Quá trình hydrate hoá ethene với xúc tác xảy ra theo cân bằng

Điều kiện thực hiện quá trình này là nhiệt độ 300°C, áp suất 7 MPa, sử dụng chất xúc tác phosphoric acid được phủ lên silicon dioxide rắn. Ethene và hơi nước được trộn theo tỉ lệ mol lần lượt là 10 : 6 và được dẫn liên tục qua xúc tác. Khi qua xúc tác thì 5% ethene chuyển hoá thành ethanol, loại bỏ ethanol khỏi hỗn hợp cân bằng và tái chế ethene, hiệu suất phản ứng tổng có thể đạt 95%.
a) Giải thích tại sao tỉ lệ phần trăm ethanol trong hỗn hợp tại thời điểm cân bằng cao hơn khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp.
b) Giải thích tại sao trong thực tế phản ứng trên được thực hiện ở nhiệt độ cao 300°C.
c) Theo phản ứng thì tỉ lệ mol giữa ethene và nước là 1 : 1. Để cân bằng chuyển dịch sang phải, có thể sử dụng dư ethene hoặc nước. Giải thích tại sao trong thực tế người ta dùng ethene dư mặc dù đắt và ít phong phú hơn hơi nước. (Gợi ý: xem xét bản chất của chất xúc tác).
d) Nếu thực hiện phản ứng ở áp suất cao hơn 7 MPa, ethene sẽ tham gia phản ứng trùng hợp tạo thành chất rắn polymer màu trắng, gây tắc nghẽn ống dẫn khí. Cho biết công thức phân tử của chất rắn màu trắng đó. Viết phương trình hoá học giải thích.

• A.
• B.
• C.
• D.

a) Phản ứng là toả nhiệt => Ở nhiệt độ thấp cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng hiệu suất tổng hợp ethanol. Nói cách khác, ở nhiệt độ thấp tỉ lệ ethanol trong hỗn hợp cân bằng cao hơn.
b) Ở nhiệt độ thấp, tốc độ phản ứng rất chậm. Một nhà sản xuất cố gắng sản xuất càng nhiều ethanol mỗi ngày càng tốt. Vì vậy, thật vô nghĩa khi cố gắng đạt được hỗn hợp cân bằng chứa % ethanol cao bằng cách chờ phản ứng trong vài năm để đạt được trạng thái cân bằng đó. Vì vậy, phản ứng phải thực hiện ở nhiệt độ cao để tăng tốc độ phản ứng.
c) Nếu sử dụng nhiều nước, H₃PO₄ sẽ bị hoà tan => làm loãng và rửa trôi xúc tác => xúc tác giảm tác dụng.
d) Chất rắn màu trắng là poliethylene (PE)