資源簡介

(共42張PPT)
第 23 講
催化劑、反應機理與活化能
2025
2024河北卷-17題 原理綜合題：考察活化能，反應熱與活化能E正和E逆關系
2024河北卷-14題 選擇題：考察反應機理與活化能，以電化學為背景，反應路徑和能量變化圖的綜合分析
2024浙江卷-19題 原理綜合題：催化劑、反應機理與活化能的綜合，結合活化能的大小找好決速步驟，同時應知道催化劑的多少也影響反應速率
2024吉林卷-18題 原理綜合題：考察催化劑，達平衡前催化劑提高反應速率提高轉化率，達平衡后加入催化劑則對轉化率沒有作用
2024安徽卷-10題 選擇題：考察反應機理與活化能，活化能與反應速率之間的關系，吸放熱的圖像對比
2024江蘇卷-5題 選擇題：考察催化劑，催化劑的作用就是加快反應速率，原因是降低活化能，而與反應熱沒有關系
2024江蘇卷-17題 原理綜合題，考察催化劑，催化劑與反應物的接觸面積也是影響反應速率的因素，則在規定時間內也影響產率
2024吉林卷-17題 實驗大題：考察催化劑， 催化劑的判斷及優缺點分析
2024吉林卷-10題 選擇題：考察催化劑，高溫時催化劑失活
2024年——催化劑、反應機理與活化能考向考點統計
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2025
知識重構
1.基元反應
大部分化學反應不是經過一步化學反應就能完成的，許多化學化學反應需要經歷多步反應才能實現。每一步反應都稱為基元反應。每一步都需要發生有效碰撞。
比如乙醇催化氧化（如下所示）就是典型的由基元反應組成的化學反應。
2.活化能
有效碰撞：能夠發生反應的碰撞稱為有效碰撞
有效碰撞的條件：分子具有足夠的能量；分子在碰撞時具有合適的取向。
活化分子：具有足夠能量且能夠發生有效碰撞的分子。
2.活化能
活化能：活化分子具有平均能量與反應物分子具有的平均能量差
活化分子平均能量
普通分子平均能量
活化能
活化能近似等于反應物分子斷鍵變成原子是吸收的總能量（E1）
活化能的大小不能改變反應熱，但是可以改變反應的難易程度。活化能越低，反應條件越簡單，反應速率越快。
活化能應用：
其反應過程能量變化示意圖如圖。其中決定NO氧化反應速率的步驟是反應_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
Ⅱ
經典例題：
活化能
鏈接課標——催化劑要求
能運用催化劑對化學反應速率的影響規律解決生產、生活、實驗室中的實際問題，能討論化學反應條件的選擇和優化。（節選）
核心素養體現：變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知
3.催化劑
向反應中加入催化劑后，催化劑通過改變反應路徑達到降低活化能的目的，繼而達到增大化學反應速率的目的。
催化劑：Cu
中間產物：CuO
eg：乙醇催化氧化
勢能圖像
機理圖像
經典例題：
反應物
產物
催化劑的特點：
①催化劑的選擇性。
②催化劑的活性。
反應物 催化劑及條件 產物
CO+H2 催化劑：Cu-Zn-O，Zn-Cr-O，溫度：573K,壓強：1.0133×107Pa 甲醇
催化劑：Ni，溫度：573K，壓強1.0133×107Pa 甲烷
速率不同
產物不同
注意：
催化劑只能縮短到達平衡狀態的時間，不能改變最后的平衡狀態及反應熱。
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2025
知識重構
【例1】（2024年安徽卷）10. 某溫度下，在密閉容器中充入一定量的X(g)，發生下列反應：X(g) Y(g)(ΔH1<0)，Y(g) Z(g)(ΔH2<0)，測得各氣體濃度與反應時間的關系如圖所示。下列反應進程示意圖符合題意的是
【答案】B
【解析】由圖可知，說明X(g)Y(g)的反應速率大于Y(g)Z(g)的反應速率，則反應X(g)Y(g)的活化能小于反應Y(g)Z(g)的活化能。
【例2】（2024年江蘇卷） 下列說法正確的是
A. 豆科植物固氮過程中，固氮酶能提高該反應的活化能
B. 與反應中，Ag催化能提高生成的選擇性
C. 制反應中，能加快化學反應速率
D. 與反應中，能減小該反應的焓變
【答案】C
A． 固氮酶是豆科植物固氮過程的催化劑，能降低該反應的活化能，A錯誤；
B．根據題意，催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應用Ag催化生成(環氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO，則判斷Ag催化不能提高生成CH3CHO的選擇性，B錯誤；
C． MnO2是H2O2制O2反應的催化劑，能加快化學反應速率，C正確；
D． V2O5是SO2與O2反應的催化劑，能加快反應速率，但不能改變該反應的焓變，D錯誤；
【例3】（2024年河北卷第17題）氯氣是一種重要的基礎化工原料，廣泛應用于含氯化工產品的生產。硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯等可通過氯化反應制備。
【答案】
【分析】
【答案】（3）BD
（4）流速過快，反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發生反應，導致轉化率下降，同時，T3溫度低，反應速率低，故單位時間內氯化氫的轉化率低。
【分析】小問3
A．增大HCl的流速，由圖像可知，HCl的轉化率在減小，不符合題意；
B．M對應溫度為360℃，由圖像可知，升高溫度，HCl的轉化率增大，符合題意；
C．增大n(HCl):n(O2)，HCl的轉化率減小，不符合題意；
D．使用高效催化劑，可以增加該溫度下的反應速率，使單位時間內HCl的轉化率增加，符合題意；
【答案】（3）BD
（4）流速過快，反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發生反應，導致轉化率下降，同時，T3溫度低，反應速率低，故單位時間內氯化氫的轉化率低。
【分析】【小問4】圖中在較高流速下，T3溫度下的轉化率低于溫度較高的T1和T2，主要是流速過快，反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發生反應，導致轉化率下降，同時，T3溫度低，反應速率低，故單位時間內氯化氫的轉化率低。
【例5】（2023廣東15）催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應 。反應歷程(下圖)中，M為中間產物。其它條件相同時，下列說法不正確的是
A．使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行
B．反應達平衡時，升高溫度，R的濃度增大
C．使用Ⅱ時，反應體系更快達到平衡
D．使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大
【答案】C
【分析】
A．由圖可知兩種催化劑均出現四個波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行，A正確；
B．由圖可知該反應是放熱反應，所以達平衡時，升高溫度平衡向左移動，R的濃度增大，B正確；
C．由圖可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ時反應速率更快，反應體系更快達到平衡，
D．由圖可知在前兩個歷程中使用Ⅰ活化能較低反應速率較快，后兩個歷程中使用Ⅰ活化能較高反應速率較慢，所以使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大，D正確；
【例6】（2023新課標29）氨是最重要的化學品之一，我國目前氨的生產能力位居世界首位。回答下列問題：
【答案】(1)-45
(2) (ⅱ) 在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于的鍵能比H-H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)
