Question

20．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）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═C₃H₃N（g）+3H₂O（g）△H=-515kJ•mol^-1
②C₃H₆（g）+O₂（g）═C₃H₄O（g）+H₂O（g）△H=-353kJ•mol^-1
兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，其原因是兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是低溫、低壓．
（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)率不是（填“是”或“不是”）對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低．
（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，進(jìn)料氣氨、丙烯、空氣的理論最佳體積比約為1：1：7.5．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式方向可知，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(shì)大；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率需要改變條件使平衡正向進(jìn)行；
（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(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；
（3）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$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)，依據(jù)氧氣在空氣中約占20%計(jì)算條件比．

解答 解：（1）兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)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(shì)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；
故答案為：兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；低溫、低壓；
（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(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；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；
（3）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$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、丙烯、空氣的理論體積約為1：1：7.5，
故答案為：1：1：7.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式，影響化學(xué)平衡的因素等知識(shí)．注意圖象分析判斷，定量關(guān)系的理解應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．