2021屆二輪復(fù)習(xí)催化劑催化機(jī)理習(xí)題

催化劑催化機(jī)理.乙炔在Pd表面選擇加氫的反應(yīng)機(jī)理如圖所示。其中吸附在Pd表面上的物種用*標(biāo)注。下列有關(guān)說法正確的是()~~172-66反應(yīng)過程A.~~172-66反應(yīng)過程A.吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B.該正反應(yīng)歷程中最大能壘(活化能)為85kJ?mol-1C.Pd為固體催化劑，其表面積大小對(duì)催化效果無影響D.C2H2+H*-C2HI只有化學(xué)鍵的形成過程.以TiO2為催化劑的光熱化學(xué)循環(huán)分解CO2反應(yīng)為溫室氣體減排提供了一個(gè)新途徑,該反應(yīng)w再利用的機(jī)理及各分子化學(xué)鍵完全斷裂時(shí)的能量變化如圖所示。下列說法正確的是()im4%k|'ini>rw再利用的機(jī)理及各分子化學(xué)鍵完全斷裂時(shí)的能量變化如圖所示。下列說法正確的是()im4%k|'ini>r1?@號(hào)go)1A.過程①中鈦氧鍵斷裂會(huì)釋放能量B.該反應(yīng)中，光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.使用TiO2作催化劑可以降低反應(yīng)的焓變，從而提高化學(xué)反應(yīng)速率D.CO2分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)——2CO(g)+O2(g)AH=+30kJ-mol-i.中科院蘭州化學(xué)物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氫合成低碳烯烴反應(yīng),所得產(chǎn)物含C2H4、C3H6、C4H8等副產(chǎn)物，反應(yīng)過程如圖所示，下列說法正確的是Gii—Gii—包山口不皿卜1Z&M-5A.第i步反應(yīng)為CO2+H2CO+H2OB.第i步反應(yīng)的活化能低于第ii步C.Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氫合成低碳烯的H減小D.添加不同助劑后，反應(yīng)的平衡常數(shù)各不相同.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了使用銅催化劑將N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,簡(jiǎn)稱DMF)轉(zhuǎn)化為三甲胺的合成路線。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,研究單一DMF分子在銅催化劑表面的反應(yīng)歷程，如圖所示：+2H(CIEj):NCIIOMEI+2H(CIEj):NCIIOMEII(CH2CHO*3H*NtC他的55)-123(CH辦NCHZH*+2H*-1-02z~.一-i.55r該歷程中最大能壘(活化能)=eV,該步驟的化學(xué)方程式為.科學(xué)家通過密度泛函理論研究甲醇與水蒸氣重整制氫反應(yīng)機(jī)理時(shí)，得到甲醇在Pd(ni)表面發(fā)生解離時(shí)四個(gè)路徑與相對(duì)能量關(guān)系如圖所示，其中附在Pd(O)表面的物種用*標(biāo)注。照照印j40!20--^0s-40-R0-](HJCO'+^H'下列說法錯(cuò)誤的是()A.②中包含CH鍵的斷裂過程B.該歷程中能壘(反應(yīng)活化能)最小的是③C.該歷程中制約反應(yīng)速率的方程式為CH3OH*CH38+H*D.由此歷程可知:CH30H(g)一CO(g)+2H2(g)H6.甲硫醇是一種重要的原料和化工試劑,硫化氫與甲醇合成甲硫醇的催化過程如圖。下列說法中不正確的是()灑—<HnsHhson11IICH”II!I催化劑①催化劑②催化劑CHjSHHHS，'0HHCH.OHH...rvlwXwswjIweLxf—*CHsSH+HnO③催化劑④催化劑⑤A.CH3sH中碳元素化合價(jià)為-2價(jià)B.過程⑤中，形成了OH鍵和CH鍵C.該催化劑可有效提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率D.硫化氫與甲醇合成甲硫醇的反應(yīng)類型為取代反應(yīng).我國(guó)科研人員研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化劑上CO2加氫制甲醇過程中水的作用機(jī)理，其說法錯(cuò)誤的是()@，：而：/伊CHiOH◎:@，：而：/伊CHiOH◎:HC甲招Cu-ZiiO-ZjO：A.第①步中CO2和H2分子中都有化學(xué)鍵斷裂.