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微专题7　化学反应速率与化学平衡
热练23　化学反应速率及平衡　催化剂机理
1. (2024·南京)臭氧分解过程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 催化反应①②均为放热反应
B. 决定O3分解反应速率的是催化反应②
C. E2＋ΔH是催化反应②对应的逆反应的活化能
D. 温度升高，总反应的正反应速率增加，逆反应速率减小
2. 某科研小组研究臭氧氧化-碱吸收法脱除NO工艺，相关反应如下：
①NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g)　ΔH1＝－200.9 kJ/mol
②2O3(g)3O2(g)　ΔH2＝－288.8 kJ/mol
③2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH3＝a
已知：反应①v正＝k正·c(NO)·c(O3)，v逆＝k逆·c(NO2)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。其他条件不变，每次向反应器中充入0.5 mol NO和1.0 mol O3，在不同温度下反应。测得相同时间内，体系中NO的体积分数[φ(NO)]随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A. a＝＋113 kJ/mol
B. 升高温度，k正、k逆增大，减小
C. 延长反应时间，可使φ(NO)由M点移到N点
D. 用碱液吸收、增大反应器的容积均可提高NO的转化率
3. (2025·苏锡常镇一调)使用V2O5-WO3/TiO2催化剂高效脱除燃煤电厂烟气中NO的反应为4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0。下列说法正确的是( )
A. 该反应的ΔS<0
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 反应每消耗1 mol NH3时，转移电子的数目约为3×6.02×1023
D. 反应温度越高，NO的脱除率越高
4. (2025·如皋)CO2制CH3OH的反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0，Cu可作该反应的催化剂。下列关于该反应的说法正确的是( )
A. 该反应在任意条件下均能自发进行
B. 该反应的平衡常数表达式为K＝　
C. 反应物所含的键能总和大于生成物所含的键能总和
D. 使用Cu作催化剂可以提高一定时间内CO2的转化率
5. (2024·南京、盐城一模)利用铜-铈氧化物(xCuO·yCeO2，Ce是活泼金属)催化氧化除去H2中少量CO，总反应为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH，反应机理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该总反应的平衡常数K＝
B. 步骤i中有两种元素化合价发生变化
C. 步骤i、iii生成CO2的机理相同
D. 步骤iii中存在共价键的断裂和共价键的生成
6. (2024·南通一调)反应2C2H4(g)＋6NO(g)＋3O2(g)===4CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)
可用于去除氮氧化物。Cu＋催化该反应的过程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 反应过程中，Cu＋参与反应，降低了反应的焓变
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 其他条件不变时，增大，NO的平衡转化率下降
D. 步骤Ⅲ中每消耗1 mol Cu＋(NO2)，转移电子数目约为4×6.02×1023
7. (2024·无锡期末)电催化是利用催化剂电极进行电解以实现物质转变的前沿方法。使用单原子催化剂电催化将CO2转化为CO的部分机理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该催化过程在电解池的阳极进行
B. 该催化过程CO2发生了氧化反应
C. 甲、乙中的C原子的杂化类型不同
D. 催化剂原子吸附CO2中带负电的部分
