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《化学反应原理》微专题系列讲座
催化剂化学反应的影响
【基础知识与方法】
一、在化学反应里能改变反应物化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂（固体催化剂也叫触媒）。
二、在一个总的化学反应中，催化剂的作用是降低该反应发生所需要的活化能，
对正逆反应的活化能降低的数量相同。
如：把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应，这是催化剂得以提高反应速率的原因。
在这两个反应中，第一个反应中催化剂扮演反应物的角色，第二个反应中催化剂扮演生成物的角色，所以说从总的反应方程式上来看，催化剂在反应前后没有变化。
三、催化剂不能影响一个反应的热力学平衡，只能改变到达平衡的速率
催化剂同等程度的改变了正逆反应速率。
催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数），当然也不会影响反应平衡转化率。但由于反应速率的加快会影响化学反应的（非平衡）转化率。
四、催化剂对反应具有选择性，当反应可能有一个以上不同方向时，催化剂仅加速其中一种，促进反应速率和选择性是统一的。
五、存在在竞争反应的体系中，使用催化剂可以提高物质的产率。
首先是催化剂有选择性和专一性，选择一种合适的催化剂，只催化主反应，而对副反应不起作用，从而加快主反应的反应速率，减少了副反应，提高了主反应中产物的产率。
六、不同的催化剂、催化剂的用量、表面积、温度等都会影响催化效果。
【微专题训练】
一、单选题
1．关于催化剂的叙述，正确的是(　　)
A．催化剂在化学反应前后性质不变
B．催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应
C．使用催化剂可以改变反应达到平衡的时间
D．催化剂可以提高反应物的转化率
2．下列说法正确的是
A．自发反应在任何条件下都能实现
B．化学反应不一定都有能量变化
C．升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率一定增大
D．一般使用催化剂可以降低反应的活化能，增大活化分子百分数，从而提高反应物的转化率
3．工业上用CO生产甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) △H=akJ/mol.图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积固定为1L的密闭容器中加入2molH2和一定量的CO(g)后，CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化图..下列叙述错误的是( )21*教*育*名*师
A. CO和H2合成CH3OH的反应：△H<0，△S<0
B. 保持温度不变，再充入1molCO和2molH2，反应达到新平衡时n(CH3OH)/n(CO)减小
C. 图1中曲线b可表示使用了催化剂的能量变化情况
D. 图3中曲线可表示在不同压强P1.P2(P14．已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)。下列说法不正确的是(双选)(　　)
A．使用催化剂可以改变反应的ΔH
B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C．使用催化剂能提高CO的反应速率和转化率
D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡
5．2007年诺贝尔化学奖得主——德国科学家格哈德·埃特尔对有关一氧化碳在金属铂表面的氧化过程的研究催生了汽车尾气净化装置。净化装置中的催化转化器可将CO、NO、NO2等转化为无害的物质。下列有关说法不正确的是(　　)
A．催化转化器中的铂催化剂可加快CO的氧化
B．铂表面做成蜂窝状更有利于提高催化效果
C．在铂催化下，NO、NO2可被CO还原成N2
D．使用铂催化剂，可以提高碳氢化合物被氧化的转化率
6．使用催化剂能加快反应速率的主要原因是(　　)
A．活化分子能量明显增加
B．降低活化分子的能量
C．增加活化分子百分数
D．增加反应活化能
7．美国科学家理查德·赫克（Richard F, Heck）和日本科学家根岸英一(Ei-ichi Negishi) 、铃木章(Akira Suzuki)因在有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究获诺贝尔化学奖。这一成果广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域，为化学家们提供“精致工具”，大大提升合成复杂化学物质的可能性。下列有关催化剂的表述错误的是【21cnj*y.co*m】
A．催化剂是改变化学反应速率最有效的手段之一
B．催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化
C．同一反应可以有不同的催化剂，同一催化剂也可用于不同的反应
D．上图中b表示使用催化剂的情况，a表示无催化剂的情况
8．对可逆反应：2A(g) + B(s) 3C(s) + 2D(g)；ΔH﹤0 下图所示为正逆反应速率（v）与时间（t）关系的示意图，如果在t1时刻改变以下条件：①升温； ②加入催化剂；
③加入A；④加压；⑤减少C，
符合图示的条件是 （ ）
A．②④ B．①②
C．③④ D．④⑤
9．右图表示反应的正反应速率随时间的变化情况，由此曲线判断下列说法中，可能正确的是（　　）

A．t1时减小了N2的浓度，增加了NH3的浓度
B．t2时降低了温度，平衡向正反应方向移动
C．t1时可能使用了催化剂
D．t1到t2时段内，逆反应速率增大
