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专题四　化学反应速率与限度
(热点)——多平衡体系中
最佳条件的选择及原因解释
1.活化能的概念
在给定的化学反应中,由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。
2.活化能对化学反应的影响
(1)根据有效碰撞理论,活化能越小,反应速率越大。
(2)催化剂能降低反应的活化能,提高反应速率,增大非平衡状态中反应物的转化率,但不改变平衡转化率。
(3)基元反应中的慢反应决定整个反应速率。
(4)催化剂具有专一性,能提高某一特定反应的反应速率,从而提高指定反应的选择性。
3.实际工业生产中反应最佳条件的选择
条件 原则
从化学反应速率分析 非平衡状态,着重考虑外因对速率的影响导致反应物的转化率(或产品产率)发生变化
从化学平衡移动分析 平衡后,着重考虑外因对移动方向的影响
从催化剂的活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制,还要注意催化剂对主副反应的选择性的影响
综合分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性,还要考虑设备要求
4.在多重平衡中,几个可逆反应是相互影响的。
(1)如果是连续反应(主反应的生成物又与主反应的某一反应物发生另一个可逆反应),那么该反应物的平衡转化率就会增大。
(2)在一定温度下,特定的混合体系,多重平衡选择性为定值。因为平衡常数只与温度有关,且催化剂不能改变某一物质的平衡转化率。
(3)如果存在竞争反应(在同一条件下,两个物质同时可以发生几个可逆反应),那么催化剂的选用就可以使其中某一反应的选择性提高。
1.(2025·上海奉贤一模)将CO2和H2按物质的量之比1∶3混合通入刚性密闭容器中,在催化剂作用下发生反应①和反应②,在不同条件下反应,在相同的一段时间内气相催化合成过程中CH3OH选择性和产率随温度变化曲线如图所示。
反应①:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41 kJ/mol
反应②:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH2
已知总反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH总=-49 kJ/mol
已知:CH3OH的选择性=×100%
(1)在上述条件下合成甲醇的最优工业条件是　　　　。 　　　　　　　　　　　　　　
A.210 ℃　　　　　　　B.230 ℃
C.催化剂CZ(Zr-1)T　 D.催化剂CTZ
BC
(2)温度从210 ℃上升到230 ℃过程中,虽然甲醇的选择性下降,但产率却上
升,产生这一现象的原因是：反应①为吸热反应,温度升高,正向移动,有更多的CO2发生转化,所以甲醇的产率上升;　　 从化学平衡移动的角度解释,随着温度继续升高,甲醇产率下降的可能原因_________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
温度升高,反应①速度增大,单位时间内有更多的CO2发生转化,所以甲醇的产率上升(两种解释均可),反应②为放热反应,温度升高,平衡逆向移动乙醇产率下降(答催化剂高温失活不得分)。
【解析】由图知,温度为230 ℃,甲醇的选择性、甲醇的产率均高,所以在上述条件下合成甲醇的工业条件是230 ℃,使用催化剂CZ(Zr=1)T时,甲醇的选择性、甲醇的产率均比CTZ催化剂高;故选:BC。根据盖斯定律可知,反应②=总反应-反应①,则ΔH1=-90 kJ/mol,从反应平衡移动的角度分析,反应①为吸热反应,升高温度,有利于消耗CO2和生成CO,有利于生成甲醇,从反应速率的角度分析,随着温度升高,反应速率加快;另外反应②为放热反应,温度过高,反应②平衡逆向移动,不利于甲醇的生成,故答案为:反应①为吸热反应,温度升高,正向移动,有更多的CO2发生转化,所以甲醇的产率上升;温度升高,反应①速度增大,单位时间内有更多的CO2发生转化,所以甲醇的产率上升(两种解释均可);反应②为放热反应,温度升高,平衡逆向移动乙醇产率下降(答催化剂高温失活不得分)。
2.(2025·湖南二模)CO2转化为具有高附加值的化学品对实现碳中和具有重要意义。
Ⅰ.通过以下反应可获得新型能源二甲醚。
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41 kJ·mol-1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49 kJ·mol-1