【例7】（2021年浙江卷）在298.15 K、100 kPa條件下，N2(g) +3H2 (g)=2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1，N2 (g) 、H2(g)和NH3(g)的比熱容分別為29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1。一定壓強下，1 mol反應中，反應物[N2(g) +3H2(g)]、生成物[2NH3(g)]的能量隨溫度T的變化示意圖合理的是
【解析】
該反應為放熱反應，反應物的總能量大于生成物的總能量，根據題目中給出的反應物與生成物的比熱容可知，升高溫度反應物能量升高較快，反應結束后反應放出的熱量也會增大，比較4個圖像B符合題意，故答案選B。
【例8】（2020年天津卷）理論研究表明，在101kPa和298K下，HCN HNC異構化反應過程的能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是的是
【答案】D
A.HCN比HNC穩定
B.該異構化反應的ΔH= +59.3kJ mol-1
C.正反應的活化能大于逆反應的活化能
D.使用催化劑，可以改變反應的反應熱
【分析】
該試題情景內容對于學生老說是陌生的內容，學生需要從題干中的文字和圖像內容中提取出解題所需要的關鍵信息。評價學生對圖像內容的理解與分析能力，以及對一般規律的歸納與總結能力。
【例8】（2020年天津卷）理論研究表明，在101kPa和298K下，HCN HNC異構化反應過程的能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是的是
A.HCN比HNC穩定
B.該異構化反應的ΔH= +59.3kJ mol-1
C.正反應的活化能大于逆反應的活化能
D.使用催化劑，可以改變反應的反應熱
【解析】
A.根據圖中信息得到HCN能量比HNC能量低，再根據能量越低越穩定，因此HCN比HNC穩定，故A正確；
B.根據焓變等于生成物總能量減去反應物總能量，因此該異構化反應反應熱:
△H=59.3kJ·mol－1-0=+59.3kJ·mol－1，故B正確；
C.根據圖中信息得出該反應是吸熱反應，因此正反應的活化能大于逆反應的活化能，故C正確；
D.使用催化劑，不能改變反應的反應熱，只改變反應路徑，反應熱只與反應物和生成物的總能量有關，故D錯誤。
【例9】（2018年全國Ⅱ卷）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。
相關數據如下表：
積碳反應CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反應CO2(g)+C(s)=2CO(g)
ΔH/(kJ·mol 1) 75 172
活化能/(kJ·mol 1) 催化劑X 33 91
催化劑Y 43 72
由上表判斷，催化劑X____Y（填“優于”或“劣于”），理由是_________________。
【答案】劣于，相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小；而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大。
【分析】
該試題通過提供的催化劑信息和反應信息，結合相關知識判定催化劑優劣。這道試題不僅評價學生對活化能、催化劑相關內容的認知和理解。同時評價學生對文字、圖表信息的分析與理解能力.
【例9】（2018年全國Ⅱ卷）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。
相關數據如下表：
積碳反應CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反應CO2(g)+C(s)=2CO(g)
ΔH/(kJ·mol 1) 75 172
活化能/(kJ·mol 1) 催化劑X 33 91
催化劑Y 43 72
由上表判斷，催化劑X____Y（填“優于”或“劣于”），理由是_________________。
【解析】
根據表中數據可知相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小；而消碳反應活化能相對小,消碳反應速率大，所以催化劑X劣于Y。
【例10】（2022·廣東卷）在相同條件下研究催化劑I、Ⅱ對反應X→2Y的影響，各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖，則
A．無催化劑時，反應不能進行
B．與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應活化能更低
C．a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化
D．使用催化劑Ⅰ時，0~2min內，v(X)=1.0mol·L－1·min－1
【答案】D
【分析】
該試題通過提供的不同催化劑對應反應信息，結合相關知識判定選項正誤。這道試題不僅評價學生對催化劑、反應速率計算相關內容的認知和理解。同時評價學生對符號、圖表信息的分析與理解能力以及對信息推理與判斷能力。
【例10】（2022·廣東卷）在相同條件下研究催化劑I、Ⅱ對反應X→2Y的影響，各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖，則
A．無催化劑時，反應不能進行
B．與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應活化能更低
C．a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化
D．使用催化劑Ⅰ時，0~2min內，v(X)=1.0mol·L－1·min－1
【詳解】
A．由圖可知，無催化劑時，隨反應進行，生成物濃度也在增加，說明反應也在進行，故A錯誤；
B．由圖可知，催化劑I比催化劑II催化效果好，說明催化劑I使反應活化能更低，反應更快，故B錯誤；
C．由圖可知，使用催化劑II時，在0~2min 內Y的濃度變化了2.0mol/L，而a曲線表示的X的濃度變化了2.0mol/L，二者變化量之比不等于化學計量數之比，所以a曲線不表示使用催化劑II時X濃度隨時間t的變化，故C錯誤；
【例10】（2022·廣東卷）在相同條件下研究催化劑I、Ⅱ對反應X→2Y的影響，各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖，則
A．無催化劑時，反應不能進行
B．與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應活化能更低
C．a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化
D．使用催化劑Ⅰ時，0~2min內，v(X)=1.0mol·L－1·min－1
【詳解】
D．使用催化劑I時，在0~2min 內，Y的濃度變化了4.0mol/L，則
【例11】（2022·湖南）反應物(S)轉化為產物(P或P·Z)的能量與反應進程的關系如下圖所示：
下列有關四種不同反應進程的說法正確的是
A．進程Ⅰ是放熱反應 B．平衡時P的產率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．進程Ⅳ中，Z沒有催化作用
【答案】AD
【分析】
該試題通過提供的反應圖像信息，判定選項內容正誤。評價學生對圖像信息的分析與理解，以及相關知識的辨析能力。
【例11】（2022·湖南）反應物(S)轉化為產物(P或P·Z)的能量與反應進程的關系如下圖所示：
下列有關四種不同反應進程的說法正確的是
A．進程Ⅰ是放熱反應 B．平衡時P的產率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．進程Ⅳ中，Z沒有催化作用
【詳解】
