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）+1.5O2（g）=C3H3N（g）+3H2O（g） △H=-515kJ·mol－1

②C3H6（g）+O2（g）=C3H4O（g）+H2O（g） △H=-353kJ·mol－1

兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，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_____________，理由是______________________。進(jìn)料氨、空氣、丙烯的理論體積約為____________。

Answer 1

【答案】（1）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；

（2）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）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】

試題分析：（1）兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，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(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；低溫、低壓；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，故A正確；B．由圖象可知，升高溫度平衡常數(shù)變小，故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，故C正確；D．反應(yīng)活化能的大小不影響平衡，故D錯(cuò)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)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)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：1：7.5：1，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。