8. (2024·连云港)我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气制H2，已知反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，在低温下获得高转化率与高反应速率。反应部分过程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该反应高温下不能自发进行，则反应的ΔS＜0
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 在整个转化过程中，碳元素的化合价始终不变
D. 步骤Ⅰ吸收的能量大于步骤Ⅱ放出的能量
9. (2024·南通三调)NaOH活化过的Pt/TiO2催化剂对甲醛氧化为CO2具有较好的催化效果，有学者提出该催化反应的机理如下。下列说法不正确的是( )
A. 步骤Ⅰ中存在非极性键的断裂
B. 步骤Ⅰ可理解为HCHO中带部分负电荷的O与催化剂表面的—OH发生作用
C. 步骤Ⅱ中发生的反应可表示为HCOOHCO＋H2O
D. 该催化剂对苯的催化氧化效果优于对HCHO的催化氧化效果
10. (2024·苏州二调)在压强0.7 MPa、温度370 ℃下，化合物WS2催化反应H2S＋CH3OH===H2O＋CH3SH可用于制备甲硫醇，其反应过程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该反应的平衡常数K＝
B. 过程Ⅰ存在反应物吸附，S—H没有断裂
C. 图中“”代表S原子
D. 若用CH3OD代替CH3OH，则生成CH3SD
11. (2024·常州)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程如图所示，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法正确的是( )
A. 使用催化剂Ⅰ或Ⅱ，反应历程都分2步进行
B. 达到平衡后，若升高温度，P的浓度增大
C. 使用催化剂Ⅰ时，反应体系更快达到平衡状态
D. 使用催化剂Ⅱ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
12. 乙酸甲酯在NaOH溶液中发生水解时物质和能量的变化如下图所示。下列说法正确的是()
A. 总反应为吸热反应 B. 决定总反应速率快慢的是反应物―→中间产物1的反应
C. 反应过程中碳原子的杂化轨道类型不发生变化
D. 若反应物使用，则产物中存在
微专题7　化学反应速率与化学平衡
热练23　化学反应速率及平衡　催化剂机理
1. (2024·南京)臭氧分解过程如图所示。下列说法正确的是(C)
A. 催化反应①②均为放热反应
B. 决定O3分解反应速率的是催化反应②
C. E2＋ΔH是催化反应②对应的逆反应的活化能
D. 温度升高，总反应的正反应速率增加，逆反应速率减小
【解析】 由图可知，催化反应①为吸热反应，催化反应②为放热反应，A错误；决定O3分解反应速率的是活化能大的反应，即由催化反应①决定，B错误；催化反应②对应的逆反应的活化能为过渡态能量－生成物能量，则E2＋ΔH是催化反应②对应的逆反应的活化能，C正确；温度升高，正、逆反应速率均增大，D错误。
2. 某科研小组研究臭氧氧化-碱吸收法脱除NO工艺，相关反应如下：
①NO(g)＋O3(g)??NO2(g)＋O2(g)　ΔH1＝－200.9 kJ/mol
②2O3(g)??3O2(g)　ΔH2＝－288.8 kJ/mol
③2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH3＝a
已知：反应①v正＝k正·c(NO)·c(O3)，v逆＝k逆·c(NO2)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。其他条件不变，每次向反应器中充入0.5 mol NO和1.0 mol O3，在不同温度下反应。测得相同时间内，体系中NO的体积分数[φ(NO)]随温度的变化如图所示。下列说法正确的是(B)
A. a＝＋113 kJ/mol
B. 升高温度，k正、k逆增大，减小
C. 延长反应时间，可使φ(NO)由M点移到N点
D. 用碱液吸收、增大反应器的容积均可提高NO的转化率
【解析】 由给定的热化学方程式可知，③＝①×2－②，故a＝2ΔH1－ΔH2＝－113 kJ/mol，A错误；升高温度时，正、逆反应速率均增大，故k正、k逆都增大，当达到平衡时，v正＝v逆，即k正·c(NO)·c(O3)＝k逆·c(NO2)·c(O2)，则＝＝K，ΔH1<0，升高温度，K减小，B正确；M点是该温度下的平衡状态，延长反应时间，平衡不会发生移动，C错误；用碱液吸收时，NO2被消耗，能使平衡正向移动，NO的转化率增大，增大反应容器的容积，反应①③的平衡均不会正向移动，不能提高NO的转化率，D错误。
