资源简介

(共16张PPT)
2027届高考化学第一轮复习
第四章 化学反应速率与化学平衡
第2讲 化学平衡
第5课时 催化机理 催化剂对反应的影响
1.催化剂的概念
能改变化学反应速率，在化学反应前后，本身的化学性质和质量均不发生改变的物质叫做催化剂(简记为一变二不变)。工业上的触媒、生物学中的酶都是催化剂。在不指明时，催化剂一般理解为加快反应速率的正催化剂。
整合必备知识
2.常考的催化反应类型
(1)循环催化
ⅰ.环上的物质为催化剂或中间体，如⑤⑥⑦⑧。
ⅱ. “入环”的物质为反应物，如①④。
ⅲ.“出环”的物质为生成物，如②③。
依据反应物和生成物即可判断总反应。
考点一 催化机理图分析
(1)反应历程中化学键的变化 在反应中,旧键断裂与新键形成是同时进行的,形成中间过渡态。
(2)反应历程中物质的变化①只进不出的是反应物(A――→…);
②只出不进的是产物(…――→M);③先出后进的是中间体(…――→X,X――→…);
④先进后出的是催化剂(R――→…,…――→R)。
(2)固相吸附催化
固相催化反应，即反应物分子吸附在催化剂的表面上进行，通过吸附、反应和脱附三步过程实现。
例如：在Fe催化剂作用下合成氨的
反应历程如图(*表示吸附态)。
吸附过程：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*；
反应：N*+H* NH*；NH*+H* N；N+H* N；
脱附(解吸)：N NH3(g)。
整合必备知识
＜
8
解题方法技巧：
1.总反应焓变是看起始反应物和最终生成物的能量高低
2.基元反应的个数，一般来说，有几个过渡态就有几个基元反应。但是物理吸附脱附的每个基元步骤是不能视为“基元反应”的但可以称作“基元物理过程”，化学吸附脱附的每个基元步骤则可以视为“基元反应”。本题第一步化学吸附可以认为是基元反应，还有在过渡态4到过渡态5有一步变化也认为是。这样6+2=8个基元反应。
3.决速步骤是能垒最大步骤，看爬坡最大的步骤。
提升与拔高——常见催化机理图分析
提升关键能力
一、循环反应结构变化机理分析
1.[2024·广东，19(2)]在非水溶剂中，将CO2转化为化合物ⅱ(一种重要的电子化学品)的催化机理示意图如图，其中的催化剂有______和　　　。
提升关键能力
AcOH
KI
催化剂参与化学反应，但反应前后质量和化学性质并未改变，由催化机理示意图可知，催化剂有AcOH和KI。
2.一种利用H2和O2直接合成H2O2的反应历程如图所示。下列说法错误的是
A.总反应的原子利用率理论上可达100%
B.步骤2中，若1 mol O2完全反应，则理论
上转移电子数目为2NA
C. 降低了反应的活化能，加快了反应速率
D. 和 中Pd的化合价不相同
√
提升关键能力
3.(2022·山东，10)在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是
A.含N分子参与的反应一定有电
子转移
B.由NO生成HONO的反应历程有2种
C.增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变
D.当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少
√
提升关键能力
二、能量变化图
4.已知Fe3+催化反应S2(aq)+2I-(aq)===2S(aq)+I2(aq)的历程如图所示，催化历程中有Fe2+参与。下列有关该反应的说法正确的是
A.步骤①的速率常数大于步骤②
B.反应历程中存在非极性键的断裂和形成
C.催化历程中，仅氧元素的化合价未发生
变化
D.步骤②的热化学方程式为2Fe2+(aq)+
S2(aq)===2Fe3+(aq)+2S(aq)　ΔH=(E3-E1) kJ·mol-1
√
提升关键能力
5.(2025·汕头高三模拟)在催化剂M和N表面发生CO2甲烷化反应的历程如图所示。已知*代表催化剂，*CO2代表CO2吸附在催化剂表面，下列说法错误的是
A.CO2吸附在催化剂表面时放出热量
B.*CH2O比*COOH稳定
C.使用催化剂N时，*CO→*CHO是反
应的决速步骤
D.反应过程中，存在极性键的断裂和生成
√
提升关键能力
1.催化剂对化学反应的控制
从碰撞理论解释：催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，使活化分子百分数增多，从而加快反应速率，图示如下。
2.催化剂的特征
(1)降低反应的活化能，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不能改变平衡状态和反应焓变。
(2)催化剂有选择性，不同的反应常用不同的催化剂，即每个反应有其特有的催化剂。
(3)每种催化剂只有在特定条件下才能体现活性，否则将失去活性或发生催化剂中毒。
整合必备知识
考点二 催化剂对化学反应的调控作用
