1、高考资源网（） 您身边的高考专家温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。章末复习课第2章主题整合践行素养以“丙烯腈生产条件的选择”为例复习化学反应的方向、限度和速率主题目标1.以真实情境“丙烯腈生产条件的选择”复习化学反应的方向、限度和速率的相关知识。2以真实情境，培养学生的科学探究精神，养成学生珍惜能源、爱护环境的可持续发展意识。3解决真实生活情境中的问题，培育学生核心素养。一、化学反应的方向二、化学反应的限度三、化学反应的速率四、合成氨适宜条件的选择聚丙烯腈纤维(腈纶)广泛用来代替羊毛，或与羊毛混纺制成毛织
2、物等，可代替部分羊毛制作毛毯和地毯等织物，因此俗称人造羊毛。合成聚丙烯腈的单体是丙烯腈，丙烯腈是一种重要的有机合成单体，是多种有机高聚物的原料。目前，工业上合成丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法。主要分两步进行：(1)丙烷脱氢制丙烯； (2)丙烯氨氧化生成丙烯腈。一、丙烷脱氢制取丙烯反应的研究1丙烷脱氢制丙烯时可能发生的反应如下：主反应：C3H8(g)=C3H6(g)H2(g)H125 kJmol1副反应：C3H8(g)=C2H4(g)CH4(g)H81 kJmol1C2H4(g)H2(g)=C2H6(g)H137 kJmol1C3H8(g)H2(g)=C2H6(g)CH4(g)H56 kJmol
3、1(1)分析主反应和副反应正向能否自发进行。提示：根据HTS可以判断，升高温度有利于主反应和副反应的自发进行，而降温有利于副反应和的自发进行。(2)工业生产中通常采用在反应体系中通入一定量的水蒸气，实验测得，常压下丙烷脱氢的平衡转化率y%与温度T、水烃比M的关系如图：从图中可以得出什么结论？提示：从图中的变化趋势，可以得出：相同温度下，水烃比M越大，丙烷的平衡转化率越高；水烃比M一定时，温度越高，丙烷的平衡转化率越高。在实际的工业生产中应怎样利用上述结论？提示：可以向体系中通入高温水蒸气的方式来提高丙烷的转化率。2研究发现，随温度的升高，丙烷的平衡转化率提高，但是丙烯的产率却降低，原因可能是丙
4、烷裂解加剧，从而使丙烯的选择性降低，同时生成单质碳附着在催化剂表面而失活。通常，工业上采用向体系中加入氧化剂氧气或二氧化碳的方式解决此问题。请你分析引入氧化剂CO2时，对丙烷脱氢制丙烯有何影响？(注：CO2(g)H2(g)=CO(g)H2O(g)H41 kJmol1)提示：(1)通入CO2后会与体系内的H2发生反应，从而降低氢气的浓度，有利于提高主反应的平衡转化率；(2)在高温下CO2可以与催化剂表面的碳反应，有利于催化剂活性的保持；(3)CO2与H2的反应为放热反应，有利于降低能耗。二、探究丙烯氨氧化法制取丙烯腈工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(
5、CH3CN)。反应如下：C3H6(g)NH3(g) O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol11两个反应在热力学上趋势均很大，分析其原因。分析有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件有哪些？提示：因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于反应正向进行，从而提高丙烯腈的平衡产率。2下图为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，分析丙烯腈的产率随温度变化的原因。提示：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，
6、460 以前是建立平衡的过程，所以随温度的升高，丙烯腈的产率逐渐升高；高于460 时，丙烯腈产率降低。原因可能有：反应放热，平衡产率应随温度升高而降低；催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低；根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降。3丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图所示。请分析最佳n(氨)/n(丙烯)约为多少？简述理由。提示：根据图象可知，当n(氨)/n(丙烯)约为1.0时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低。三、工业制取丙烯腈最佳条件的选择1分析丙烯腈的生产过程中提高丙烯腈反应选择性的关键因素是什么？提示：催化剂。由于主反应为气体体积增
7、大的放热反应，副反应为气体体积不变的放热反应，因此温度和压强的改变无法对这两个反应区分，只能通过催化剂来提高丙烯腈的选择性。2分析工业生产丙烯腈时最佳的进料气氨、丙烯、空气的理论体积比是多少？提示：根据化学反应C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)，氨、丙烯、氧气按223的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料气氨、丙烯、空气的理论体积约为2215，即117.5。应用实践提升素养1(2021沈阳高二检测)合成聚丙烯腈纤维的单体是丙烯腈，它可由以下两种方法制备：方法一：CaCO3CaOCaC2CHCHCH2=CHCN方法二：CH2=CHCH3N
