高中化学三年级理综快速提升之微专题一催化剂与活化能

1、微专题一催化剂与活化能催化剂在高考试题中的呈现以陌生反应为载体，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。催化剂与活化能在近几年全国高考中考查统计高考题考查角度，题型.；信息呈现方式一分值，难度，2019全国卷吸附催化历程、活化能计算填空反应历程图*,6 r难一2018全国卷IQ8事催化历程、活化能比莪/填空，叙3或3-难/2018全国卷催化剂选择尹选择口叙述式中甲2018全国卷n-27#多种催化剂选择、活化能计算平填空，简群数据表格/4 /难#2018全国卷催化剂和中间产物的判断选

2、择，物质转化图。6#中中2016全国卷口-27催化剂对多个反应的选择性口填空叙述2平难201(?全星卷ILX催化剂催化历程方程式书与/填空口叙述式尸2平难.2014全国卷L9户催化历程、活化能计算户选择户物质转化图户6中中甲2018江苏卷20。催化剂对反应速率影响户填空一物质转化图、数据曲线图卡6-难中2018北京卷九催化剂催化历程中选择户物质转化图户6,难中2018海南卷16 J催化剂催化历程?填空，数据表格6平难中2018海南卷12a催化剂催化历程、活化能选择Q物质转化图6个难一2017北京卷27。催化剂反应历程、计算一填空物质转化图4P难/2017北京卷m催化剂催化历程“选择口物质转化图

3、口6*中甲2017江苏卷M催化历程方程式书写*1填空一物质转化图U2，中一2016浙江稳嬲应过程能量图-画图事数据表格3/难炉命题方向催化剂与3的关系催化剂与转化率的关系催化剂与反应机理的关系催化剂活性与温度的关系催化剂活性与其表面积的关系催化剂与中间产物的关系催化剂与非基元反应中速控步的关系催化剂与为什么工业上热衷于催化剂人教版选修4-p4一催化剂催化剂的研究是化学反应原理中的一个重要领域.就近年来化学业过程与技，术的发展越势而言*催 傕化剂catalt化剂往往成为技术改造和更新的关HL人们对催化作用已薛enzyme经研究多年:发现和发明了很多种对某些化学过程极为有效的催化剂对催化剂的制备，

4、筛选和应用都已取得不少成功的经脸(近年来，在有机合 成利化I：生产中还引入了生物催化剂.神秘而有捶的催化作用和它所带哈化学I业的仃 大经济效益.使得人任时于催化制和怅化作用的研究热情一旺是有增才减做过 对5()催化分解实险和知道料对生命过程的催化作用的同学，应冲会认同科学家VI的这 种热情.1、有效碰撞理论模型分般h称作活化脆.图I上的用是反应的活化曲,生疏物国T化学任曜体器中R虎裨.产 肉的需情加诂危徒的乂慕活化能大小决定反应速 率快慢，活化能越小， 反应速率掂快.活化能 越大.反应速率越慢。2、过渡态理论模型文献资料基元反应e河麻月诧“为,某元原应在从原应物蟒严瞽的更优过程中那经历一个中间

5、状态.这个状枣骅为过渡恋.、催化剂如何影响反应速率催化剂与反应速率人即蝌4卡22倘化剂循加快血应速率.足网为它曜救走反施的踹 粒，便发生反应所言的活化能降低工-如图2-4所示，阴 中实线和虚线分别表示无催化剂和有催化剂的反应过程中. 反应物和生成物的能肚旨活化他的关系.显然，有催化剂 时反周的活化能E：比无催化剂时反应的活化傩E,降眠了 很梦.这棒一来.戕使反应体系中含有的活化分子百分敷 提高.从而使有效硬撞的几率提高*反应速率增大.思等；使用催化剂为什么照*低能耗？使用催化剂，降低活化 能，加快反应逋率，但 反威热不变.留1催化反贬、无催化瓦府 过程中的能立关系口区J旧世心：叶，力；4从度.

6、土料I H H秘口的器他化学反应理论模型人教版选修4-p3为I把一有效斑抻:概念JL体化.人们把能第发生有 效硬摧的分户叫做活化分子.同时把活化分子所多用的那F活化分子亦成牛成物分子放出的能址.能敏差E：-t 人反应热.从这个图式中何以行止.活化危的元小|期h 味若一股份子成为活化分子的难加.但是即时这个化学反 应前后的旌M工化井不产牛任何必响。就像1个人在次公 司口九 通常先要从银行贷款，公司均劭后.还了贷款【假 设不讣贷款利息）.公司的总利或“摄通常只代现为收人与支出之差与贝前弹他恨制好景求学虑立相通情的分手之间的相对取向利由作用物走出产物过程中此也幻作川的那 悯状4粗-3-5川山丁一生瓦

