小专题 高考题中的催化剂

1、化学.2019年高考二轮复习小专题高考题中的催化剂-秀出优秀的你在基于真实情境考査学生综合运用知识的能力的考试理念引导下,与化工生产关系密切的催化剂备受青睐,成了热门考点。从考査的知识看,主要从反应历程.活化能速率.平衡移动等角度考查催化剂对反应的影响。从试题形式上看,常常融合图象表格等信息呈现形式,考査学生吸收和整合陌生信息的能力。CbHisOb(旬甸糖)+rTI(z一&(果糖)2屮=UTT厂rM,CTJOrT?金107184361059.2x10"(310K)1AX1fF(SfBK_CH2Z一J2101UJ1361八1VIX)7.5x10*(793K)皿252H2O+02

2、过氧化一一氢酶75255.8x10*(298K)闷程;驚蔦鶯7论：催化剂对化学反应速率有怎样的影响？与其他因素相比.影催化剂是能加术夬化学反应速率鸭建翩前后本身的质量和化学性质不变的物质陽于催化剂的廈笔及化学性质在反应前后乐参），破应历程中必定既包括有催化剂鬲的反应，又包括使催化前再生成的反应。司见no通过参身歳込反应厉冠隆谥应褊化能来提高化靱应速率（如图2-3-9所示臭氧分解反应的历程）。需要注意的是咙切不彎变色咨予衡转化年。节下的化-反应速对化学反关系式是艮系式中转化率、平衡转化率与产率的关系co+no2co2+noi/=kc(NO2)增大CO的浓度，对反应速率和平衡各有什么影响？裹232

3、些化学反应的速率与参与反应的场质的浓度的关糸对于气体反应,在温度、体积一宗胎峯侣卞rr.o心亠蠶驚速率产生影响。对于只涉及液体和固体的琵鷲般变麒囂蔦眾题重现度会影响平衡转化率吗?温度会影响转化率吗?»W»wO%/«¥埜s=3、2013福建卷23.节选)4利用H2S废气高温热分解法制取氢气的反应为：屮H2Sfe)H2+1比妙在恒温密闭容器中，控制不同温度进行分解实验。以H2S起始浓度均为cmolL测定H2S的转化率,结果见右图。图中汶为HrS的说簷转$斋与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。据图计算9呂5C时

4、匪衽述反应分解的平衡，说明温度的升高，曲线b向曲线巾逼近的原因:温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短.2、2014年福建省1ft12.,硝酸生产中，50冗时，側和02可能发生如下反应：”®4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)-9072kJmol4£=1.1X1O26 4NH3(g)+4O2(g)2N2O(g)+6H2O(g)-1104.9kJ-mol'1=4.4X1028 4NH3(g)+302(g)=2N2(g)+6H2O(g)A/=-1269.02Wmol'1K=7.1X1034其中，、是副反应a若要减少副反应，提高NO閤产

5、笔最合理的措前是”A.减小压强B.降低温度C.增大02浓孑*使用合适的催化剂4.2016全国U卷27.(节选)“(1)以丙烯。氨、氧为原料，在催化剂存在下生成丙烯脂(c3h3n)和副产物丙烯醛(CHO)的热化学方程式如下；*®C3H6(g)+IMH3Cg)+-O2Cg)=C3H3N(0+3H2O(g)flW=-515kJmoH®C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2o(g)AH=-353kJ-moJ两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是;有利于提高丙烯睛平衡产率的反应条件是;提高丙烯牆反应选择性的关犍因素是(2)图Ca)为丙烯臍产率与反应温度的关系曲线，最高产率

6、对应的温度为460C。低于460时，丙烯脂的产率填“是"或“不是0对应温度下的平衡转化率，判断理由是?高于4和C时，丙烯膚产率降低的可能原因是(双选，填标号)1A.催化剂活性降低B.平衡常数变大心C.副反应增多D.反应活化能増大心ot/C影响产率的因素一般都有哪些?(_)催化剂与反应历程催化剂如何影响化学反应?有一个大家非常熟悉的例子：Cl!催化乙醇的氧化反应。2CU+Q2Cu()CH3CH2OH+CuO仝CH3CH()+Cu+H?0催化剂Cl!先参与反应后又重新生成,它经历了Cu->CuOtCu的变化历程。例1（2017年4月浙江选考,改编）用NaCK）3.H2O2和稀硫酸制

7、备ClO2o反应开始时加入少量盐酸,CIO?的生成速率大大提高（C1-对反应有催化作用）。该过程可能经两步反应完成,将其补充完整：（用离子方程式表示）；H2O2+C12=2C1-+O2+2H+o解析:第步中C12生成Cl,可知催化剂Cl-的变化历程是C1->C12TCl-,即Cl在第步中变成C12。由题给信息及氧化还原知识可知,氧化剂是C1O3,且CIO3-反应后生成CIO2。离子方程式:2C1O3+2Cl+4H+=2ClO2t+Cl2f+2H2Oo解决催化剂参与反应的反应历程问题,关键是要根据题给信息确定催化剂转化的中间产物。（二）催化剂与活化能.熔变催化剂通过降低反应的活化能而加快反

