第 23 讲-催化剂、反应机理与活化能
1．（2022·北京卷）CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2为载气，以恒定组成的N2、CH4混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是
A．反应①为；反应②为
B．，比多，且生成速率不变，可能有副反应
C．时刻，副反应生成的速率大于反应②生成速率
D．之后，生成的速率为0，是因为反应②不再发生
2．（2022·山东卷）在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是
A．含N分子参与的反应一定有电子转移
B．由NO生成的反应历程有2种
C．增大NO的量，的平衡转化率不变
D．当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少
3．（2022·湖南卷）科学家发现某些生物酶体系可以促进和的转移(如a、b和c)，能将海洋中的转化为进入大气层，反应过程如图所示。
下列说法正确的是
A．过程Ⅰ中发生氧化反应
B．a和b中转移的数目相等
C．过程Ⅱ中参与反应的
D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为
4.（2018年海南卷12题）炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是(双选)
A．每活化一个氧分子吸收0.29eV能量
B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV
C．氧分子的活化是O－O的断裂与C－O键的生成过程
D．炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂
5.（2021河北学业水平考试演练10题）氯化钯可以催化乙烯制备乙醛（Wacker法），反应过程如图：
下列叙述错误的是（ ）
A．被氧化的反应为
B．催化剂再生的反应为
C．制备乙醛的总反应为
D．如果原料为丙烯，则主要产物是丙醛
6.（2021湖南省学业水平考试演练9题）活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示：
下列说法正确的是( )
A. 该反应为吸热反应
B. 产物的稳定性：P1>P2
C. 该历程中最大正反应的活化能E正=186.19kJ mol-1
D. 相同条件下，由中间产物z转化为产物的速率：v(P1)
A. -658 B. -482 C. -329 D. -285
8.（2021·上海浦东新区·高三一模）碳在氧气或臭氧中燃烧的能量变化如图所示，下列说法正确的是
A．O2(g) O3(g)+80.8 kJ
B．将O2转变为O3 后再与碳反应，可获得更多的能量
C．l mol碳不完全燃烧所释放的能量介于393.5～474.3 kJ
D．断裂l mol O2(g)中共价键吸收的能量比形成1mol CO2(g)中共价键放出的能量少
9.（2021·湖南株洲市·高三一模）石墨在一定条件下能转化为金刚石，其能量变化如图所示，其中E1=393.5 kJ/mol，E2=395.4 kJ/mol，下列说法正确的是( )
A．石墨转化为金刚石属于物理变化
B．金刚石能量比石墨能量高 1.9 kJ/mol
C．金刚石的稳定性强于石墨
D．E1表示1mol C(s，石墨)所具有的总能量
10.（2020江苏卷20题节选）CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
（1）CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-，其离子方程式为__________；其他条件不变，HCO3-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图-1所示。反应温度在40℃~80℃范围内，HCO3-催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是_____________。
（2）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下， HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图-3所示。
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成__________(填化学式)。
②研究发现：其他条件不变时，以 HCOOK溶液代替 HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是_______________。
11.（2018年全国Ⅰ卷28题节选）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡,体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=∞时，N2O5(g)完全分解):
t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞
P/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1
（1）已知：
2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g) △H1=-4.4KJ·mol-1
2NO2(g)=N2O4(g) △H2=-55.3KJ·mol-1
则反应的△H=__________KJ·mol-1
（2）对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步N2O5NO3+NO2 快速平衡
第二步NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反应
第三步NO+NO3→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是__________(填标号)
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
12.（2021·陕西渭南市·高三一模）氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，研究氮氧化物的反应机理更有助于消除大气污染。
①催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，研究发现在以为主的催化剂上可能发生的反应过程如图。写出脱硝过程的总反应的化学方程式：_______。
②催化氧化法去除NO是在一定条件下，用消除NO污染，其反应原理为。不同温度条件下，为2：1时，得到NO脱除率曲线如图所示。脱除NO的最佳温度是_______。在温度超过1000时NO脱除率骤然下降的原因可能是_______。
③NO氧化反应：分两步进行，反应Ⅰ.，反应Ⅱ.，其反应过程能量变化示意图如图。其中决定NO氧化反应速率的步骤是反应_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
第 23 讲-催化剂、反应机理与活化能答案与解析
1.【答案】C
【详解】A．由题干图1所示信息可知，反应①为，结合氧化还原反应配平可得反应②为，A正确；
B．由题干图2信息可知，，比多，且生成速率不变，且反应过程中始终未检测到，在催化剂上有积碳，故可能有副反应，反应②和副反应中CH4和H2的系数比均为1：2，B正确；
C．由题干反应②方程式可知，H2和CO的反应速率相等，时刻可知，H2的流速为2mmol/min，而CO流速v(范围1
故答案为：C。