7、层次检月策化*居前*牝他的H揖以及化学科也奉*蠹之）t.4 2-1-5*空氏息使荒K怕晶R唐拘港化他氯化学反左建阜常收之比丸*JU犍彩翼上网*Ut)AMCuHiOJXtt) + H10 QHA(M)+ C41iAU)JEMICT12 - 1(P(31O K)2Hl h1r1U105U KftSftJ K)CHXHO - CHt + COQIX1 5 , 10WJ K)1HQ - 2W0+Q1城lUt M7515SJ * 簿 KJ、催化剂对反应速率影响有多大4交流：研讨需学“M3MK)M2M K)AN0*6 - Nft + OiM3B国*& - 2HH体JU)*舛CNHXNO - NH*O例皿

8、*从而看他#反及球季* 15生，可地迅速录亮浸度*（亢良逢* It妁*需束T”工员时化手瓦包爱率的鬟动.427-3列出了儿中心衣浏尺和3 K 时的反且也率，最之比.*2-3T儿小心也不用以宸计的反在也率米盘之比结论：催化剂对反应速率影响远远大于温度对反应速率影响（催化剂高效性）工业上提高生产效率首选“催化剂”三、单峰变双峰（化学选修 4 p-22 ）A+B=ABA*Hlut AchC+B活化解1活化诡活砧幽E股Acal+B AB+cat2D1B11 Fl理考| ）合成氨工艺温特如图所示是人工固霸:最重要的馀仔。*-5”，201S年是合成氨工业先驱哈伯（FEiaber】欣得诺贝尔奖1M周年餐乂和

9、 抵生成NH&的反 成为:I 2XMg17 2H式即W293K尸-46.2 kJ mol1,在 Fe 健保制作用F的 反防历程为L表示嗨附态）化学吸附二菱】一工、*3表面反应:Ml*+H*NH2*J DJH2*+n*=Nli3*脱困：其中，、的嘴的弁解皮由活竹育崎、速率慢，决定了合成氨的整体反疙谏率Q请回答：催化剂：参与化学反应，改变反应途径，fl反应前后质量和化学性质不变的物质练习：1、已知H2O2分解反应为：2H2O2=2H2O+O2。在含少量的溶液中，H2O2分解机理为:.H2O2+I-H2O+IO-AH0 慢. H0快写出反应离子反应方程式 。思维模型催化剂参与反应历程，确定分反应或总

10、反应方法判断催化剂和中间产物反应过程反应物A+催化剂=中间产物中间产物+反应物B=产物+催化剂配平，相加得总化学反应式高考对催化剂考查新角度一、催化剂判断与催化机理2、（2017年江苏高考题-18）方法2:先制得CuCl2,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl 2,Fe3+对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。 M的化学式为。3、（2016年北京高考题-27）（1）过程I中，在 Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是 。（2）过程I中，Fe2+催化过程可表示为：2Fe2+ PbO2+4H+SO42- z=2Fe3+PbSO4

11、+2H 2O写出ii的离子方程式： 。4、（2018年全国高考I卷-28）（3）对于反应2KQ（g） -4NQ（g）+O 2（g） , R.A.Ogg提出如下反应历程：第一步N 2QrNO+NO快速平衡第二步NO 2+NO-NO+NQQ慢反应第三步NO+NO3-2NO快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 （填标号）。v（第一步的逆反应）v（第二步反应）B.反应的中间产物只有 NOC.第二步中NO与NO的碰撞仅部分有效D.第三步反应活化能较高5、（2018年北京高考题-2）我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品 CH3COOH的催化反应历程。该历程示意

12、图如下。A; B唬选撵件旃电催化剂卜列说法/、止确的是A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为o的打父工状09(0 !CHjCOOHW SQ f100%6CH4-CH3COOH过程中，有CH键发生断裂C.一放出能量并形成了 CC键D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率二、如何正确选择催化剂6、(2016 年全国 II 卷-27)(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯睛(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4。)的热化学方程式如下：C3H6(g)+NH 3(g)+ 3/2O 2(g)=C3H3N(g)+3H 2O(g) AH=-515kJ/molC3H6(g)+ O2(g)=C3

13、H4O(g)+H 2O(g)AH=-353kJ/mol提高丙烯睛反应选择性的关键因素是 。7、(2018年全国高考卷II卷-27)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：CH4-CO2 催化重整反应为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H 2(g) AH =+247 kJ mol- 1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：积碳反应CH4(g)=C(s)+2H 2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)=2CO(g)AH/(kJ mol- 1)75172活化能 /(kJ mol-

14、 1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂 X Y (填 优于或 劣于”)，理由是 8、以二氧化钛表面覆盖 CU2Al2O4为催化剂，可以将 CO2和CH4直接转化成乙酸。CO2(g)+CH 4(g)=CH 3COOH(g)AH=+36.0KJ ?mol-1在不同温度下乙酸的生成速率变化如图所示。当温度在 250 C300 C范围时，乙酸的生成速率减慢的主要原因是 ,当温度在300 C400 c范围时，影响乙酸生成速率的主要因素是7三、催化剂与温度的关系9、（2016 年全国 II 卷-27）（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯睛（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3

