資源簡介

第3課時　催化劑對化學反應速率的影響　催化機理
[核心素養發展目標]　了解催化劑的特點及催化機理，掌握其對化學反應速率的影響。
一、催化劑對化學反應速率的影響
1．催化劑的概念
(1)催化劑是能改變 而在反應前后本身的 的物質。
(2)催化劑的活性與自身成分、 、 、 、 等有關。催化劑發揮作用需要維持在活性溫度范圍內。此外，有些物質的存在會使催化劑明顯失效，這種現象稱為催化劑 。
2．催化劑對化學反應速率的影響
分析課本表2－3－6，可得出以下結論：
(1)使用催化劑，反應的活化能 ，化學反應速率常數大幅 ，能大幅度 化學反應速率。
(2)比溫度、壓強、濃度對化學反應速率影響的程度 。
3．催化劑的催化原理
(1)催化劑通過參與反應改變反應 ，較大幅度 反應的活化能來提高化學反應速率。
(2)微觀解釋
使用催化劑―→改變反應的 ―→ 反應的活化能―→使更多的反應物分子成為活化分子―→增加單位體積內的 ―→加快化學反應速率。
4．催化劑的特點
(1)選擇性：某種催化劑對某一反應可能是活性很強的催化劑，但對其他反應就不一定有催化作用。
(2)高效性：可以較大幅度地降低反應的活化能，從而有效地提高化學反應速率。
(3)催化劑不能改變化學反應的 ，不能改變 ，不能改變 ，只能改變化學反應速率。
(1)催化劑能使不起反應的物質發生反應(　　)
(2)催化劑在化學反應前后化學性質發生改變，但質量不變(　　)
(3)雙氧水中加入MnO2，可以使生成O2的速率增大，是因為MnO2的催化作用(　　)
(4)電解水時，往水中加少量NaOH，可使電解速率明顯加快，故NaOH是這個反應的催化劑(　　)
1．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反應進程中能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應的活化能，E2表示逆反應的活化能)。下列有關敘述正確的是(　　)
A．ΔH＝E1－E2
B．該反應為吸熱反應
C．升高溫度，不影響活化分子百分數
D．使用催化劑使該反應的反應熱發生改變
2．在氣體參與的反應中，①增大反應物濃度；②升高溫度；③增大壓強(壓縮體積)；④加入催化劑，若以上四種方法均可使反應速率增大，完成下列問題：
(1)降低反應活化能的是________(填序號，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是________。
(3)未改變活化分子百分比，增加單位體積內分子總數的是________。
(4)增加單位體積內活化分子數的是_________________________________________。
二、常見催化機理圖分析
1．化學變化的宏觀特征就是有新物質生成，并伴有能量的變化，從微觀來說就是有舊鍵的斷裂和新鍵的形成。催化反應機理圖是以實際科研成果為載體，常設置如下三種考查角度：
(1)反應物、反應產物、催化劑、中間體的辨識。
(2)從微觀的視角分析物質轉化過程中電子的轉移、化學鍵的斷裂與形成。
(3)應用化學反應原理，結合原子守恒、能量守恒思想、平衡觀念分析解決實際問題。
2．試題的呈現形式通常有兩種：(1)催化循環轉化圖，(2)物質轉化過程能量(能壘)圖像。
類型1　催化循環轉化圖
1．利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除廢氣中的NO和NO2，生成兩種無毒物質，其反應歷程如圖所示：
(1)X是 。
(2)上述歷程的總反應為____________________________________________。
(3)由反應歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應的 。
2．(2023·湖南衡陽聯考)由于水氧化反應包含多個電子/質子轉移，而且其動力學過程緩慢，水氧化催化機理四步反應如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．(L3－)Co能降低水氧化反應的活化能
B．該機理總反應式為2H2OO2↑＋4H＋＋4e－
C．氧化性：(L2－)CoOOH<(L2－)CoOH
D．催化劑參與反應過程，從而加快反應速率
在催化循環反應體系中：
催化劑首先直接和反應物反應，反應前后存在，反應過程中不存在，催化劑可循環再生，即“失而復得”；而中間體(中間產物)只在反應過程中出現。
類型2　物質轉化過程能量(能壘)圖像
3．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(　　)
A．每活化一個氧分子吸收0.29 eV能量
B．水可使氧分子活化反應的活化能降低0.42NA eV·mol－1
C．氧分子的活化是C—O鍵的斷裂與O—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
4．甲酸被認為是理想的氫能載體，我國科技工作者運用DFT計算研究單分子HCOOH在催化劑表面分解產生H2的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標注。
回答下列問題：
(1)該歷程中決定正反應速率步驟的能壘(活化能)E正＝________eV，該步驟的反應方程式為
________________________________________________________________________。
(2)該歷程中甲酸分解制氫氣的熱化學方程式為________________________________。
