2021屆二輪復習催化劑催化機理習題

催化劑催化機理.乙炔在Pd表面選擇加氫的反應機理如圖所示。其中吸附在Pd表面上的物種用*標注。下列有關說法正確的是()~~172-66反應過程A.~~172-66反應過程A.吸附反應為吸熱反應B.該正反應歷程中最大能壘(活化能)為85kJ?mol-1C.Pd為固體催化劑，其表面積大小對催化效果無影響D.C2H2+H*-C2HI只有化學鍵的形成過程.以TiO2為催化劑的光熱化學循環(huán)分解CO2反應為溫室氣體減排提供了一個新途徑,該反應w再利用的機理及各分子化學鍵完全斷裂時的能量變化如圖所示。下列說法正確的是()im4%k|'ini>rw再利用的機理及各分子化學鍵完全斷裂時的能量變化如圖所示。下列說法正確的是()im4%k|'ini>r1?@號go)1A.過程①中鈦氧鍵斷裂會釋放能量B.該反應中，光能和熱能轉化為化學能C.使用TiO2作催化劑可以降低反應的焓變，從而提高化學反應速率D.CO2分解反應的熱化學方程式為2CO2(g)——2CO(g)+O2(g)AH=+30kJ-mol-i.中科院蘭州化學物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氫合成低碳烯烴反應,所得產物含C2H4、C3H6、C4H8等副產物，反應過程如圖所示，下列說法正確的是Gii—Gii—包山口不皿卜1Z&M-5A.第i步反應為CO2+H2CO+H2OB.第i步反應的活化能低于第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，反應的平衡常數各不相同.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我國科學家實現了使用銅催化劑將N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,簡稱DMF)轉化為三甲胺的合成路線。結合實驗與計算機模擬結果,研究單一DMF分子在銅催化劑表面的反應歷程，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,該步驟的化學方程式為.科學家通過密度泛函理論研究甲醇與水蒸氣重整制氫反應機理時，得到甲醇在Pd(ni)表面發(fā)生解離時四個路徑與相對能量關系如圖所示，其中附在Pd(O)表面的物種用*標注。照照印j40!20--^0s-40-R0-](HJCO'+^H'下列說法錯誤的是()A.②中包含CH鍵的斷裂過程B.該歷程中能壘(反應活化能)最小的是③C.該歷程中制約反應速率的方程式為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中碳元素化合價為-2價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物的平衡轉化率D.硫化氫與甲醇合成甲硫醇的反應類型為取代反應.我國科研人員研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化劑上CO2加氫制甲醇過程中水的作用機理，其說法錯誤的是()@，：而：/伊CHiOH◎:@，：而：/伊CHiOH◎:HC甲招Cu-ZiiO-ZjO：A.第①步中CO2和H2分子中都有化學鍵斷裂.第③步的反應式為*H3co+q0—^CH30H+H0C.第④步反應是一個放熱過程D.水在整個歷程中可以循環(huán)使用，整個過程不消耗水也不產生水.下圖是在一定時間內，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為、相應溫度為；使用Mn作催化劑時,脫氮率b?a段呈現如圖變化的可能原因是。。L00。L00200300400500溫度內，①Mu②5.某科研小組研究臭氧氧化-堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應原理及反應熱、活化能數據如下:反應I:NO(g)+C)3(g)iNO2(g)+O2(g)H=-200.9kJ-mol-iEai=+3.2kJ.mol-1反應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：203?130人)。請回答：

其他條件不變，每次向容積為2L的反應器中充入含1.0molNO、1.0molSO2的模擬煙氣和2.0molO3,改變溫度,反應相同時間t后體系中NO和SO2的轉化率如圖所示：⑴由圖可知相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2，結合題中數據分析其可能原因一(2)下列說法正確的是(填字母)。A.P點一定為平衡狀態(tài)點B.溫度高于200℃后,NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降,最后幾乎為零C.其他條件不變，若縮小反應器的容積可提高NO和SO2的轉化率.CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應：反應I:CC)2(g)+H2(g)——CO(g)+H2O(g)H=1.2kJmol-i反應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平衡轉化率和平衡時CH30cH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中:2XCH30CH3的物質的量CH30cH3的選擇性二反應的co?