A．由圖中信息可知，進程Ⅰ中S的總能量大于產物P的總能量，因此進程I是放熱反應，A說法正確；
B．進程Ⅱ中使用了催化劑X，但是催化劑不能改變平衡產率，因此在兩個進程中平衡時P的產率相同，B說法不正確；
【例11】（2022·湖南）反應物(S)轉化為產物(P或P·Z)的能量與反應進程的關系如下圖所示：
下列有關四種不同反應進程的說法正確的是
A．進程Ⅰ是放熱反應 B．平衡時P的產率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．進程Ⅳ中，Z沒有催化作用
【詳解】
C．進程Ⅲ中由S Y轉化為P Y的活化能高于進程Ⅱ中由S X轉化為P X的活化能，由于這兩步反應分別是兩個進程的決速步驟，因此生成P的速率為Ⅲ<Ⅱ，Ｃ說法不正確；
D．由圖中信息可知，進程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S Z，然后S Z轉化為產物P Z，由于P Z沒有轉化為P＋Z，因此，Z沒有表現出催化作用，D說法正確；
【例12】（2022·山東）在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是
【答案】D
A．含N分子參與的反應一定有電子轉移
B．由NO生成HONO的反應歷程有2種
C．增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變
D．當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水減少
【分析】
該試題通過提供的反應圖像信息，判定選項內容正誤。評價學生對圖像信息的分析與理解，以及相關知識的辨析能力。
【例12】（2022·山東）在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．含N分子參與的反應一定有電子轉移
B．由NO生成HONO的反應歷程有2種
C．增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變
D．當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水減少
【詳解】
A．根據反應機理的圖示知，含N分子發生的反應有NO+ OOH=NO2+ OH、NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+ C3H7=C3H6+HONO、HONO=NO+ OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合價依次為+2價、+4價、+3價，上述反應中均有元素化合價的升降，都為氧化還原反應，一定有電子轉移，A項正確；
B．根據圖示，由NO生成HONO的反應歷程有2種，B項正確；
【例12】（2022·山東）在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．含N分子參與的反應一定有電子轉移
B．由NO生成HONO的反應歷程有2種
C．增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變
D．當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水減少
【詳解】
C．NO是催化劑，增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變，C項正確；
D．無論反應歷程如何，在NO催化下丙烷與O2反應制備丙烯的總反應都為:
2C3H8+O2 2C3H6+2H2O。當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水不變，D項錯誤；
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催化劑相關試題呈現的形式主要以圖表信息為載體，考查學生對反應熱、活化能、催化劑對反應歷程的影響與能量變化，考查內容越來越多元化，從反應熱計算，方案評價，反應歷程分析等。解決這類試題，首先要正確認識和理解相關概念，了解這個概念在實際反應過程中發揮的作用，比如催化劑是如何改變化學反應速率的、利用活化能判斷化學反應難易程度。
如何解決圖表信息題
圖像分析
類比法
索引法
提取信息
獲得解題關鍵信息
活化能、物質轉化關系、反應熱、反應物和產物能量大小關系
加工信息
按照題干內容加工信息
答案
該歷程中最大能壘（活化能）E正=_________eV
（節選自2019全國卷）
在進行圖表分析的時候，要從陌生情境和圖像中找到熟悉的影子
類比法分析圖像
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知識重構
建議1：講透相關概念和知識內容
建議2：多做真題，總結歸類
建議3：不要盲目刷題，做透一道題，強于刷10道題第 23 講-催化劑、反應機理與活化能
1.（2023.1浙江14）標準狀態下，氣態反應物和生成物的相對能量與反應歷程示意圖如下[已知和的相對能量為0]，下列說法不正確的是
A．
B．可計算鍵能為
C．相同條件下，的平衡轉化率：歷程Ⅱ>歷程Ⅰ
D．歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最快的一步反應的熱化學方程式為：
2.（2024邯鄲高三第三次調研卷）研究可再生資源甲醇、乙醇等低碳醇，對于環境問題和能源問題都具有非常的意義。利用乙醇、水催化重整可獲得。相關主要反應如下：
反應ⅰ：
反應ⅱ：
請回答下列問題：
（1）298 K時，相關物質的相對能量如表所示。
物質
相對能量/（kJ·mol） -110.5 -241.8 0
①由表中數據推測，的相對能量______（填“>”“<”或“=”）-241.8kJ
②的相對能量為______kJ mol。
3.（2023.6浙江19）水煤氣變換反應是工業上的重要反應，可用于制氫。
水煤氣變換反應：
請回答：
(5)在催化劑活性溫度范圍內，水煤氣變換反應的歷程包含反應物分子在催化劑表面的吸附(快速)、反應及產物分子脫附等過程。隨著溫度升高，該反應的反應速率先增大后減小，其速率減小的原因是 。
4.（2023全國甲28）甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法。回答下列問題：
(3)分別與反應，體系的能量隨反應進程的變化如下圖所示(兩者歷程相似，圖中以示例)。
(ⅰ)步驟Ⅰ和Ⅱ中涉及氫原子成鍵變化的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則與反應的能量變化應為圖中曲線 (填“c”或“d”)。
(ⅲ)與反應，氘代甲醇的產量 (填“＞”“＜”或“=”)。若與反應，生成的氘代甲醇有 種。
5.（2023遼寧18）硫酸工業在國民經濟中占有重要地位。
(2)鉛室法使用了大容積鉛室制備硫酸(76%以下)，副產物為亞硝基硫酸，主要反應如下：
NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4
2NO+O2=2NO2
(ⅰ)上述過程中NO2的作用為 。
(ⅱ)為了適應化工生產的需求，鉛室法最終被接觸法所代替，其主要原因是 (答出兩點即可)。
6.（2023重慶17）銀及其化合物在催化與電化學等領域中具有重要應用。
(1)在銀催化下，乙烯與氧氣反應生成環氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。根據圖所示，回答下列問題：
①中間體生成吸附態的活化能為 。
②由生成的熱化學方程式為 。
7.（2023北京16）尿素合成的發展體現了化學科學與技術的不斷進步。
(2)二十世紀初，工業上以和為原料在一定溫度和壓強下合成尿素。反應分兩步：
ⅰ．和生成；
ⅱ．分解生成尿素。
結合反應過程中能量變化示意圖，下列說法正確的是 (填序號)。
a．活化能：反應ⅰ<反應ⅱ
b．ⅰ為放熱反應，ⅱ為吸熱反應
c．