反應機理能壘圖既能反映化學反應中的物質變化，又能反映能量變化。解答此類問題時應注意：
(1)能壘圖中涉及物質的能量往往是指一個分子變化過程的能量變化，其單位一般為eV(電子伏特)。活化能Ea一般指每摩爾物質反應的能量變化，其單位多為kJ·mol－1。
(2)催化反應歷程一般為擴散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。要關注斷鍵和成鍵的部位及元素化合價的變化。
(3)復雜反應的反應速率由基元反應中活化能(能壘)最大的慢反應決定。
第3課時　催化劑對化學反應速率的影響　催化機理
一、
1．(1)化學反應速率　質量和化學性質不變　(2)粒徑　合成方法　壓強　溫度　中毒
2．(1)降低　增大　加快　(2)更大
3．(1)歷程　降低　(2)歷程　降低　活化分子百分數
4．(3)平衡常數　平衡轉化率　反應熱
正誤判斷
(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
應用體驗
1．A
2．(1)④　(2)②④　(3)①③　(4)①②③④
二、
1．(1)N2、H2O　(2)2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O
(3)中間產物
2．C　3.D
4．(1)0.98　HCOOH*===HCOO*＋H*
(2)HCOOH(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1(共77張PPT)
第3課時
催化劑對化學反應速率的影響　催化機理
第2章　第3節
<<<
核心素養
發展目標
了解催化劑的特點及催化機理，掌握其對化學反應速率的影響。
內容索引
一、催化劑對化學反應速率的影響
二、常見催化機理圖分析
課時對點練
>
<
一
催化劑對化學反應速率的影響
1.催化劑的概念
(1)催化劑是能改變 而在反應前后本身的_______________
的物質。
(2)催化劑的活性與自身成分、 、 、 、 等有關。催化劑發揮作用需要維持在活性溫度范圍內。此外，有些物質的存在會使催化劑明顯失效，這種現象稱為催化劑 。
一
催化劑對化學反應速率的影響
化學反應速率
質量和化學性質
不變
粒徑
合成方法
壓強
溫度
中毒
2.催化劑對化學反應速率的影響
分析課本表2－3－6，可得出以下結論：
(1)使用催化劑，反應的活化能 ，化學反應速率常數大幅 ，能大幅度 化學反應速率。
(2)比溫度、壓強、濃度對化學反應速率影響的程度 。
3.催化劑的催化原理
(1)催化劑通過參與反應改變反應 ，較大幅度 反應的活化能來提高化學反應速率。
降低
增大
加快
更大
歷程
降低
(2)微觀解釋
使用催化劑―→改變反應的 ―→ 反應的活化能―→使更多的反應物分子成為活化分子―→增加單位體積內的 ―→加快化學反應速率。
歷程
降低
活化分子百分數
4.催化劑的特點
(1)選擇性：某種催化劑對某一反應可能是活性很強的催化劑，但對其他反應就不一定有催化作用。
(2)高效性：可以較大幅度地降低反應的活化能，從而有效地提高化學反應速率。
(3)催化劑不能改變化學反應的 ，不能改變 ，不能改變 ，只能改變化學反應速率。
平衡常數
平衡轉化率
反應熱
(1)催化劑能使不起反應的物質發生反應
(2)催化劑在化學反應前后化學性質發生改變，但質量不變
(3)雙氧水中加入MnO2，可以使生成O2的速率增大，是因為MnO2的催化作用
(4)電解水時，往水中加少量NaOH，可使電解速率明顯加快，故NaOH是這個反應的催化劑
×
√
×
×
1.2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反應進程中能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應的活化能，E2表示逆反應的活化能)。下列有關敘述正確的是
A.ΔH＝E1－E2
B.該反應為吸熱反應
C.升高溫度，不影響活化分子百分數
D.使用催化劑使該反應的反應熱發生
改變
√
ΔH＝正反應的活化能－逆反應的活化能＝E1－E2，A項正確；
由圖像可知反應物總能量高于反應產物總能量，該反應是放熱反應，B項錯誤；
升高溫度，活化分子百分數增大，單位體積內的活化分子數增大，所以反應速率增大，C項錯誤；
催化劑不能改變反應的始態和終態的能量，只能改變反應途徑及活化能，則對反應的焓變無影響，D項錯誤。
2.在氣體參與的反應中，①增大反應物濃度；②升高溫度；③增大壓強(壓縮體積)；④加入催化劑，若以上四種方法均可使反應速率增大，完成下列問題：
(1)降低反應活化能的是_____(填序號，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是______。
(3)未改變活化分子百分比，增加單位體積內分子總數的是______。
(4)增加單位體積內活化分子數的是__________。
④
②④
①③
①②③④
返回
常見催化機理圖分析
>
<
二
二
常見催化機理圖分析
1.化學變化的宏觀特征就是有新物質生成，并伴有能量的變化，從微觀來說就是有舊鍵的斷裂和新鍵的形成。催化反應機理圖是以實際科研成果為載體，常設置如下三種考查角度：
(1)反應物、反應產物、催化劑、中間體的辨識。
(2)從微觀的視角分析物質轉化過程中電子的轉移、化學鍵的斷裂與形成。
