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第3课时　催化剂对化学反应速率的影响　催化机理
[核心素养发展目标]　了解催化剂的特点及催化机理，掌握其对化学反应速率的影响。
一、催化剂对化学反应速率的影响
1．催化剂的概念
(1)催化剂是能改变 而在反应前后本身的 的物质。
(2)催化剂的活性与自身成分、 、 、 、 等有关。催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，这种现象称为催化剂 。
2．催化剂对化学反应速率的影响
分析课本表2－3－6，可得出以下结论：
(1)使用催化剂，反应的活化能 ，化学反应速率常数大幅 ，能大幅度 化学反应速率。
(2)比温度、压强、浓度对化学反应速率影响的程度 。
3．催化剂的催化原理
(1)催化剂通过参与反应改变反应 ，较大幅度 反应的活化能来提高化学反应速率。
(2)微观解释
使用催化剂―→改变反应的 ―→ 反应的活化能―→使更多的反应物分子成为活化分子―→增加单位体积内的 ―→加快化学反应速率。
4．催化剂的特点
(1)选择性：某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。
(2)高效性：可以较大幅度地降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
(3)催化剂不能改变化学反应的 ，不能改变 ，不能改变 ，只能改变化学反应速率。
(1)催化剂能使不起反应的物质发生反应(　　)
(2)催化剂在化学反应前后化学性质发生改变，但质量不变(　　)
(3)双氧水中加入MnO2，可以使生成O2的速率增大，是因为MnO2的催化作用(　　)
(4)电解水时，往水中加少量NaOH，可使电解速率明显加快，故NaOH是这个反应的催化剂(　　)
1．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反应进程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是(　　)
A．ΔH＝E1－E2
B．该反应为吸热反应
C．升高温度，不影响活化分子百分数
D．使用催化剂使该反应的反应热发生改变
2．在气体参与的反应中，①增大反应物浓度；②升高温度；③增大压强(压缩体积)；④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题：
(1)降低反应活化能的是________(填序号，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是________。
(3)未改变活化分子百分比，增加单位体积内分子总数的是________。
(4)增加单位体积内活化分子数的是_________________________________________。
二、常见催化机理图分析
1．化学变化的宏观特征就是有新物质生成，并伴有能量的变化，从微观来说就是有旧键的断裂和新键的形成。催化反应机理图是以实际科研成果为载体，常设置如下三种考查角度：
(1)反应物、反应产物、催化剂、中间体的辨识。
(2)从微观的视角分析物质转化过程中电子的转移、化学键的断裂与形成。
(3)应用化学反应原理，结合原子守恒、能量守恒思想、平衡观念分析解决实际问题。
2．试题的呈现形式通常有两种：(1)催化循环转化图，(2)物质转化过程能量(能垒)图像。
类型1　催化循环转化图
1．利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除废气中的NO和NO2，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示：
(1)X是 。
(2)上述历程的总反应为____________________________________________。
(3)由反应历程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是该反应的 。
2．(2023·湖南衡阳联考)由于水氧化反应包含多个电子/质子转移，而且其动力学过程缓慢，水氧化催化机理四步反应如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．(L3－)Co能降低水氧化反应的活化能
B．该机理总反应式为2H2OO2↑＋4H＋＋4e－
C．氧化性：(L2－)CoOOH<(L2－)CoOH
D．催化剂参与反应过程，从而加快反应速率
在催化循环反应体系中：
催化剂首先直接和反应物反应，反应前后存在，反应过程中不存在，催化剂可循环再生，即“失而复得”；而中间体(中间产物)只在反应过程中出现。
类型2　物质转化过程能量(能垒)图像
3．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(　　)
A．每活化一个氧分子吸收0.29 eV能量
B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42NA eV·mol－1
C．氧分子的活化是C—O键的断裂与O—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
4．甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
回答下列问题：
(1)该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正＝________eV，该步骤的反应方程式为
________________________________________________________________________。
(2)该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为________________________________。