的物質的量X100%①溫度高于300℃,CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是②220℃時，在催化劑作用下CO2與H2反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點）。不改變反應時間和溫度，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2NO（g）+2CO（g^^N/g）+2CO2（g）H1=-746.5kJ-mol-i,圖1為平衡時NO的體積分數與壓強的關系。Ql3sJ_I—I1002UU300400500溫度汽國2⑴溫度:T1（填或）T2o⑵若在D點對反應容器升溫的同時擴大體積使體系壓強減小,重新達到的平衡狀態(tài)可能是圖中A?G點中的點。⑶某研究小組探究催化劑對CO、NO轉化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應，相同時間內測量逸出氣體中NO含量,從而確定尾氣脫氮率（脫氮率即NO的轉化率），結果如圖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為;a點（填是或不是）對應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機理如圖所示。其中吸附在Pd表面上的物種用*標注。下產I十%七心丁I產I十%七心丁I列有關說法正確的是()~WA.吸附反應為吸熱反應反應過握B.該正反應歷程中最大能壘(活化能)為85kJ?mol-1C.Pd為固體催化劑，其表面積大小對催化效果無影響D.C2H2+H*-C2H3只有化學鍵的形成過程分析：選B。圖象分析可知吸附反應能量降低，為放熱反應，故A錯誤;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錯誤;由圖象可知,Cz^+H*一C2Hl這一步的活化能為66kJ.mol1則該反應既有化學鍵的斷裂,又有形成過程，故D錯誤。.以TiO2為催化劑的光熱化學循環(huán)分解CO2反應為溫室氣體減排提供了一個新途徑,該反應再利用的機理及各分子化學鍵完全斷裂時的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(再利用的機理及各分子化學鍵完全斷裂時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中鈦氧鍵斷裂會釋放能量B.該反應中，光能和熱能轉化為化學能C.使用TiO2作催化劑可以降低反應的焓變，從而提高化學反應速率D.co2分解反應的熱化學方程式為2co2(g)-2CO(g)+O2(g)AH=+30kJ-mol-i分析：選B。斷鍵吸收能量，則過程①中鈦氧鍵斷裂會吸收能量，故A錯誤;該圖中以TiO2為催化劑、光和熱條件下分解CO2反應生成CO和氧氣，根據能量守恒定律知，該反應中，光能和熱能轉化為化學能，故B正確;催化劑降低反應所需活化能，不影響焓變，焓變與反應物和生成物總能量差有關，故C錯誤;二氧化碳分解生成CO和氧氣，且該反應焓變=反應物總能量-生成物總能量，熔變與其方程式計量數成正比，則該反應為2co矣)—2CO(g)+O2(g)H=(1598x2-1072x2-496)kJ-mol-i=+556日皿01-1,故D錯誤。3.中科院蘭州化學物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氫合成低碳烯烴反應，所得產物含C2H4、C3H6、C4H8等副產物，反應過程如圖所示，下列說法正確的是()A.第i步反應為CO2+H2——CO+H2OB.第i步反應的活化能低于第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，反應的平衡常數各不相同RWG5分析：選A。第一步反應為C02+H2P0+H20,故A正確;活化能越高反應越慢悌i步反應慢第ii步反應快，第i步反應的活化能高于第ii步，故B錯誤;所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化劑，可以降低反應的活化能,但是不能改變H，故C錯誤;平衡常數只受溫度影響,添加不同助劑后,反應的平衡常數不變，故D錯誤。4.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我國科學家實現了使用銅催化劑將N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,簡稱DMF)轉化為三甲胺的合成路線。結合實驗與計算機模擬結果，研究單一DMF分子在銅催化劑表面的反應歷程，如圖所示：(CH止NCIK/44H*NIC+)/十H該歷程中最大能壘(活化能)=eV,該步驟的化學方程式為分析：如圖所示,反應歷程中反應物和生成物相對能量差值最大的為最大能壘,即N(CH3)3+OH*+H*—N(CH3)3+H20反應過程中活化能最大,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冊前即LolFnpEM髭」I*.郭.科學家通過密度泛函理論研究甲醇與水蒸氣重整制氫反應機理時，得到甲醇在Pd(m)W加陰鐘20020幫60冊前即LolFnpEM髭」I*.郭8"十4H"下列說法錯誤的是()A.②中包含CH鍵的斷裂過程B.該歷程中能壘(反應活化能)最小的是③C.該歷程中制約反應速率的方程式為C&Oa^C&O+H*D.由此歷程可知:CH30H(g)—CO(g)+2H2(g)H0分析：選D。②中反應為CH3O+H*—CH2O-+2H%CH3O-CH2。