(3)應用化學反應原理，結合原子守恒、能量守恒思想、平衡觀念分析解決實際問題。
2.試題的呈現形式通常有兩種：(1)催化循環轉化圖，(2)物質轉化過程能量(能壘)圖像。
類型1　催化循環轉化圖
1.利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除廢氣中的NO和NO2，生成兩種無毒物質，其反應歷程如圖所示：
(1)X是 。
圖示反應生成X的反應為[(NH4)2(NO2)]2＋＋NO===[(NH4)(HNO2)]＋＋X＋H＋，由原子守恒判斷X為N2和H2O。
N2、H2O
(2)上述歷程的總反應為_____________
。
2NH3＋NO＋
由反應歷程圖可知，氨氣、二氧化氮和一氧化氮是反應物，氮氣與水是
反應產物，所以總反應為2NH3＋NO＋NO2 2N2＋3H2O。
(3)由反應歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應的 。
中間產物
由反應歷程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是該反應的中間產物。
2.(2023·湖南衡陽聯考)由于水氧化反應包含多個電子/質子轉移，而且其動力學過程緩慢，水氧化催化機理四步反應如圖所示。下列敘述錯誤的是
A.(L3－)Co能降低水氧化反應的活化能
B.該機理總反應式為2H2O O2↑
＋4H＋＋4e－
C.氧化性：(L2－)CoOOH<(L2－)CoOH
D.催化劑參與反應過程，從而加快反應速率
√
(L3－)Co是該反應的催化劑，A項正確；
由圖可知，H2O為反應物，O2和H＋為反應產物，則該機理總反應
根據圖給信息可知氧化性：(L2－)CoOOH>(L2－)CoOH，C項錯誤。
歸納總結
在催化循環反應體系中：
催化劑首先直接和反應物反應，反應前后存在，反應過程中不存在，催化劑可循環再生，即“失而復得”；而中間體(中間產物)只在反應過程中出現。
類型2　物質轉化過程能量(能壘)圖像
3.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
A.每活化一個氧分子吸收0.29 eV能量
B.水可使氧分子活化反應的活化能
降低0.42NA eV·mol－1
C.氧分子的活化是C—O鍵的斷裂與
O—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
√
根據能量變化圖分析，最終結果為活化氧，體系能量降低，則每活化一個氧分子放出0.29 eV能量，故A項錯誤；
根據能量圖分析，水可使氧分子活化反應的活化能降低(0.75－0.57)NA eV·mol－1＝0.18NA eV·mol－1，故B項錯誤；
根據圖像分析，氧分子的活化是O—O鍵的斷裂與C—O鍵的生成過程，故C錯誤；
活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑顆粒可以活化氧分子生成活化氧，所以炭黑顆粒是大氣中SO2轉化為SO3的催化劑，故D項正確。
4.甲酸被認為是理想的氫能載體，我國科技工作者運用DFT計算研究單分子HCOOH在催化劑表面分解產生H2的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標注。
回答下列問題：
(1)該歷程中決定正反應速率步驟的能壘(活化能)E正＝_____eV，該步驟的反應方程式為_______________________。
0.98
HCOOH*===HCOO*＋H*
反應的活化能越大，反應速率越慢，化學反應速率取決于最慢的一步，由圖可知，HCOOH*轉化為HCOO*和H*的反應的活化能最大，反應速
率最慢，則該歷程中決定正反應速率步驟的反應方程式為HCOOH*===
HCOO*＋H*，能壘(活化能)E正＝0.77 eV－(－0.21)eV＝0.98 eV。
(2)該歷程中甲酸分解制氫氣的熱化學方程式為_______________________
_____________________________。
HCOOH(g)===CO2(g)＋
H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1
由圖可知，甲酸分解生成二氧化碳和氫氣的反應為放熱反應，反應熱ΔH＝－0.15NA eV·mol－1，則反應的熱化學方程式為HCOOH(g)===
CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1。
特別提醒
反應機理能壘圖既能反映化學反應中的物質變化，又能反映能量變化。解答此類問題時應注意：
(1)能壘圖中涉及物質的能量往往是指一個分子變化過程的能量變化，其單位一般為eV(電子伏特)。活化能Ea一般指每摩爾物質反應的能量變化，其單位多為kJ·mol－1。
特別提醒
(2)催化反應歷程一般為擴散→吸附→斷鍵→成鍵→脫附。要關注斷鍵和成鍵的部位及元素化合價的變化。
(3)復雜反應的反應速率由基元反應中活化能(能壘)最大的慢反應決定。
返回
課時對點練
對點訓練
題組一　催化劑對化學反應速率的影響
1.下列敘述正確的是
A.使用催化劑能夠降低化學反應的反應熱(ΔH)
B.催化劑能提高化學反應的平衡轉化率
C.催化劑能改變化學反應速率，是因為它能改變反應歷程和反應的活化能
D.溫度越高，催化劑的催化效果越好
√