反应机理能垒图既能反映化学反应中的物质变化，又能反映能量变化。解答此类问题时应注意：
(1)能垒图中涉及物质的能量往往是指一个分子变化过程的能量变化，其单位一般为eV(电子伏特)。活化能Ea一般指每摩尔物质反应的能量变化，其单位多为kJ·mol－1。
(2)催化反应历程一般为扩散→吸附→断键→成键→脱附。要关注断键和成键的部位及元素化合价的变化。
(3)复杂反应的反应速率由基元反应中活化能(能垒)最大的慢反应决定。
第3课时　催化剂对化学反应速率的影响　催化机理
一、
1．(1)化学反应速率　质量和化学性质不变　(2)粒径　合成方法　压强　温度　中毒
2．(1)降低　增大　加快　(2)更大
3．(1)历程　降低　(2)历程　降低　活化分子百分数
4．(3)平衡常数　平衡转化率　反应热
正误判断
(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
应用体验
1．A
2．(1)④　(2)②④　(3)①③　(4)①②③④
二、
1．(1)N2、H2O　(2)2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O
(3)中间产物
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张PPT)
第3课时
催化剂对化学反应速率的影响　催化机理
第2章　第3节
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核心素养
发展目标
了解催化剂的特点及催化机理，掌握其对化学反应速率的影响。
内容索引
一、催化剂对化学反应速率的影响
二、常见催化机理图分析
课时对点练
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一
催化剂对化学反应速率的影响
1.催化剂的概念
(1)催化剂是能改变 而在反应前后本身的_______________
的物质。
(2)催化剂的活性与自身成分、 、 、 、 等有关。催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，这种现象称为催化剂 。
一
催化剂对化学反应速率的影响
化学反应速率
质量和化学性质
不变
粒径
合成方法
压强
温度
中毒
2.催化剂对化学反应速率的影响
分析课本表2－3－6，可得出以下结论：
(1)使用催化剂，反应的活化能 ，化学反应速率常数大幅 ，能大幅度 化学反应速率。
(2)比温度、压强、浓度对化学反应速率影响的程度 。
3.催化剂的催化原理
(1)催化剂通过参与反应改变反应 ，较大幅度 反应的活化能来提高化学反应速率。
降低
增大
加快
更大
历程
降低
(2)微观解释
使用催化剂―→改变反应的 ―→ 反应的活化能―→使更多的反应物分子成为活化分子―→增加单位体积内的 ―→加快化学反应速率。
历程
降低
活化分子百分数
4.催化剂的特点
(1)选择性：某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。
(2)高效性：可以较大幅度地降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
(3)催化剂不能改变化学反应的 ，不能改变 ，不能改变 ，只能改变化学反应速率。
平衡常数
平衡转化率
反应热
(1)催化剂能使不起反应的物质发生反应
(2)催化剂在化学反应前后化学性质发生改变，但质量不变
(3)双氧水中加入MnO2，可以使生成O2的速率增大，是因为MnO2的催化作用
(4)电解水时，往水中加少量NaOH，可使电解速率明显加快，故NaOH是这个反应的催化剂
×
√
×
×
1.2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反应进程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是
A.ΔH＝E1－E2
B.该反应为吸热反应
C.升高温度，不影响活化分子百分数
D.使用催化剂使该反应的反应热发生
改变
√
ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝E1－E2，A项正确；
由图像可知反应物总能量高于反应产物总能量，该反应是放热反应，B项错误；
升高温度，活化分子百分数增大，单位体积内的活化分子数增大，所以反应速率增大，C项错误；
催化剂不能改变反应的始态和终态的能量，只能改变反应途径及活化能，则对反应的焓变无影响，D项错误。
2.在气体参与的反应中，①增大反应物浓度；②升高温度；③增大压强(压缩体积)；④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题：
(1)降低反应活化能的是_____(填序号，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是______。
(3)未改变活化分子百分比，增加单位体积内分子总数的是______。
(4)增加单位体积内活化分子数的是__________。
④
②④
①③
①②③④
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常见催化机理图分析
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二
二
常见催化机理图分析
1.化学变化的宏观特征就是有新物质生成，并伴有能量的变化，从微观来说就是有旧键的断裂和新键的形成。催化反应机理图是以实际科研成果为载体，常设置如下三种考查角度：
(1)反应物、反应产物、催化剂、中间体的辨识。
