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2025—2026学年高三年级 化学 导学提纲
主编：顾治国 副主编：张杰 审核人：张杰 使用时间：2025年12月18日 编号：38 姓名： 层次：
本节标题：催化剂与反应机理
【教学目标】 1、会判断催化剂和中间产物
2、结合碰撞理论，了解催化剂工作原理
3、了解催化剂与活化能、温度、自身表面积、反应热、转化率的关系
4、了解催化剂的选择性，会利用选择性解释一些工业流程中的问题
【联系高考】以陌生反应为载体，以反应历程图、物质转化图、数据表格以及直接叙述的方式给出信息，以选择题或填空题形式考查催化剂及活化能的相关知识。是高频考点，分值高、难度大、得分率低。
【重点难点】催化剂与中间产物的判断，利用催化剂与活化能、温度、自身表面积或孔径、反应热、转化率的关系以及选择性解释一些工业流程中的问题
【导学流程】
【基础感知】
催化剂和中间产物的判断
一般来说，和反应物一起加入，过程中又生成的物质即为催化剂；反应中间生成，随后又消耗的物质为中间产物。
例1.二氧化碳甲烷化对缓解能源危机意义重大，二氧化碳在催化剂的作用下与氢气作用制备甲烷的反应机理如下图所示。下列说法错误的是
A．Ni和是该反应的催化剂
B．的过程为放热过程
C．催化剂不能改变该反应的总体热效应
D．该反应的总反应方程式为
例2．乙烯作为还原剂的脱硝()机理如图所示。下列说法不正确的是
A．是反应的中间体，Cu+为催化剂
B．过程I未发生氧化还原反应
C．脱硝总反应：
D．反应中有非极性键的形成，没有非极性键的断裂
二．常见催化剂性质及应用
（1）催化剂的特性：选择性（是指给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应情况下，催化剂可以大幅度提高目标产物在最终产物中的比率，酶的选择性极高）。
（2）选择反应温度依据之一：在选择某反应的温度时，首先应考虑催化剂的活性温度，以便最大限度地发挥催化剂的作用。
（3）催化剂中毒：由于某些物质（反应原料中带入的杂质、催化剂自身的某些杂质、反应产物或副产物）的作用而使催化活性衰退或丧失的现象。
（4）催化剂影响速率不影响化学平衡：对于可逆反应，催化剂同等程度地改变正逆反应速率，因而不能改变反应物的转化率，但可缩短反应达到化学平衡的时间。
（5）周期表中催化剂寻找区域：过渡元素区。
中学中常用的催化剂：酶是蛋白质，也是催化剂。二氧化锰（H2O2分解、KClO3分解）、五氧化二钒（SO2催化氧化为SO3）、铁触媒（工业合成氨）、铂铑催化剂（氨的催化氧化）、Ni（烯炔苯催化加氢）、Cu、Ag（醇催化氧化），浓硫酸（酯化反应、醇的消去与成醚）、稀硫酸（酯或淀粉的水解）。
（6）教材研究催化剂的三个实验：①一个反应的催化剂可能有多种。如过氧化氢溶液分解的催化剂，除了二氧化锰之外，还可以用FeCl3、CuSO4溶液。②高锰酸钾与草酸反应，生成的Mn2+是该反应的催化剂，褪色速率会突然加快，是易被忽视的自催化反应。③淀粉水解实验，酶的催化条件温和而高效。
三、催化剂、催化原理、活化能之间的关系：
催化剂原理：改变反应路径，使反应所需的活化能降低；
反应过程中的最大能垒既是该反应的活化能，此步反应也是反应中的决速步骤。活化能高，反应的难度大，反应速率慢。
2．三种教材三种图:
鲁科版 人教版 苏教版
3．催化剂与活化能
(1)催化剂的催化机理：催化剂参与化学反应，生成能量更低的中间产物，降低了达到过渡态所需要的活化能，使反应易于发生，速率加快。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。
(2)催化剂能降低反应所需活化能，化学反应速率加快，但不影响焓变 H的大小，不影响平衡。
(3)催化反应一般过程(简化的过程)：
①反应物扩散到催化剂表面；
②反应物被吸附在催化剂表面；
③被吸附的反应物发生化学反应生成产物；
④产物的解吸。
【深入学习】
1．某种含二价铜微粒的催化剂可用于汽车尾气脱硝。催化机理如图甲，反应历程如图乙。下列说法正确的是
A．可加快脱硝速率，提高脱硝的平衡转化率
B．状态③到状态④的变化过程为图示反应的决速步骤
C．升高温度，脱硝反应的正反应速率的增大程度大于其逆反应速率的增大程度
D．当有消耗时，状态④到状态⑤的变化过程中转移的电子为
2．反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是我国科学家2021年发布的由CO2人工合成淀粉中的重要反应之一。CO2与H2制备甲醇在有、无催化剂条件下的反应机理和相对能量的变化如图所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注，TS为过渡态)，下列说法正确的是
A．升高温度，CO2与H2制备甲醇的反应v(正)比v(逆)增大的更快
B．催化剂可使反应历程中决速步骤活化能降低0.20eV
C．加压、降温对制备甲醇有利，因此应该在高压、低温下进行上述反应
D．CO2与H2制备甲醇反应往往伴随副反应，选择合适的催化剂可提高甲醇反应的选择性
3．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，其反应中相关物质的相对能量如图所示。下列说法错误的是
A．无催化剂时，温度升高，生成甲醛的正反应速率增大的程度比逆反应速率增大程度大
B．无催化剂时，生成比生成甲醛的活化能小
C．该条件下比的稳定性强 D．加入该催化剂不能改变反应的焓变