10．为了研究在温度对苯催化加氢的影响，以检验新型镍催化剂的性能。采用相同的微型反应装置，压强为0.78Mpa，氢气、苯的物质的量之比为6.5:1。定时取样分离出氢气后，分析成分得如下表结果：
温度/℃
85
95
100
110~240
280
300
340
质量分数（%）
苯
96.05
91.55
80.85
0
23.35
36.90
72.37
环己烷
3.95
8.45
19.15
100
76.65
63.10
27.63
下列说法错误的是
A．当温度超过280℃，苯的转化率迅速下降，可能是因为该反应为吸热的可逆反应
B．在110~240℃苯的转化率为100%。说明该镍催化剂活性较高，能够在较宽的温度范围内催化而且不发生副反应
C．增大压强与提高氢气、苯的物质的量比都有利于提高苯的转化率
D．由表中数据来看，随着反应温度的升高，苯的转化率先升高后降低
11．碳酸二甲酯(DMC）是一种无毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料．在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯：CO2+2CH3OH→CO(OCH3）2 + H2O 。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究催化剂用量分别对转化数（TON ） 的影响来评价催化剂的催化效果．计算公式为TON＝转化的甲醇的物质的量／催化剂的物质的量．根据该研究小组的实验及催化剂用量TON的影响图，判断下列说法不正确的是【21教育名师】
A．由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯，可以利用价廉易得的甲醇把影响环境的温室气体CO2转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
B．在反应体系中添加合适的吸水剂，将提高该反应的TON
C．当催化剂用量为1.2×10-5mol时，该反应的TON 达到最高点
D．当催化剂用量高于1.2×10-5mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率逐渐降低
12．一定条件下，用 Fe2O3、 NiO 或 Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使 SO2转化生成为 S。催化剂不同，相同其他条件(浓度、温度、压强)情况下， 相同时间内 SO2 的转化率随反应温度的变化如下图:下列说法不正确的是( )
A. 不考虑催化剂价格因素，选择 Fe2O3 作催化剂可以节约能源
B. 相同其他条件下，选择 Cr2O3 作催化剂， SO2 的平衡转化率最小
C. a 点后 SO2 的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
D. 选择 Fe2O3 作催化剂，最适宜温度为 340～380℃温度范围
13．13．已知：2N2(g)+6H2O(g)4NH3(g)+3O2(g) △H=+Q kJ·mol，下图为该反应在不同初始浓度的N2和不同催化剂I、Ⅱ作用下（其他条 件相同），体积为2L的密闭容器中n(NH3)随反应时间的变化曲线，下列说法正确的是
A. 0～6h内，催化剂I的催化效果比催化剂Ⅱ的好
B. a点时，催化剂I、Ⅱ作用下N2的转化率相等
C. 0～5h内，在催化剂I的作用下，O2的反应速率为0.12mol/(L·h)
D. 0～12h内，催化剂Ⅱ作用下反应吸收的热量比催化剂I的多
14．某一化学反应在不同条件下的能量变化曲线如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．化学催化比酶催化的效果好
B．使用不同催化剂可以改变反应的热效应
C．使用不同催化剂可以改变反应的能耗
D．反应物的总能量低于生成物的总能量
二、选择题
15．可逆反应mA（g）+nB（g） pC（g）+ gD（g）的v-t图象如下图甲，若其他条件都不变，只是在反应前加入合适的催化剂，则其v-t图象如下图乙。
①a1=a2 ②a1t2 ⑥t1=t2
⑦两图中阴影部分面积相等 ⑧乙图阴影部分面积更大
以上正确的为 (　 )
A．②④⑤⑦ B．①④⑥⑧ C．②③⑤ D．①③⑥⑦
16．某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是
A．反应过程a有催化剂参与
B．该反应为吸热反应，热效应等于ΔH
C．改变催化剂，可改变该反应的活化能
D．有催化剂条件下，反应的活化能等于E1＋E2
三、多选题
四、填空题
17．丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等，回答下列问题：
（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：
①C3H6(g)+NH3(g)+ 3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515kJ/mol
①C3H6(g)+ O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) ΔH=-353kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。
（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460℃。低于460℃时，丙烯腈的产率________（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是________；高于460℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________（双选，填标号）
