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(2016·新课标全国卷Ⅱ)丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业...

(2016·新课标全国卷Ⅱ)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)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)  ΔH =−515 kJ/mol

②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)  ΔH =−353 kJ/mol

两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是________;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________

(2)(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________(或者不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是________;高于460℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是________(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()/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳n()/n(丙烯)约为_________,理由是____________。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________

 

两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂 不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC 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 【解析】 (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)+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。 (1)因为两个反应均为放热量大的反应,所以热力学趋势大;该反应为气体分子数增大的放热反应,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。 (2)因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,反应刚开始进行,尚未达到平衡状态,460℃以前是建立平衡的过程,所以低于460℃时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率;高于460℃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,正确; B.平衡常数变大,对产率的影响是提高产率才对,错误; C.根据题意,副产物有丙烯醛,副反应增多导致产率下降,正确; D.反应活化能的大小不影响平衡,错误; 答案选AC。 (3)根据图像可知,当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)+ 3/2O2(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。
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2)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是______590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是__

 

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相关数据如下表:

 

积碳反应

CH4(g)=C(s)+2H2(g)

消碳反应

CO2(g)+C(s)=2CO(g)

ΔH/(kJ·mol−1)

75

172

活化能/

(kJ·mol−1)

催化剂X

33

91

催化剂Y

43

72

 

①由上表判断,催化剂X___Y(填优于劣于),理由是___

 

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NOx(主要指NONO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

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反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示,在50250 ℃范围内随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是___;当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___

 

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2)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向___(填正反应逆反应)方向移动,判断理由是___

 

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