第③步的反應(yīng)式為*H3co+q0—^CH30H+H0C.第④步反應(yīng)是一個(gè)放熱過程D.水在整個(gè)歷程中可以循環(huán)使用，整個(gè)過程不消耗水也不產(chǎn)生水.下圖是在一定時(shí)間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為、相應(yīng)溫度為；使用Mn作催化劑時(shí),脫氮率b?a段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是。。L00。L00200300400500溫度內(nèi)，①M(fèi)u②5.某科研小組研究臭氧氧化-堿吸收法同時(shí)脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應(yīng)原理及反應(yīng)熱、活化能數(shù)據(jù)如下:反應(yīng)I:NO(g)+C)3(g)iNO2(g)+O2(g)H=-200.9kJ-mol-iEai=+3.2kJ.mol-1反應(yīng)II:SO2(g)+O3(g)^*SO3(g)+O2(g)H2=241.6kJ-mol-iEa2=+58kJ.mol-1已知該體系中臭氧發(fā)生分解反應(yīng)：203?130人)。請(qǐng)回答：

其他條件不變，每次向容積為2L的反應(yīng)器中充入含1.0molNO、1.0molSO2的模擬煙氣和2.0molO3,改變溫度,反應(yīng)相同時(shí)間t后體系中NO和SO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示：⑴由圖可知相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2，結(jié)合題中數(shù)據(jù)分析其可能原因一(2)下列說法正確的是(填字母)。A.P點(diǎn)一定為平衡狀態(tài)點(diǎn)B.溫度高于200℃后,NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降,最后幾乎為零C.其他條件不變，若縮小反應(yīng)器的容積可提高NO和SO2的轉(zhuǎn)化率.CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：反應(yīng)I:CC)2(g)+H2(g)——CO(g)+H2O(g)H=1.2kJmol-i反應(yīng)II:2CO2(g)+6H2(g)—CH3OCH3(g)+3H2O(g)H=-122.5kJ-mol-i在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下,CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH30cH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中:2XCH30CH3的物質(zhì)的量CH30cH3的選擇性二反應(yīng)的co?的物質(zhì)的量X100%①溫度高于300℃,CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是②220℃時(shí)，在催化劑作用下CO2與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點(diǎn)）。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有o.在密閉容器中充入5molCO和4molNO,發(fā)生反應(yīng)2NO（g）+2CO（g^^N/g）+2CO2（g）H1=-746.5kJ-mol-i,圖1為平衡時(shí)NO的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)的關(guān)系。Ql3sJ_I—I1002UU300400500溫度汽國(guó)2⑴溫度:T1（填或）T2o⑵若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積使體系壓強(qiáng)減小,重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A?G點(diǎn)中的點(diǎn)。⑶某研究小組探究催化劑對(duì)CO、NO轉(zhuǎn)化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)量逸出氣體中NO含量,從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率），結(jié)果如圖2所示。