A．催化剂活性降低
B．平衡常数变大
C．副反应增多
D．反应活化能增大
（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为，理由是_______________。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为________。
18．（12分）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂（I,II,III）作用下，CH4产量随光照时间的变化如图所示。
（1）在0-15小时内，CH4的平均生成速率 vⅠ、vⅡ和v Ⅲ 从大到小的顺序为 ；
反应开始后的30小时内，在第 种催化剂的作用下，收集的CH4最多。
（2）将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，该反应的△H=+206 kJ?mol-1www-2-1-cnjy-com
①在答题卡的坐标图中，画出反应过程中体系的能量变化图（进行必要的标注）
②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）。
（3）已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　H= -890kJ·mol-1，现有甲烷和一氧化碳的混合气体共0.75mol，完全燃烧后生成气态二氧化碳和18g液态水，并放出515kJ热量，请写出一氧化碳燃烧的热化学方程式__________________ 。
19．碳酸二甲酯(DMC)是一种近年来受到广泛关注的环保型绿色化工产品。在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：CO2＋2CH3OH―→CO(OCH3)2＋H2O，但甲醇转化率通常不会超过1%是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。
计算公式为TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。
（1）已知25 ℃时，甲醇和DMC的标准燃烧热分别为ΔH1和ΔH2，则上述反应在25 ℃时的焓变ΔH3＝________。
（2）根据反应温度对TON的影响图(图1)判断该反应的焓变ΔH____0(填“＞”、“＝”或“＜”)，理由是_________。
（3）根据反应时间对TON的影响图(图2)，已知溶液总体积 10 mL，反应起始时甲醇0.25 mol，催化剂0.6×10－5 mol，计算该温度下，4～7 h内DMC的平均反应速率：________；计算10 h时，甲醇的转化率：________。
（4）根据该研究小组的实验及催化剂用量TON的影响图(图3)，判断下列说法正确的是________。
a．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用价廉易得的甲醇把影响环境的温室气体CO2转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
b．在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON
c．当催化剂用量低于1.2×10－5 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高
d．当催化剂用量高于1.2×10－5 mol时，随着催化剂用量的增加，DMC的产率反而急剧下降
20．催化剂是化工技术的核心，绝大多数的化工生产均需采用催化工艺。
⑴人们常用催化剂来选择反应进行的方向。如图所示为一定条件下1mol CH3OH与O2发生反应时，生成CO、CO2或HCHO的能量变化图[反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去]。
①在有催化剂作用下，CH3OH与O2反应主要生成 （填“CO、CO2或HCHO”）。
②2HCHO(g)＋O2(g)=2CO(g)＋2H2O(g) △H= 。
③在稀硫酸催化下，HCHO可以通过反应生成分子式为C3H6O3的环状三聚甲醛分子，其分子中同种原子的化学环境均相同。写出三聚甲醛的结构简式： 。
④甲醇制取甲醛可用Ag作催化剂，含有AgCl会影响Ag催化剂的活性，用氨水可以溶解除去其中的AgCl，写出该反应的离子方程式： 。
⑵一种以铜作催化剂脱硫有如下两个过程：
①在铜的作用下完成工业尾气中SO2的部分催化氧化，所发生反应为：
2SO2＋2n Cu＋(n＋1)O2＋(2－2 n) H2O=2n CuSO4＋(2－2n) H2SO421-cnjy*com
从环境保护的角度看，催化脱硫的意义为 ；每吸收标准状况下11.2L SO2，被SO2还原的O2的质量为 g。
②利用下图所示电化学装置吸收另一部分SO2，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的离子方程式 。
五、综合题
21．工业上利用CO2和H2催化氢化可以制取甲烷。
（1）已知 ①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O（l） ΔH= -890 kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH= -572 kJ·mol-1
③H2O(l)=H2O(g) ΔH= +44 kJ·mol-1
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1
据此，a=_________；升高温度，该反应的v(逆)_____（填“增大”或“减小”）。
（2）在一定压强、不同温度下，两种催化剂分别催化CO2加氢甲烷化反应2h的结果如图1所示（一定温度下仅改变催化剂，其他条件不变）：a、b-催化剂I； c、d-催化剂II。甲烷化选择性：指含碳产物中甲烷的物质的量分数。请据图1分析：