(2)从微观的视角分析物质转化过程中电子的转移、化学键的断裂与形成。
(3)应用化学反应原理，结合原子守恒、能量守恒思想、平衡观念分析解决实际问题。
2.试题的呈现形式通常有两种：(1)催化循环转化图，(2)物质转化过程能量(能垒)图像。
类型1　催化循环转化图
1.利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除废气中的NO和NO2，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示：
(1)X是 。
图示反应生成X的反应为[(NH4)2(NO2)]2＋＋NO===[(NH4)(HNO2)]＋＋X＋H＋，由原子守恒判断X为N2和H2O。
N2、H2O
(2)上述历程的总反应为_____________
。
2NH3＋NO＋
由反应历程图可知，氨气、二氧化氮和一氧化氮是反应物，氮气与水是
反应产物，所以总反应为2NH3＋NO＋NO2 2N2＋3H2O。
(3)由反应历程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是该反应的 。
中间产物
由反应历程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是该反应的中间产物。
2.(2023·湖南衡阳联考)由于水氧化反应包含多个电子/质子转移，而且其动力学过程缓慢，水氧化催化机理四步反应如图所示。下列叙述错误的是
A.(L3－)Co能降低水氧化反应的活化能
B.该机理总反应式为2H2O O2↑
＋4H＋＋4e－
C.氧化性：(L2－)CoOOH<(L2－)CoOH
D.催化剂参与反应过程，从而加快反应速率
√
(L3－)Co是该反应的催化剂，A项正确；
由图可知，H2O为反应物，O2和H＋为反应产物，则该机理总反应
根据图给信息可知氧化性：(L2－)CoOOH>(L2－)CoOH，C项错误。
归纳总结
在催化循环反应体系中：
催化剂首先直接和反应物反应，反应前后存在，反应过程中不存在，催化剂可循环再生，即“失而复得”；而中间体(中间产物)只在反应过程中出现。
类型2　物质转化过程能量(能垒)图像
3.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
A.每活化一个氧分子吸收0.29 eV能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能
降低0.42NA eV·mol－1
C.氧分子的活化是C—O键的断裂与
O—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
√
根据能量变化图分析，最终结果为活化氧，体系能量降低，则每活化一个氧分子放出0.29 eV能量，故A项错误；
根据能量图分析，水可使氧分子活化反应的活化能降低(0.75－0.57)NA eV·mol－1＝0.18NA eV·mol－1，故B项错误；
根据图像分析，氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程，故C错误；
活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子生成活化氧，所以炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂，故D项正确。
4.甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
回答下列问题：
(1)该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正＝_____eV，该步骤的反应方程式为_______________________。
0.98
HCOOH*===HCOO*＋H*
反应的活化能越大，反应速率越慢，化学反应速率取决于最慢的一步，由图可知，HCOOH*转化为HCOO*和H*的反应的活化能最大，反应速
率最慢，则该历程中决定正反应速率步骤的反应方程式为HCOOH*===
HCOO*＋H*，能垒(活化能)E正＝0.77 eV－(－0.21)eV＝0.98 eV。
(2)该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为_______________________
_____________________________。
HCOOH(g)===CO2(g)＋
H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1
由图可知，甲酸分解生成二氧化碳和氢气的反应为放热反应，反应热ΔH＝－0.15NA eV·mol－1，则反应的热化学方程式为HCOOH(g)===
CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－0.15NA eV·mol－1。
特别提醒
反应机理能垒图既能反映化学反应中的物质变化，又能反映能量变化。解答此类问题时应注意：
(1)能垒图中涉及物质的能量往往是指一个分子变化过程的能量变化，其单位一般为eV(电子伏特)。活化能Ea一般指每摩尔物质反应的能量变化，其单位多为kJ·mol－1。
特别提醒
(2)催化反应历程一般为扩散→吸附→断键→成键→脱附。要关注断键和成键的部位及元素化合价的变化。
(3)复杂反应的反应速率由基元反应中活化能(能垒)最大的慢反应决定。
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课时对点练
对点训练
题组一　催化剂对化学反应速率的影响
1.下列叙述正确的是
A.使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)