8、H3O2CH2=CHCN3H2O对以上两种方法的分析中，正确的是()方法二比方法一步骤少，能源消耗低，成本低方法二比方法一原料丰富，工艺简单方法二比方法一减少了有毒气体的使用，减少了污染方法二比方法一的反应需要温度高，耗能大ABCD【解析】选A。根据反应原理可知，方法二比方法一反应步骤少，能源消耗低，成本低，故正确；根据反应原理可知，方法二比方法一原料丰富，且生成工艺简单，故正确；方法一中使用了有毒的HCN，而方法二比方法一降低了有毒气体的使用，减少了污染，故正确；方法一中碳酸钙需要高温下才能分解，耗能较大，方法二使用了催化剂，耗能小，故错误。2(2021长沙高二检测)在容积固定的密闭容器中，
9、以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生产丙烯腈(C3H3N)，反应的热化学方程式为2C3H6(g)2NH3(g)3O2(g) 2C3H3N(g)6H2O(g)H 1 030 kJmol1。在其他条件和反应时间相同时，丙烯腈产率与反应温度的关系曲线如图所示。下列有关说法错误的是()A.低于460 时，丙烯腈的产率随温度升高而升高，是因为升高温度，反应速率加快B高于460 时，丙烯腈的产率随温度升高而降低，可能与温度升高，化学平衡逆向移动有关C其他条件不变，降低温度有利于提高丙烯腈平衡产率D投料比不变，增加反应物的浓度有利于提高丙烯腈平衡产率【解析】选D。低于460 ，速率慢，没有达到平衡，随着
10、温度升高，反应速率加快，丙烯腈的产量提高，A不符合题目要求，A不选；460 时反应达平衡，该反应是放热反应，温度升高平衡逆向移动，丙烯腈的产率降低，B不符合题目要求，B不选；其他条件不变，降低温度，平衡正向移动，提高丙烯腈平衡产率， C不符合题目要求，C不选；该反应正向是气体分子数增多的反应，投料比不变，增加反应物的浓度相当于加压，平衡向气体分子数减少的方向即逆向移动，降低丙烯腈平衡产率，D符合题目要求，D选。3(双选)(2021苏州高二检测)以CH3CH=CH2、NH3、O2为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的化学方程式分别为反应.2C3H6(g)2N
11、H3(g)3O2(g)2C3H3N(g)6H2O(g)；反应.C3H6(g)O2(g)C3H4O(g)H2O(g)。反应相同时间，丙烯腈产率与反应温度的关系如图a所示，丙烯腈和丙烯醛的平衡产率与的关系如图b所示。下列说法正确的是(丙烯腈的选择性100%)()A.其他条件不变，增大压强有利于提高丙烯腈平衡产率B图a中X点所示条件下，延长反应时间能提高丙烯腈产率C图a中Y点所示条件下，改用对丙烯腈选择性更好的催化剂能提高丙烯腈产率D由图b中Z点可知，该温度下反应的平衡常数为K【解析】选B、C。2C3H6(g)2NH3(g)3O2(g)2C3H3N(g)6H2O(g)是气体体积增大的反应，故增大压强
12、平衡逆向移动，丙烯腈平衡产率降低，A错误；由图可知，X点丙烯腈的产率未达到最大值，所以在X点的条件下，延长反应时间能提高丙烯腈的产率，B正确；Y点丙烯腈的产率达到最大值，改用对丙烯腈选择性更好的催化剂，可以增加丙烯腈的产率，减少副产物的量，C正确；丙烯醛平衡产率100%，从图b中可以看出丙烯醛的平衡产率是0.2，但题目没有告诉丙烯的起始量以及转化率是多少，无法计算反应后丙烯以及丙烯醛的浓度，所以平衡表达式K中四个物质的浓度均为未知量，D错误。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
13、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)O2(g)C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g) C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1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)图(a)为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 。低于460 时，丙烯腈的产率_(填“是”或“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
14、性降低B平衡常数变大C副反应增多D反应活化能增大【解析】(1)由题给生成丙烯腈的热化学方程式可知其反应的特点：正反应为放热反应，正反应方向是气体物质的量增加的反应；故降低温度或降低压强，平衡均向正反应方向移动，有利于提高丙烯腈的平衡产率。在化工生产中由于此反应会伴随副反应发生，为提高丙烯腈反应的选择性，使用合适催化剂十分重要；(2)由图(a)可知，低于460 时丙烯腈的产率随温度的升高而增大，高于460 时丙烯腈的产率随温度的升高而降低，当460 时丙烯腈的产率最高，而根据反应可知反应放热，其丙烯腈的产率理应随着温度的升高而降低，图(a)展示的产率变化与反应应该呈现的产率变化相矛盾的原因是低于460 时，图(a)中呈现的产率变化是未达到平衡时的产率变化，当460 时达到平衡，高于460 时呈现的产率变化才是平衡产率。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。 答案：(1)降低温度、降低压强催化剂(2)不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC关闭Word文档返回原板块- 12 - 版权所有高考资源网
