2021-2022年高考化学复习《催化剂、活化能、反应机理》

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1、高频考点 催化剂、活化能、反应机理,2021年热门考点 基于真实情境， 考查学生综合运用知识的能力 ， 与化工生产关系密切的催化剂 ， 主要从反应历程 、 活化能 、 速率 、 平衡移动等，考查催化剂对反应的影响 。 从试题形式上看 ， 常常融合图像 、 表格等信息呈现形式 ， 考查学生吸收和整合陌生信息的能力 。,催化剂如何影响化学反应 ？例如： Cu 催化乙醇的氧化反应： 2Cu + O2 =2C u O； CH3CH2OH + CuO = CH3CHO + Cu + H2O 催化剂 Cu 先参与反应后又重新生成， 它经历了 Cu-CuO-Cu 的变化历程。,01.催化剂与反应历程, 例

2、1 用 NaCIO3、 H2O2 和稀硫酸制备 CIO2 ，反应开始时加入少量盐酸 ，CIO2 的生成速率大大提高 ( CI- 对反应有催化作用 ) 。 该过程可能经两步反应完成 ， 将其补充完整 ： _（ 用离子方程式表示 ）； H2O2 + CI2 =2CI +O2 + 2H+,解析：第步中 CI2 生成 CI, 可知催化制 CI 的变化历程是: CI_CI2 CI, 即 CI 在第步中变成 CI2 由题给信息及氧化还原知识可知 ， 氧化剂是 CIO3, 且 CIO3反应后生成CIO2 , 离子方程式 ：2CIO3 + 2CI +4H+ =2CIO2 +CI2 + 2H2O,例 2. 在

3、Cu/ZnO 催化剂存在下 ， C02 和 H2 可发生两个平行反应 ： . CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ； .CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) 某实验室控制 C02 和 H2 初始投料比为 1 : 2.2 , 在相同压强下 ， 经过相同时间测得实验数据如下表所示 。 在图中分别画出反应 I 在无催化剂 、 有 Cat.1和有 Cat.2 三种情况下反应过程一能量示意图,02.催化剂与活化能 、 焓变,催化剂通过降低反应的活化能，从而加快反应速率 。 催化剂的性能越好 ， 反应的活化能越低 。,反应过程,解析.据表中的数

4、据可以算出生成 CH 3 OH 的 CO2 占全部 C02 的百分比 。 543K, Cat.1 作用下是 ：12.3%x42.3% = 5.20%, Cat.2 作用下是：10.9%x72.7% = 7.92%。 所以 Cat.2 的催化选择性要好于 Cat.1, 即在 Cat.2的作用下反应的活化能低。,02.催化剂与活化能 、 焓变,归纳小结 ：作图注意：催化剂不能改变反应物 、 生成物的总能量 、焓变， 所以曲线的起点 、 终点应相同。,例3（2019全国I卷28）（3）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物

5、种用小黑点标注。,02.催化剂与活化能 、 焓变,可知水煤气变换的H_0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化能）E正=_eV，写出该步骤的化学方程式_。,(1)根据水煤气变换CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)并结合水煤气 变换的反应历程相对能量可知，CO(g)+H2O(g)的能量（-0.32eV） 高于CO2(g)+H2(g)的能量（-0.83eV），故水煤气变换的H小于0； （2）活化能即反应物状态达到活化状态所需能量。根据变换历程的相对能量可知，最大差值为：其最大能垒（活化能） E正= 1.86-(-0.16)eV = 2.02eV；,该步骤的反应物为：

6、COOH*+H*+H2O*COOH*+2H*+OH*；因反应前后COOH*和1个H*未发生改变，也可以表述成：H2O*H*+OH*；,02.催化剂与活化能 、 焓变,例 4.密闭容器中发生反应 ： 2N0(g) + 2CO(g)=N2(g) + 2CO2(g) H 0 。 研究表明:在使用等质量同种催化剂时，增大催化剂比表面积可提高 反应速率 。 某同学设计了下表所示的三组实验 。 请在图中画出三个实验中，NO 随时间变化的趋势曲线 ， 并标明编号。,03.催化剂与反应速率 、平衡移动,催化剂能加快反应速率， 缩短到达平衡所需时间。 催化剂的活性越好 ， 所需时间越短 。 但催化剂不能使化学平

