全國(guó)高考新課程卷Ⅱ理綜第27題的探究

馬平

2016年全國(guó)高考理綜新課程卷Ⅱ，第27題是考查選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》內(nèi)容的一道題，題干敘述簡(jiǎn)練，設(shè)置的問題耐人回味。本文僅對(duì)該題進(jìn)行評(píng)析。

一、題目

丙烯腈（CH₂=CHCN）是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛（CH₂=CHCHO）和乙腈（CH₃CN）等，回答下列問題：

（1）以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈（C₃H₃N）和副產(chǎn)物丙烯醛（c₃H₄O）的熱化學(xué)方程式如下：

兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，其原因是____；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是____；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是____。

（2）圖1為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)溫度為460℃。低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率____（填“是”或者“不是”）對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是____；高于460℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是_____（雙選，填標(biāo)號(hào)）

A.催化劑活性降低

B.平衡常數(shù)變大

C.副反應(yīng)增多

D.反應(yīng)活化能增大

（3）丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n（氨）/n（丙烯）的關(guān)系如圖2所示。由圖可知，最佳n（氨）/n（丙烯）約為____，理由是____。進(jìn)料氨、空氣、丙烯的理論體積比約為____。

二、信息梳理

（1）丙烯氨氧化法可生產(chǎn)丙烯腈，副產(chǎn)物為丙烯醛、乙腈等；而題目設(shè)問中副產(chǎn)物只討論丙烯醛。

（2）給出丙烯腈、丙烯醛的化學(xué)式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：丙烯腈化學(xué)式為c₃H₃N，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH₂=CHCN；丙烯醛的化學(xué)式為c₃H₄O，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH₂=CHCHO。

（3）給出兩個(gè)熱化學(xué)方程式，一個(gè)是生成丙烯腈的熱化學(xué)方程式，一個(gè)是生成丙烯醛的熱化學(xué)方程式；兩個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，且“單位物質(zhì)的量”放出熱量大。

（4）兩個(gè)圖象：一個(gè)是丙烯腈產(chǎn)率與溫度的關(guān)系曲線；一個(gè)是丙烯腈、丙烯醛的產(chǎn)率分別與n（氨）/n（丙烯）的關(guān)系曲線。

三、問題解析

（1）兩個(gè)反應(yīng)放出的熱量大，說明兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)大。從平衡移動(dòng)的角度考查反應(yīng)①，降低溫度、減小壓強(qiáng)，有利于反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)，也就有利于丙烯腈平衡產(chǎn)率的提高。催化劑對(duì)產(chǎn)物具有選擇性，可提高主要產(chǎn)物產(chǎn)率而降低或抑制副產(chǎn)物的產(chǎn)率。

（2）根據(jù)反應(yīng)①，由350℃到460℃的變化過程中，反應(yīng)正向進(jìn)行趨勢(shì)應(yīng)減弱，即丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度的升高而降低。而圖1中350℃～460℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率卻是隨著溫度升高而增大，說明該反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)采用了催化劑，且每一狀態(tài)都是瞬時(shí)狀態(tài)，而不是平衡態(tài)。丙烯腈的產(chǎn)率并不是隨溫度的升高而一直在增大，當(dāng)高于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度的升高反而降低，原因是溫度過高，催化劑活性降低，或是副產(chǎn)物增多（或副反應(yīng)增多），即題中A、C選項(xiàng)是問題的原因。題中又給出B、D選項(xiàng)，分別討論之。平衡常數(shù)變大，說明反應(yīng)正向進(jìn)行的趨勢(shì)增大，也就是丙烯腈的產(chǎn)率會(huì)增大，這與題中曲線變化趨勢(shì)不符，故B選項(xiàng)不是問題的原因。活化能的作用在于使反應(yīng)物活化，從而啟動(dòng)反應(yīng)或改變反應(yīng)速率，活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)前后的能量變化并不產(chǎn)生任何影響，也就不影響該反應(yīng)進(jìn)行的趨勢(shì)，即D選項(xiàng)不是問題的原因。