3. (2025·苏锡常镇一调)使用V2O5-WO3/TiO2催化剂高效脱除燃煤电厂烟气中NO的反应为4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(C)
A. 该反应的ΔS<0
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 反应每消耗1 mol NH3时，转移电子的数目约为3×6.02×1023
D. 反应温度越高，NO的脱除率越高
【解析】 该反应为气体分子数增大的反应，故ΔS>0，A错误；该反应中H2O为气态，应列入平衡常数表达式中，B错误；该反应的ΔH<0，升高温度平衡逆向移动，故反应温度越高，NO的脱除率越低，D错误。
4. (2025·如皋)CO2制CH3OH的反应为CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0，Cu可作该反应的催化剂。下列关于该反应的说法正确的是(D)
A. 该反应在任意条件下均能自发进行
B. 该反应的平衡常数表达式为K＝　
C. 反应物所含的键能总和大于生成物所含的键能总和
D. 使用Cu作催化剂可以提高一定时间内CO2的转化率
【解析】 该反应ΔH<0、ΔS<0，ΔH－T·ΔS<0时反应能自发进行，故该反应在低温下才能自发进行，A错误；该反应中H2O为气体，应列入平衡常数表达式中，B错误；该反应的正反应为放热反应，故反应物所含的键能总和小于生成物所含的键能总和，C错误；催化剂能改变反应速率，可以提高一定时间内CO2的转化率，D正确。
5. (2024·南京、盐城一模)利用铜-铈氧化物(xCuO·yCeO2，Ce是活泼金属)催化氧化除去H2中少量CO，总反应为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH，反应机理如图所示。下列说法正确的是(D)
A. 该总反应的平衡常数K＝
B. 步骤i中有两种元素化合价发生变化
C. 步骤i、iii生成CO2的机理相同
D. 步骤iii中存在共价键的断裂和共价键的生成
【解析】 由总反应可知，该反应的平衡常数的表达式为K＝，A错误；由图可知，反应i中，C元素的化合价升高，催化剂载体失去O原子，形成空位，Cu和Ce元素的化合价均会降低，B错误；步骤i中CO结合催化剂载体中的O生成CO2，在步骤iii中吸附在Cu上的CO夺取与空位结合的O2中的1个O原子生成CO2，故步骤i、iii生成CO2的机理不同，C错误；步骤iii中，存在着O===O共价键以及CO分子中共价键的断裂和CO2分子中C===O共价键的形成，D正确。
6. (2024·南通一调)反应2C2H4(g)＋6NO(g)＋3O2(g)===4CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)
可用于去除氮氧化物。Cu＋催化该反应的过程如图所示。下列说法正确的是(D)
A. 反应过程中，Cu＋参与反应，降低了反应的焓变
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 其他条件不变时，增大，NO的平衡转化率下降
D. 步骤Ⅲ中每消耗1 mol Cu＋(NO2)，转移电子数目约为4×6.02×1023
【解析】 Cu＋是反应的催化剂，对反应的焓变无影响，A错误；水为气态，应列入平衡常数表达式，B错误；增大，NO的平衡转化率上升，C错误；步骤Ⅲ中N元素化合价由＋4下降到0，则步骤Ⅲ中每消耗1 mol Cu＋(NO2)，转移电子数目约为4×6.02×1023，D正确。
7. (2024·无锡期末)电催化是利用催化剂电极进行电解以实现物质转变的前沿方法。使用单原子催化剂电催化将CO2转化为CO的部分机理如图所示。下列说法正确的是(C)
A. 该催化过程在电解池的阳极进行
B. 该催化过程CO2发生了氧化反应
C. 甲、乙中的C原子的杂化类型不同
D. 催化剂原子吸附CO2中带负电的部分
【解析】 CO2转变为CO的过程中需要得到电子，故该过程在电解池的阴极进行，A错误；该催化过程中，C元素的化合价降低，CO2发生了还原反应，B错误；CO2分子中的C原子采取sp杂化，CO2分子得一个电子后，C原子的杂化方式改变，则甲、乙中C原子的杂化类型不同，C正确；催化剂吸附CO2中的C原子，CO2分子中的C原子带正电荷，故催化剂原子吸附CO2中带正电的部分，D错误。
8. (2024·连云港)我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气制H2，已知反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，在低温下获得高转化率与高反应速率。反应部分过程如图所示。下列说法正确的是(A)
