Question

【题目】丙烯腈(C3H3N)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产。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)＋O2(g)C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝515 kJ·mol1

②C3H6(g)＋O2(g)C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝353 kJ·mol1

请回答下列各题：

(1)关于上述反应，下列说法正确的是____。

A.增大压强有利于提高丙烯腈平衡产率

B.反应②的ΔS等于零

C.可以选择合适的催化剂来提高混合气中丙烯腈的生产效率

D.上述反应在恒温、恒容密闭容器中进行，若H2O(g)浓度保持不变，则说明两反应均达到平衡状态

(2)一定温度下，在体积不变的容器中充入C3H6、NH3、O2各1mol，一定时间后反应达到平衡状态，测得容器内C3H6和H2O的物质的量分别为0.4mol和1.4mol，该温度下反应②的平衡常数为____。

(3)若向容器内充入3mol C3H6和1mol O2只发生反应②，一定时间达到平衡状态，10min时再充入1mol O2，15min重新达到平衡，请在图中画出10min～20min内C3H4O的百分含量的变化图__________。

(4)如图为一定时间内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℃。下列说法正确的是_____。

A.460℃之前产率随温度升高而增大是因为随温度升高反应平衡常数变大

B.高于460℃产率下降的原因可能是温度升高催化剂活性降低

C.460℃时C3H6的转化率一定大于500℃

D.温度过高副反应可能变多不利于合成丙烯腈

Answer 1

【答案】CD 3.5 BD

【解析】

(1)关于上述反应的判断，按相关原理进行判断；

(2)按已知条件，结合三段式计算一定温度下反应②的平衡常数；

(3)在图中画出10min～20min内C3H4O的百分含量的变化图，抓住10 min、15 min瞬间C3H4O的百分含量即可；

(4)关于一定时间内丙烯腈产率与反应温度的关系曲线说法的判断，结合图示信息和相应原理判断即可；

(1)A. 生产丙烯腈的反应为：C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝515 kJ·mol1，增大压强，平衡左移，则增压不利于提高丙烯腈平衡产率，A错误；

B.反应②为C3H6(g)＋O2(g)C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝353 kJ·mol1，虽然气体分子数目不变，但各物质的熵不同，故ΔS不等于零，B错误；

C.可以选择合适的催化剂极大地提高反应速率，从而提高混合气中丙烯腈的生产效率，C正确；

D.上述反应在恒温、恒容密闭容器中进行，若H2O(g)浓度保持不变，则意味着一定时间内反应中生成水和消耗水的量相等，则说明反应①、②这两反应均达到平衡状态，D正确；

答案为：CD；

(2)已知一定温度下，在体积不变的容器中充入C3H6、NH3、O2各1mol，一定时间后反应达到平衡状态，测得容器内C3H6和H2O的物质的量分别为0.4mol和1.4mol，运用三段式进行计算如下： ，，则，解得，则②C3H6(g)＋O2(g)C3H4O(g)＋H2O(g)的平衡常数=3.5；

答案为：3.5 ；

(3)若向容器内充入3mol C3H6和1mol O2只发生反应②，一定时间达到平衡状态，10min时再充入1mol O2，则此瞬间C3H4O的百分含量下降，因为增大氧气浓度，平衡向右移动， 15min重新达到平衡，C3H4O的百分含量增大，则10min～20min内C3H4O的百分含量的变化图为；

答案为：；

(4) 已知生产丙烯腈的反应为：C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝515 kJ·mol1，则：

A. 460℃之前产率随温度升高而增大是因为随温度升高反应速率加快，同时生产丙烯腈的反应为放热反应，温度升高反应平衡常数变小，A错误；

B. 催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，高于460℃产率下降的原因可能是温度升高催化剂活性降低、反应速率变慢，B正确；

C. 460℃时C3H6转化率不一定高于500℃，因为不明确是否处于平衡状态，C错误；

D.温度超过460℃时，产率下降，意味着可能有副反应，则温度过高副反应可能变多不利于合成丙烯腈，D正确；

答案为：BD。