B.催化剂能提高化学反应的平衡转化率
C.催化剂能改变化学反应速率，是因为它能改变反应历程和反应的活化能
D.温度越高，催化剂的催化效果越好
√
催化剂能改变化学反应速率，是因为它能改变反应历程和反应的活化能，但不能改变化学平衡、反应热，A项错误、C项正确。
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对点训练
2.下列关于SO2催化氧化生成SO3的反应说法正确的是
A.降低温度能加快反应速率
B.减小SO2的浓度能加快反应速率
C.使用V2O5作催化剂同时增大正、逆反应的速率
D.2 mol SO2和1.5 mol O2通过接触室，可生成2 mol SO3
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对点训练
降低温度，反应速率减慢，故A错误；
减小SO2的浓度，反应速率减慢，故B错误；
二氧化硫和氧气反应是可逆反应，2 mol SO2和1.5 mol O2反应生成SO3物质的量小于2 mol，故D错误。
对点训练
3.(2022·广东，15)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则
A.无催化剂时，反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的
变化
D.使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝
1.0 mol·L－1·min－1
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由图可知，无催化剂时，随反应进行，反应产物的浓度也在增加，说明反应也在进行，故A错误；
由图可知，催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好，反应速率大，说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低，故B错误；
对点训练
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由图可知，使用催化剂Ⅱ时，在0～2 min 内Y的浓度变化了2.0 mol·L－1，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0 mol·L－1，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随时间t的变化，故C错误；
对点训练
使用催化剂Ⅰ时，在0～2 min内，Y的浓度变化了4.0 mol·L－1，
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4.(2023·唐山高二校联考)已知CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。不同条件下反应过程的能量变化如图，下列说法正确的是
A.Q＝E1－E2
B.改变催化剂不仅改变了反应历程也改变
了反应的焓变
C.催化剂Y的效果比催化剂X的更好
D.无催化剂时，断开反应物中所有化学键
需要吸收能量E5 kJ
对点训练
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焓变等于反应产物总能量减去反应物总能量，因此Q＝E2－E1，故A错误；
改变催化剂能改变反应历程，但不能改变反应的焓变，故B错误；
根据图中信息得到催化剂Y使反应的活化能变得更低，其效果比催化剂X的更好，故C正确；
无催化剂时，断开反应物中所有化学键需要吸收能量(E5－E1)kJ，故D错误。
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题组二　催化机理分析
5.平流层中的氟氯烃破坏臭氧层的机理为①O3＋Cl·===O2＋ClO·、②ClO·＋O·===O2＋Cl·。下列说法错误的是
A.该过程的化学方程式为O3＋O· 2O2
B.若改变催化剂，反应的ΔH不变
C.催化剂可以加快反应速率，使反应焓变增大
D.Cl·可以降低反应的活化能，增加活化分子的数目
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将臭氧分解过程①与过程②相加可得到该过程的总反应方程式，Cl·是这两步过程的催化剂，所以该过程的化学方程式为O3＋O·
2O2，A正确；
催化剂通过降低反应所需的活化能来加快反应速率，但不改变反应的ΔH，所以若改变催化剂，反应的ΔH不变，B正确、C错误；
Cl·是这两步过程的催化剂，可以降低反应的活化能，增加活化分子的数目，D正确。
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6.“接触法制硫酸”的主要反应是2SO2＋O2 2SO3，在催化剂表面的反应历程如图：
下列说法正确的是
A.反应①的活化能比反应②小
B.过程中既有V—O和V==O的
断裂，又有V—O和V==O的形成
C.该反应的催化剂是V2O4
D.由该历程可知催化剂参与了化学反应
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由图可知，反应①的反应速率慢，反应②的反应速率快，所以反应①的活化能大于反应②，故A错误；
由图可知反应①中V—O断裂，反应②中形成V—O，则过程中既有V—O的断裂，又有V—O的形成，但没有V==O的断裂和形成，故B错误；
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由图可知，V2O4是反应①的反应产物，是反应②的反应物，所以V2O4不是该反应的催化剂，该反应的催化剂是V2O5，故C错误；