催化劑能改變化學反應速率，是因為它能改變反應歷程和反應的活化能，但不能改變化學平衡、反應熱，A項錯誤、C項正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
2.下列關于SO2催化氧化生成SO3的反應說法正確的是
A.降低溫度能加快反應速率
B.減小SO2的濃度能加快反應速率
C.使用V2O5作催化劑同時增大正、逆反應的速率
D.2 mol SO2和1.5 mol O2通過接觸室，可生成2 mol SO3
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
降低溫度，反應速率減慢，故A錯誤；
減小SO2的濃度，反應速率減慢，故B錯誤；
二氧化硫和氧氣反應是可逆反應，2 mol SO2和1.5 mol O2反應生成SO3物質的量小于2 mol，故D錯誤。
對點訓練
3.(2022·廣東，15)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，0～2 min內，v(X)＝
1.0 mol·L－1·min－1
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
由圖可知，無催化劑時，隨反應進行，反應產物的濃度也在增加，說明反應也在進行，故A錯誤；
由圖可知，催化劑Ⅰ比催化劑Ⅱ催化效果好，反應速率大，說明催化劑Ⅰ使反應活化能更低，故B錯誤；
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
由圖可知，使用催化劑Ⅱ時，在0～2 min 內Y的濃度變化了2.0 mol·L－1，而a曲線表示的X的濃度變化了2.0 mol·L－1，二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的濃度隨時間t的變化，故C錯誤；
對點訓練
使用催化劑Ⅰ時，在0～2 min內，Y的濃度變化了4.0 mol·L－1，
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
4.(2023·唐山高二校聯考)已知CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。不同條件下反應過程的能量變化如圖，下列說法正確的是
A.Q＝E1－E2
B.改變催化劑不僅改變了反應歷程也改變
了反應的焓變
C.催化劑Y的效果比催化劑X的更好
D.無催化劑時，斷開反應物中所有化學鍵
需要吸收能量E5 kJ
對點訓練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
焓變等于反應產物總能量減去反應物總能量，因此Q＝E2－E1，故A錯誤；
改變催化劑能改變反應歷程，但不能改變反應的焓變，故B錯誤；
根據圖中信息得到催化劑Y使反應的活化能變得更低，其效果比催化劑X的更好，故C正確；
無催化劑時，斷開反應物中所有化學鍵需要吸收能量(E5－E1)kJ，故D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
題組二　催化機理分析
5.平流層中的氟氯烴破壞臭氧層的機理為①O3＋Cl·===O2＋ClO·、②ClO·＋O·===O2＋Cl·。下列說法錯誤的是
A.該過程的化學方程式為O3＋O· 2O2
B.若改變催化劑，反應的ΔH不變
C.催化劑可以加快反應速率，使反應焓變增大
D.Cl·可以降低反應的活化能，增加活化分子的數目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
對點訓練
將臭氧分解過程①與過程②相加可得到該過程的總反應方程式，Cl·是這兩步過程的催化劑，所以該過程的化學方程式為O3＋O·
2O2，A正確；
催化劑通過降低反應所需的活化能來加快反應速率，但不改變反應的ΔH，所以若改變催化劑，反應的ΔH不變，B正確、C錯誤；
Cl·是這兩步過程的催化劑，可以降低反應的活化能，增加活化分子的數目，D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
6.“接觸法制硫酸”的主要反應是2SO2＋O2 2SO3，在催化劑表面的反應歷程如圖：
下列說法正確的是
A.反應①的活化能比反應②小
B.過程中既有V—O和V==O的
斷裂，又有V—O和V==O的形成
C.該反應的催化劑是V2O4
D.由該歷程可知催化劑參與了化學反應
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
由圖可知，反應①的反應速率慢，反應②的反應速率快，所以反應①的活化能大于反應②，故A錯誤；
由圖可知反應①中V—O斷裂，反應②中形成V—O，則過程中既有V—O的斷裂，又有V—O的形成，但沒有V==O的斷裂和形成，故B錯誤；
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
由圖可知，V2O4是反應①的反應產物，是反應②的反應物，所以V2O4不是該反應的催化劑，該反應的催化劑是V2O5，故C錯誤；
由圖可知，催化劑V2O5參與了化學反應，故D正確。
對點訓練
7.科學家結合實驗與計算機模擬結果，研究出了均相催化的思維模型。
總反應：A＋B―→AB(K為催化劑)
反應①：A＋K―→AK　Ea1
反應②：AK＋B―→AB＋ K　Ea2
下列說法正確的是
A.第①步為快反應，第②步為慢反應
B.升高溫度使反應①的速率加快，反應②的速率減慢