1.(2023·广东，15)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(下图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是
A.使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行
B.反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大
C.使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡
D.使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最
高浓度更大
提升关键能力
√
2.(2024·广东，15)对反应S(g) T(g)(I为中间产物)，相同条件下：①加入催化剂，反应达到平衡所需时间大幅缩短；②提高反应温度，增大，减小。基于以上事实，可能的反应历程示意图(—为无催化剂， ┈为有催化剂)为
√
提升关键能力
3.[2023·全国甲卷，28(3)]电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。
MO+分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
Ⅰ
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线　　　　(填“c”或“d”)。
c
(ⅲ)MO+与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD　　CHD2OH(填“>”“<”或“=”)。若MO+与CHD3反应，生成的氘代甲醇有　　种。
<
2
提升关键能力
解析：MO+与CH2D2反应时,因直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则单位时间内产量会下降,则氘代甲醇的产量CH2DOD下列描述正确的是(　　)
A.“CO插入”步骤,ΔH为-17.6 kcal·mol-1
B.Rh催化作用下,“加氢”步骤为决速步骤
C.Rh/Mn催化作用下,羟基乙醛的生成速率更小
D.反应达平衡时,升高温度,羟基乙醛的浓度增大
B
解析：由图可知,一氧化碳插入步骤为放热反应,反应ΔH=-15.4 kcal·mol-1,故A错误;B.反应的活化能越大,反应速率越慢,慢反应是反应的决速步骤,由图可知,Rh催化作用下,加氢步骤的活化能为24.4 kcal·mol-1,反应的活化能最大,所以加氢步骤为决速步骤,故B正确;C.反应的活化能越大,反应速率越慢,由图可知,Rh催化作用下,反应的活化能大于Rh/Mn催化作用下,所以羟基乙醛的生成速率小于Rh/Mn催化作用下,故C错误;D.由图可知,生成羟基乙醛的反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,羟基乙醛的浓度减小,故D错误。
2.(2024·黑吉辽卷)异山梨醇是一种由生物制备的高附加值化学品;150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(　　)
A.3 h时,反应②正、逆反应速
率相等
B.该温度下的平衡常数:①>②
C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=
0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
A
解析　3 h时异山梨醇的浓度仍在增大,1,4-失水山梨醇的浓度仍在减小,说明此刻反应②未达到平衡状态,即正、逆反应速率不相等,A错误;由题图可知,3 h时山梨醇的浓度已为0,副产物的浓度不变,说明反应①、③均是不可逆反应,15 h后异山梨醇的浓度不再变化,1,4-失水山梨醇的浓度大于0,说明反应②是可逆反应,则该温度下的平衡常数:①>②,B正确;0~3 h内平均速率v(异山梨醇)== 0.014 mol·kg-1·h-1,C正确;反应②使用催化剂能加快反应速率,缩短达到化学平衡状态的时间,但是催化剂对化学平衡移动无影响,故加入催化剂不改变其平衡转化率,D正确。
（2018年全国卷高考题）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
劣于
积碳反应:CH4(g)===C(s)+2H2(g) 消碳反应:CO2(g)+C(s)===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) +75 +172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
由上表判断,催化剂X　　　(填“优于”或“劣于”)Y,理由是 。
催化剂X较催化剂Y,
积碳反应时,活化能低,反应速率大,消碳反应时,活化能高,反应速率小,综合考虑,催化剂X较催化剂Y更利于积碳反应,不利于消碳反应,会降低催化剂活性

展开更多......

收起↑