（3）看圖2，橫坐標(biāo)是氨與丙烯的物質(zhì)的量比，縱坐標(biāo)是主產(chǎn)物丙烯腈和副產(chǎn)物丙烯醛的產(chǎn)率，最佳的氨與丙烯的物質(zhì)的量比應(yīng)是主產(chǎn)物產(chǎn)率高、而副產(chǎn)物產(chǎn)率最低甚或?yàn)榱阒畷r(shí)，從圖上的數(shù)據(jù)來看，應(yīng)在橫坐標(biāo)軸的1.0處，即氨與丙烯的物質(zhì)的量比為1.0，此時(shí)反應(yīng)幾乎完全按反應(yīng)①進(jìn)行，其反應(yīng)物的用量按反應(yīng)①的系數(shù)計(jì)量，即n（氨）：n（氧氣）：n（丙烯）：1：1.5：1，由于空氣中的氧氣體積占空氣體積的1/5，空氣中氧氣的物質(zhì)的量也就是空氣中各種氣體物質(zhì)的量和的1/5，按空氣計(jì)量，應(yīng)有

n（氨）：n（空氣）：n（丙烯）=1：（1.5÷1/5）：1=1：7.5：1

四、參考答案

（1）兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)

降低溫度、降低壓強(qiáng)催化劑

（2）不是

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低A、C

（3）l該比值下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低1：7.5：1

五、命題導(dǎo)向探究

（1）本題純系考查《化學(xué)反應(yīng)原理》的內(nèi)容，考查的概念有熱化學(xué)方程式、產(chǎn)率、催化劑、平衡常數(shù)、活化能等，考查的化學(xué)原理主要有化學(xué)平衡及影響化學(xué)平衡的因素等。對(duì)于化學(xué)概念、化學(xué)原理的考查，該題置于理解和應(yīng)用的層次。題目主線明晰，要求回答的問題確切、精當(dāng)，學(xué)生易讀懂題目，易做出答案。如第（2）問的最后一空，題中提示是“雙選”，這利于學(xué)生準(zhǔn)確判斷，且減少思考量。

（2）表面上看，題型學(xué)生不太陌生，書本知識(shí)考查成分重，而實(shí)則在技巧上、設(shè)問上、靈活性上高于教材中的練習(xí)題。如題中的第（2）（3）問都是看圖回答問題，而看圖的要點(diǎn)是：看坐標(biāo)意義、曲線走向、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、“零點(diǎn)”等，再結(jié)合變化或原理進(jìn)行分析。如圖1中350℃～450℃丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度升高而增大，這與用化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析反應(yīng)①得出的結(jié)論相矛盾，為什么？學(xué)生應(yīng)聯(lián)想學(xué)到的催化劑的作用，或題中（1）明示丙烯氨氧化法是在催化劑存在下進(jìn)行這一信息。

（3）題目整體不難，不偏，但能考出學(xué)生的化學(xué)思維和化學(xué)素養(yǎng)，如第（3）問中設(shè)問的進(jìn)料氨、空氣、丙烯的理論體積比是多少，從反應(yīng)①的系數(shù)看出的是物質(zhì)的量之比，而對(duì)于氣體反應(yīng)而言，氣體的體積之比等于氣體的物質(zhì)的量之比。注意反應(yīng)①中是氧氣，還要把氧氣的量換算成空氣的量。這不僅考查學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心，也引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注理論與實(shí)際的結(jié)合。另外，也從一個(gè)側(cè)面考查學(xué)生對(duì)氣體物質(zhì)的量之比等于氣體體積之比關(guān)系的掌握。

（4）題目的導(dǎo)向在于引導(dǎo)學(xué)生，要重視教材知識(shí)的學(xué)習(xí)，重視教材知識(shí)的靈活掌握。不是一味地讓學(xué)生跳進(jìn)題海，整天沒完沒了的做題，而是要求學(xué)生會(huì)對(duì)教材知識(shí)梳理、歸納、提升，努力在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力和化學(xué)思辨能力，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中少些模仿，多些思考，多些創(chuàng)新，用思考的腦袋去學(xué)習(xí)和鞏固知識(shí)，去提升能力。在強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)的今天，這道題有良好的導(dǎo)向作用。