由图可知，催化剂V2O5参与了化学反应，故D正确。
对点训练
7.科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。
总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)
反应①：A＋K―→AK　Ea1
反应②：AK＋B―→AB＋ K　Ea2
下列说法正确的是
A.第①步为快反应，第②步为慢反应
B.升高温度使反应①的速率加快，反应②的速率减慢
C.该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D.催化剂增大了活化分子百分数，加快了反应速率
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据图可知第①步的正反应活化能Ea1>第②步的正反应活化能Ea2，活化能越大反应速率越慢，所以第①步为慢反应，第②步为快反应，A错误；
升高温度可以提高活化分子百分数，两步反应的速率均加快，B错误；
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Ea是该反应正反应的活化能，不是该反应的ΔH，该反应的ΔH＝(E正－E反) kJ·mol－1，C错误；
催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，加快反应速率，D正确。
对点训练
8.Li2CO3和C只有在MoS2的催化作用下才能发生2Li2CO3＋C－4e－===4Li＋＋3CO2电极反应，反应历程中的能量变化如图。下列说法正确的是
A.碳原子在电极反应中均发生氧化反应
B.反应历程中存在碳氧键的断裂和形成
C.反应历程中涉及电子转移的变化均释
放能量
D.电极上失去0.2 mol电子时，生成CO2
的体积为2.24 L(标况下)
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图中可以看到碳酸根离子到二氧化碳存在碳氧键的断裂，从C到CO存在碳氧键的形成，故B正确；
反应历程中涉及电子转移的变化时，能量增加，均吸收能量，故C错误。
9.研究表明，甲醇通过催化氧化制取甲醛时，在无催化剂(图中实线)和加入特定催化剂(图中虚线)时均会产生甲醛，其反应中物质的相对能量如图所示。下列说法错误的是
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14
综合强化
A.加入该催化剂可使每一步基元反应的反应速率
均提高
B.该条件下CO2比CO的稳定性强
C.无催化剂时，温度升高，甲醇生成甲醛的正
反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度小
D.无催化剂时，CO2生成CO比生成甲醛的活化能小
综合强化
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根据图像可知，使用催化剂增大CO转化成甲醇的活化能，反应速率减缓，故A错误；
根据图像可知，CO2具有的能量比CO低，能量越低，物质越稳定，则该条件下，CO2比CO稳定性强，故B正确；
综合强化
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根据图像可知，甲醇生成甲醛的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度小，故C正确；
根据图像可知，无催化剂时，CO2生成CO比生成甲醛的活化能小，故D正确。
10.在紫外光照射下，利用WO3/ZnO光催化剂降解酸性橙Ⅱ染料废水的实验所得曲线如图所示，c0和c分别是时间为0和t时刻酸性橙Ⅱ染料的浓度，下列说法错误的是
综合强化
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A.不加催化剂时，紫外光照射降解酸性橙Ⅱ染料
废水的反应速率最慢
B.单一ZnO可作降解酸性橙Ⅱ染料废水的催化剂
C.相同条件下，2% WO3/ZnO对降解酸性橙Ⅱ染
料废水的过程的催化效果最好
D.从图中可以看出，光催化降解酸性橙Ⅱ染料是
一个可逆反应
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根据图像可知，不加催化剂时，紫外光照射降解酸性橙Ⅱ染料废水的反应速率最慢，A项正确；
根据图像可知，单一ZnO能加快反应速率，所以其可作降解酸性橙Ⅱ染料废水的催化剂，B项正确；
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根据图像可知，相同条件下，在0～t h内，催化剂为2% WO3/ZnO时 的变化量最大，即反应速率最快，所以催化效果最好，C项正确；
由图像中所给不同催化剂条件下5.0 h内 的变化，不能确定反应物能否完全转化，则不能判断该反应是否为可逆反应，D项错误。
11.CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应，第一步：Fe*＋N2O===
FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO===Fe*＋CO2(快)。相对能量与反应历程如图，下列说法正确的是
A.整个反应中有极性键的断裂和形成
B.总反应的反应速率由第二步反应决定
C.第一步为吸热反应
D.FeO*也是该反应的催化剂
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整个反应中有氮氧键断裂、碳氧键形成，故A正确；
慢反应决定总反应速率，总反应的反应速率由第一步反应决定，故B错误；
根据图示，FeO*和N2的总能量小于Fe*和N2O的总能量，第一步为放热反应，故C错误；
根据图示，FeO*是中间产物，故D错误。