8.（2023湖北19）納米碗是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下，可以由分子經過連續5步氫抽提和閉環脫氫反應生成。的反應機理和能量變化如下：
回答下列問題：
(1)已知中的碳氫鍵和碳碳鍵的鍵能分別為和，H-H鍵能為。估算的 。
(2)圖示歷程包含 個基元反應，其中速率最慢的是第 個。
9.（2022·北京卷）CO2捕獲和轉化可減少CO2排放并實現資源利用，原理如圖1所示。反應①完成之后，以N2為載氣，以恒定組成的N2、CH4混合氣，以恒定流速通入反應器，單位時間流出氣體各組分的物質的量隨反應時間變化如圖2所示。反應過程中始終未檢測到CO2，在催化劑上有積碳。
下列說法不正確的是
A．反應①為；反應②為
B．，比多，且生成速率不變，可能有副反應
C．時刻，副反應生成的速率大于反應②生成速率
D．之后，生成的速率為0，是因為反應②不再發生
10．（2022·山東卷）在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．含N分子參與的反應一定有電子轉移
B．由NO生成的反應歷程有2種
C．增大NO的量，的平衡轉化率不變
D．當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水減少
11．（2022·湖南卷）科學家發現某些生物酶體系可以促進和的轉移(如a、b和c)，能將海洋中的轉化為進入大氣層，反應過程如圖所示。
下列說法正確的是
A．過程Ⅰ中發生氧化反應
B．a和b中轉移的數目相等
C．過程Ⅱ中參與反應的
D．過程Ⅰ→Ⅲ的總反應為
12.（2018年海南卷12題）炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發現它可以活化氧分子，生成活化氧。活化過程的能量變化模擬計算結果如圖所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列說法正確的是(雙選)
A．每活化一個氧分子吸收0.29eV能量
B．水可使氧分子活化反應的活化能降低0.42eV
C．氧分子的活化是O－O的斷裂與C－O鍵的生成過程
D．炭黑顆粒是大氣中SO2轉化為SO3的催化劑
13.（2021河北學業水平考試演練10題）氯化鈀可以催化乙烯制備乙醛（Wacker法），反應過程如圖：
下列敘述錯誤的是（ ）
A．被氧化的反應為
B．催化劑再生的反應為
C．制備乙醛的總反應為
D．如果原料為丙烯，則主要產物是丙醛
14.（2021湖南省學業水平考試演練9題）活潑自由基與氧氣的反應一直是關注的熱點。HNO自由基與O2反應過程的能量變化如圖所示：
下列說法正確的是( )
A. 該反應為吸熱反應
B. 產物的穩定性：P1>P2
C. 該歷程中最大正反應的活化能E正=186.19kJ mol-1
D. 相同條件下，由中間產物z轉化為產物的速率：v(P1)15.（2021湖南省學業水平考試演練9題）己知(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g) △H=-157 kJ/mol。已知環丙烷(g)的燃燒熱△H=-2092 kI/mol，丙烷(g)的燃燒熱△H=-2220 kJ/mol，1 mol液態水蒸發為氣態水的焓變為△H=+44 kJ/mol。則 2 mol氫氣完全燃燒生成氣態水的△H(kJ/mol)為
A. -658 B. -482 C. -329 D. -285
16.（2021·上海浦東新區·高三一模）碳在氧氣或臭氧中燃燒的能量變化如圖所示，下列說法正確的是
A．O2(g) O3(g)+80.8 kJ
B．將O2轉變為O3 后再與碳反應，可獲得更多的能量
C．l mol碳不完全燃燒所釋放的能量介于393.5～474.3 kJ
D．斷裂l mol O2(g)中共價鍵吸收的能量比形成1mol CO2(g)中共價鍵放出的能量少
17.（2021·湖南株洲市·高三一模）石墨在一定條件下能轉化為金剛石，其能量變化如圖所示，其中E1=393.5 kJ/mol，E2=395.4 kJ/mol，下列說法正確的是( )
A．石墨轉化為金剛石屬于物理變化
B．金剛石能量比石墨能量高 1.9 kJ/mol
C．金剛石的穩定性強于石墨
D．E1表示1mol C(s，石墨)所具有的總能量
18.（2020江蘇卷20題節選）CO2/ HCOOH循環在氫能的貯存/釋放、燃料電池等方面具有重要應用。
（1）CO2催化加氫。在密閉容器中，向含有催化劑的KHCO3溶液(CO2與KOH溶液反應制得)中通入H2生成HCOO-，其離子方程式為__________；其他條件不變，HCO3-轉化為HCOO-的轉化率隨溫度的變化如圖-1所示。反應溫度在40℃~80℃范圍內，HCO3-催化加氫的轉化率迅速上升，其主要原因是_____________。
（2）HCOOH催化釋氫。在催化劑作用下， HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應機理如圖-3所示。
①HCOOD催化釋氫反應除生成CO2外，還生成__________(填化學式)。
②研究發現：其他條件不變時，以 HCOOK溶液代替 HCOOH催化釋氫的效果更佳，其具體優點是_______________。
19.（2018年全國Ⅰ卷28題節選）F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應器中研究了25℃時N2O5(g)分解反應:
其中NO2二聚為N2O4的反應可以迅速達到平衡,體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示(t=∞時，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
則反應的△H=__________KJ·mol-1
（2）對于反應2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反應歷程:
第一步N2O5NO3+NO2 快速平衡
第二步NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反應
第三步NO+NO3→2NO2 快反應
其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡。下列表述正確的是__________(填標號)
A.v(第一步的逆反應)>v(第二步反應)
B.反應的中間產物只有NO3
C.第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效
D.第三步反應活化能較高
20.（2021·陜西渭南市·高三一模）氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質，研究氮氧化物的反應機理更有助于消除大氣污染。
①催化還原NO是重要的煙氣脫硝技術，研究發現在以為主的催化劑上可能發生的反應過程如圖。寫出脫硝過程的總反應的化學方程式：_______。
②催化氧化法去除NO是在一定條件下，用消除NO污染，其反應原理為。不同溫度條件下，為2：1時，得到NO脫除率曲線如圖所示。脫除NO的最佳溫度是_______。在溫度超過1000時NO脫除率驟然下降的原因可能是_______。
③NO氧化反應：分兩步進行，反應Ⅰ.，反應Ⅱ.，其反應過程能量變化示意圖如圖。其中決定NO氧化反應速率的步驟是反應_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
第 23 講-催化劑、反應機理與活化能答案與解析
1.【答案】C
【詳解】A．催化劑能降低活化能，但是不能改變反應的焓變，因此，A正確；
B．已知的相對能量為0，對比兩個歷程可知， 的相對能量為，則鍵能為，B正確；
C．催化劑不能改變反應的平衡轉化率，因此相同條件下，的平衡轉化率：歷程Ⅱ=歷程Ⅰ，C錯誤；
D．活化能越低，反應速率越快，由圖像可知，歷程Ⅱ中第二步反應的活化能最低，所以速率最快的一步反應的熱化學方程式為：，D正確；
故答案為：C。
2.【答案】 ①. ＜ ②.
