平衡原理很重要多种应用常考到

2017-03-28安徽

教学考试(高考化学) 2017年1期

关键词：丙烯醛丙烯腈化学平衡

安徽华振

(作者单位:安徽省灵璧县黄湾中学)

平衡原理很重要多种应用常考到

化学平衡原理是高中化学的基本原理之一，它不仅在解决化学问题中应用广泛，并且在其他学科领域也有应用。下面举例说明，希望同学们能够从中得到有益的启示。

一、在工业生产中的应用

【例1】为了防止铁制品生锈，可对其表面进行“发蓝”处理：把铁制品浸入热的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一层致密的Fe3O4氧化膜，发生的反应可表示如下：

某研究小组发现，若上述热的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太薄；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄。请用化学平衡原理解释发生这种现象的原因。

【解析】许多同学看到本题会感到无从下手，究其原因是不能从整体的角度分析题给三个方程式之间的相互联系。

反应①③是可逆反应，反应②是不可逆反应，当NaOH含量较少时，使反应①生成的Na2FeO2及反应②生成的Na2Fe2O4质量都少，致使反应③生成的Fe3O4的质量也少，氧化膜的厚度就薄。当NaOH含量太多时，尽管反应①②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的质量增加，但太多的NaOH又会使反应③的化学平衡向逆反应方向移动，结果生成的Fe3O4的质量变少，氧化膜的厚度变薄。

由此可见，铁制品进行“发蓝”处理时，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一。

(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：

ΔH=-353 kJ·mol-1

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___________。

图1

(2)图1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(氨)/n(丙烯)的关系如图2所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是________。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。

图2

【解析】(1) 由于反应①②均为放出热量较多的反应，产物的能量较低，故两个反应在热力学上趋势很大；由于反应①为放热反应，且该反应为气体分子数增大的反应，故降低温度和减小压强均有利于反应正向进行，从而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使用合适的催化剂。即应顺填：两个反应均为放热量大的反应；降低温度、减小压强；催化剂。

(2)反应①为放热反应，升高温度，丙烯腈的平衡产率应降低，故低于460 ℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460 ℃时，催化剂的活性降低、副反应增多均可导致丙烯腈的产率降低，则选项A、C正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，则选项B错误；升高温度可以提高活化分子的百分数，但不能改变反应所需的活化能，则选项D错误。即应顺填：不是；该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低；A、C。

(3)从图2中可以看出，当n(氨)/n(丙烯)≈ 1时，丙烯腈的产率最高，此时几乎没有丙烯醛产生；只发生反应①时，NH3、O2、C3H6的物质的量之比为1∶1.5∶1，结合空气中O2的体积分数约为20%，可确定进料气NH3、空气、C3H6的理论体积之比约为1∶7.5∶1。即应顺填：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。