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综合强化
12.HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应机理、
反应历程与能量的关系如图所示：
下列说法错误的是
A.在历程Ⅰ～Ⅴ中，涉及O—H、C—H、
C—O的断裂
B.在历程Ⅰ～Ⅴ中，生成Ⅴ的反应决定了HCOOH脱氢反应的速率
C.若用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的产物都有HD和CO2
D.在Pd催化剂表面HCOOH脱氢反应的ΔH<0
√
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据图分析，在历程Ⅰ～Ⅴ中没有C—O的断裂，故A错误；
在历程Ⅰ～Ⅴ中，Ⅳ→Ⅴ的活化能最大，则生成Ⅴ的反应速率最慢，决定了HCOOH脱氢反应的速率，故B正确；
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HCOOH，得到的产物都有HD和CO2，故C正确；
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由反应历程图可知，在Pd催化剂表面HCOOH脱氢反应，反应物的总能量高于最终产物的总能量，则HCOOH脱氢反应为放热反应，ΔH<0，故D正确。
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13.某反应过程的能量变化关系如图所示，按要求回答下列问题：
(1)已知热化学方程式H2(g)＋ O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，该反应正反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能为______________。
409.0 kJ·mol－1
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该反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能＝正反应活化能－反应焓变＝167.2 kJ·mol－1－(－241.8 kJ·mol－1)＝409.0 kJ·mol－1。
综合强化
(2)已知C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1，某同学根据该反应吸收的热量较小，认为由石墨变为金刚石的反应很容易进行，但事实上该反应却很难发生，需要很高的温度和很大的压强，请你分析造成这种
现象的主要原因是___________________。
该反应的活化能很高
虽然石墨和金刚石的能量相差不大，但该反应的活化能很高，因此引发该反应需要很高的温度和很大的压强。
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(3)对于同一反应，图中虚线Ⅱ与实线Ⅰ相比，活化能降低，活化分子百分数增多，反应速率加快，你认为最可能的原因是_____________。
使用了催化剂
催化剂能够降低反应的活化能，提高活化分子百分数，加快反应速率，因此虚线Ⅱ中改变的条件是使用了催化剂。
综合强化
14.乙烯(C2H4)是重要的化工原料，乙炔(C2H2)选择性加氢合成乙烯是科学家当前关注的热点。
(1)70 ℃时，反应 C2H2(g) ＋H2(g) C2H4(g)　ΔH＝－174 kJ·mol－1在刚性容器中达到平衡。
①下列说法正确的是______(填字母)。
A.选用合适的催化剂，可以增大平衡气体中C2H4的百分含量
B.投料时增大 的值，该反应的平衡常数K不变
C.通入一定量He，可以缩短反应达到平衡的时间
D.升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，K减小
BD
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C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g) 　ΔH＝－174 kJ·mol－1，选用合适的催化剂，只改变速率，对平衡没有影响，不能增大平衡气体中C2H4的百分含量，故A错误；
温度不变，该反应的平衡常数K不变，故B正确；
通入一定量He，总压增大，分压不变，平衡不移动，化学反应速率不变，不能缩短反应达到平衡的时间，故C错误；
升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，K减小，故D正确。
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②测得在某催化剂上生成乙烯的速率方程为v＝0.585 [p(C2H2)] －0.36 ·[p(H2)]0.85，p(H2)一定时，若p1(C2H2) >p2(C2H2)，则v1_____(填“>” “<”或“＝”)v2。
＜
在某催化剂上生成乙烯的速率方程为v＝0.585[p(C2H2)]－0.36·[p(H2)]0.85，p(H2)一定时，p(C2H2)越大，v越小，若p1(C2H2)＞p2(C2H2)，则v1＜v2。
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(2)在催化剂作用下，110 ℃时按体积比V(C2H2)∶ V(H2) ＝1∶ 4充入刚性容器中，发生反应：C2H2(g)＋ H2(g)===C2H4(g)、C2H2 (g)＋2H2(g)===
C2H6(g)。若乙炔完全反应时，乙烯的体积分数为20% ，则H2的转化率为
________，C2H4的选择性为_____(C2H4的选择性＝
×100%)。
