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)＋3/2O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝-515 kJ·mol-1

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

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)的溫度為460 ℃。低于460 ℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率____(填“是”或“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_____，理由是______________________________。進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為_________。

Answer 1

【答案】低溫低壓催化劑不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，所以此時(shí)尚未達(dá)到平衡狀態(tài)AC1：1此時(shí)產(chǎn)物主要是丙烯腈，幾乎沒有副產(chǎn)物1:7.5:1

【解析】

（1）改變條件使平衡正向進(jìn)行有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率，提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑；

（2）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(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)化學(xué)反應(yīng)C3H6（g）+NH3（g）+3/2O2（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)，根據(jù)空氣中氧氣約占20%計(jì)算。

（1）氣體體積增大的放熱反應(yīng)，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）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(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。高于460 ℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是

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；

故選AC；

（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)化學(xué)反應(yīng)C3H6（g）+NH3（g）+3/2O2（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。