Question

【題目】丙烯腈(C3H3N)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)。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＝515 kJ·mol1

②C3H6(g)＋O2(g)C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝353 kJ·mol1

請回答下列各題：

(1)關(guān)于上述反應(yīng)，下列說法正確的是____。

A.增大壓強有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率

B.反應(yīng)②的ΔS等于零

C.可以選擇合適的催化劑來提高混合氣中丙烯腈的生產(chǎn)效率

D.上述反應(yīng)在恒溫、恒容密閉容器中進行，若H2O(g)濃度保持不變，則說明兩反應(yīng)均達到平衡狀態(tài)

(2)一定溫度下，在體積不變的容器中充入C3H6、NH3、O2各1mol，一定時間后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，測得容器內(nèi)C3H6和H2O的物質(zhì)的量分別為0.4mol和1.4mol，該溫度下反應(yīng)②的平衡常數(shù)為____。

(3)若向容器內(nèi)充入3mol C3H6和1mol O2只發(fā)生反應(yīng)②，一定時間達到平衡狀態(tài)，10min時再充入1mol O2，15min重新達到平衡，請在圖中畫出10min～20min內(nèi)C3H4O的百分含量的變化圖__________。

(4)如圖為一定時間內(nèi)丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460℃。下列說法正確的是_____。

A.460℃之前產(chǎn)率隨溫度升高而增大是因為隨溫度升高反應(yīng)平衡常數(shù)變大

B.高于460℃產(chǎn)率下降的原因可能是溫度升高催化劑活性降低

C.460℃時C3H6的轉(zhuǎn)化率一定大于500℃

D.溫度過高副反應(yīng)可能變多不利于合成丙烯腈

Answer 1

【答案】CD 3.5 BD

【解析】

(1)關(guān)于上述反應(yīng)的判斷，按相關(guān)原理進行判斷；

(2)按已知條件，結(jié)合三段式計算一定溫度下反應(yīng)②的平衡常數(shù)；

(3)在圖中畫出10min～20min內(nèi)C3H4O的百分含量的變化圖，抓住10 min、15 min瞬間C3H4O的百分含量即可；

(4)關(guān)于一定時間內(nèi)丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線說法的判斷，結(jié)合圖示信息和相應(yīng)原理判斷即可；

(1)A. 生產(chǎn)丙烯腈的反應(yīng)為：C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝515 kJ·mol1，增大壓強，平衡左移，則增壓不利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率，A錯誤；

B.反應(yīng)②為C3H6(g)＋O2(g)C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝353 kJ·mol1，雖然氣體分子數(shù)目不變，但各物質(zhì)的熵不同，故ΔS不等于零，B錯誤；

C.可以選擇合適的催化劑極大地提高反應(yīng)速率，從而提高混合氣中丙烯腈的生產(chǎn)效率，C正確；

D.上述反應(yīng)在恒溫、恒容密閉容器中進行，若H2O(g)濃度保持不變，則意味著一定時間內(nèi)反應(yīng)中生成水和消耗水的量相等，則說明反應(yīng)①、②這兩反應(yīng)均達到平衡狀態(tài)，D正確；

答案為：CD；

(2)已知一定溫度下，在體積不變的容器中充入C3H6、NH3、O2各1mol，一定時間后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，測得容器內(nèi)C3H6和H2O的物質(zhì)的量分別為0.4mol和1.4mol，運用三段式進行計算如下： ，，則，解得，則②C3H6(g)＋O2(g)C3H4O(g)＋H2O(g)的平衡常數(shù)=3.5；

答案為：3.5 ；

(3)若向容器內(nèi)充入3mol C3H6和1mol O2只發(fā)生反應(yīng)②，一定時間達到平衡狀態(tài)，10min時再充入1mol O2，則此瞬間C3H4O的百分含量下降，因為增大氧氣濃度，平衡向右移動， 15min重新達到平衡，C3H4O的百分含量增大，則10min～20min內(nèi)C3H4O的百分含量的變化圖為；

答案為：；

(4) 已知生產(chǎn)丙烯腈的反應(yīng)為：C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝515 kJ·mol1，則：

A. 460℃之前產(chǎn)率隨溫度升高而增大是因為隨溫度升高反應(yīng)速率加快，同時生產(chǎn)丙烯腈的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高反應(yīng)平衡常數(shù)變小，A錯誤；

B. 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，高于460℃產(chǎn)率下降的原因可能是溫度升高催化劑活性降低、反應(yīng)速率變慢，B正確；

C. 460℃時C3H6轉(zhuǎn)化率不一定高于500℃，因為不明確是否處于平衡狀態(tài)，C錯誤；

D.溫度超過460℃時，產(chǎn)率下降，意味著可能有副反應(yīng)，則溫度過高副反應(yīng)可能變多不利于合成丙烯腈，D正確；

答案為：BD。