31.25%
75%
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返回作业21　催化剂对化学反应速率的影响　催化机理
(分值：100分)
(选择题1～12题，每小题7分，共84分)
题组一　催化剂对化学反应速率的影响
1．下列叙述正确的是(　　)
A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)
B．催化剂能提高化学反应的平衡转化率
C．催化剂能改变化学反应速率，是因为它能改变反应历程和反应的活化能
D．温度越高，催化剂的催化效果越好
2．下列关于SO2催化氧化生成SO3的反应说法正确的是(　　)
A．降低温度能加快反应速率
B．减小SO2的浓度能加快反应速率
C．使用V2O5作催化剂同时增大正、逆反应的速率
D．2 mol SO2和1.5 mol O2通过接触室，可生成2 mol SO3
3.(2022·广东，15)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则(　　)
A．无催化剂时，反应不能进行
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D．使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝1.0 mol·L－1·min－1
4．(2023·唐山高二校联考)已知CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。不同条件下反应过程的能量变化如图，下列说法正确的是(　　)
A．Q＝E1－E2
B．改变催化剂不仅改变了反应历程也改变了反应的焓变
C．催化剂Y的效果比催化剂X的更好
D．无催化剂时，断开反应物中所有化学键需要吸收能量E5 kJ
题组二　催化机理分析
5．平流层中的氟氯烃破坏臭氧层的机理为①O3＋Cl·===O2＋ClO·、②ClO·＋O·===O2＋Cl·。下列说法错误的是(　　)
A．该过程的化学方程式为O3＋O·2O2
B．若改变催化剂，反应的ΔH不变
C．催化剂可以加快反应速率，使反应焓变增大
D．Cl·可以降低反应的活化能，增加活化分子的数目
6．“接触法制硫酸”的主要反应是2SO2＋O22SO3，在催化剂表面的反应历程如图：
下列说法正确的是(　　)
A．反应①的活化能比反应②小
B．过程中既有V—O和V==O的断裂，又有V—O和V==O的形成
C．该反应的催化剂是V2O4
D．由该历程可知催化剂参与了化学反应
7．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。
总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)
反应①：A＋K―→AK　Ea1
反应②：AK＋B―→AB＋ K　Ea2
下列说法正确的是(　　)
A．第①步为快反应，第②步为慢反应
B．升高温度使反应①的速率加快，反应②的速率减慢
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D．催化剂增大了活化分子百分数，加快了反应速率
8．Li2CO3和C只有在MoS2的催化作用下才能发生2Li2CO3＋C－4e－===4Li＋＋3CO2电极反应，反应历程中的能量变化如图。下列说法正确的是(　　)
A．碳原子在电极反应中均发生氧化反应
B．反应历程中存在碳氧键的断裂和形成
C．反应历程中涉及电子转移的变化均释放能量
D．电极上失去0.2 mol电子时，生成CO2的体积为2.24 L(标况下)
9．研究表明，甲醇通过催化氧化制取甲醛时，在无催化剂(图中实线)和加入特定催化剂(图中虚线)时均会产生甲醛，其反应中物质的相对能量如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．加入该催化剂可使每一步基元反应的反应速率均提高
B．该条件下CO2比CO的稳定性强
C．无催化剂时，温度升高，甲醇生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大的程度小
D．无催化剂时，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光催化剂降解酸性橙Ⅱ染料废水的实验所得曲线如图所示，c0和c分别是时间为0和t时刻酸性橙Ⅱ染料的浓度，下列说法错误的是(　　)
A．不加催化剂时，紫外光照射降解酸性橙Ⅱ染料废水的反应速率最慢
B．单一ZnO可作降解酸性橙Ⅱ染料废水的催化剂
C．相同条件下，2% WO3/ZnO对降解酸性橙Ⅱ染料废水的过程的催化效果最好
D．从图中可以看出，光催化降解酸性橙Ⅱ染料是一个可逆反应
11．CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应，第一步：Fe*＋N2O===FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO===Fe*＋CO2(快)。相对能量与反应历程如图，下列说法正确的是(　　)
A．整个反应中有极性键的断裂和形成
B．总反应的反应速率由第二步反应决定
C．第一步为吸热反应
D．FeO*也是该反应的催化剂
12．HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量的关系如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．在历程Ⅰ～Ⅴ中，涉及O—H、C—H、C—O的断裂
B．在历程Ⅰ～Ⅴ中，生成Ⅴ的反应决定了HCOOH脱氢反应的速率
C．若用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的产物都有HD和CO2