若低于200℃,圖2中曲線1脫氮率隨溫度升高而變化不大的主要原因?yàn)?a點(diǎn)（填是或不是）對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率,說明其理由—答案分析.乙炔在Pd表面選擇加氫的反應(yīng)機(jī)理如圖所示。其中吸附在Pd表面上的物種用*標(biāo)注。下產(chǎn)I十%七心丁I產(chǎn)I十%七心丁I列有關(guān)說法正確的是()~WA.吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)反應(yīng)過握B.該正反應(yīng)歷程中最大能壘(活化能)為85kJ?mol-1C.Pd為固體催化劑，其表面積大小對(duì)催化效果無影響D.C2H2+H*-C2H3只有化學(xué)鍵的形成過程分析：選B。圖象分析可知吸附反應(yīng)能量降低，為放熱反應(yīng)，故A錯(cuò)誤;由圖象可知，該歷程中最大能壘(活化能)為85kJ-mol-1,故B正確;固體催化劑，其表面積越大,催化效果越好，故C錯(cuò)誤;由圖象可知,Cz^+H*一C2Hl這一步的活化能為66kJ.mol1則該反應(yīng)既有化學(xué)鍵的斷裂,又有形成過程，故D錯(cuò)誤。.以TiO2為催化劑的光熱化學(xué)循環(huán)分解CO2反應(yīng)為溫室氣體減排提供了一個(gè)新途徑,該反應(yīng)再利用的機(jī)理及各分子化學(xué)鍵完全斷裂時(shí)的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(再利用的機(jī)理及各分子化學(xué)鍵完全斷裂時(shí)的能量變化如圖所示。下列說法正確的是()|麴2吧怎⑥?A.過程①中鈦氧鍵斷裂會(huì)釋放能量B.該反應(yīng)中，光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.使用TiO2作催化劑可以降低反應(yīng)的焓變，從而提高化學(xué)反應(yīng)速率D.co2分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2co2(g)-2CO(g)+O2(g)AH=+30kJ-mol-i分析：選B。斷鍵吸收能量，則過程①中鈦氧鍵斷裂會(huì)吸收能量，故A錯(cuò)誤;該圖中以TiO2為催化劑、光和熱條件下分解CO2反應(yīng)生成CO和氧氣，根據(jù)能量守恒定律知，該反應(yīng)中，光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故B正確;催化劑降低反應(yīng)所需活化能，不影響焓變，焓變與反應(yīng)物和生成物總能量差有關(guān)，故C錯(cuò)誤;二氧化碳分解生成CO和氧氣，且該反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總能量-生成物總能量，熔變與其方程式計(jì)量數(shù)成正比，則該反應(yīng)為2co矣)—2CO(g)+O2(g)H=(1598x2-1072x2-496)kJ-mol-i=+556日皿01-1,故D錯(cuò)誤。3.中科院蘭州化學(xué)物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氫合成低碳烯烴反應(yīng)，所得產(chǎn)物含C2H4、C3H6、C4H8等副產(chǎn)物，反應(yīng)過程如圖所示，下列說法正確的是()A.第i步反應(yīng)為CO2+H2——CO+H2OB.第i步反應(yīng)的活化能低于第ii步C.Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氫合成低碳烯的H減小D.添加不同助劑后，反應(yīng)的平衡常數(shù)各不相同RWG5分析：選A。第一步反應(yīng)為C02+H2P0+H20,故A正確;活化能越高反應(yīng)越慢悌i步反應(yīng)慢第ii步反應(yīng)快，第i步反應(yīng)的活化能高于第ii步，故B錯(cuò)誤;所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化劑，可以降低反應(yīng)的活化能,但是不能改變H，故C錯(cuò)誤;平衡常數(shù)只受溫度影響,添加不同助劑后,反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。4.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了使用銅催化劑將N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,簡(jiǎn)稱DMF)轉(zhuǎn)化為三甲胺的合成路線。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究單一DMF分子在銅催化劑表面的反應(yīng)歷程，如圖所示：(CH止NCIK/44H*NIC+)/十H該歷程中最大能壘(活化能)=eV,該步驟的化學(xué)方程式為分析：如圖所示,反應(yīng)歷程中反應(yīng)物和生成物相對(duì)能量差值最大的為最大能壘,即N(CH3)3+OH*+H*—N(CH3)3+H20反應(yīng)過程中活化能最大,活化能=-1.02eV-(-2.21eV)=1.19eV。