7、衡发生移动 。,解析：（1）先比较实验 、 ： 实验 的催化剂比表面积大 ， 故实验 的反应速率大 ； 因催化剂不影响平衡移动 ， 故达到平衡后 ， 实验 、 的 c(NO) 相同 。 （2）再比较 、 ： 实验 的温度高 ， 故实验 的反应速率大 ； 因温度升高, 平衡左移 ，故平衡时 dNO) 较大。,03.催化剂与反应速率 、 平衡移动,催化剂具有一定范围的活化温度 ， 过高或过低 ， 都会导致催化剂的活性降低。 如生物催化剂酶 ， 对温度就非常敏感 。,04.温度与催化剂活性,例 5.（ 2017天津） H2S 和 SO2 会对环境和人体健康带来极大的危害 ， 工业上采取多种方法减少这

8、些有害气体的排放生物脱 H2S 的原理为 H2S + Fe2(SO4)3 =S + 2FeSO4 + H2SO4 4FeSO4 + 02 + 2H2SO4 =2Fe2(SO4)3 + 2H2O 硫杆菌存在时 ， FeSO4 被氧化的速率是无菌时的 5x105 倍 ，该菌的作用是_； 若反应温度过高 ，反应速率下降 ，其原因是_；,解析：反应的催化剂； 催化剂硫杆菌因蛋白质变性而失去了催化性能。,例 6.向三颈烧瓶中加入一定量的 MnO2 和水 ， 搅拌 ， 通入 SO2 和 N2 混 合气体 ， 恒温下发生反应 ： MnO2 +H2SO3 =MnSO4 +H2O ；若将 N2换成空气 ， 测得

9、 C(Mn2+ ) 、 C(SO42) 随时间 t 的变化如图所示 。 导致 C(Mn2+ ) 、 C(SO42) 变化产生明显差异的原因是_；,05.催化剂的来源问题,化学中有一类特殊反应 ， 叫自催化反应 ， 该类反应中的生成物对反应有催 化作用 。 它的特点之一是开始反应速率很小 ， 随着起催化作用的产物的积累速率迅速增大 。,解析：由图可知 ， N2 换成空气发生了副反应 ： O2 + 2H2SO3=2H2SO4 表示 C(SO42) 的曲线斜率逐渐增大 ， 说明 SO42 的生成速率逐渐增大， 因反应物浓度 、 压强 、 温度 、 接触面积等维持不变 ， 所以导致 SO42 的生成速

10、率加快的因素应是催化削 ， 而且催化剂是某种生成物 ， 应是 Mn2+ 答案 Mn2+ 对： O2 + 2H2SO3=2H2SO4 的反应有催化作用,05.催化剂的来源问题,归纳小结 ： 判断一个化学反应是否是自催化反应 ， 先要排除温度 、 浓度 、 压强 、 接触面积等的影响 ， 然后再分析是何种生成物具有催化作用。,06.催化剂 、 温度对平衡的综合影响,脱氮率,解析： (1) 先分析催化剂 A 作用下的脱氧率为什么会先增大后减小 ？ 低于300C 时 ， 温度越高，反应速率越快，相同时间内消耗的 NO 越多 ， 所以脱氮率增大；高于 300C 时 ， 因为温度升高 ，平衡逆向移动，消耗

11、的 NO 减小，所以脱氮率下降。 (2)改用催化剂B，就涉及催化剂和温度两个变量： B催化下，随着温度的升高， 脱策率也应先增大后减小；达到曲线最高点之前，B的催化能力弱，相同温 度时的脱氛率要小于 A，即所画曲线应在 A 的下方。 B催化下在相同时间内 达到平衡，则曲线最高点应出现在高于300C 的位置。当 A、B均达到平 衡后，平衡脱氮率只与温度有关，所以两条曲线重合。,06.催化剂 、 温度对平衡的综合影响,概括整合I 催化剂通过参与化学反应， 改变反应历程， 从而降低活化能，加快反应速率，到达平衡所需的时间减少。 但催化剂不能改变焓变， 也不能使平衡移动，催化剂的催化性能也会受外界条件