4．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
第二步：FeO*+CO=Fe*+CO2
其相对能量与反应历程如下图所示，下列说法不正确的是
A．总反应是放热反应，化学方程式为CO+N2OCO2+N2
B．在反应过程中，有极性键和非极性键的断裂和生成
C．总反应的反应速率由第一步反应决定 D．Fe*为反应的催化剂，FeO*为中间产物
5．CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-，其离子方程式为 ；其他条件不变，HCO3-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图-1所示。反应温度在40℃~80℃范围内，HCO3-催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是 。
(2) HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。
①电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A为_________(填化学式)。
②图-2所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________。
(3) HCOOH催化释氢。在催化剂作用下， HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图-3所示。
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成__________(填化学式)。
②研究发现：其他条件不变时，以 HCOOK溶液代替 HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是_______________。
【我有问题要问】：1.
2.
3.催化剂习题巩固课
1．（2022·辽宁·高考真题）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：。回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下_______(填“能”或“不能”)自发。
(2)_______温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，_______温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案一：双温-双控-双催化剂。使用双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为时，的温度为，而的温度为)。
下列说法正确的是_______。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
(4)方案二：复合催化剂。
下列说法正确的是_______。
a．时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为：，根据表中数据，_______；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为_______。
a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率
9．（2022·重庆一中）含氮污染物的有效去除和资源的充分利用是重要研究课题，回答下列问题：
(1)利用工业尾气与反应制备新型硝化剂，过程中涉及以下反应：
Ⅰ. 平衡常数
Ⅱ. 平衡常数
Ⅲ. 平衡常数
平衡常数K与温度T的函数关系为，，，其中x，y、z为常数，则反应I的活化能Ea(正)_______Ea(逆)(填“>”或“<”)，的数值范围是_______。
A．<-2 B．-2~0 C．0~2 D．>2
(2)与作用分别生成、NO、的反应均为放热反应。工业尾气中的可通过催化氧化为的选择性与温度的关系如图所示。
①其他条件不变，在175~300℃范围内升高温度，出口处氮氧化物的量_______(填“增大”或“减小”)，的平衡转化率_______(填“增大”或“减小”)。
②根据上图的实验结果可知，需研发_______(填“高温”或“低温”)下的选择性更高的催化剂，能更有效除去尾气中的。
(3)在催化剂条件下发生反应：可消除NO和CO对环境的污染。为探究温度对该反应的影响，实验初始时体系中气体分压且，测得反应体系中CO和的分压随时间变化情况如表所示。
时间/min 0 30 60 120 180
200℃ 物质a的分压/kPa 4 8.8 13 20 20
物质b的分压/kPa 48 45.6 43.5 40 40
300℃ 物质a的分压/kPa 100 69.0 48 48 48
物质b的分压/kPa 10 25.5 36 36 36
该反应的_______0(填“>”或“<”)，物质a为_______(填“CO”或“”)，200℃该反应的化学平衡常数_______。
1．（2022·河北石家庄）研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
(1)减少碳排放的方法有很多，转化成有机化合物可有效实现碳循环，如下反应：
a.
b.
c.