A. 该反应高温下不能自发进行，则反应的ΔS＜0
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 在整个转化过程中，碳元素的化合价始终不变
D. 步骤Ⅰ吸收的能量大于步骤Ⅱ放出的能量
【解析】 该反应ΔH＜0，在高温下不能自发进行，即高温下ΔH－TΔS > 0，故反应的ΔS＜0，A正确；该反应中H2O为气态，应记入平衡常数表达式中，B错误；在整个转化过程中，CO转化为CO2，C元素由＋2价变为＋4价，C错误；步骤Ⅰ为反应物生成过渡态，是化学键断裂的过程，吸收能量，步骤Ⅱ为过渡态生成产物，是化学键形成的过程，放出能量，总反应的ΔH＜0，故步骤Ⅰ吸收的能量小于步骤Ⅱ放出的能量，D错误。
9. (2024·南通三调)NaOH活化过的Pt/TiO2催化剂对甲醛氧化为CO2具有较好的催化效果，有学者提出该催化反应的机理如下。下列说法不正确的是(D)
A. 步骤Ⅰ中存在非极性键的断裂
B. 步骤Ⅰ可理解为HCHO中带部分负电荷的O与催化剂表面的—OH发生作用
C. 步骤Ⅱ中发生的反应可表示为HCOOHCO＋H2O
D. 该催化剂对苯的催化氧化效果优于对HCHO的催化氧化效果
【解析】 在步骤Ⅰ中O2中化学键断裂，故存在非极性键的断裂，A正确；HCHO中带部分负电荷的O与催化剂表面的—OH发生作用(类似于氢键)，B正确；步骤Ⅱ相当于HCOOH失去H2O转变为CO，故发生的反应可表示为HCOOHCO＋H2O，C正确；苯与该催化剂表面的—OH不能发生类似的作用，故对苯的催化氧化效果比对HCHO的催化氧化效果差，D错误。
10. (2024·苏州二调)在压强0.7 MPa、温度370 ℃下，化合物WS2催化反应H2S＋CH3OH===H2O＋CH3SH可用于制备甲硫醇，其反应过程如图所示。下列说法正确的是(B)
A. 该反应的平衡常数K＝
B. 过程Ⅰ存在反应物吸附，S—H没有断裂
C. 图中“”代表S原子
D. 若用CH3OD代替CH3OH，则生成CH3SD
【解析】 0.7 MPa、370 ℃时，H2O为气态，应记入平衡常数表达式中，A错误；由图可知，CH3OH、H2S中略带负电荷的O、S均与大灰球相连，说明大灰球代表的是W原子，C错误；由图中过程Ⅲ可知，在该过程中断裂了C—O，若用CH3OD代替CH3OH，则应生成CH3SH，D错误。
11. (2024·常州)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)??P(g)。反应历程如图所示，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法正确的是(C)
A. 使用催化剂Ⅰ或Ⅱ，反应历程都分2步进行
B. 达到平衡后，若升高温度，P的浓度增大
C. 使用催化剂Ⅰ时，反应体系更快达到平衡状态
D. 使用催化剂Ⅱ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
【解析】 结合图像中出现的波峰，两种催化剂均出现四个波峰，所以使用催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ，反应历程都分4步进行，A错误；由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应，达到平衡时，升高温度平衡逆向移动，P的浓度减小，B错误；使用催化剂Ⅰ的最高活化能小于使用催化剂Ⅱ，所以使用催化剂Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C正确；在前两个历程中使用催化剂Ⅰ的活化能较低、反应速率较快，后两个历程中使用催化剂Ⅰ的活化能较高、反应速率较慢，所以使用催化剂Ⅰ时反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D错误。
12. 乙酸甲酯在NaOH溶液中发生水解时物质和能量的变化如下图所示。下列说法正确的是(B)
A. 总反应为吸热反应
B. 决定总反应速率快慢的是反应物―→中间产物1的反应
C. 反应过程中碳原子的杂化轨道类型不发生变化
D. 若反应物使用，则产物中存在
【解析】 由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，总反应为放热反应，A错误；决定总反应速率快慢的反应是活化能较高的反应，即反应物→中间产物1是总反应的决速步骤，B正确；由反应物→中间产物1可知，酯基中的碳原子由sp2杂化转变为sp3杂化，碳原子的杂化方式发生变化，C错误；由图可知，18O存在于甲醇中，产物中不存在，D错误。

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