2.【答案】D
【详解】A．根据反应机理的图示知，含N分子发生的反应有NO+ OOH=NO2+ OH、NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+ C3H7=C3H6+HONO、HONO=NO+ OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价，上述反应中均有元素化合价的升降，都为氧化还原反应，一定有电子转移，A项正确；
B．根据图示，由NO生成HONO的反应历程有2种，B项正确；
C．NO是催化剂，增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变，C项正确；
D．无论反应历程如何，在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8+O22C3H6+2H2O，当主要发生包含②的历程时，最终生成的水不变，D项错误；
答案选D。
3.【答案】D
【详解】A．由图示可知，过程I中NO转化为NO，氮元素化合价由+3价降低到+2价，NO作氧化剂，被还原，发生还原反应，A错误；
B．由图示可知，过程I为NO在酶1的作用下转化为NO和H2O，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为：NO+2H++e-NO+H2O，生成1molNO，a过程转移1mole-，过程II为NO和NH在酶2的作用下发生氧化还原反应生成H2O和N2H4，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为：NO+NH+3e-+2H+H2O+N2H4，消耗1molNO，b过程转移4mol e-，转移电子数目不相等，B错误；
C．由图示可知，过程II发生反应的参与反应的离子方程式为：NO+NH+3e-+2H+H2O+N2H4，n(NO):n(NH)=1:1，C错误；
D．由图示可知，过程I的离子方程式为NO+2H++e-NO+H2O，过程II的离子方程式为NO+NH+3e-+2H+H2O+N2H4，过程III的离子方程式为N2H4N2↑+4H++4e-，则过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO+ NH= N2↑+2H2O，D正确；
答案选D。
4.【答案】CD
【解析】
A项：由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放出能量，故A不符合题意；
B项：由图可知，水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18eV，故B不符合题意；
C项：由图可知，氧分子的活化是O－O的断裂与C－O键的生成过程，故C符合题意；
D项：活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂，故D符合题意；
故答案为CD。
5.【答案】D
【解析】
A项：根据图示可知在反应中CuCl被O2氧化产生CuCl2，同时产生H2O，反应方程式为：，A正确；
B项：由流程图可知：PbCl2再生的过程有Cu2+、Cl-参加，再生方程式为：，B正确；
C项：PbCl2、CuCl2在反应中起催化剂作用，反应方程式为：
，C正确；
D项：如果原料为丙烯，则中间产物连接在第二个C原子上得到的产物为丙酮，D错误；
6.【答案】C
【解析】
A项：由图示可知，反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高，即该反应为放热反应，故A错；
B．产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低118.4kJ，所以产物P2比产物P1要稳定，故B错；
C．由图示可知中间产物Z到过渡态IV所需的活化能最大，则，故选C；
D．由图示可知，由Z到产物P1所需的活化能低于由Z到产物P2所需的活化能，则由中间产物Z转化为产物的速率：，故D错。
7.【答案】B
【详解】
己知反应①为(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g) △H1=-157 kJ/mol。反应②： ，反应③：，变化④，则 按盖斯定律，反应①-反应②+反应③+变化④得到反应：,，则2 mol氢气完全燃烧生成气态水的热化学方程式为： ，B正确；
8.【答案】D
【解析】
A．由盖斯定律、图示信息知：O2(g) O3(g)-80.8 kJ，A错误；
B． 由盖斯定律知，将O2转变为O3 后再与碳反应生成二氧化碳、将O2直接与碳反应生成二氧化碳、获得相同的能量，B错误；
C． l mol碳不完全燃烧所释放的能量小于393.5kJ，C错误；
D． O2与碳反应生成二氧化碳是放热反应、氧气的键能和碳的键能之和小于二氧化碳的键能，则l mol O2(g)中共价键吸收的能量比形成1mol CO2(g)中共价键放出的能量少，D正确；
答案选D。
9.【答案】B
【详解】
A．石墨与金刚石的结构不同，则石墨转化为金刚石属于化学变化，A说法错误；
B．根据图像可知，C(s，石墨)= C(s，金刚石) H=+1.9 kJ/mol，则金刚石能量比石墨能量高 1.9 kJ/mol，B说法正确；
C．相同量的金刚石具有的能量高于石墨，则石墨的稳定性强于金刚石，C说法错误；
D．E1表示1mol C(s，石墨)完全生成二氧化碳气体时，所释放的总能量，D说法错误；
10.【答案】（1） 温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强（2）HD 提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度。
【详解】
（1）含有催化剂的KHCO3溶液中通入H2生成HCOOˉ，根据元素守恒和电荷守恒可得离子方程式为：+H2HCOOˉ+H2O；反应温度在40℃~80℃范围内时，随温度升高，活化分子增多，反应速率加快，同时温度升高催化剂的活性增强，所以的催化加氢速率迅速上升；
（2）①根据分析可知HCOOD可以产生HCOOˉ和D+，所以最终产物为CO2和HD(Hˉ与D+结合生成)；②HCOOK是强电解质，更容易产生HCOOˉ和K+，更快的产生KH，KH可以与水反应生成H2和KOH，生成的KOH可以吸收分解产生的CO2，从而使氢气更纯净，所以具体优点是：提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度。
11.【答案】（1）+53.1；（2）AC
【详解】
已知:
ⅰ、2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g) △H1=-4.4kJ/mol
ⅱ、2NO2(g)=N2O4(g) △H2=-55.3kJ/mol
根据盖斯定律可知ⅰ÷2-ⅱ即得到N2O5(g)=2NO2(g)+1/2O2(g) △H1=+53.1kJ/mol;
（2）A、第一步反应快,所以第一步的逆反应速率大于第二步的逆反应速率,A正确;
B、根据第二步和第三步可知中间产物还有NO,B错误;
C、根据第二步反应生成物中有NO2可知NO2与NO3的碰撞仅部分有效,C正确;
D、第三步反应快,所以第三步反应的活化能较低,D错误。答案选AC。
12.【答案】答案： 900 ℃ 催化剂失去活性 Ⅱ
【详解】
催化氧化法去除NO是在一定条件下，用消除NO污染，其反应原理为。由不同温度条件下，为2:1时NO脱除率曲线知：900℃时NO的脱除率最高，因此脱除NO的最佳温度是900℃。由于催化剂在一定温度具有强的催化活性，当温度较高时会失去活性，因此在温度超过1000℃时NO脱除率骤然下降的原因可能是催化剂失去活性。决定NO氧化反应速率主要取决于活化能大的反应，反应Ⅰ活化能小于反应Ⅱ的活化能，因此决定NO氧化反应速率的步骤是反应Ⅱ