①催化剂I实验，400 ℃~450℃时CO2转化率下降的原因可能为___________(写1条)。
②催化剂II实验，检测密闭容器中产物发现，温度升高甲烷的选择性下降是发生了：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＞0。若保持温度不变，提高甲烷化选择性可以采取的措施：______________（写2条）。
（3）下列与甲烷化反应有关的描述中，正确的是______：
A.单位时间内断裂1molC=O键的同时断裂1molC-H，说明该反应已达平衡
B.照上述反应使用催化剂，其Ⅰ的活化能比Ⅱ的活化能大
C.在绝热的密闭容器中进行时，当容器中温度不变时说明达到平衡
D.催化剂Ⅰ下，300-450℃内，选择性保持不变的主要原因是其它副反应的速率很慢
（4）催化剂I实验， 400℃时，向2L固定体积的密闭容器中通入1mol CO2和4mol H2，CH4物质的量随时间的变化趋势如图2时所示，则2h内H2平均反应速率为____________；平衡常数K=____________。若其他条件不变，反应在恒压条件下进行，请在图2中画出反应体系中n(CH4)随时间t变化的趋势图____________________。
22．2016杭州G20峰会期间，中美两国共同交存参加《巴黎协定》法律文书，展示了应对全球性问题的雄心和决心。其中燃煤、汽车、工业尾气排放等途径产生的CO、NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。请根据题目提供信息回答相关问题。
Ⅰ．已知： N2(g) + O2(g) ＝ 2NO(g) ?H = + 180.5 kJ·mol-1
2C(s) + O2(g) ＝2CO(g) ?H = - 221.0 kJ·mol-1
C(s) + O2(g) ＝CO2(g) ?H = - 393.5 kJ·mol-1
（1）汽车尾气转化器中发生的反应为：2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)，此反应的?H =____；
（2）汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想选择合适的催化剂按下列反应除去CO：2CO(g) ＝2C(s) + O2(g)，则该反应能否自发进行并说明理由：__________________。21教育网
Ⅱ．已知：用NH3催化还原NOx时包含以下反应。
反应①：4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) ?H1 < 0
反应②：4NH3(g) + 6NO2(g) 5N2(g) + 3O2(g) + 6H2O(l) ?H2 > 0
反应③：2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) ?H3 < 0
（3）为探究温度及不同催化剂对反应①的影响，分别在不同温度、不同催化剂下，保持其它初始条件不变重复实验，在相同时间内测得N2浓度变化情况如下图所示。下列说法正确的是__________________ 。
A．在催化剂甲的作用下反应的平衡常数比催化剂乙时大
B．反应在N点达到平衡，此后N2浓度减小的原因可能是温度升高，平衡向左移动
C．M点后N2浓度减小的原因可能是温度升高发生了副反应
D．M点后N2浓度减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
（4）图中虚线为反应③在使用催化剂条件下，起始O2、NO投料比和NO平衡转化率的关系图。当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下，起始O2、NO投料比和NO平衡转化率的关系示意图。__________________

（5）由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，请写出石墨Ⅱ极的电极反应式：___________________ 。
23．NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：
反应I：4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H=―905.0 kJ·molˉ1
反应 II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H
（1）
化学键
H—O
O=O
N≡N
N—H
键能kJ·molˉ1
463
496
942
391
△H=__________________ 。
（2）在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应I，则下列有关叙述中正确的是__________________。
A．使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率
B．若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时，说明反应已达平衡
C．当容器内=1时，说明反应已达平衡
（3）氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1 mol NH3和2mol O2，测得有关物质的量关系如下图：
①该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”）。
②520℃时，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常数K=____________________________ (不要求得出计算结果，只需列出数字计算式）。【21·世纪·教育·网】
