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8.丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产.主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等.回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
①C3H6(g)+NH3(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)═C3H3N(g)+3H2O(g)△H=-515kJ•mol-1
②C3H6(g)+O2(g)═C3H4O(g)+H2O(g)△H=-353kJ•mol-1
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是两个反应均为放热量大的反应;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是低温、低压;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂.
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460℃.低于460℃时,丙烯腈的产率不是(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡转化率,判断理由是该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低;高于460℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是AC(双选,填标号).
A.催化剂活性降低    B.平衡常数变大
C.副反应增多        D.反应活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示.由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为1,理由是该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低.进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为1:7.5:1.

分析 (1)依据热化学方程式方向可知,两个反应均放热量大,即反应物和生成物的能量差大,因此热力学趋势大;有利于提高丙烯腈平衡产率需要改变条件使平衡正向进行,提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂;
(2)因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,即低于460℃时,对应温度下的平衡转化率曲线应该是下降的,但实际曲线是上升的,因此判断低于460℃时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率;产率降低主要从产率的影响因素进行考虑;
(3)根据图象可知,当$\frac{n(氨)}{n(丙烯)}$约为1时,该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低,根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g),氨气、氧气、丙烯按1:1.5:1的体积比加入反应达到最佳状态,依据氧气在空气中约占20%计算条件比.

解答 解:(1)两个反应在热力学上趋势均很大,两个反应均放热量大,即反应物和生成物的能量差大,因此热力学趋势大;该反应为气体体积增大的放热反应,所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率,提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂;
故答案为:两个反应均为放热量大的反应;低温、低压;催化剂;
(2)因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,即低于460℃时,对应温度下的平衡转化率曲线应该是下降的,但实际曲线是上升的,因此判断低于460℃时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率.高于460°C时,丙烯腈产率降低,
A.催化剂在一定温度范围内活性较高,若温度过高,活性降低,故A正确;
B.由图象可知,升高温度平衡常数变小,故B错误;
C.根据题意,副产物有丙烯醛,催化剂活性降低,副反应增多,导致产率下降,故C正确;
D.反应活化能的大小不影响平衡,故D错误;
故答案为:不是,该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低;AC;
(3)根据图象可知,当$\frac{n(氨)}{n(丙烯)}$约为1时,该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低;根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g),氨气、氧气、丙烯按1:1.5:1的体积比加入反应达到最佳状态,而空气中氧气约占20%,所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为:1:7.5:1,
故答案为:1:1;该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低;1:7.5:1.

点评 本题考查热化学方程式,影响化学平衡的因素等知识.注意图象分析判断,定量关系的理解应用是解题关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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13.氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2.某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究.回答下列问题:
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②欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→d→c→f→e→j(按气流方向,用小写字母表示).
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将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好).在一定温度下按图示装置进行实验.

操作步骤实验现象解释原因
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