Question

9．Ⅰ．乙醇是重要的有機化工原料，可由乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產．
（1）間接水合法是指先將乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯（C₂H₅OSO₃H），再水解生成乙醇．寫出相應反應的化學方程式：C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄．
（2）已知：
甲醇脫水反應 2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁═-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應 2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂═-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構化反應 C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃═+50.7kJ•mol^-1
則乙烯氣相直接水合反應C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H═-45.5kJ/mol．與間接水合法相比，氣相直接水合法的優(yōu)點是無副產品，原子利用率100%．
Ⅱ．甲醇雖然毒性很強，但它是一種清潔燃料，也是一種重要的合成原料．工業(yè)甲醇的質量分數可以用下列方法測定：
①在稀硫酸中甲醇被Cr₂O₇^2-氧化成CO₂和H₂O，其反應為：CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺═CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O；
②過量的Cr₂O₇^2-可用Fe²⁺與之完全反應，反應如下所示：
1Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺---2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
現有0.12g工業(yè)甲醇，在稀硫酸中與25.0mL 0.2mol/L K₂Cr₂O₇溶液反應，多余的K₂Cr₂O₇恰好與9.6mL 1.0mol/LFeSO₄溶液完全反應．
（3）請配平第②步中離子方程式（配平系數依次填寫在短線上）．
（4）工業(yè)甲醇的質量分數為90.7%．

Answer 1

分析 （1）乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯（C₂H₅OSO₃H），效仿乙酸乙酯水解，將水分成氫原子和羥基生成乙醇和硫酸；
（2）利用蓋斯定律構造目標熱化學方程式并求焓變，氣相直接水合法原子利用率100%；
（3）依據化學反應的元素化合價變化結合電子守恒、電荷守恒、原子守恒計算配平離子方程式；
（4）依據化學方程式的定量計算分析，依據FeSO₄的消耗量，計算出多余的K₂Cr₂O₇，計算與甲醇反應的K₂Cr₂O；結合化學方程式CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺=CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O進行計算．

解答 解：（1）乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯（C₂H₅OSO₃H），化學方程式為C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H，硫酸氫乙酯水解生成乙醇和硫酸，化學方程式為：C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄，
故答案為：C₂H₄+H₂SO₄=C₂H₅OSO₃H、C₂H₅OSO₃H+H₂O→C₂H₅OH+H₂SO₄；
（2）已知：甲醇脫水反應  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應 ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構化反應 ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol；
乙烯直接水化法中反應物中所有原子全部都變成生成物，所以原子利用率100%，沒有副產品，
故答案為：-45.5kJ/mol；無副產品，原子利用率100%；
（3）依據化學反應的元素化合價變化結合電子守恒計算配平離子方程式，電子轉移：Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺+～6e^-；6Fe²⁺～6Fe³⁺～6e^-；所以配平氧化還原反應的電子守恒，結合電荷守恒和原子守恒得到配平系數：1、6、14、2、6、7，配平后的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1；6；14；2；6；7；
（4）9.6mL 1.0mol/LFeSO₄溶液中含有亞鐵離子的物質的量為：1.0mol/L×0.0096L=0.0096mol，
由反應②可知，反應①剩余的n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{6}$n（Fe²⁺）=0.0016 mol，
25.0mL 0.2mol/L K₂Cr₂O₇溶液中含有重鉻酸根離子的物質的量為：0.2mol/L×0.025L=0.0050mol，
則反應①消耗的n（Cr₂O₇^2-）=0.0050 mol-0.0016 mol=0.0034 mol，
則：n（CH₃OH）=0.0034 mol，
w（CH₃OH）=$\frac{0.0034mol×32g/mol}{0.12g}$×100%=90.7%，
故答案為：90.7%．

點評 本題考查了熱化學方程式的計算、氧化還原反應的計算，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律在熱化學方程式的計算中的應用，明確氧化還原反應的實質及配平、計算方法．