【詳解】①.同一個物質三種狀態間的能量由小到大的順序：固態 ＜液態 ＜氣態
②利用蓋斯定律去得出和表格中物質對應的方程式，反應ⅰ-2反應ⅱ，目標反應的=255.7，再結合公式“反應熱=反應物的能量總和—生成物的能量總和”就可以求出乙醇氣體的能量了。
3.【答案】 (5)隨著溫度的升高，反應物分子在催化劑表面的吸附降低，從而導致其反應物分子在催化劑表面的吸附量及濃度降低，反應速率減小
【詳解】（5）反應物分子在催化劑表面的吸附是一個放熱的快速過程，隨著溫度的升高，反應物分子在催化劑表面的吸附降低，從而導致其反應物分子在催化劑表面的吸附量及濃度降低，反應速率減小。
4.【答案】(3) Ⅰ c < 2
【詳解】（3）(ⅰ)步驟Ⅰ涉及的是碳氫鍵的斷裂和氫氧鍵的形成，步驟Ⅱ中涉及碳氧鍵形成，所以符合題意的是步驟Ⅰ；
(ⅱ)直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，反應速率會變慢，則此時正反應活化能會增大，根據圖示可知，與反應的能量變化應為圖中曲線c；
(ⅲ)與反應時，因直接參與化學鍵變化的元素被替換為更重的同位素時，步驟Ⅰ的活化能增大，反應速率會變慢，則CH2DOD更難獲得，故產率：<；根據反應機理可知，若與反應，生成的氘代甲醇可能為或共2種，故答案為：<；2。
5.【答案】(2) 催化劑
【詳解】（2）(i)根據所給的反應方程式，NO2在反應過程中線消耗再生成，說明NO2在反應中起催化劑的作用；
6.【答案】(1) 83
【詳解】（1）①過渡態物質的總能量與反應物總能量的差值為活化能，中間體生成吸附態的活化能為。
②由圖可知，生成放出熱量，放熱焓變為負值，故熱化學方程式為 ；
7.【答案】(2)ab
【詳解】（2）a．反應ⅰ的活化能是，反應ⅱ活化能是，，a項正確；
b．從圖中反應物和生成物能量的相對大小可看出反應ⅰ放熱，反應ⅱ吸熱，b項正確；
c．總反應的：，c項錯誤；
8.【答案】(1)128
(2) 3 3
【詳解】（1）由和的結構式和反應歷程可以看出，中斷裂了2根碳氫鍵，形成了1根碳碳鍵，所以的 =，故答案為：128；
（2）由反應歷程可知，包含3個基元反應，分別為：，,,其中第三個的活化能最大，反應速率最慢，故答案為：3；3；
9.【答案】C
【詳解】A．由題干圖1所示信息可知，反應①為，結合氧化還原反應配平可得反應②為，A正確；
B．由題干圖2信息可知，，比多，且生成速率不變，且反應過程中始終未檢測到，在催化劑上有積碳，故可能有副反應，反應②和副反應中CH4和H2的系數比均為1：2，B正確；
C．由題干反應②方程式可知，H2和CO的反應速率相等，時刻可知，H2的流速為2mmol/min，而CO流速v(范圍1D．由題干圖2信息可知，之后，CO的速率為0，CH4的速率逐漸增大，最終恢復到1，說明生成的速率為0，是因為反應②不再發生，而后副反應逐漸停止反應，D正確；
故答案為：C。
10.【答案】D
【詳解】A．根據反應機理的圖示知，含N分子發生的反應有NO+ OOH=NO2+ OH、NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+ C3H7=C3H6+HONO、HONO=NO+ OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合價依次為+2價、+4價、+3價，上述反應中均有元素化合價的升降，都為氧化還原反應，一定有電子轉移，A項正確；
B．根據圖示，由NO生成HONO的反應歷程有2種，B項正確；
C．NO是催化劑，增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變，C項正確；
D．無論反應歷程如何，在NO催化下丙烷與O2反應制備丙烯的總反應都為2C3H8+O22C3H6+2H2O，當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水不變，D項錯誤；
答案選D。
11.【答案】D
【詳解】A．由圖示可知，過程I中NO轉化為NO，氮元素化合價由+3價降低到+2價，NO作氧化劑，被還原，發生還原反應，A錯誤；
B．由圖示可知，過程I為NO在酶1的作用下轉化為NO和H2O，依據得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可知，反應的離子方程式為：NO+2H++e-NO+H2O，生成1molNO，a過程轉移1mole-，過程II為NO和NH在酶2的作用下發生氧化還原反應生成H2O和N2H4，依據得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可知，反應的離子方程式為：NO+NH+3e-+2H+H2O+N2H4，消耗1molNO，b過程轉移4mol e-，轉移電子數目不相等，B錯誤；
C．由圖示可知，過程II發生反應的參與反應的離子方程式為：NO+NH+3e-+2H+H2O+N2H4，n(NO):n(NH)=1:1，C錯誤；
D．由圖示可知，過程I的離子方程式為NO+2H++e-NO+H2O，過程II的離子方程式為NO+NH+3e-+2H+H2O+N2H4，過程III的離子方程式為N2H4N2↑+4H++4e-，則過程Ⅰ→Ⅲ的總反應為NO+ NH= N2↑+2H2O，D正確；
答案選D。
12.【答案】CD
【解析】
A項：由圖可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，因此是放出能量，故A不符合題意；
B項：由圖可知，水可使氧分子活化反應的活化能降低0.18eV，故B不符合題意；
C項：由圖可知，氧分子的活化是O－O的斷裂與C－O鍵的生成過程，故C符合題意；
D項：活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑顆粒可以活化氧分子，因此炭黑顆粒可以看作大氣中SO2轉化為SO3的催化劑，故D符合題意；
故答案為CD。
13.【答案】D
【解析】
A項：根據圖示可知在反應中CuCl被O2氧化產生CuCl2，同時產生H2O，反應方程式為：，A正確；
B項：由流程圖可知：PbCl2再生的過程有Cu2+、Cl-參加，再生方程式為：，B正確；
C項：PbCl2、CuCl2在反應中起催化劑作用，反應方程式為：
，C正確；
D項：如果原料為丙烯，則中間產物連接在第二個C原子上得到的產物為丙酮，D錯誤；
14.【答案】C
【解析】
A項：由圖示可知，反應物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高，即該反應為放熱反應，故A錯；