③有利于提高NH3转化为N2平衡转化率的措施有_______________。
A．使用催化剂Pt/Ru
B．使用催化剂Cu/TiO2
C．增大NH3和O2的初始投料比
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．降低反应温度
（4）采用氨水吸收烟气中的SO2，
①若氨水与SO2恰好完全反应生成正盐，则此时溶液呈_____性（填“酸”或“碱”）常温下弱电解质的电离平衡常数如下：氨水：Kb=1.8×10ˉ5mol·Lˉ1；H2SO3 ：Ka1=1.3×10ˉ2mol·Lˉ1，Ka2=6.3×10ˉ8mol·Lˉ1
②上述溶液中通入______气体可使溶液呈中性，（填“SO2”或NH3”）此时溶液离子浓度由大到小的顺序_________________________________。
24．NOx会引起光化学烟雾等环境问题，在催化剂存在条件下，以NH3或尿素将尾气中NOx
还原为N2的技术，即NH3或尿素-SCR技术，是去除NOx最为有效且应用最广的技术之一，其中最重要的催化剂体系是钒基催化剂。
（1）NH3去除尾气中的NOx，当v(NO)：v(NO2)=l:1时称为“快速SCR 反应”，该反应化学方程式为___________。
（2）不同钒含量的催化剂（V2O5/TiO2）添加WO3对NO去除率的影响如下图，从图中可以得出其它条件相同时添加WO3，对NO去除率的影响是_____（填“增大”、“减小”或“无影响”）。根据图中所示，随着温度升高NO去除率的变化趋势为_____，该变化趋势的一种可能原因是___________。
（3）在制备钒基催化剂时，添加的各种成型助剂中碱金属或碱土金属（如Na、K、Ca）能够使催化剂中毒（催化性能下降）, K、Ca的毒化作用与Na相似。下列适合做成型助剂有_____。
A.Li B.Mg C．酸性铝溶胶 D．酸性硅溶胶
请设计实验研究添加金属K对催化剂活性的影响（只需写出实验思路，不需要具体实验
操作）_____________。
（4）在NOx催化去除过程中，NH3储罐存在危险性，更多应用为尿素-SCR技术。在该技术过程中，发生如下两个反应：
① CO(NH2)2=NH3+HNCO
② HNCO(g)+H20(g)====NH3(g)+CO2(g)
在此过程中一分子尿素可以生成两分子NH3，因此尿素被视为是NH3的有效储存源。反应②的平衡常数表达式为_______。目前商用的尿素溶液浓度为32.5%（密度为1.05g/mL），常称为“Ad Blue ”。1L该商用尿素溶液发生“快速SCR反应”， 理论上最多可消除NO和NO2在标准状况下的体积为______L。
25．氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，还能形成酸雨、光化学烟雾等，烟气脱硝是国家环保发展的大趋势。
(1)C3H6可用于烟气脱硝。己知有如下反应：
N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ·mol-1
2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) △H =-4362 kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(l) △H =-44kJ·mol-1
①则2NO(g)+2C3H6(g)+8O2(g)=N2(g)+6CO2(g)+6H2O(g) △H =______ kJ·mol-1
②如图1为在其他条件一定时，研究该反应温度、催化剂中Ag负载量对NO转化率的影响。则最佳反应温度和Ag负载量分别是__________、______________。
(2)SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(l)△H <0其他条件相同，某2L密闭容器中分别投入2molNH3、2molNO、lmolO2，在甲、乙两种催化剂作用下，NO转化率与温度的关系如图2所示。21·cn·jy·com
①若在甲催化剂条件下，图中X点在该温度下的反应达到平衡，则此时的平衡常数为____________。
②下列叙述不正确的是___________
A.在催化剂甲作用下，图中Y点处（210℃) NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率。
B.在催化剂甲作用下，高于210℃时，NO转化率降低的原因可能是催化剂活性降低
C.300℃时，M点的NO平衡转化率高于Z点原因是乙催化剂催化效率高
D.其他条件不变，增加NH3的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动
(3)碱液吸收方法也是处理氮氧化物的常用方法，将氢氧化钠溶液脱硝得到的NaNO2、NaNO3的混合液和NaOH溶液分别加到图3所示的电解槽中进行电解可以进一步处理成无害物质N2排放。A室产生N2的电极反应式是__________。

26．甲醇是一种重要的有机化工原料，C02与H2在催化剂CZZA(普通铜基催化剂)作用下合成甲醇，相关反应如下：
反应Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1 = -49.2kJ·mol-121*cnjy*com
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
②H2O(g)=H2O(l) △H3 = -44.0kJ·mol-1
请回答：
（1）反应Ⅱ的△H2 =___________________kJ·mol-1。
（2）研究表明：在其他条件相同的情况下，将催化剂CZZA换成新型催化剂(CZZA/rGO)，可以显著提高甲醇的选择性，试用过渡态理论解释其原因：___________________。