8、应速率。而且催化剂的性能越好,反应的活化能越低。例2(2016年浙江高考f节选)在Cu/ZnO催化剂存在下fCO?和H2可发生两个平行反应:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ICO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)II某实验室控制CO2fflH2初始投料比为1:2.2f在相同压强下,经过相同时间测得实验数据如表1所示。在图1中分别画出反应I在无催化剂.有Catl和有Cat2三种情况下T(K)催化剂CO2转化率()甲醇选择性(%)543Cat.l12.342.3543Cat.210.g72.7553Cat.l15.339.1553Cat.212.071.6反应

9、过程一能量"示意图。图2过程图1I1【备注】甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比。解析：据表1中的数据可以算出生成CH3OH的CO?占全部CO?的百分比。543K,Catl作用下是12.3%x42.3%-5.20%,Cat.2作用下是10.9%x72.7%=7.92%o所以Cat.2的催化选择性要好于Catl,即在Cat.2的作用下反应的活化能低。结果如图2所示。作图时还要注意,催化剂不能改变反应物、生成物的总能量,所以曲线的起点、终点应相能同。也正是这个原因,所以催化剂不能改变反量虫催化剂应的结果。反应过程（三）催化剂与反应速率.平衡移动催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡所需

10、时间。催化剂的活性越好,所需时间越短。但催化剂不能使化学平衡发生移动。4例3密闭容器中发生反应:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)AH<0o研究表明：在使用等质量同种催化剂时曾大催化剂比表面积可提高反应速率。某同学设计了表2所示的三组实验。请在图3画出三个实验中c(NO)随时间变化的趋势曲线,并标明实验编号。fc(NO)实验编号T/t初始c(NO)/(molIr1)初始c(CO)/(molL-1)比表面积/(m2gT)12801.20X10-35.80X10-382n2801.20X10-35.80X10-3124ID3501.20X10-35.80X10-3124&

11、#171;21Lr1rvii'/Iririi»【i1I1丄i111«1111ir*viiiI11h丄111ii1111111J1LXiviIi丿111L-U1l丄11ii11JrvitriIr*viiiii$1il丄iii1»1dfT1lr1iL.iiI11卜亠1I11ii扁丄丄呎1解析:先比较实验:实验I啲催化剂比表面积大,故实验II的反应速率大；因催化剂不影响平衡移动,故达到平衡后,实验I、II的c(NO)相同。再比较II、III:实验in的温度高f故实验in的反应速率大；因温度升高f平衡左移<故平衡时c(NO)较大。象如图4。0（四）温度与催化

12、剂活性催化剂具有一定范围的活化温度,过高或过低,都会导致催化剂的活性降低。如生物催化剂酶,对温度就非常敏感。例4(2017年天津,节选)HqS和SO?会对环境和人体健康带来极大的危害,工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放生物脱HqS的原理为H2S+Fe2(SO4)3=S；+2FeSO4+H2SO4硫杆菌4FeSOd+O7+2H7SOd2Fe2(SO4)3+2H2O硫杆菌存在时FeSO4被氧化的速率是无菌时的5xl()5倍，该囲的作用是o若反应温度过咼,反应速率下降，其原因解析：因为硫杆菌能显著加快反应速率,故它是反应的催化剂。当反应温度过高时,硫杆菌会因蛋白质变性而失去了催化性能,反应速率

13、明显下降。（五）催化剂的来源问题化学中有一类特殊反应，叫自催化反应,该类反应中的生成物对反应有催化作用。它的特点之一是开始反应速率很小.随着起催化作用的产物的积累速率迅速増大。例5(2010年江苏,改编)向三颈烧瓶中加入一定量的MHO?和水,搅拌,通入SO?和M混合气体,恒温下发生反应MnO2+H2SO3=MnSO4+H2Oo若将N?换成空气,测得c(Mn2+)、c(SO42-)随时间t的变化如图5所示。导致c(Mi>2+)、c(SO42-)变化产生明显差异的原因是:4321O(L二OUIMO解析：由图5可知,换成空气"发生了副反应O2+2H2SO3=2H2SO4o表示c（S（

14、V-）的曲线斜率逐渐増大,说明so/的生成速率逐渐増大。因反应物浓度、压强、温度、接触面积等维持不变,所以导致SC2的生成速率加快的因素应是催化剂，而且催化剂是某种生成物,应是Mn2+。所以答案是Mn2+对02和H2SO3的反应有催化作用。判断一个化学反应是否是自催化反应,先要排除温度、浓度、压强、接触面积等的影响,然后再分析是何种生成物具有催化作用。(六)催化剂、温度对平衡的综合影响例6NH3催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气脱氮技术：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)AH<0o密闭容器中,在相同时间内，在催化剂A作用下脱氮率随温度变化如图6所示。现改用催化能力稍弱的催化剂B进行实验,请在图6中画出在催化剂B作用下的脱氮率随温度变化的曲线(不考虑温度对催化剂活性的影响)。解析：先分析催化剂A作用下的脱氮率为什么会先増大后减小。低于30(rc时，温度趣高,反应速率趣快,相同时间内消耗的NO趣多,所以脱氮率增大。高于300C时，因为温度升高,平衡逆向移动,消耗的NO减小,所以脱氮率下降.改用催化剂B,就涉及催化剂和温度两个变量，在解题时要分别考虑。B催化下,随着温度的升高，脱