B．產物P2所具有的能量比產物P1所具有的能量低118.4kJ，所以產物P2比產物P1要穩定，故B錯；
C．由圖示可知中間產物Z到過渡態IV所需的活化能最大，則，故選C；
D．由圖示可知，由Z到產物P1所需的活化能低于由Z到產物P2所需的活化能，則由中間產物Z轉化為產物的速率：，故D錯。
15.【答案】B
【詳解】
己知反應①為(g)+H2(g)→CH3CH2CH3(g) △H1=-157 kJ/mol。反應②： ，反應③：，變化④，則 按蓋斯定律，反應①-反應②+反應③+變化④得到反應：,，則2 mol氫氣完全燃燒生成氣態水的熱化學方程式為： ，B正確；
16.【答案】D
【解析】
A．由蓋斯定律、圖示信息知：O2(g) O3(g)-80.8 kJ，A錯誤；
B． 由蓋斯定律知，將O2轉變為O3 后再與碳反應生成二氧化碳、將O2直接與碳反應生成二氧化碳、獲得相同的能量，B錯誤；
C． l mol碳不完全燃燒所釋放的能量小于393.5kJ，C錯誤；
D． O2與碳反應生成二氧化碳是放熱反應、氧氣的鍵能和碳的鍵能之和小于二氧化碳的鍵能，則l mol O2(g)中共價鍵吸收的能量比形成1mol CO2(g)中共價鍵放出的能量少，D正確；
答案選D。
17.【答案】B
【詳解】
A．石墨與金剛石的結構不同，則石墨轉化為金剛石屬于化學變化，A說法錯誤；
B．根據圖像可知，C(s，石墨)= C(s，金剛石) H=+1.9 kJ/mol，則金剛石能量比石墨能量高 1.9 kJ/mol，B說法正確；
C．相同量的金剛石具有的能量高于石墨，則石墨的穩定性強于金剛石，C說法錯誤；
D．E1表示1mol C(s，石墨)完全生成二氧化碳氣體時，所釋放的總能量，D說法錯誤；
18.【答案】（1） 溫度升高反應速率增大，溫度升高催化劑的活性增強（2）HD 提高釋放氫氣的速率，提高釋放出氫氣的純度。
【詳解】
（1）含有催化劑的KHCO3溶液中通入H2生成HCOOˉ，根據元素守恒和電荷守恒可得離子方程式為：+H2HCOOˉ+H2O；反應溫度在40℃~80℃范圍內時，隨溫度升高，活化分子增多，反應速率加快，同時溫度升高催化劑的活性增強，所以的催化加氫速率迅速上升；
（2）①根據分析可知HCOOD可以產生HCOOˉ和D+，所以最終產物為CO2和HD(Hˉ與D+結合生成)；②HCOOK是強電解質，更容易產生HCOOˉ和K+，更快的產生KH，KH可以與水反應生成H2和KOH，生成的KOH可以吸收分解產生的CO2，從而使氫氣更純凈，所以具體優點是：提高釋放氫氣的速率，提高釋放出氫氣的純度。
19.【答案】（1）+53.1；（2）AC
【詳解】
已知:
ⅰ、2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g) △H1=-4.4kJ/mol
ⅱ、2NO2(g)=N2O4(g) △H2=-55.3kJ/mol
根據蓋斯定律可知ⅰ÷2-ⅱ即得到N2O5(g)=2NO2(g)+1/2O2(g) △H1=+53.1kJ/mol;
（2）A、第一步反應快,所以第一步的逆反應速率大于第二步的逆反應速率,A正確;
B、根據第二步和第三步可知中間產物還有NO,B錯誤;
C、根據第二步反應生成物中有NO2可知NO2與NO3的碰撞僅部分有效,C正確;
D、第三步反應快,所以第三步反應的活化能較低,D錯誤。答案選AC。
20.【答案】答案： 900 ℃ 催化劑失去活性 Ⅱ
【詳解】
催化氧化法去除NO是在一定條件下，用消除NO污染，其反應原理為。由不同溫度條件下，為2:1時NO脫除率曲線知：900℃時NO的脫除率最高，因此脫除NO的最佳溫度是900℃。由于催化劑在一定溫度具有強的催化活性，當溫度較高時會失去活性，因此在溫度超過1000℃時NO脫除率驟然下降的原因可能是催化劑失去活性。決定NO氧化反應速率主要取決于活化能大的反應，反應Ⅰ活化能小于反應Ⅱ的活化能，因此決定NO氧化反應速率的步驟是反應Ⅱ。第 23 講-催化劑、反應機理與活化能
一、知識重構
1.基元反應
大部分化學反應不是經過一步化學反應就能完成的，許多化學化學反應需要經歷多步反應才能實現。每一步反應都稱為基元反應。每一步都需要發生有效碰撞
比如乙醇催化氧化（如下圖1所示）就是典型的由基元反應組成的化學反應。
圖1
2.活化能
有效碰撞：能夠發生反應的碰撞稱為有效碰撞
有效碰撞的條件：分子具有足夠的能量；分子在碰撞時具有合適的取向。
活化分子：具有足夠能量且能夠發生有效碰撞的分子。
活化能：活化分子具有平均能量與反應物分子具有的平均能量差
活化能近似等于反應物分子斷鍵變成原子是吸收的總能量，如圖2中E1。活化的大小不能改變反應熱，但是可以改變反應的難易程度，活化能越低，反應條件越簡單，反應速率越快。
圖2
3.催化劑
（1）什么是催化劑？催化劑是如何改變化學反應速率的？
向反應中加入催化劑后，催化劑可以通過改變反應路徑達到降低活化能的目的，繼而達到增大化學反應速率的目的，比如我們在必修二中學習的乙醇催化氧化（如圖3所示），銅是該反應的催化劑，通過機理圖分析銅將反應分成兩步，圖像中會出現兩個山峰，而這兩個山峰中E2能量差最大所以該反應決定活化能決定了整個反應的難易程度和速率。反應過程中銅既是反應物也是產物，因此催化劑也是會參與反應，只是消耗的催化劑和產生催化劑的量是不變的，所以催化劑反應前后不變。反應過程中像氧化銅這種在中間過程產生又在反應過程中消耗被稱為中間產物。
圖3
催化劑有什么特點呢？
①催化劑的選擇性。在給定條件下，反應物間能同時發生多個反應的情況，理想的催化劑能大幅度提高某一目標產物在最終產物中的比率。通過下表可知，在相似條件下使用不同催化劑主要產物是不同的，這也體現了催化劑選擇性。
反應物 催化劑及條件 產物
CO+H2 催化劑：Cu-Zn-O，Zn-Cr-O，溫度：573K,壓強：1.0133×107Pa 甲醇
催化劑：Ni，溫度：573K，壓強1.0133×107Pa 甲烷
②催化劑的活性。催化劑的活性是指工業生產上常以每單位容積(或質量)催化劑在單位時間內轉化原料反應物的數量來表示。比如用等濃度的硫酸銅溶液和氯化鐵溶液分別催化相同濃度的過氧化氫溶液，氯化鐵溶液做催化劑的反應速率大于硫酸銅溶液做催化劑的反應速率，說明氯化鐵溶液催化活性大于硫酸銅溶液催化活性。催化劑的活性會受發生物理和化學變化，導致催化劑的失活。比如說如果使用酶做催化劑反應溫度不可過高會造成單質酶失活。
注意：催化劑只能縮短到達平衡狀態的時間，不能改變最后的平衡狀態及反應熱。
重溫經典