12、的影响，如温度 、 表面积等。,1.利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下： 4NH3(g)6NO(g)5N2(g)6H2O(l)H0 已知该反应速率v正k正c4(NH3)c6 (NO)，v逆k逆cx(N2)cy(H2O) (k正、k逆分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数Kk正/k逆，则x_，y_,5,0,2.N2O是一种强温室气体，且易形成颗粒性污染物，研究N2O的分解对环境保护有重要意义。碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为： 第一步I2(g)2I(g) (快反应) 第二步I(g)N2O(g)N2(g)IO(g) (慢反应) 第三步IO

13、(g)N2O(g)N2(g)O2(g)I(g)(快反应) 实验表明，含碘时N2O的分解速率方程vkc(N2O)c0.5(I2)(k为速率常数)。下列表述正确的是_(填字母)。 A.I2浓度与N2O分解速率无关B.第二步对总反应速率起决定作用 C.第二步活化能比第三步小 D.IO为反应的中间产物,BD,解析N2O分解反应中，实验表明，含碘时N2O的分解速率方程vkc(N2O)c0.5(I2)(k为速率常数)和碘蒸气浓度有关，故A错误； 第二步I(g)N2O(g)N2(g)IO(g)(慢反应)，在整个反应过程中对总反应速率起到决定性作用，故B正确； 第二步反应慢说明活化能比第三步大，故C错误。,3

14、.化学动力学上将一步完成的反应称为基元反应。对于基元反应：aAbBcCdD，其速率方程为vkca(A)cb(B)(k为只与温度有关的速率常数)，复杂反应(由几个基元反应构成)的速率取决于慢的基元反应。 (1)已知反应NO2(g)CO(g)NO(g)CO2(g)H0，在温度低于250 时是由两个基元反应构成的复杂反应，该反应的速率方程为vkc2(NO2)，则其两个基元反应分别为：._=NO3_；.略，这两个反应中活化能较小的是_。,2NO2,NO,解析温度低于250 时，该反应的速率方程式为vkc2(NO2)，说明NO2和CO不参与同一个基元反应，且NO2参与的基元反应为慢反应，决定了该反应的反

15、应速率，基元反应中产物有NO3，根据元素守恒可知该基元反应反应物应为NO2，则该基元反应为：2NO2=NO3NO; 活化能越大，反应速率越慢，基元反应决定整个反应速率，说明反应活化能较大，即反应活化能较小。,(2)某科研小组测得380 时该反应的c(NO2)、c(CO)与生成CO2的速率v(CO2)的关系如下：,则该温度下的反应速率常数k_Lmol1s1。,0.22,解析根据表格分析可知CO和NO2的浓度均会影响反应速率，由于该反应不是基元反应，由题意可设该反应的正反应速率vkc(NO2)c(CO)，将表格中相应数据代入有2.2104 molL1s1k0.04 molL1 0.025 molL

16、1，可解得k0.22 Lmol1s1。,4.(1)温度为T1 时，将等物质的量的CO2和H2充入体积为1 L的密闭容器中发生反应：CO2(g)H2(g)HCOOH(g)H31.4 kJmol1K2 实验测得：v正k正c(CO2)c(H2)，v逆k逆c(HCOOH)，k正、k逆为速率常数。T1 时，k逆_(以k正表示)。,0.5k正,(2)当温度改变为T2 时，k正1.9k逆，则T2 时平衡压强_T1 时平衡压强(填“”“”或“”)，理由是_ _。,CO2(g)H2(g)HCOOH(g),为放热反应，温度升高，平衡常数减小，平衡左移，气体的物质的量增加，总压强增大；温度升高，总压强增大,5.已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)中，v正k正c(N2O4)，v逆k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K10，则k正_k逆。升高温度，k正增大的倍数_(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。,10,大于,1.碰撞理论 反应物分子(或原子、离子)之间必须相互碰撞，才有可能发生化学反应。但是反应物分子之间并不是每一次碰撞都能发生反应。 活化分子：