（3）以CZZA/rGO为催化剂，在一定条件下，将物质的量之比为1:3(总量为a mol)的C02与H2通入恒容密闭容器中进行反应，CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率：转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如下图所示：

①在553K时，反应体系内甲醇的物质的量为___________________mol。
②随着温度的升高，C02的平衡转化率增加但甲醇的选择率降低，请分析其原因：__________________。21cnjy.com
（4）将CO2与H2按物质的量之比为1:3通入恒温恒容密闭容器中，控制条件，使其仅仅按反应Ⅰ进行，得到甲醇的体积分数与时间的关系如上图2所示。保持其它条件不变，t1时再向容器中加入一定量物质的量之比为1:3的CO2与H2混合气，t2时再次达到平衡，请在下图中画出t1～t3时间内甲醇体积分数随时间的变化曲线。__________________
（5）在催化剂作用下，以NaOH溶液为电解液，将甲烷气体通入石墨复合电极，电解产生甲醇。写出阳极反应的电极反应式___________________。
27．催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－53.7 kJ·mol－1　Ⅰ
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2　Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
T(K)
催化剂
CO2转化率(%)
甲醇选择性(%)
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6
【备注】Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·mol－1和－285.8 kJ·mol－1
②H2O(l)===H2O(g)　ΔH3＝44.0 kJ·mol－1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响)：
(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K＝________；反应Ⅱ的ΔH2＝________ kJ·mol－1。
(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有________。
A．使用催化剂Cat.1
B．使用催化剂Cat.2
C．降低反应温度
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．增大CO2和H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是______________________________________。2·1·c·n·j·y
(4)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－能量”示意图。___________________________【21教育】
28．甲醇是一种重要的有机原料，在催化剂的作用下，CO和H2反应可生成甲醇 (CH3OH) 和副产物CH4，反应如下：21·世纪*教育网
反应①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.0kJ/mol
反 应②CO(g)+3H2(g)CH4(g) + H2O(g) △H2
反应③ CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+ 4H2(g) △H3=+125.0 kJ/mol
反应④CO(g)+ H2O(g)CO2(g) + H2(g) △H4=-25.0 kJ /mol
K1、K2、K3、K4分别表示反应①、②、③、④的平衡常数。
回答下列问题：
（1）反应②的平衡常数的表达式为K2=______________，K2与K3和K4的关系为K2=______________，△H2=____________kJ/mol。2-1-c-n-j-y
（2）图1中能正确表示反应①的平衡常数(lgK1) 随温度变化的曲线为______________（填曲线字母），其判断理由为______________________________________________________________。
（3）恒温恒容的条件下，下列情况能说明反应①达到平衡状态的是__________________。
A.2v正 (H2)=v逆(CH3OH) B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均摩尔质量不再改变 D.混合气体的压强不再改变
（4）为探究不同催化剂对CO和H2生成CH3OH的选择性效果，某实验室控制CO和H2的初始投料比为1∶3进行实验，得到如下数据：
T/K
时间/min
催化剂种类
甲醇的含量(%)
450
10
CuO-ZnO
78
450
10
CuO-ZnO-ZrO2
88
450
10
ZnO-ZrO2
46
①由表1可知，反应①的最佳催化剂为______________，图2中a、b、c、d四点是该温度下CO平衡转化率的是_________________________________。
②有利于提高CO转化为CH3OH的平衡转化率的措施有_________________。
A.使用催化剂CuO-ZnO-ZrO2 B.适当降低反应温度
C.增大CO和H2的初始投料比 D.恒容下，再充入a molCO和3a mol H2