C.該反應的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D.催化劑增大了活化分子百分數，加快了反應速率
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
據圖可知第①步的正反應活化能Ea1>第②步的正反應活化能Ea2，活化能越大反應速率越慢，所以第①步為慢反應，第②步為快反應，A錯誤；
升高溫度可以提高活化分子百分數，兩步反應的速率均加快，B錯誤；
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Ea是該反應正反應的活化能，不是該反應的ΔH，該反應的ΔH＝(E正－E反) kJ·mol－1，C錯誤；
催化劑能降低反應的活化能，增大活化分子百分數，加快反應速率，D正確。
對點訓練
8.Li2CO3和C只有在MoS2的催化作用下才能發生2Li2CO3＋C－4e－===4Li＋＋3CO2電極反應，反應歷程中的能量變化如圖。下列說法正確的是
A.碳原子在電極反應中均發生氧化反應
B.反應歷程中存在碳氧鍵的斷裂和形成
C.反應歷程中涉及電子轉移的變化均釋
放能量
D.電極上失去0.2 mol電子時，生成CO2
的體積為2.24 L(標況下)
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
對點訓練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
圖中可以看到碳酸根離子到二氧化碳存在碳氧鍵的斷裂，從C到CO存在碳氧鍵的形成，故B正確；
反應歷程中涉及電子轉移的變化時，能量增加，均吸收能量，故C錯誤。
9.研究表明，甲醇通過催化氧化制取甲醛時，在無催化劑(圖中實線)和加入特定催化劑(圖中虛線)時均會產生甲醛，其反應中物質的相對能量如圖所示。下列說法錯誤的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
A.加入該催化劑可使每一步基元反應的反應速率
均提高
B.該條件下CO2比CO的穩定性強
C.無催化劑時，溫度升高，甲醇生成甲醛的正
反應速率增大的程度比逆反應速率增大的程度小
D.無催化劑時，CO2生成CO比生成甲醛的活化能小
綜合強化
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
根據圖像可知，使用催化劑增大CO轉化成甲醇的活化能，反應速率減緩，故A錯誤；
根據圖像可知，CO2具有的能量比CO低，能量越低，物質越穩定，則該條件下，CO2比CO穩定性強，故B正確；
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
根據圖像可知，甲醇生成甲醛的反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇生成甲醛的正反應速率增大的程度比逆反應速率增大的程度小，故C正確；
根據圖像可知，無催化劑時，CO2生成CO比生成甲醛的活化能小，故D正確。
10.在紫外光照射下，利用WO3/ZnO光催化劑降解酸性橙Ⅱ染料廢水的實驗所得曲線如圖所示，c0和c分別是時間為0和t時刻酸性橙Ⅱ染料的濃度，下列說法錯誤的是
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
A.不加催化劑時，紫外光照射降解酸性橙Ⅱ染料
廢水的反應速率最慢
B.單一ZnO可作降解酸性橙Ⅱ染料廢水的催化劑
C.相同條件下，2% WO3/ZnO對降解酸性橙Ⅱ染
料廢水的過程的催化效果最好
D.從圖中可以看出，光催化降解酸性橙Ⅱ染料是
一個可逆反應
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
√
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
根據圖像可知，不加催化劑時，紫外光照射降解酸性橙Ⅱ染料廢水的反應速率最慢，A項正確；
根據圖像可知，單一ZnO能加快反應速率，所以其可作降解酸性橙Ⅱ染料廢水的催化劑，B項正確；
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
根據圖像可知，相同條件下，在0～t h內，催化劑為2% WO3/ZnO時 的變化量最大，即反應速率最快，所以催化效果最好，C項正確；
由圖像中所給不同催化劑條件下5.0 h內 的變化，不能確定反應物能否完全轉化，則不能判斷該反應是否為可逆反應，D項錯誤。
11.CO與N2O在鐵催化劑表面進行如下兩步反應，第一步：Fe*＋N2O===
FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO===Fe*＋CO2(快)。相對能量與反應歷程如圖，下列說法正確的是
A.整個反應中有極性鍵的斷裂和形成
B.總反應的反應速率由第二步反應決定
C.第一步為吸熱反應
D.FeO*也是該反應的催化劑
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
綜合強化
整個反應中有氮氧鍵斷裂、碳氧鍵形成，故A正確；
慢反應決定總反應速率，總反應的反應速率由第一步反應決定，故B錯誤；
根據圖示，FeO*和N2的總能量小于Fe*和N2O的總能量，第一步為放熱反應，故C錯誤；