15、H4。）的热化学方程式如下：C3H6（g）+NH 3（g）+ 3/2O2（g）=C3H3N（g）+3H 2O（g） AH=-515kJ/mol C3H6（g）+ O2（g）=C3H4O（g）+H 2O（g） AH =-353kJ/mol（2）图（a）为丙烯睛产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460Co低于460c时，丙烯睛的产率 （填 是”或者 不是”）对应温度下的平衡产率， 判断理由是 ;高于 460c时，丙烯睛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.反应活化能增大口用!催化剂的“四能”与“四不能”不能改变反应方向f改变反应历程

16、（往往参与化学反应）|不遂改变反应熔变 小说改变反应限班 不彘改变反应K“四不都”催化剂改变反应活化能改变反应速率改变反应达到平衡时间注意：催化剂不能改变平衡时产率（或转化率），但改 变末达平衡时产率（或转化率）高考还可以怎样考?一、催化剂与反应历程例1用NaClO3、H2O2和稀硫酸制备 CIO2。反应开始时加入少量盐酸，CIO 2的生成速率大大提高（C/对反应有彳t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+Cl2=2Cl + O2+2H+解析第步中C12生成Cl ,可知催化剂C的变化历程是 C-Cl2- C，即C在第步中变成Cl2o由题给信息及氧

17、化还原知识可知，氧化剂是ClO3,且ClO3-反应后生成ClO2o离子方程式：2ClO3-+ 2Cl + 4H =2ClO 2 H Cl2?+ 2H2O。答案2ClO 3T 2Cl + 4H =2ClO 2 T+ Cl2 T+ 2H2O。二、催化剂与活化能、始变催化剂通过降低反应的活化能而加快反应速率。而且催化剂的性能越好，反应的活化能越低。例2在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应：CO2(g) + 3H2(g)? CH30H(g) + H2O(g)ICO2(g) + H2(g)? CO(g) + H2O(g)n某实验室控制 CO2和H2初始投料比为1 ： 2.2, 在相

18、同压强下，经过相同时间测得实验数据如下表所示。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“反应过程一能量”示意图。r(K)催化汽co2转化率(%)甲酹选择性W543CatJ1Z342.3543Cat.210.972.75S3Cat.115.339 1553Cat.2INO71.6【备注】甲醇选择性：，专化的co7中生成甲降的百分比.本能量反应过程解析据表中的数据可以算出生成 CH30H的CO2占全部CO2的百分比。543K, Cat.1作用下是 12.3% X 42.3% = 5.20tCat.2 作用下是 10.9% 72.7% = 7.92%。所以 Cat.2

19、的催化选择性要好于 Cat.1, 即在Cat.2的作用下反应的活化能低。答案归纳小结作图时还要注意，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 应相同。也正是这个原因，所以催化剂不能改变反应的始变。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。例3密闭容器中发生反应：2NO(g) + 2CO(g) ? N2(g) + 2CO2(g) AH0o研究表明：在使用等质量同种催化剂时，增大催化剂比表面积可提高反应速率。某同学设计了下表所示的三组实验。请在图中画出三个实验中 c(NO)随时间变化

20、的趋势曲线，并标明实验编号。实 验 tJfi 一r/*c初始仪NO)O)L-比表面枳/ma Q12301 ,20*1035 8010一 3II2B01 ,20 x103-31 2411119501 .20*1035.80*10一3124解析先比较实验I、n：实验n的催化剂比表面积大，故实验n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、n的 c(NO)相同。再比较n、m：实验出的温度高，故实 验出的反应速率大；因温度升高，平衡左移，故平衡时c(NO)较大。答案10四、温度与催化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

21、敏感。例4 (2017高考天津卷节选)H2s和SO2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H2s的原理为：H2S+ Fe2(SO4)3=S 2FeSO4 + H2SO44FeSO4+ O2+ 2H2SO4=2Fe2(SO4)3+ 2H2O硫杆菌存在时，FeSO4被氧化的速率是无菌时的5X 105倍，该菌的作用是 。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是 。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，反应速率明显下降。答案催化剂 硫杆菌因蛋白质变性而失去了催化性能。五、催化剂的来源问题化

22、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增大。例5向三颈烧瓶中加入一定量的 MnO2和水，搅拌，通入SO2和N2混合气体，恒温下发生反应： MnO2+H2SO3=MnSO4+ H2。若将N2换成空气，测得c(Mn)、c(SO42-)随时间t的变化如图所示。 导致c(Mn2+)、c(SO42-)变化产生明显差异的原因是11解析由图可知，/换成空气”发生了副反应：O2+2H2SO3=2H2SO4。表示c(SOl)的曲线斜率逐渐增大，说明SO4的生成速率逐渐增大。因反应物浓度、压强、温度、接触面积等维持不变，所以导致S