（5）已知1000℃，反应CO(g)+ H2O(g)CO2(g) + H2(g) K4=1.0。该温度下，在某时刻体系中CO、H2O、CO2、H2的浓度分别为3mol?L-1、1mol?L-1、4mol?L-1、2mol?L-1，则此时上述反应的v正(CO)_______v逆(CO) （填“＞”、“＜”或“=”）达到平衡时c(CO)=___________ mol?L-1。
29．乙二醇(沸点:197.3℃)是一种重要的基础化工原料。由煤基合成气(主要成分CO、H2)与氧气先制备得到草酸二甲酯(沸点：164.5℃)，再加氢间接合成乙二醇，具有反应条件温和、环境污染小等优点。反应过程如下:
反应I:4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g)4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 =a kJ·mol-1
反应II:2CO(g)+2CH3ONO(g)CH3OOCCOOCH3(l)?+?2NO(g) △H2=b kJ·mol-1
反应III:CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g)HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g)?△H3 =c kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)煤基合成气间接合成乙二醇的总热化学方程式是_____________________________，已知该反应在较低温条件下能自发进行。说明该反应的△H ______0(填“>”“<”或“=”)。
(2)CO、CH3ONO各0.4mol在恒温、容积恒定为2?L的密闭容器中发生反应II，达到平衡时CO的体积分数与NO的体积分数相等，计算该反应的化学平衡常数K=_____________。若此时向容器中再通入0.4?mol?NO,一段时间后，达到新平衡时NO?的体积分数与原平衡时相比______(填“增大”“相等”“减小”或“不能确定”)。
(3)温度改变对反应II的催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下:
空?时收率=CH3OOCCOOCH3质量/反应时间×催化剂的体积
CO的选择性=合成[CH3OOCCOOCH3所消耗的CO的物质的量/反应掉的CO?的物质的量]×100%
在不同温度下，某学习小组对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间th，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。
反应温度(℃)
空时收率(g·mL-1·h-1)
CO的选择性(%)
130
0.70
①72.5
140
0.75
②71.0
150
0.71
③55.6
160
0.66
④63.3
下列说法正确的是________(填字母代号)。
A.温度升高，空时收率先增大后减小，说明△H2>0
B.温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO?的选择性逐渐降低
C.综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成CH3OOCCOOCH3时，选择140℃效果最好
D.130℃时，CO的选择性最高，说明CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率最高
(4)120℃、常压时，CH3OOCCOOCH3?+4H2HOCH2CH2OH+2CH3OH?反应过程中的能量变化如图所示。画出180℃、常压时，加入催化剂，该反应过程中的能量变化图。________
(5)研究证实，乙二醇、氧气可以在碱性溶液中形成燃料电池，负极的电极反应式是________________。
30．近年来全国各地长期被雾霾笼罩，雾霾颗粒中汽车尾气占20%以上。已知汽车尾气中的主要污染物为NOx、CO、超细颗粒(PM2.5)等有害物质。目前，已研究出了多种消除汽车尾气污染的方法。根据下列示意图回答有关问题：
（1）汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图如下：
写出该反应的热化学方程式：_________________
（2）空燃比较易产生CO，有人提出可以设计反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)来消除CO的污染。判断该设想是否可行，并说出理由：_____________________。
（3）在汽车上安装三元催化转化器可实现反应：
(Ⅱ)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH <0 。若该反应在恒压的密闭容器中进行，则下列有关说法正确的是_______________
A．其他条件不变，增大催化剂与反应物的接触面积，能提高反应速率，使平衡常数增大
B．平衡时，其他条件不变，升高温度，逆反应速率增大，正反应速率减小
C．在恒温条件下，混合气体的密度不变时，反应达到化学平衡状态
D．平衡时，其他条件不变，增大NO的浓度，反应物的转化率都增大
（4）将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应(Ⅱ)，经过相同时间内测量逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。以下说法正确的是__________。
A．第②种催化剂比第①种催化剂脱氮率高
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．在该题条件下，两种催化剂分别适宜于55 ℃和75 ℃左右脱氮甲醇﹣空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如图甲，