【例1】（2024年安徽卷）10. 某溫度下，在密閉容器中充入一定量的X(g)，發生下列反應：X(g) Y(g)(ΔH1<0)，Y(g) Z(g)(ΔH2<0)，測得各氣體濃度與反應時間的關系如圖所示。下列反應進程示意圖符合題意的是
A B.
C. D.
【答案】B
【解析】由圖可知，反應初期隨著時間的推移X的濃度逐漸減小、Y和Z的濃度逐漸增大，后來隨著時間的推移X和Y的濃度逐漸減小、Z的濃度繼續逐漸增大，說明X(g)Y(g)的反應速率大于Y(g)Z(g)的反應速率，則反應X(g)Y(g)的活化能小于反應Y(g)Z(g)的活化能。
【例2】（2024年江蘇卷）5. 下列說法正確的是
A. 豆科植物固氮過程中，固氮酶能提高該反應的活化能
B. 與反應中，Ag催化能提高生成的選擇性
C. 制反應中，能加快化學反應速率
D. 與反應中，能減小該反應的焓變
【答案】C
【解析】
A． 固氮酶是豆科植物固氮過程的催化劑，能降低該反應的活化能，A錯誤；
B．根據題意，催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應用Ag催化生成(環氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO，則判斷Ag催化不能提高生成CH3CHO的選擇性，B錯誤；
C． MnO2是H2O2制O2反應的催化劑，能加快化學反應速率，C正確；
D． V2O5是SO2與O2反應的催化劑，能加快反應速率，但不能改變該反應的焓變，D錯誤；
【例3】（2024年河北卷第17題）氯氣是一種重要的基礎化工原料，廣泛應用于含氯化工產品的生產。硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯等可通過氯化反應制備。
（1）硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑，工業上制備原理如下：。
①若正反應活化能為，則逆反應的活化能_______(用含正的代數式表示)。
【答案】
【解析】①根據反應熱與活化能E正和E逆關系為正反應活化能-逆反應活化能可知，該反應的。
【例4】（2024年吉林卷）18. 為實現氯資源循環利用，工業上采用催化氧化法處理廢氣：。將和分別以不同起始流速通入反應器中，在和下反應，通過檢測流出氣成分繪制轉化率()曲線，如下圖所示(較低流速下轉化率可近似為平衡轉化率)。
回答下列問題：
（3）下列措施可提高M點轉化率的是_______(填標號)
A. 增大的流速 B. 將溫度升高
C. 增大 D. 使用更高效的催化劑
（4）圖中較高流速時，小于和，原因是_______。
【答案】（3）BD
（4）流速過快，反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發生反應，導致轉化率下降，同時，T3溫度低，反應速率低，故單位時間內氯化氫的轉化率低。
【解析】【小問3詳解】
A．增大HCl的流速，由圖像可知，HCl的轉化率在減小，不符合題意；
B．M對應溫度為360℃，由圖像可知，升高溫度，HCl的轉化率增大，符合題意；
C．增大n(HCl):n(O2)，HCl的轉化率減小，不符合題意；
D．使用高效催化劑，可以增加該溫度下的反應速率，使單位時間內HCl的轉化率增加，符合題意；
【小問4詳解】圖中在較高流速下，T3溫度下的轉化率低于溫度較高的T1和T2，主要是流速過快，反應物分子來不及在催化劑表面接觸而發生反應，導致轉化率下降，同時，T3溫度低，反應速率低，故單位時間內氯化氫的轉化率低。
【例5】（2023廣東15）催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應。反應歷程(下圖)中，M為中間產物。其它條件相同時，下列說法不正確的是
A．使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行 B．反應達平衡時，升高溫度，R的濃度增大
C．使用Ⅱ時，反應體系更快達到平衡 D．使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大
【答案】C
【詳解】A．由圖可知兩種催化劑均出現四個波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反應歷程都分4步進行，A正確；
B．由圖可知該反應是放熱反應，所以達平衡時，升高溫度平衡向左移動，R的濃度增大，B正確；
C．由圖可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ時反應速率更快，反應體系更快達到平衡，C錯誤；
D．由圖可知在前兩個歷程中使用Ⅰ活化能較低反應速率較快，后兩個歷程中使用Ⅰ活化能較高反應速率較慢，所以使用Ⅰ時，反應過程中M所能達到的最高濃度更大，D正確；
【例6】（2023新課標29）氨是最重要的化學品之一，我國目前氨的生產能力位居世界首位。回答下列問題：
(1)根據圖1數據計算反應的 。
(2)研究表明，合成氨反應在催化劑上可能通過圖2機理進行(*表示催化劑表面吸附位，表示被吸附于催化劑表面的)。判斷上述反應機理中，速率控制步驟(即速率最慢步驟)為 (填步驟前的標號)，理由是 。
【答案】(1)
(2) (ⅱ) 在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于的鍵能比H-H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)
【解析】（2）由圖1中信息可知，的，則的鍵能為；的，則H-H鍵的鍵能為。在化學反應中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學鍵的步驟都屬于能壘，由于的鍵能比H-H鍵的大很多，因此，在上述反應機理中，速率控制步驟為(ⅱ)。
【例7】（2021年浙江卷）在298.15 K、100 kPa條件下，N2(g) +3H2 (g)=2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1，N2 (g) 、H2(g)和NH3(g)的比熱容分別為29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1。一定壓強下，1 mol反應中，反應物[N2(g) +3H2(g)]、生成物[2NH3(g)]的能量隨溫度T的變化示意圖合理的是
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】該反應為放熱反應，反應物的總能量大于生成物的總能量，根據題目中給出的反應物與生成物的比熱容可知，升高溫度反應物能量升高較快，反應結束后反應放出的熱量也會增大，比較4個圖像B符合題意，故答案選B。