根據圖示，FeO*是中間產物，故D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
12.HCOOH在Pd催化劑表面脫氫的反應機理、
反應歷程與能量的關系如圖所示：
下列說法錯誤的是
A.在歷程Ⅰ～Ⅴ中，涉及O—H、C—H、
C—O的斷裂
B.在歷程Ⅰ～Ⅴ中，生成Ⅴ的反應決定了HCOOH脫氫反應的速率
C.若用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的產物都有HD和CO2
D.在Pd催化劑表面HCOOH脫氫反應的ΔH<0
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
據圖分析，在歷程Ⅰ～Ⅴ中沒有C—O的斷裂，故A錯誤；
在歷程Ⅰ～Ⅴ中，Ⅳ→Ⅴ的活化能最大，則生成Ⅴ的反應速率最慢，決定了HCOOH脫氫反應的速率，故B正確；
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
HCOOH，得到的產物都有HD和CO2，故C正確；
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
由反應歷程圖可知，在Pd催化劑表面HCOOH脫氫反應，反應物的總能量高于最終產物的總能量，則HCOOH脫氫反應為放熱反應，ΔH<0，故D正確。
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
13.某反應過程的能量變化關系如圖所示，按要求回答下列問題：
(1)已知熱化學方程式H2(g)＋ O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，該反應正反應的活化能為167.2 kJ·mol－1，則其逆反應的活化能為______________。
409.0 kJ·mol－1
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
該反應的活化能為167.2 kJ·mol－1，則其逆反應的活化能＝正反應活化能－反應焓變＝167.2 kJ·mol－1－(－241.8 kJ·mol－1)＝409.0 kJ·mol－1。
綜合強化
(2)已知C(s，石墨)===C(s，金剛石)　ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1，某同學根據該反應吸收的熱量較小，認為由石墨變為金剛石的反應很容易進行，但事實上該反應卻很難發生，需要很高的溫度和很大的壓強，請你分析造成這種
現象的主要原因是___________________。
該反應的活化能很高
雖然石墨和金剛石的能量相差不大，但該反應的活化能很高，因此引發該反應需要很高的溫度和很大的壓強。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(3)對于同一反應，圖中虛線Ⅱ與實線Ⅰ相比，活化能降低，活化分子百分數增多，反應速率加快，你認為最可能的原因是_____________。
使用了催化劑
催化劑能夠降低反應的活化能，提高活化分子百分數，加快反應速率，因此虛線Ⅱ中改變的條件是使用了催化劑。
綜合強化
14.乙烯(C2H4)是重要的化工原料，乙炔(C2H2)選擇性加氫合成乙烯是科學家當前關注的熱點。
(1)70 ℃時，反應 C2H2(g) ＋H2(g) C2H4(g)　ΔH＝－174 kJ·mol－1在剛性容器中達到平衡。
①下列說法正確的是______(填字母)。
A.選用合適的催化劑，可以增大平衡氣體中C2H4的百分含量
B.投料時增大 的值，該反應的平衡常數K不變
C.通入一定量He，可以縮短反應達到平衡的時間
D.升高溫度，正反應速率和逆反應速率都增大，K減小
BD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g) 　ΔH＝－174 kJ·mol－1，選用合適的催化劑，只改變速率，對平衡沒有影響，不能增大平衡氣體中C2H4的百分含量，故A錯誤；
溫度不變，該反應的平衡常數K不變，故B正確；
通入一定量He，總壓增大，分壓不變，平衡不移動，化學反應速率不變，不能縮短反應達到平衡的時間，故C錯誤；
升高溫度，正反應速率和逆反應速率都增大，正反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，K減小，故D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
②測得在某催化劑上生成乙烯的速率方程為v＝0.585 [p(C2H2)] －0.36 ·[p(H2)]0.85，p(H2)一定時，若p1(C2H2) >p2(C2H2)，則v1_____(填“>” “<”或“＝”)v2。
＜
在某催化劑上生成乙烯的速率方程為v＝0.585[p(C2H2)]－0.36·[p(H2)]0.85，p(H2)一定時，p(C2H2)越大，v越小，若p1(C2H2)＞p2(C2H2)，則v1＜v2。
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(2)在催化劑作用下，110 ℃時按體積比V(C2H2)∶ V(H2) ＝1∶ 4充入剛性容器中，發生反應：C2H2(g)＋ H2(g)===C2H4(g)、C2H2 (g)＋2H2(g)===
C2H6(g)。若乙炔完全反應時，乙烯的體積分數為20% ，則H2的轉化率為