该燃料电池的电池反应式为 2CH3OH（g）＋3O2（g）═2CO2（g）＋4H2O（l）
①负极的电极反应式为_______________，氧气从_______________（填b或c）口通入
②用该原电池电解AgNO3溶液，若Fe电极增重5.4g，则燃料电池在理论上消耗的氧气的体积为________mL（标准状况）
参考答案
1．C
2．C
3．B
4．AC
5．D
6．C
7．D
8．A
9．A
10．A
11．D
12．B
13．D
14．C
15．A
16．C
17．（1）两个反应均为放热量大的反应降低温度降低压强催化剂
（2）不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
（3）1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1：7.5：1
18．（共12分）
（1）vⅡ>vⅠ>vⅢ（2分） Ⅲ（2分）
（2）①（2分）图略，划出正确能量变化1分，标出反应热1分
②设开始时通入CO和H2(g) 的物质的量浓度分别为a
CH4 (g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
开始物质的量浓度（mol/L） a a 0 0
转化物质的量浓度（mol/L） 0.1 0.1 0.1 0.321世纪教育网
平衡物质的量浓度（mol/L） a-0.1 a-0.1 0.1 0.1 （2分）www.21-cn-jy.com
因为 K＝= = 27， 所以得a=0.11mol/L（1分）
CO的转化率==91%（1分）
（3）CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H＝―280kJ／mol （2分）
19．（1）2ΔH1－ΔH2 （3分）
（2）＜（1分）　经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应的正反应是放热反应，所以ΔH<0;
（3）1×10－3 mol·L－1·h－1（3分）　8.4×10－2%（3分）；（4）a、b（3分）。
20．
⑴①HCHO ②－470kJ·mol－1 ③
④AgCl＋2NH3·H2O=Ag(NH3)2＋＋Cl－＋2H2O或AgCl＋2NH3=Ag(NH3)2＋＋Cl－
⑵①防止酸雨的发生 8
②SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO42―＋Cu
21． －166 增大 可能是温度超过了催化剂最佳活化温度，催化剂活性下降反应速率减小，使 CO2减少转化率下降 [ 或：在2h时已达平衡，继续升温使放热反应平衡逆移，导致CO2转化率下降 改用催化剂I，增加压强；或同倍数增加CO2、H2浓度，控制温度在400℃左右 之间 CD 0.5mol·L-1·h-1 0.25L2· mol-2
22． －746.5 kJ·mol－1 否，该反应△H >0，△S <0 CD O2+4e-+ 2N2O5=4NO3-
23． △H=―1260kJ·molˉ1 A I E 碱 SO2 c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)
24． 2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O 增大 减小 低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，温度升高平衡逆向移动导致NO去除率下降；②低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，发生NH3的非选择性氧化NOx反应。③低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，催化剂活性下降。（其它合理答案均可） C、D 分别向催化剂中添加1%K、2%K，并控制与（3）题中相同实验条件下，然后测定不同温度下的NO去除率，绘制成图表。 [c(NH3)?c(CO2)]/[c(HNCO)?c(H2O)] 254.8
25． -4278.5 465℃左右 0.8% 128/3 CD 2NO2－+6e－+6H2O=8OH－+N2↑[或2NO3-＋10e－＋6H2O=12OH－＋N2↑]
26． 41.2 新型催化剂能将反应Ⅰ活化能降低更多，使反应物更容易生成甲醇 0.0315a 当温度升高时反应Ⅰ平衡逆向移动，而反应Ⅱ平衡正向移动且幅度更大，所以CO2的转化率增加，但甲醇的选择性却降低。 CH4 -2e- +2OH- =CH3OH+H2O
27． ＋41.2 CD 表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
28． c(CH4)?c(H2O)/[ c(CO)?c3 (H2)] K4/K3 -150.0 A 该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小，lgK减小 CD CuO-ZnO-ZrO2 cd BD < 3.5
29． 4CO(g)+8H2(g)+O2(g)2HOCH2CH2OH(l)+2H2O(g)?△H =(a+2b+2c)?kJ·mol-1 < 100 增大 C HOCH2CH2OH-10e-+14OH-==2CO32-+10H2O
30． N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH ＝+183 kJ·mol－1 不合理。该反应焓增、熵减，任何条件下都不能自发进行或该反应ΔH>0，ΔS<0，则ΔG>0 C C c 280 mL

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