Question

4．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：
?C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=C₃H₃N（g）+3H₂O（g）△H=-515kJ/mol
?C₃H₆（g）+O₂（g）=C₃H₄O（g）+H₂O（g）△H=-353kJ/mol
兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，其原因是兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是低溫、低壓；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑．
（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)率對應(yīng)溫度為460℃．低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是（填“是”或者“不是”）對應(yīng)溫度下的平衡
產(chǎn)率，判斷理由是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低；高于460℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是AC（雙選，填標(biāo)號）
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1：1，理由是該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低．進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為1：7.5：1．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式方向可知，兩個反應(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）因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，即低于460℃時，對應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率曲線應(yīng)該是下降的，但實際曲線是上升的，因此判斷低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(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)圖象可知，當(dāng)$\frac{{n}_{氨}}{{n}_{丙烯}}$約為1時，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)C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$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)，依據(jù)氧氣在空氣中約占20%計算條件比．

解答 解：（1）兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，兩個反應(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；
故答案為：兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；低溫、低壓；催化劑；
（2）因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，即低于460℃時，對應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率曲線應(yīng)該是下降的，但實際曲線是上升的，因此判斷低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率．高于460°C時，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，故A正確；
B．由圖象可知，升高溫度平衡常數(shù)變小，故B錯誤；
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，故C正確；
D．反應(yīng)活化能的大小不影響平衡，故D錯誤；
故答案為：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；
（3）根據(jù)圖象可知，當(dāng)$\frac{{n}_{氨}}{{n}_{丙烯}}$約為1時，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)C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$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：1：7.5：1，
故答案為：1：1；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．

點評 本題考查熱化學(xué)方程式，影響化學(xué)平衡的因素等知識．注意圖象分析判斷，定量關(guān)系的理解應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．