Question

4．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：
?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
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，最高产率对应温度为460℃．低于460℃时，丙烯腈的产率不是（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡
产率，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1：1，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．

Answer 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．