D．在Pd催化剂表面HCOOH脱氢反应的ΔH<0
13．(6分)某反应过程的能量变化关系如图所示，按要求回答下列问题：
(1)已知热化学方程式H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，该反应正反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能为________________。
(2)已知C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1，某同学根据该反应吸收的热量较小，认为由石墨变为金刚石的反应很容易进行，但事实上该反应却很难发生，需要很高的温度和很大的压强，请你分析造成这种现象的主要原因是________________________。
(3)对于同一反应，图中虚线Ⅱ与实线Ⅰ相比，活化能降低，活化分子百分数增多，反应速率加快，你认为最可能的原因是______________________________________________。
14．(10分)乙烯(C2H4)是重要的化工原料，乙炔(C2H2)选择性加氢合成乙烯是科学家当前关注的热点。
(1)70 ℃时，反应 C2H2(g) ＋H2(g) C2H4(g)　ΔH＝－174 kJ·mol－1在刚性容器中达到平衡。
①下列说法正确的是__________(填字母)。
A．选用合适的催化剂，可以增大平衡气体中C2H4的百分含量
B．投料时增大的值，该反应的平衡常数K不变
C．通入一定量He，可以缩短反应达到平衡的时间
D．升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，K减小
②测得在某催化剂上生成乙烯的速率方程为v＝0.585 [p(C2H2)] －0.36 ·[p(H2)]0.85，p(H2)一定时，若p1(C2H2) >p2(C2H2)，则 v1__________(填“>” “<”或“＝”)v2。
(2)(6分)在催化剂作用下，110 ℃时按体积比V(C2H2)∶ V(H2) ＝1∶ 4充入刚性容器中，发生反应：C2H2(g)＋ H2(g)===C2H4(g)、C2H2 (g)＋2H2(g)===C2H6(g)。若乙炔完全反应时，乙烯的体积分数为20% ，则H2的转化率为__________， C2H4的选择性为__________(C2H4的选择性＝×100%)。
作业21　催化剂对化学反应速率的影响　催化机理
1．C　2.C　3.D　4.C　5.C　6.D　7.D　8.B　9.A　10.D
11．A　[整个反应中有氮氧键断裂、碳氧键形成，故A正确；慢反应决定总反应速率，总反应的反应速率由第一步反应决定，故B错误；根据图示，FeO*和N2的总能量小于Fe*和N2O的总能量，第一步为放热反应，故C错误；根据图示，FeO*是中间产物，故D错误。]
12．A　[据图分析，在历程 Ⅰ～Ⅴ中没有C—O的断裂，故A错误；在历程 Ⅰ～Ⅴ中，Ⅳ→Ⅴ的活化能最大，则生成Ⅴ的反应速率最慢，决定了HCOOH脱氢反应的速率，故B正确；根据HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应机理图可得化学反应为HCOOHCO2＋H2，即HCOOH中的两个H原子被解离出来形成H2，则用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的产物都有HD和CO2，故C正确；由反应历程图可知，在Pd催化剂表面HCOOH脱氢反应，反应物的总能量高于最终产物的总能量，则HCOOH脱氢反应为放热反应，ΔH<0，故D正确。]
13．(1)409.0 kJ·mol－1　(2)该反应的活化能很高
(3)使用了催化剂
解析　(1)该反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能＝正反应活化能－反应焓变＝167.2 kJ·mol－1－(－241.8 kJ·mol－1)＝409.0 kJ·mol－1。(2)虽然石墨和金刚石的能量相差不大，但该反应的活化能很高，因此引发该反应需要很高的温度和很大的压强。(3)催化剂能够降低反应的活化能，提高活化分子百分数，加快反应速率，因此虚线Ⅱ中改变的条件是使用了催化剂。
14．(1)①BD　②＜　(2)31.25%　75%
解析　(1)①C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g) 　ΔH＝－174 kJ·mol－1，选用合适的催化剂，只改变速率，对平衡没有影响，不能增大平衡气体中C2H4的百分含量，故A错误；温度不变，该反应的平衡常数K不变，故B正确；通入一定量He，总压增大，分压不变，平衡不移动，化学反应速率不变，不能缩短反应达到平衡的时间，故C错误；升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，K减小，故D正确。②在某催化剂上生成乙烯的速率方程为v＝0.585[p(C2H2)]－0.36·[p(H2)]0.85，p(H2)一定时，p(C2H2)越大，v越小，若p1(C2H2)＞p2(C2H2)，则v1＜v2。(2)根据题意，设乙炔的物质的量为x，氢气的物质的量为4x，生成的乙烯物质的量为y，则＋ ===，＋ === ，反应后气体中剩余的氢气的物质的量为4x－[y＋2(x－y)]，乙烯物质的量为y，乙烷物质的量为(x－y)，反应后混合气体总物质的量为4x－[y＋2(x－y)]＋y＋(x－y)＝3x＋y，×100%＝20%，解得y＝x，氢气转化率为×100%＝×100%＝×100%＝31.25%，C2H4的选择性＝×100%＝×100%＝×100%＝75%。

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