上述反应中原子利用率最高的是_______(填编号)。
(2)在固体催化表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：
主反应：
副反应：
①已知，则燃烧的热化学方程式_______。
②加氢合成甲烷时，通常控制温度为左右，其可能的原因是_______。
(3)在一定条件下，向某恒容密闭容器中充入和，发生反应。
①温度及分子筛膜(用分子筛膜代替容器器壁，该膜只允许极性分子通过)对甲醇平衡产率的影响如图1所示：则_______0(填“>”、“<”或“=”)；其他条件不变，甲醇的平衡产率总是高于没有分子筛膜，其原因是_______。
②测得在相同时间内，不同温度下的转化率如图2所示，_______(填“>”、“<”或“=”)；时，若起始压强为，计算_______(为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
③已知速率方程，、是速率常数，只受温度影响。图3表示速率常数的对数、与温度的倒数之间的关系，A、B、D、E分别代表图2中a点、c点的速率常数，则点_______表示c点的。
(4)东南大学王金兰课题组提出合成氨的“表面氢化机理”如图所示，在较低的电压下实现氮气的还原合成氨。
已知：第一步：*H+＋e- = *H(快)(吸附在催化剂表而的物种用＊表示)；
第二步：N2＋2＊H =中间体(吸附在催化剂表面)(慢)；
第三步：___________ (快)(写出第三步的方程式)。其中，第二步为决速步，原因是___________。该法较传统工业合成氨法，具有能耗小、环境友好的优点。
催化剂习题巩固课答案
主编：顾治国 副主编：张杰 审核人：张杰 使用时间：2022年11月 25 日 编号：51 姓名：
1．(1)能 (2) 高 低 (3)ab (4)a (5) -1 a
【解析】（1）
，则 G= H-T S=(-92.4+0.2×273) kJ mol-1=-37.8 kJ mol-１＜0，所以合成氨反应在常温下能自发进行。答案为：能；
（2）温度越高，反应速率越快，所以高温有利于提高反应速率；因为正反应为放热反应，所以低温有利于提高平衡转化率。答案为：高；低；
（3）a．因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a正确；
b．温度升高，反应速率加快，所以在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b正确；
c．合成氨反应的正反应为放热反应，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c不正确；
d．温度升高，可提高合成氨反应的速率，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨反应速率，d不正确；故选ab。答案为：ab；
（4）a．从图中可以看出，时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高，a正确；
b．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，所以同温同压下，复合催化剂不能提高氨的平衡产率，b不正确；
c．虽然图中显示温度高反应速率快，但温度高到一定程度后，复合催化剂活性就可能不变或变低，c不正确；故选a。答案为：a；
（5）选择实验1和3进行分析，此时 ，则γ=-1；
a．在合成氨过程中，需要不断分离出氨，有利于平衡正向移动，a正确；
b．氨是在该催化剂的催化作用下生成，不会使催化剂中毒，b不正确；
c．分离出氨，并没有增大反应物的浓度，所以不会提高正反应速率，c不正确；
故选a。答案为：-1；a；
2．(1) < C
(2) 增大 减小 低温
(3) < CO 1.6
(4) 96.5
【详解】（1）反应I的平衡常数K1和T关系为lnK1=x+，随着T增大，K1减小，则反应I为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，则活化能Ea(正)＜Ea(负)；同理可知，反应II和反应III也是放热反应，则ΔH1＜0，ΔH2＜0，ΔH3＜0，由于反应I=2×反应II-反应II，所以ΔH1=2ΔH2-ΔH3＜0，则0＜＜2，故答案为：＜；C；