③2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH3=-37 kJ·mol-1
(1)反应②正反应在　　　 　(填“较低温度”或“较高温度”)条件下能自发进行。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有　　　　。
A.增大CO2浓度,反应①②的正反应速率都增加
B.移去部分CH3OH(g),反应②③的平衡均向右移动
C.加入反应①的催化剂,可提高CO2的平衡转化率
D.降低反应温度,反应③的正反应速率增加、逆反应速率减小
较低温度
A　
(3)在5.0 MPa下,将5 mol CO2和10 mol H2在催化剂作用下仅发生上述反应①和②,平衡时CH3OH和CO的选择性S及CO2的转化率a随温度的变化如图所示。已知,选择性S为:S(CH3OH或CO)=×100%,表示平衡时CO的选择性的曲线是　　　　(填“x”“y”或“z”),CO的选择性随温度改变,呈现该变化的原因是:　 。
随着温度升高,反应①平衡正向移动,导致CO的量增大,故y曲线代表CO的选择性
y
【解析】(1)反应②正反应的△H<0,△S<0,在低温就能自发进行。
(2)CO2为反应①、②的反应物,浓度增加,正反应速率都增加,A正确;移去部分CH3OH(g),反应②的平衡均向右移动,反应③的平衡向左移动,B错误;加入反应①的催化剂,只能加快反应速率,不能改变平衡转化率,C错误;降低反应温度,反应③的正反应速率、逆反应速率都减小,D错误;故答案为:A。
(3)反应①为吸热反应,反应②为放热反应,随着温度升高,反应①平衡正向移动,导致CO的量增大,故y曲线代表CO的选择性;同时,反应温度升高,反应②为放热反应,反应平衡逆移,甲醇含量降低,则x是甲醇选择性变化曲线,故曲线z表示的是二氧化碳的转化率。
3.CO2加氢是实现碳中和的重要课题之一,CO2加氢制乙醇会发生以下反应:
反应1:2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)　ΔH1=-173.70 kJ/mol　Kp1
反应2:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41.12kJ/mol　Kp2
反应3:2CO(g)+4H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g)　ΔH3　Kp3
(1)ΔH3=　　　　kJ/mol,Kp1=　　　　(用“Kp2”“Kp3”表示)。
-255.94
·Kp3　
(2)一定温度下,在压强为p kPa的容器中发生反应1和反应2,起始CO2和H2的物质的量分别为1 mol和3 mol,平衡时体系中气体总物质的量为3.2 mol,CO的物质的量为0.2 mol。则达到平衡时H2的转化率为　　　　(精确至0.01%)。
46.67%
(3)在压强为5 MPa,起始氢气和二氧化碳物质的量之比为3∶1的条件下,平衡体系中各组分的物质的量分数随温度的变化如下图所示。温度高于550 ℃时,CO和H2O在平衡体系中物质的量分数基本相等的原因是　
　　　　　　　　　　 。能提高乙醇的选择性的措施有　(写出两点)。
温度高于550 ℃时,反应1和反应3基本不发生,只发生反应2　降低温度、增大压强(或及时分离出乙醇或使用合适的催化剂等)
【解析】(1)由盖斯定律可知,反应3=反应1-2×反应2,则反应3的ΔH3=ΔH1-2×ΔH2=-173.70 kJ/mol-2×(+41.12 kJ/mol)=-255.94 kJ/mol;反应1=2×反应2+反应3,则Kp1=·Kp3,故答案为:-255.94;·Kp3。
(2)平衡时CO的物质的量为0.2 mol,只有反应2能生成CO,可知反应2消耗H2为0.2 mol,反应2反应前后物质的量不变,反应1每消耗6 mol H2会导致总物质的量减少4 mol,平衡时体系中气体总物质的量为3.2 mol,总物质的量减少0.8 mol,则反应1消耗了1.2 mol H2,达到平衡时H2的转化率为×100%=46.67%,故答案为:46.67%。
(3)反应2为吸热反应,反应1和反应3为放热反应,升高温度,有利于反应2正向进行,则反应温度高于550 ℃时,CO和H2O在平衡体系中物质的量分数基本相等是因为温度高于550 ℃时,反应1和反应3基本不发生,只发生反应2;提高乙醇的选择性,要增加反应1和反应3正向进行,常见措施有降低温度、增大压强(或及时分离出乙醇或使用合适的催化剂等),故答案为:温度高于550 ℃时,反应1和反应3基本不发生,只发生反应2;降低温度、增大压强(或及时分离出乙醇或使用合适的催化剂等)。
4.(2024·西宁三模)为实现“碳中和”“碳达峰”,碳的循环利用是重要措施。利用H2和CO反应生成甲烷,涉及的反应如下:
ⅰ.CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)　ΔH1=-206.1 kJ·mol-1
ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH2=-41.2 kJ·mol-1
ⅲ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH3=-164.9 kJ·mol-1
一定温度下,在恒容的密闭容器中进行上述反应,平衡时CO的转化率及CH4的选择性随变化的情况如下图所示[已知CH4的选择性=×100%]。
(1)图中表示CH4选择性变化的曲线是　　　　(填“甲”或“乙”),保持不变,曲线甲由B点达到A点需要的条件为　　　　　　　　　　　　。
(2)相同温度下,向恒容容器内加入3 mol H2和1 mol CO,初始压强为10 MPa,平衡时H2O的物质的量为　　　　mol。
甲　
降低温度或增大压强
0.32
【解析】(1)随 增大,CO的转化率一直增大,即曲线乙表示CO的转化率;当 增大时,根据反应ⅰ、ⅲ分析,CH4的选择性变大,当 足够大时,CH4的选择性基本不变,故曲线甲代表CH4的选择性;曲线甲由B点到A点,即CH4的选择性变大,依据ΔH可知,温度对反应ⅰ、ⅲ影响更大,降温有利于CH4 生
成;加压对生成CO2 无影响,而有利于生成CH4,故需要的条件为降低温度或增大压强。
(2)根据图像,=3时,平衡时CO的转化率为40%,CH4的选择性为90%,平衡时n(CO)=0.6 mol,n(CH4)=0.4 mol×90%=0.36 mol,n(CO2)=0.4 mol×10%=0.04 mol,根据氧原子守恒可得n(H2O)=(1×0.4-0.04×2) mol=0.32 mol。
5.(2024·苏州三模)研究CH4的综合利用具有重要的意义。
Ⅰ.CH4催化重整制氢气
一种CO2与CH4催化重整制取H2的过程如图1所示。在反应管中加入CaO和催化剂,先通入CO2,待步骤Ⅰ完成后,再将CH4以一定流速通入,并控制温度为800 ℃,进行步骤Ⅱ。
图1
(1)步骤Ⅱ中还存在少量副反应:H2(g)+CO2(g)═H2O(g)+CO(g),测得出口处H2和CO的流量随时间变化如图2所示。
图2
①0~7 min时出口处气体流量CO略高于H2的原因是　
　 。
②反应进行15 min后,反应管中仍残留较多CaCO3,但CO流量迅速降低,H2流量升高,可能的原因是______________________________________________　
　 。
步骤Ⅱ主反应生成的CO与H2的物质的量相等,副反应消耗H2同时生成CO
CH4分解生成C和H2,使CH4浓度降低,生成的C覆盖在催化剂表面,使催化剂活性降低
Ⅱ.CH4用于烟气脱硝
相关反应如下:
CH4(g)+2NO(g)+O2(g) CO2(g)+N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-985.2 kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)
ΔH=-116.2 kJ·mol-1
CH4(g)+2NO2(g) CO2(g)+N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-869 kJ·mol-1
(2)模拟烟气脱硝:一定条件下,将CH4、NO和O2按1∶1∶50匀速通过催化脱硝反应器,测得NOx去除率和CH4转化率随反应温度的变化如图3所示。
图3
①当温度低于780 K时,NOx的去除率随温度升高而升高,可能的原因是　
　 。
②当温度高于780 K时,NOx的去除率随温度升高而降低,可能的原因是　
　 。
温度低于780 K时,催化剂活性增强和温度升高共同使CH4脱硝反应速率增大
温度高于780 K时,CH4与氧气发生燃烧,参加脱硝反应的CH4的量减少,使脱硝反应速率减小
【解析】(1)① 步骤Ⅱ中发生主要反应的化学方程式为CaCO3+CH4
CaO+2CO+2H2,生成CO与H2的物质的量相等,步骤Ⅱ中还存在少量副反应:H2(g)+CO2(g)═H2O(g)+CO(g),生成CO,故0~7 min 时出口处气体流量CO略高于H2的原因是步骤Ⅱ主反应生成的CO与H2的物质的量相等,副反应消耗H2同时生成CO。
② 反应进行15 min 后,反应管中仍残留较多CaCO3,但CO流量迅速降低,H2流量升高,可能的原因是CH4分解生成C和H2,使CH4浓度降低,生成的C覆盖在催化剂表面,使催化剂活性降低。
(2)①当温度低于780 K时,催化剂活性较好,且温度逐渐升高反应速率增大,因此NOx的去除率随温度升高而升高。
②当温度高于780 K时,甲烷与氧气发生燃烧,使甲烷的量减少,反应物浓度减小,使脱硝反应速率减小,NOx的去除率随温度升高而降低。