【例8】（2020年天津卷）理論研究表明，在101kPa和298K下，HCN HNC異構化反應過程的能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是
A.HCN比HNC穩定
B.該異構化反應的ΔH= +59.3kJ mol-1
C.正反應的活化能大于逆反應的活化能
D.使用催化劑，可以改變反應的反應熱
【答案】D
【解析】
A.根據圖中信息得到HCN能量比HNC能量低，再根據能量越低越穩定，因此HCN比HNC穩定，故A正確；
B.根據焓變等于生成物總能量減去反應物總能量，因此該異構化反應反應熱:
△H=59.3kJ·mol－1-0=+59.3kJ·mol－1，故B正確；
C.根據圖中信息得出該反應是吸熱反應，因此正反應的活化能大于逆反應的活化能，故C正確；
D.使用催化劑，不能改變反應的反應熱，只改變反應路徑，反應熱只與反應物和生成物的總能量有關，故D錯誤。
【例9】（2018年全國Ⅱ卷）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。
相關數據如下表：
積碳反應 CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反應 CO2(g)+C(s)=2CO(g)
ΔH/(kJ·mol 1) 75 172
活化能/(kJ·mol 1) 催化劑X 33 91
催化劑Y 43 72
由上表判斷，催化劑X____Y（填“優于”或“劣于”），理由是_________________。
【答案】劣于，相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小；而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大。
【解析】根據表中數據可知相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小；而消碳反應活化能相對小,消碳反應速率大，所以催化劑X劣于Y。
【例10】（2022·廣東卷）在相同條件下研究催化劑I、Ⅱ對反應X→2Y的影響，各物質濃度c隨反應時間t的部分變化曲線如圖，則
A．無催化劑時，反應不能進行
B．與催化劑Ⅰ相比，Ⅱ使反應活化能更低
C．a曲線表示使用催化劑Ⅱ時X的濃度隨t的變化
D．使用催化劑Ⅰ時，0~2min內，v(X)=1.0mol·L－1·min－1
【答案】D
【詳解】
A．由圖可知，無催化劑時，隨反應進行，生成物濃度也在增加，說明反應也在進行，故A錯誤；
B．由圖可知，催化劑I比催化劑II催化效果好，說明催化劑I使反應活化能更低，反應更快，故B錯誤；
C．由圖可知，使用催化劑II時，在0~2min 內Y的濃度變化了2.0mol/L，而a曲線表示的X的濃度變化了2.0mol/L，二者變化量之比不等于化學計量數之比，所以a曲線不表示使用催化劑II時X濃度隨時間t的變化，故C錯誤；
D．使用催化劑I時，在0~2min 內，Y的濃度變化了4.0mol/L，則
(Y) ===2.0，
(X) =(Y) =2.0=1.0
，故D正確；
【例11】（2022·湖南）反應物(S)轉化為產物(P或P·Z)的能量與反應進程的關系如下圖所示：
下列有關四種不同反應進程的說法正確的是
A．進程Ⅰ是放熱反應 B．平衡時P的產率：Ⅱ>Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．進程Ⅳ中，Z沒有催化作用
【答案】AD
【詳解】A．由圖中信息可知，進程Ⅰ中S的總能量大于產物P的總能量，因此進程I是放熱反應，A說法正確；
B．進程Ⅱ中使用了催化劑X，但是催化劑不能改變平衡產率，因此在兩個進程中平衡時P的產率相同，B說法不正確；
C．進程Ⅲ中由S Y轉化為P Y的活化能高于進程Ⅱ中由S X轉化為P X的活化能，由于這兩步反應分別是兩個進程的決速步驟，因此生成P的速率為Ⅲ<Ⅱ，Ｃ說法不正確；
D．由圖中信息可知，進程Ⅳ中S吸附到Z表面生成S Z，然后S Z轉化為產物P Z，由于P Z沒有轉化為P＋Z，因此，Z沒有表現出催化作用，D說法正確；
【例12】（2022·山東）在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是
A．含N分子參與的反應一定有電子轉移
B．由NO生成HONO的反應歷程有2種
C．增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變
D．當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水減少
【答案】D
【詳解】A．根據反應機理的圖示知，含N分子發生的反應有NO+ OOH=NO2+ OH、NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+ C3H7=C3H6+HONO、HONO=NO+ OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合價依次為+2價、+4價、+3價，上述反應中均有元素化合價的升降，都為氧化還原反應，一定有電子轉移，A項正確；
B．根據圖示，由NO生成HONO的反應歷程有2種，B項正確；
C．NO是催化劑，增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變，C項正確；
D．無論反應歷程如何，在NO催化下丙烷與O2反應制備丙烯的總反應都為2C3H8+O22C3H6+2H2O，當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水不變，D項錯誤；
答案選D。
三、模型建構
催化劑相關試題呈現的形式主要以圖表信息為載體，考查學生對反應熱、活化能、催化劑對反應歷程的影響與能量變化，考查內容越來越多元化，從反應熱計算，方案評價，反應歷程分析等。解決這類試題，首先要正確認識和理解相關概念，了解這個概念在實際反應過程中發揮的作用，比如催化劑是如何改變化學反應速率的、利用活化能判斷化學反應難易程度。
四、名師導學
建議1：講透相關概念和知識內容
建議2：多做真題，總結歸類
建議3：不要盲目刷題，做透一道題，強于刷10道題

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