Question

【題目】丙烯腈（CH2=CHCN）是一種重要的化工原料，工業上可用“丙烯氨氧化法”生產，主要副產物有丙烯醛（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）和副產物丙烯醛（ C3H4O）的熱化學方程式如下：

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

兩個反應在熱力學上趨勢均很大，其原因是____________；有利于提高丙烯腈平衡產率的反應條件是_______________；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是___________。

（2）圖（a）為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線，最高產率對應溫度為460℃。低于460℃時，丙烯腈的產率___________（填“是”或者“不是”）對應溫度下的平衡產率，判斷理由是______________；高于460℃時，丙烯腈產率降低的可能原因是___________（雙選，填標號）。

A．催化劑活性降低 B．平衡常數變大 C．副反應增多 D．反應活化能增大

（3）丙烯腈和丙烯醛的產率與 n（氨） /n（丙烯）的關系如圖（b所示。

由圖可知，最佳 n（氨） /n（丙烯）約為_____________，理由是______________________。進料氨、空氣、丙烯的理論體積約為____________。

Answer 1

【答案】（1）兩個反應均為放熱量大的反應；降低溫度降低壓強；催化劑；

（2）不是 該反應為放熱反應，平衡產率應隨溫度升高而降低 AC；

（3）1 該比例下丙烯腈產率最高，而副產物丙烯醛產率最低；1∶7.5∶1。

【解析】

試題分析：（1）兩個反應在熱力學上趨勢均很大，兩個反應均放熱量大，即反應物和生成物的能量差大，因此熱力學趨勢大；該反應為氣體體積增大的放熱反應，所以降低溫度、降低壓強有利于提高丙烯腈的平衡產率，提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是催化劑；故答案為：兩個反應均為放熱量大的反應；低溫、低壓；催化劑；

（2）因為該反應為放熱反應，平衡產率應隨溫度升高而降低，即低于460℃時，對應溫度下的平衡轉化率曲線應該是下降的，但實際曲線是上升的，因此判斷低于460℃時，丙烯腈的產率不是對應溫度下的平衡轉化率．高于460°C時，丙烯腈產率降低。A．催化劑在一定溫度范圍內活性較高，若溫度過高，活性降低，故A正確；B．由圖象可知，升高溫度平衡常數變小，故B錯誤；C．根據題意，副產物有丙烯醛，催化劑活性降低，副反應增多，導致產率下降，故C正確；D．反應活化能的大小不影響平衡，故D錯誤；故答案為：不是，該反應為放熱反應，平衡產率應隨溫度升高而降低；AC；

（3）根據圖象可知，當約為1時，該比例下丙烯腈產率最高，而副產物丙烯醛產率最低；根據化學反應C3H6（g）+NH3（g）+O2（g）=C3H3N（g）+3H2O（g），氨氣、氧氣、丙烯按1：1.5：1的體積比加入反應達到最佳狀態，而空氣中氧氣約占20%，所以進料氨、空氣、丙烯的理論體積約為：1：7.5：1，故答案為：1：1；該比例下丙烯腈產率最高，而副產物丙烯醛產率最低；1：7.5：1。