6.甲烷还原可消除NO污染。将NO、O2、CH4混合物按一定体积比通入恒容容器中,发生如下主要反应:
①CH4(g)+2NO(g)+O2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1<0
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2<0
③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)　ΔH3<0
在催化剂A和B的分别作用下,NO的还原率和CH4的转化率分别和温度的关系如图所示。
由图可知,消除NO的最佳条件是　　　　和催化剂　　　　。
500 ℃
A
【解析】由图可知,500 ℃时,在催化剂A的作用下NO还原率最高,是消除NO的最佳条件。
7.利用NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时对NO、SO2进行氧化得到硝酸和硫酸而除去。在温度一定时,、溶液pH对脱硫脱硝的影响如图所示:
由图可知脱硫脱硝最佳条件是___________________________。
pH在5.5~6.0、=6
【解析】根据图示,pH在5.5~6.0、=6时NO、SO2去除率最高。
8.利用CO2与H2合成甲醇涉及的主要反应如下:
a.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH
b.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41 kJ·mol-1
一定条件下向某刚性容器中充入物质的量之比为1∶3的CO2和H2发生上述反应,在不同催化剂(Cat.1,Cat.2)下经相同反应时间,CO2的转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择性=×100%]随温度的变化如图所示:
(1)由图可知,催化效果Cat.1　　　　(填“>”“<”或“=”)Cat.2。
(2)在210~270 ℃,CH3OH的选择性随温度的升高而下降,可能的原因为　
　 (写出一条)。
>　
温度升高,催化剂的活性降低(或反应b为吸热反应,温度升高更有利于反应b进行)
【解析】(1)由图可知,相同温度时,二氧化碳的转化率和甲醇的选择性Cat.1均高于Cat.2,则催化效果Cat.1强于Cat.2。
1.(2025·安徽卷·17) 通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
① O(g)
ΔH1=+26.3kJ·mol-1
② (g)+H2(g)
ΔH2=-14.9kJ·mol-1
(1)反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。
-41.2　
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是　　　　(填字母)。
a.气体密度不变　　　　　
b.气体压强不变
c.H2O(g)的浓度不变　　
d.CO和CO2的物质的量相等
bc
　
(3)一定温度下,使用某催化剂时反应历程如下图,反应①的选择性接近100%,原因是　 ; 升高温度,反应历程不变,反应①的选择性下降,可能的原因是　 。
反应①的活化能低,反应②活化能高,反应②进行的速率慢　
催化剂在升温时活性降低或升温时催化剂对反应②更有利
【解析】(1)由盖斯定律,②-①可以得到目标反应,则ΔH=ΔH2-ΔH1=-14.9 kJ/mol-26.3 kJ/mol=-41.2 kJ/mol。　
(2)a.气体质量是定值,体积是固定的,密度始终不变,气体密度不变,不能说明达到平衡状态;b.两个反应均为气体体积增大的反应,则随着反应进行,压强变大,压强不变是平衡状态;c.气体浓度不变是平衡状态的标志,则H2O(g)浓度不变,是平衡状态;d.CO和CO2物质的量相等,不能说明其浓度不变,不能判断达到平衡状态;故选bc。(3)反应①的选择性接近100%,原因是反应①的活化能低,反应②活化能高,反应②进行的速率慢,所以反应①的选择性接近100%;反应①是吸热反应,升高温度平衡会正向移动,会有利于反应①,但反应①选择性下降,可能原因是催化剂在升温时活性降低或升温时催化剂对反应②更有利。
2.(2025·甘肃卷·17题节选) 乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质,得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g)═C2H4(g)
ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃,101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g)═C2H6(g)
ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃,101 kPa)
(1)25 ℃,101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g)═C2H6(g)　
ΔH=　　　 　kJ·mol-1。
-137
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
①在60~220 ℃,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为　
　 (任写一条),
当温度由220 ℃升高至260 ℃,乙炔转化率减小的原因可能为_______
______________________________________________。
②在120~240 ℃,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1　　　v2(填“>”“<”或“=”),理由为　 。
温度升高,反应速率加快或温度升高,催化剂活性增强
催化剂在该温度范围内失活
　>
乙烯的选择性大于乙烷,说明反应1乙炔的转化速率大于反应2乙炔的转化速率
【解析】(1)由盖斯定律,②-①可以得到目标反应,则ΔH=ΔH2-ΔH1=-312 kJ/mol+175 kJ/mol=-137 kJ/mol;
(2)反应未达到平衡状态,温度升高,反应速率加快,乙炔的转化率增大或温度升高,催化剂活性增强,乙炔的转化率增大;220~260 ℃,乙炔的转化率下降,反应未达平衡状态,说明不是由于平衡移动造成的,可能原因是催化剂在该温度范围内失活;由图像可知,乙烯的选择性大于乙烷,说明反应1乙炔的转化速率大于反应2乙炔的转化速率,即v1>v2。
3.(2024·贵州卷)在无氧环境下,CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下,CH4芳构化时同时存在如下反应:
ⅰ.CH4(g) C(s)+2H2(g)　ΔH1=+74.6 kJ·mol-1　ΔS=+80.84J·mol-1·K-1
ⅱ.6CH4(g) C6H6(l)+9H2(g)　ΔH2
回答下列问题:
(1)受反应ⅰ影响,随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低,原因是　 。
反应ⅰ产生的C(s)附着在催化剂表面,使CH4与催化剂的接触面积减小,反应速率减小
(2)对催化剂在不同的pH条件下进行处理,能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化,相同反应时间内测定相关数据见下表,其中最佳pH为　　　　,理由是__________________　
　 。
pH CH4平均转 化率/% 芳烃平均 产率/% 产物中积碳平均
含量/%
2.4 9.60 5.35 40.75
4.0 9.80 4.60 45.85
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
10.0　
此条件下,产物中积碳平均含量最低,CH4平均转化率最大,芳烃平均产率最高
4.(2024·江西卷)目前开采的天然气含有H2S,综合利用天然气制氢是实现碳中和的重要途径。CH4和H2S重整制氢的主要反应如下:
反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g)
ΔH1=+260 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH4(g) C(s)+2H2(g)
ΔH2=+90 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2H2S(g) S2(g)+2H2(g)
ΔH3=+181 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)保持反应器进料口总压为100 kPa。分别以8 kPa CH4、24 kPa H2S(He作辅气)与25 kPa CH4、75 kPa H2S进料,CH4平衡转化率与温度的关系如下图所示,含有He的曲线为　　　　,理由是__________________________　
　 。
M　
恒温恒压下加稀有气体,平衡
向气体分子数增大的方向移动
(2)假设H2S和CH4的混合气体在某固体催化剂上的吸附服从Langmuir等温吸附(吸附分子彼此不发生相互作用,且气体分子为单分子层吸附)。