答案:1.19N(CH3)3+OH-+H^N(CH3)3+H20W加陰鐘20020幫60冊(cè)前即LolFnpEM髭」I*.郭.科學(xué)家通過密度泛函理論研究甲醇與水蒸氣重整制氫反應(yīng)機(jī)理時(shí)，得到甲醇在Pd(m)W加陰鐘20020幫60冊(cè)前即LolFnpEM髭」I*.郭8"十4H"下列說法錯(cuò)誤的是()A.②中包含CH鍵的斷裂過程B.該歷程中能壘(反應(yīng)活化能)最小的是③C.該歷程中制約反應(yīng)速率的方程式為C&Oa^C&O+H*D.由此歷程可知:CH30H(g)—CO(g)+2H2(g)H0分析：選D。②中反應(yīng)為CH3O+H*—CH2O-+2H%CH3O-CH2。*,包含CH鍵的斷裂,故A正確;活化能為反應(yīng)物的總能量與過渡態(tài)能量之差，從圖中可以看出,過渡態(tài)3發(fā)生的反應(yīng)活化能最小，故B正確;總反應(yīng)速率由反應(yīng)速率最慢的那步歷程決定，由圖可知，歷程中能壘(反應(yīng)活化能)最大的為①，所以制約反應(yīng)速率的方程式為CH30H—CH3O+H*,故C正確；由圖可知CH3OH(g)―^^0中,放出40kJ熱量,①?④過程中CH30HCO*+4H*放出80kJ熱量，即CH30H(g)―P8+4H*放熱120kJ,但CO*+4H*―PO(g)+2H2(g)吸熱未知，所以不能據(jù)此確定CH30H(g)CO(g)+2H2(g)的焓變H,故D錯(cuò)誤。6.甲硫醇是一種重要的原料和化工試劑,硫化氫與甲醇合成甲硫醇的催化過程如圖。下列說法中不正確的是()催化劑①催化劑②催化劑CHjSHJI催化劑①催化劑②催化劑CHjSHJIHHS*0HHCH力HH—__r—*CHAH+H，口③催化劑④催化劑⑤A.CH3SH中碳元素化合價(jià)為-2價(jià)B.過程⑤中，形成了OH鍵和CH鍵C.該催化劑可有效提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率D.硫化氫與甲醇合成甲硫醇的反應(yīng)類型為取代反應(yīng)分析：選C。CH3SH中硫顯-2價(jià)，氫為+1價(jià),根據(jù)元素的化合價(jià)之和等于0可知，碳元素化合價(jià)為-2價(jià)，故A正確;過程⑤中，生成了CH3SH和H2O,由圖示可知,OH鍵和CH鍵是新形成的，故B正確;該催化劑只能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，故c錯(cuò)誤;硫化氫與甲醇合成甲硫醇的反應(yīng)方程式為h2s+ch3oh-CH3SH+H2O,SH取代甲醇中的OH,反應(yīng)類型為取代反應(yīng)，故D正確。.我國(guó)科研人員研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化劑上CO2加氫制甲醇過程中水的作用機(jī)理，其說法錯(cuò)誤的是()+E]<7^.屏ClbOHA.第①步中CO2和H2分子中都有化學(xué)鍵斷裂.第③步的反應(yīng)式為*H3co+與0—^CH30H+H0C.第④步反應(yīng)是一個(gè)放熱過程D.水在整個(gè)歷程中可以循環(huán)使用，整個(gè)過程不消耗水也不產(chǎn)生水分析：選D。第①步中CO2和H2分子生成田和*HCOO,則存在化學(xué)鍵的斷裂，故A正確;第③步中*H3c0、H2o生成CH30H和*HO,反應(yīng)方程式為*H3co+H2C—-CH3OH+HO,故B正確;第④步反應(yīng)涉及*HO和田反應(yīng)生成水，存在化學(xué)鍵的形成，為放熱過程，故C正確;整個(gè)反應(yīng)涉及水的解吸，且第②④步反應(yīng)生成水，故D錯(cuò)誤。.下圖是在一定時(shí)間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為、相應(yīng)溫度為；使用Mn作催化劑時(shí),脫氮率b?a段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是。