________，C2H4的選擇性為_____(C2H4的選擇性＝
×100%)。
31.25%
75%
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
綜合強化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
返回作業21　催化劑對化學反應速率的影響　催化機理
(分值：100分)
(選擇題1～12題，每小題7分，共84分)
題組一　催化劑對化學反應速率的影響
1．下列敘述正確的是(　　)
A．使用催化劑能夠降低化學反應的反應熱(ΔH)
B．催化劑能提高化學反應的平衡轉化率
C．催化劑能改變化學反應速率，是因為它能改變反應歷程和反應的活化能
D．溫度越高，催化劑的催化效果越好
2．下列關于SO2催化氧化生成SO3的反應說法正確的是(　　)
A．降低溫度能加快反應速率
B．減小SO2的濃度能加快反應速率
C．使用V2O5作催化劑同時增大正、逆反應的速率
D．2 mol SO2和1.5 mol O2通過接觸室，可生成2 mol SO3
3.(2022·廣東，15)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，0～2 min內，v(X)＝1.0 mol·L－1·min－1
4．(2023·唐山高二校聯考)已知CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。不同條件下反應過程的能量變化如圖，下列說法正確的是(　　)
A．Q＝E1－E2
B．改變催化劑不僅改變了反應歷程也改變了反應的焓變
C．催化劑Y的效果比催化劑X的更好
D．無催化劑時，斷開反應物中所有化學鍵需要吸收能量E5 kJ
題組二　催化機理分析
5．平流層中的氟氯烴破壞臭氧層的機理為①O3＋Cl·===O2＋ClO·、②ClO·＋O·===O2＋Cl·。下列說法錯誤的是(　　)
A．該過程的化學方程式為O3＋O·2O2
B．若改變催化劑，反應的ΔH不變
C．催化劑可以加快反應速率，使反應焓變增大
D．Cl·可以降低反應的活化能，增加活化分子的數目
6．“接觸法制硫酸”的主要反應是2SO2＋O22SO3，在催化劑表面的反應歷程如圖：
下列說法正確的是(　　)
A．反應①的活化能比反應②小
B．過程中既有V—O和V==O的斷裂，又有V—O和V==O的形成
C．該反應的催化劑是V2O4
D．由該歷程可知催化劑參與了化學反應
7．科學家結合實驗與計算機模擬結果，研究出了均相催化的思維模型。
總反應：A＋B―→AB(K為催化劑)
反應①：A＋K―→AK　Ea1
反應②：AK＋B―→AB＋ K　Ea2
下列說法正確的是(　　)
A．第①步為快反應，第②步為慢反應
B．升高溫度使反應①的速率加快，反應②的速率減慢
C．該反應的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D．催化劑增大了活化分子百分數，加快了反應速率
8．Li2CO3和C只有在MoS2的催化作用下才能發生2Li2CO3＋C－4e－===4Li＋＋3CO2電極反應，反應歷程中的能量變化如圖。下列說法正確的是(　　)
A．碳原子在電極反應中均發生氧化反應
B．反應歷程中存在碳氧鍵的斷裂和形成
C．反應歷程中涉及電子轉移的變化均釋放能量
D．電極上失去0.2 mol電子時，生成CO2的體積為2.24 L(標況下)
9．研究表明，甲醇通過催化氧化制取甲醛時，在無催化劑(圖中實線)和加入特定催化劑(圖中虛線)時均會產生甲醛，其反應中物質的相對能量如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．加入該催化劑可使每一步基元反應的反應速率均提高
B．該條件下CO2比CO的穩定性強
C．無催化劑時，溫度升高，甲醇生成甲醛的正反應速率增大的程度比逆反應速率增大的程度小
D．無催化劑時，CO2生成CO比生成甲醛的活化能小
10．在紫外光照射下，利用WO3/ZnO光催化劑降解酸性橙Ⅱ染料廢水的實驗所得曲線如圖所示，c0和c分別是時間為0和t時刻酸性橙Ⅱ染料的濃度，下列說法錯誤的是(　　)
A．不加催化劑時，紫外光照射降解酸性橙Ⅱ染料廢水的反應速率最慢
B．單一ZnO可作降解酸性橙Ⅱ染料廢水的催化劑
C．相同條件下，2% WO3/ZnO對降解酸性橙Ⅱ染料廢水的過程的催化效果最好
D．從圖中可以看出，光催化降解酸性橙Ⅱ染料是一個可逆反應
11．CO與N2O在鐵催化劑表面進行如下兩步反應，第一步：Fe*＋N2O===FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO===Fe*＋CO2(快)。相對能量與反應歷程如圖，下列說法正確的是(　　)
A．整個反應中有極性鍵的斷裂和形成
B．總反應的反應速率由第二步反應決定
C．第一步為吸熱反應
D．FeO*也是該反應的催化劑
12．HCOOH在Pd催化劑表面脫氫的反應機理、反應歷程與能量的關系如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A．在歷程Ⅰ～Ⅴ中，涉及O—H、C—H、C—O的斷裂
B．在歷程Ⅰ～Ⅴ中，生成Ⅴ的反應決定了HCOOH脫氫反應的速率
C．若用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的產物都有HD和CO2
D．在Pd催化劑表面HCOOH脫氫反應的ΔH<0
13．(6分)某反應過程的能量變化關系如圖所示，按要求回答下列問題：