吸附等温式为=,=,其中a是气体的吸附系数,Vm是气体在固体表面的饱和吸附量(标态),p是气体的分压,V是气体分压为p时的平衡吸附量(标态)。
在一定温度下,H2S的吸附系数是CH4的4倍,当H2S的分压为2 MPa及4 MPa,CH4和H2S的分压相同时,H2S平衡吸附量分别为0.6 m3·kg-1和0.8 m3·kg-1(已换算成标态),则H2S的吸附系数为　　　　MPa-1。
0.4
(3)与传统天然气制氢中需要脱硫将H2S转化为硫黄和水相比,上述方法优点是　 。
能够实现H2S的综合利用同时产生氢气
【解析】(1)恒温恒压下加入稀有气体,相当于减压,平衡向气体分子数增大的方向移动,即向正反应方向移动,CH4的平衡转化率增大,故含有He的曲线为M。
(2)设H2S的吸附系数为x MPa-1,根据吸附等温式,H2S的分压为2 MPa、4 MPa时,其平衡吸附量之比为==,解得x=0.4。
(3)与传统天然气制氢中需要脱硫将H2S转化为硫黄和水相比,该方法的优点是能够实现H2S的综合利用同时产生氢气。
5.(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产CH2=CHCN的流程如下:
已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定:
②反应釜Ⅰ中发生的反应:
ⅰ.HOCH2CH2COOC2H5(g) CH2=CHCOOC2H5(g)+H2O(g)　ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应:
ⅱ.CH2=CHCOOC2H5(g)+NH3(g) CH2=CHCONH2(g)+C2H5OH(g)　ΔH2
ⅲ.CH2=CHCONH2(g) C CH2=CHCN(g)+H2O(g)　ΔH3
④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。
回答下列问题:
进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质
(CH2=CHCOOC2H5、CH2=CHCN、C2H5OH、H2O)的流量(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:
(1)表示CH2=CHCN的曲线是　　　　(填“a”“b”或“c”)。
(2)反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是　 。
(3)出料中没有检测到CH2=CHCONH2的原因是　 。
(4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是　
　 。
c　
降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移动且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低从而提高产率
CH2=CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解
反应时间过长,催化剂中毒活性降低,反应速率降低,故产物减少
【解析】(1)根据总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g) CH2=CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g),设进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)=1 mol,n(C2H5OH)=2 mol,出料气中CH2=CHCOOC2H5含量很少,则生成CH2=CHCN(g)、C2H5OH(g)物质的量约为1 mol,生成H2O(g)的物质的量约为2 mol,故出料气中C2H5OH(g)物质的量共约3 mol,故出料气中CH2=CHCN、C2H5OH、H2O物质的量之比约为1∶3∶2,故曲线c表示CH2=CHCN的曲线;(2)反应釜Ⅰ中发生反应ⅰ是气体体积增大的反应,故加入C2H5OH降低分压有利于反应ⅰ平衡正向移
动,且提高醇的浓度可以使酯的水解程度降低,从而提高产率;(3)丙烯酰胺(CH2=CHCONH2)的分解温度约为160 ~170 ℃,出料中没有检测到CH2=CHCONH2的原因是CH2=CHCONH2在反应釜Ⅱ的温度下发生分解;(4)反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是反应时间过长,催化剂中毒活性降低,反应速率降低,故产物减少。

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