*,包含CH鍵的斷裂,故A正確;活化能為反應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)生的反應活化能最小，故B正確;總反應速率由反應速率最慢的那步歷程決定，由圖可知，歷程中能壘(反應活化能)最大的為①，所以制約反應速率的方程式為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，所以不能據此確定CH30H(g)CO(g)+2H2(g)的焓變H,故D錯誤。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中碳元素化合價為-2價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物的平衡轉化率D.硫化氫與甲醇合成甲硫醇的反應類型為取代反應分析：選C。CH3SH中硫顯-2價，氫為+1價,根據元素的化合價之和等于0可知，碳元素化合價為-2價，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到平衡的時間，改變化學反應速率，不能提高反應物的平衡轉化率，故c錯誤;硫化氫與甲醇合成甲硫醇的反應方程式為h2s+ch3oh-CH3SH+H2O,SH取代甲醇中的OH,反應類型為取代反應，故D正確。.我國科研人員研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化劑上CO2加氫制甲醇過程中水的作用機理，其說法錯誤的是()+E]<7^.屏ClbOHA.第①步中CO2和H2分子中都有化學鍵斷裂.第③步的反應式為*H3co+與0—^CH30H+H0C.第④步反應是一個放熱過程D.水在整個歷程中可以循環(huán)使用，整個過程不消耗水也不產生水分析：選D。第①步中CO2和H2分子生成田和*HCOO,則存在化學鍵的斷裂，故A正確;第③步中*H3c0、H2o生成CH30H和*HO,反應方程式為*H3co+H2C—-CH3OH+HO,故B正確;第④步反應涉及*HO和田反應生成水，存在化學鍵的形成，為放熱過程，故C正確;整個反應涉及水的解吸，且第②④步反應生成水，故D錯誤。.下圖是在一定時間內，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為、相應溫度為；使用Mn作催化劑時,脫氮率b?a段呈現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,脫氮反應速率較慢,反應還沒達到化學平衡,隨著溫度升高反應速率變大,一定時間參與反應的氮的化合物變多,導致脫氮率逐漸升高.某科研小組研究臭氧氧化-堿吸收法同時脫除SO2和NO工藝，氧化過程反應原理及反應熱、活化能數據如下:反應I一^02(§)+02(§)=-200.9kJ-mol-iEai=+3.2kJ.mol-i反應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203(g)一SO")。請回答：其他條件不變，每次向容積為2L的反應器中充入含1.0molNO、1.0molSO2的模擬煙氣和⑴由圖可知相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2,結合題中數據分析其可能原因(2)下列說法正確的是(填字母)。A.P點一定為平衡狀態(tài)點B.溫度高于200℃后,NO和SO2的轉化率隨溫度升高顯著下降,最后幾乎為零C.其他條件不變，若縮小反應器的容積可提高NO和SO2的轉化率分析：⑴反應i的活化能小于反應n的活化能，相同條件下更易發(fā)生反應，因此相同溫度下NO的轉化率遠高于SO2O(2)圖中曲線屬于描點法所得圖象,P點不一定為圖象的最高點,即不一定為平衡狀態(tài)點，可能是建立平衡過程中的一點，故A錯誤;根據圖象，溫度高于200℃后,203(g)-30")反應進行程度加大，體系中的臭氧濃度減小,NO和S02的轉化率隨溫度升高顯著下降，當臭氧完全分解，則二者轉化率幾乎為零，故B正確;其他條件不變，若縮小反應器的容積，使得2()3(g)i3O2(g)平衡逆向移動，臭氧濃度增大,則反應I：NO(g)+O3(g)■(g)+c)2(g)和反應n。。24)+0摑)150式g)+c)2(g)平衡正向移動,NO和so2的轉化率提高，故C正確。答案:(1)反應I的活化能小于反應n的活化能，相同條件下更易發(fā)生反應(2)BC10.CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應：反應I:CC)2(g)+H2(g)——CO(g)+H2O(g)H=41.2kJ-mol1反應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平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中:2XCH3OCH3的物質的量330cH3的選擇性二反應的。。2的物質的量X100%苦苦.單蟀維徭得孝群①溫度高于300℃,C02平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是。②220℃時，在催化劑作用下C02與H2反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%(圖中A點)。不改變反應時間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有分析：①反應i為吸熱反應，反應n為放熱反應，當升高溫度時，反應I正向移動,C02的轉化率上升，反應n逆向移動，生成CH3OCH3的量變小。高于300℃時，從圖象看,C02的平衡轉

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