO+O₂$\stackrel{催化劑}{→}$2CH₃COOH；
（2）①CH₃OH（g）+HI（g）?CH₃I（g）+H₂O（g）△H₁
②CH₃I（g）+CO（g）?CH₃COI（g）△H₂
③CH₃COI（g）+H₂O（g）?CH₃COOH（g）+HI（g）△H₃
①+②+③得CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）△H=△H₁+△H₂+△H₃；根據(jù)反應碘代甲烷為反應①的產(chǎn)物，反應②的反應物，所以反應過程中的碘代甲烷是中間產(chǎn)物；
故答案為：△H₁+△H₂+△H₃；中間產(chǎn)物；
（3）因為乙酸溶于水成酸性，所以用紫色石蕊試液檢驗即可，具體操作為取少量產(chǎn)品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊試液，如果變紅，則說明含有乙酸成分；
故答案為：取少量產(chǎn)品溶于水配成溶液，滴加紫色石蕊試液，如果變紅，則說明含有乙酸成分；
（4）①要想提高轉化率，則使平衡向正反應方向移動，又該反應為氣體體積減小的放熱反應，所以可以增加壓強或者降低溫度，故答案為：增加壓強；降低溫度；
②設開始時充入CH₃OH（g）的濃度為1mol/L，則CO（g）的濃度為λmol/L，
由     CH₃OH（g）+CO（g）?CH₃COOH（g）
開始  1mol/L   λmol/L       0
轉化  α        α            α
平衡 1-α      λ-α           α
所以K=$\frac{c（CH{\;}_{3}COOH）}{c（CH{\;}_{3}OH）c（CO）}$=$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$，
故答案為：$\frac{α}{（1-α）×（λ-α）}$．

點評 本題考查了有機反應方程式的書寫、蓋斯定律的應用以及化學平衡常數(shù)的計算，建立三段式是解答平衡計算是關鍵，題目難度中等．