Question

【題目】丙烯腈（CH2=CHCN）是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等，回答下列問題：

(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副產(chǎn)物丙烯醛（C3H4O）的熱化學(xué)方程式如下：

①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515kJ/mol

①C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353kJ/mol

兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是________；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是________。

(2)圖（a）為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)溫度為460℃。低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率________（填“是”或者“不是”）對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是________；高于460℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是________（雙選，填標(biāo)號(hào)）

A．催化劑活性降低B．平衡常數(shù)變大C．副反應(yīng)增多D．反應(yīng)活化能增大

(3)丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n（氨）/n（丙烯）的關(guān)系如圖（b）所示。由圖可知，最佳n（氨）/n（丙烯）約為1理由是_______________。進(jìn)料氨、空氣、丙烯的理論體積約為________。

Answer 1

【答案】兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng) 降低溫度,降低壓強(qiáng),催化劑 不是 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低 AC 1 該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低 1：7.5：1

【解析】

(1)依據(jù)熱化學(xué)方程式方向可知，兩個(gè)反應(yīng)均放熱量大，即反應(yīng)物和生成物的能量差大，因此熱力學(xué)趨勢(shì)大；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率需要改變條件使平衡正向進(jìn)行，提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑；

(2)因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，即低于460℃時(shí)，對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率曲線應(yīng)該是下降的，但實(shí)際曲線是上升的，因此判斷低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率；產(chǎn)率降低主要從產(chǎn)率的影響因素進(jìn)行考慮；

(3)根據(jù)圖像可知，當(dāng)n（氨）/n（丙烯）約為1時(shí)，該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)氨氣、氧氣、丙烯按1：1.5：1的體積比加入反應(yīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，依據(jù)氧氣在空氣中約占20%計(jì)算條件比。

(1)兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，兩個(gè)反應(yīng)均放熱量大，即反應(yīng)物和生成物的能量差大，因此熱力學(xué)趨勢(shì)大；該反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，所以降低溫度、降低壓強(qiáng)有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率，提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑；

(2)因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，即低于460℃時(shí)，對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率曲線應(yīng)該是下降的，但實(shí)際曲線是上升的，因此判斷低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率．高于460°C時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低；

A．催化劑在一定溫度范圍內(nèi)活性較高，若溫度過高，活性降低，A正確；

B．該反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)變小，B錯(cuò)誤；

C．根據(jù)題意，副產(chǎn)物有丙烯醛，催化劑活性降低，副反應(yīng)增多，導(dǎo)致產(chǎn)率下降，C正確；

D．反應(yīng)活化能的大小不影響平衡，D錯(cuò)誤；

綜上AC符合題意；

(3)根據(jù)圖象可知，當(dāng)n（氨）/n（丙烯）約為1時(shí)，該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低；根據(jù)反應(yīng)C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨氣、氧氣、丙烯按1：1.5：1的體積比加入反應(yīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，而空氣中氧氣約占20%，所以進(jìn)料氨、空氣、丙烯的理論體積約為：1：：1=1：7.5：1。