Question

20．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）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═C₃H₃N（g）+3H₂O（g）△H=-515kJ•mol^-1
②C₃H₆（g）+O₂（g）═C₃H₄O（g）+H₂O（g）△H=-353kJ•mol^-1
兩個反應在熱力學上趨勢均很大，其原因是兩個反應均為放熱量大的反應；有利于提高丙烯腈平衡產率的反應條件是低溫、低壓．
（2）圖（a）為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線，最高產率對應的溫度為460℃．低于460℃時，丙烯腈的產率不是（填“是”或“不是”）對應溫度下的平衡產率，判斷理由是該反應為放熱反應，平衡產率應隨溫度升高而降低．
（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，進料氣氨、丙烯、空氣的理論最佳體積比約為1：1：7.5．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式方向可知，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；有利于提高丙烯腈平衡產率需要改變條件使平衡正向進行；
（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；
（3）根據化學反應C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=C₃H₃N（g）+3H₂O（g），氨氣、氧氣、丙烯按1：1.5：1的體積比加入反應達到最佳狀態，依據氧氣在空氣中約占20%計算條件比．

解答 解：（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；
故答案為：兩個反應均為放熱量大的反應；低溫、低壓；
（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；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；
（3）根據化學反應C₃H₆（g）+NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=C₃H₃N（g）+3H₂O（g），氨氣、氧氣、丙烯按1：1.5：1的體積比加入反應達到最佳狀態，而空氣中氧氣約占20%，所以進料氨、丙烯、空氣的理論體積約為1：1：7.5，
故答案為：1：1：7.5．

點評 本題考查熱化學方程式，影響化學平衡的因素等知識．注意圖象分析判斷，定量關系的理解應用是解題關鍵，題目難度中等．