答案:Mn200c左右b?a段,開始溫度較低，催化劑活性較低,脫氮反應(yīng)速率較慢,反應(yīng)還沒達(dá)到化學(xué)平衡,隨著溫度升高反應(yīng)速率變大,一定時(shí)間參與反應(yīng)的氮的化合物變多,導(dǎo)致脫氮率逐漸升高.某科研小組研究臭氧氧化-堿吸收法同時(shí)脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應(yīng)原理及反應(yīng)熱、活化能數(shù)據(jù)如下:反應(yīng)I一^02(§)+02(§)=-200.9kJ-mol-iEai=+3.2kJ.mol-i反應(yīng)II:SO2(g)+O3(g)^-SO3(g)+O2(g)2=241.6kJ-mol-iEa2=+58kJnol-i已知該體系中臭氧發(fā)生分解反應(yīng)203(g)一SO")。請(qǐng)回答：其他條件不變，每次向容積為2L的反應(yīng)器中充入含1.0molNO、1.0molSO2的模擬煙氣和⑴由圖可知相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2,結(jié)合題中數(shù)據(jù)分析其可能原因(2)下列說法正確的是(填字母)。A.P點(diǎn)一定為平衡狀態(tài)點(diǎn)B.溫度高于200℃后,NO和SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降,最后幾乎為零C.其他條件不變，若縮小反應(yīng)器的容積可提高NO和SO2的轉(zhuǎn)化率分析：⑴反應(yīng)i的活化能小于反應(yīng)n的活化能，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng)，因此相同溫度下NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于SO2O(2)圖中曲線屬于描點(diǎn)法所得圖象,P點(diǎn)不一定為圖象的最高點(diǎn),即不一定為平衡狀態(tài)點(diǎn)，可能是建立平衡過程中的一點(diǎn)，故A錯(cuò)誤;根據(jù)圖象，溫度高于200℃后,203(g)-30")反應(yīng)進(jìn)行程度加大，體系中的臭氧濃度減小,NO和S02的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高顯著下降，當(dāng)臭氧完全分解，則二者轉(zhuǎn)化率幾乎為零，故B正確;其他條件不變，若縮小反應(yīng)器的容積，使得2()3(g)i3O2(g)平衡逆向移動(dòng)，臭氧濃度增大,則反應(yīng)I：NO(g)+O3(g)■(g)+c)2(g)和反應(yīng)n。。24)+0摑)150式g)+c)2(g)平衡正向移動(dòng),NO和so2的轉(zhuǎn)化率提高，故C正確。答案:(1)反應(yīng)I的活化能小于反應(yīng)n的活化能，相同條件下更易發(fā)生反應(yīng)(2)BC10.CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：反應(yīng)I:CC)2(g)+H2(g)——CO(g)+H2O(g)H=41.2kJ-mol1反應(yīng)II:2CO2(g)+6H2(g)——CH3OCH3(g)+3H2O(g)H=-122.5kJ-mol-i在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下,CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中:2XCH3OCH3的物質(zhì)的量330cH3的選擇性二反應(yīng)的。。2的物質(zhì)的量X100%苦苦.單蟀維徭得孝群①溫度高于300℃,C02平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是。②220℃時(shí)，在催化劑作用下C02與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得CH3OCH3的選擇性為48%(圖中A點(diǎn))。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有分析：①反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)n為放熱反應(yīng)，當(dāng)升高溫度時(shí)，反應(yīng)I正向移動(dòng),C02的轉(zhuǎn)化率上升，反應(yīng)n逆向移動(dòng)，生成CH3OCH3的量變小。高于300℃時(shí)，從圖象看,C02的平衡轉(zhuǎn)

化率在生成CH3OCH3的上方，說明CO2的轉(zhuǎn)化率的上升幅度超過下降幅度。②反應(yīng)n是體積減小的反應(yīng)，所以可以通過加壓使得平