（2）①其他条件不变，在175～300℃范围内升高温度，NH3的转化率升高，N2的选择性下降，则出口处氮氧化物的量增大；NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的平衡转化率减小，故答案为：增大；减小；
②如图所示，低温下，N2的选择性较高，故研发低温下N2的选择性高的催化剂，能更有效除去尾气中的NH3，故答案为：低温；
（3）同温同体积时，气体的压强与其物质的量成正比，200℃的温度下，120min时反应达到平衡，Δp(a)=16kPa，Δp(b)=8kPa，则═2，则物质a为CO，物质b为N2；200℃的温度下，p始(NO)=p始(CO)=4kPa，p始(N2)=48kPa，p始(CO2)=2p始(N2)=96kPa，由于Δn(NO)=Δn(CO)=2Δn(N2)=Δn(CO2)，所以Δp(NO)=Δp(CO)=2Δp(N2)=Δp(CO2)，即p平(NO)=p平(CO)=20kPa，p平(N2)=40kPa，p平(CO2)=80kPa，Kp(200℃)═=1.6，同理：300℃的温度下，p始(NO)=p始(CO)=100kPa，p始(N2)=10kPa，p始(CO2)=2 p始(N2)=20kPa，Δp(NO)=Δp(CO)=Δp(CO2)=52kPa，p平(NO)=p平(CO)=48kPa，p平(N2)=36kPa，p平(CO2)=72kPa，，Kp(300℃)═，Kp(300℃)＜Kp(200℃)，即温度升高，Kp减小，则该反应为放热反应，ΔH＜0，故答案为：＜；CO；1.6；
3．(1)b
(2) 催化剂活性最高或温度较低反应速率较小，温度较高副反应平衡右移，副产物增多
(3) < 有分子筛膜时能及时分离出产物，上述平衡正向移动，甲醇的平衡产率增大 < 0.5 B
(4) *N2H2+4H++4e-=2NH3 N2与*H反应过程中N≡N键断裂需要较高的能量催化剂知识清单
1.基元反应、过渡态理论及活化能
(1)基元反应：研究发现，大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成，往往要经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为基元反应。
(2)过渡态理论：过渡态理论认为，反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。这与爬山类似，山的最高点便是过渡态。
3.催化剂与活化能
(1)催化剂的催化机理：催化剂参与化学反应，生成能量更低的中间产物，降低了达到过渡态所需要的活化能，使反应易于发生，速率加快。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。
（2）催化剂能降低反应所需活化能，化学反应速率加快，但不影响焓变 H的大小，不影响平衡。
4.催化剂和中间产物的判断
一般来说，和反应物一起加入，过程中又生成的物质即为催化剂；反应中间生成，随后又消耗的物质为中间产物。
5.温度、自身表面积、孔径对催化剂的影响；
温度：催化剂受温度影响很大，某一催化剂只有在某个温度范围内才有较高的活性，温度过低或过高均会引起催化剂活性大大降低。应用：某催化反应在相同时间段内的反应速率随温度升高先升高后降低的原因解释。
催化剂自身表面积：增大催化剂自身表面积可增大催化剂与反应物的接触面积，加快反应速率。
催化剂孔径：选择合适孔径的催化剂能提高某一产物的选择性。
6．催化剂对平衡、反应热、产率、转化率的影响
催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，加快了反应速率，只能缩短达到化学平衡所需时间，但不能引起平衡移动，不能改变转化率和产率，也不能改变反应的反应热。
7.催化剂中毒
催化剂中毒指的是反应混合物中的一些杂质气体或微粒导致催化剂失去活性的现象。所以反应混合气在通过催化剂前必须先净化，以防催化剂中毒。
8．催化剂的选择性
指在同一反应物能发生多种反应的反应系统中，同一催化剂促进不同反应的程度的大小不同。如乙醇在高温时可脱氢转变成乙醛，亦可脱水转变成乙烯；银催化剂能大大促进前一反应进行， 而氧化铝催化剂则大大促进后一反应进行。乙醇在高温时发生的反应有如下两个反应：
CH3CH2OH→CH3CHO+H2 CH3CH2OH→CH3CHO+H2
乙醛的选择性==

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