(1)已知熱化學方程式H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，該反應正反應的活化能為167.2 kJ·mol－1，則其逆反應的活化能為________________。
(2)已知C(s，石墨)===C(s，金剛石)　ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1，某同學根據該反應吸收的熱量較小，認為由石墨變為金剛石的反應很容易進行，但事實上該反應卻很難發生，需要很高的溫度和很大的壓強，請你分析造成這種現象的主要原因是________________________。
(3)對于同一反應，圖中虛線Ⅱ與實線Ⅰ相比，活化能降低，活化分子百分數增多，反應速率加快，你認為最可能的原因是______________________________________________。
14．(10分)乙烯(C2H4)是重要的化工原料，乙炔(C2H2)選擇性加氫合成乙烯是科學家當前關注的熱點。
(1)70 ℃時，反應 C2H2(g) ＋H2(g) C2H4(g)　ΔH＝－174 kJ·mol－1在剛性容器中達到平衡。
①下列說法正確的是__________(填字母)。
A．選用合適的催化劑，可以增大平衡氣體中C2H4的百分含量
B．投料時增大的值，該反應的平衡常數K不變
C．通入一定量He，可以縮短反應達到平衡的時間
D．升高溫度，正反應速率和逆反應速率都增大，K減小
②測得在某催化劑上生成乙烯的速率方程為v＝0.585 [p(C2H2)] －0.36 ·[p(H2)]0.85，p(H2)一定時，若p1(C2H2) >p2(C2H2)，則 v1__________(填“>” “<”或“＝”)v2。
(2)(6分)在催化劑作用下，110 ℃時按體積比V(C2H2)∶ V(H2) ＝1∶ 4充入剛性容器中，發生反應：C2H2(g)＋ H2(g)===C2H4(g)、C2H2 (g)＋2H2(g)===C2H6(g)。若乙炔完全反應時，乙烯的體積分數為20% ，則H2的轉化率為__________， C2H4的選擇性為__________(C2H4的選擇性＝×100%)。
作業21　催化劑對化學反應速率的影響　催化機理
1．C　2.C　3.D　4.C　5.C　6.D　7.D　8.B　9.A　10.D
11．A　[整個反應中有氮氧鍵斷裂、碳氧鍵形成，故A正確；慢反應決定總反應速率，總反應的反應速率由第一步反應決定，故B錯誤；根據圖示，FeO*和N2的總能量小于Fe*和N2O的總能量，第一步為放熱反應，故C錯誤；根據圖示，FeO*是中間產物，故D錯誤。]
12．A　[據圖分析，在歷程 Ⅰ～Ⅴ中沒有C—O的斷裂，故A錯誤；在歷程 Ⅰ～Ⅴ中，Ⅳ→Ⅴ的活化能最大，則生成Ⅴ的反應速率最慢，決定了HCOOH脫氫反應的速率，故B正確；根據HCOOH在Pd催化劑表面脫氫的反應機理圖可得化學反應為HCOOHCO2＋H2，即HCOOH中的兩個H原子被解離出來形成H2，則用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的產物都有HD和CO2，故C正確；由反應歷程圖可知，在Pd催化劑表面HCOOH脫氫反應，反應物的總能量高于最終產物的總能量，則HCOOH脫氫反應為放熱反應，ΔH<0，故D正確。]
13．(1)409.0 kJ·mol－1　(2)該反應的活化能很高
(3)使用了催化劑
解析　(1)該反應的活化能為167.2 kJ·mol－1，則其逆反應的活化能＝正反應活化能－反應焓變＝167.2 kJ·mol－1－(－241.8 kJ·mol－1)＝409.0 kJ·mol－1。(2)雖然石墨和金剛石的能量相差不大，但該反應的活化能很高，因此引發該反應需要很高的溫度和很大的壓強。(3)催化劑能夠降低反應的活化能，提高活化分子百分數，加快反應速率，因此虛線Ⅱ中改變的條件是使用了催化劑。
14．(1)①BD　②＜　(2)31.25%　75%
解析　(1)①C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g) 　ΔH＝－174 kJ·mol－1，選用合適的催化劑，只改變速率，對平衡沒有影響，不能增大平衡氣體中C2H4的百分含量，故A錯誤；溫度不變，該反應的平衡常數K不變，故B正確；通入一定量He，總壓增大，分壓不變，平衡不移動，化學反應速率不變，不能縮短反應達到平衡的時間，故C錯誤；升高溫度，正反應速率和逆反應速率都增大，正反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，K減小，故D正確。②在某催化劑上生成乙烯的速率方程為v＝0.585[p(C2H2)]－0.36·[p(H2)]0.85，p(H2)一定時，p(C2H2)越大，v越小，若p1(C2H2)＞p2(C2H2)，則v1＜v2。(2)根據題意，設乙炔的物質的量為x，氫氣的物質的量為4x，生成的乙烯物質的量為y，則＋ ===，＋ === ，反應后氣體中剩余的氫氣的物質的量為4x－[y＋2(x－y)]，乙烯物質的量為y，乙烷物質的量為(x－y)，反應后混合氣體總物質的量為4x－[y＋2(x－y)]＋y＋(x－y)＝3x＋y，×100%＝20%，解得y＝x，氫氣轉化率為×100%＝×100%＝×100%＝31.25%，C2H4的選擇性＝×100%＝×100%＝×100%＝75%。

展開更多......

收起↑