题型突破：催化机理循环图 练习（含解析）

题型突破2催化机理循环图

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1.（2024.北京卷）可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HC1制成Cb,实现氯资源的再利用。反应

Cu（）一

的热化学方程式:4HCl（g）+O2（g）——2c12（g）+2H2O（g）AH=-114.4kJ-mol4o下图所示为该法的一种

催化机理。

下列说法不正确的是（）

A.Y为反应物HC1,W为生成物H2O

B.反应制得1molC12,须投入2molCuO

C.升高反应温度,HC1被02氧化制C12的反应平衡常数减小

D.图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应

2.（2024.河北卷）我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg（TFSI）2为电解质，电

解液中加入1,3-丙二胺（PDA）以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4o该设计克服了

MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg?+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环

性能。

co

多

2孔

碳

Mg纳

隔

Mg(TFSI)Mg(TFSI)2

米

电2管

PDA膜PDA

电

极极

MgC2O.

对上述电池放电时CO2的捕获和转化过程开展了进一步研究,电极上CO2转化的三种可能反应路径

及相对能量变化如图（*表示吸附态）。

.I.路径］

寸e-'\

___L_____1

*MgCO3*8；一

1-

*COf+*CO

/-----------、、、*MgCO3

»/、----------

N+*c初

\--------，*MgC2O4

*CO；-

-2---------------------------------------------------------

反应进程

下列说法错误的是（）

C）

/\7\人

/\/\H2NNOH

A.PDA捕获CO2的反应为—NNH,+CO?__>H

B.路径2是优先路径，速控步骤反应式为

O

A

H,NNOH八八

*C07+H+e-——>*C2。歹+H?NNH2

C.路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同;路径2、3起始物相同但产物不同

D.三个路径速控步骤均涉及*CO/转化，路径2、3的速控步骤均伴有PDA再生

3.（2023•北京卷）一种分解氯化镂实现产物分离的物质转化关系如下淇中b、d代表MgO或

Mg（OH）Cl中的一种。下列说法正确的是（）

A.a、c分别是HC1、NH3

B.d既可以是MgO,也可以是Mg（OH）Cl

C.已知MgCb为副产物,则通入水蒸气可减少MgCh的产生

D.等压条件下，反应①、②的反应热之和，小于氯化镂直接分解的反应热

4.(2023•湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合

成的某Ru(II)催化齐IJ(用[L-Ru-NH3]+表示)能高效电催化氧化NH3合成N2H4,其反应机理如图所示。

N时,/2[L-Ru-NHJ\,,_

6

2NH/Y

2+2+

H,12[L-RU-NH3]

N-RU-LI

/p2NH3

L-Ru-NI

LH2\J/、2NH；

++

2[L-Ru-NH,]2[L-RU-NH2]

(M)二二

下列说法错误的是()

A.Ru(n)被氧化至Ru(ni)后，配体NH3失去质子能力增强

B.M中Ru的化合价为+3

C.该过程有非极性键的形成

D.该过程的总反应式:4NH3-2e===N2H4+2NH1

座核心整合

1.催化剂与中间产物

催化剂:在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有

发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。

中间产物:在连续反应中为某一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗,所以仅从结果上来看

似乎并没有生成,实则是生成多少后续又消耗多少。

在含少量r的溶液中,H2O2分解的机理：

H2O2+I--H2O+ICT慢

H2O2+IO-Ch+r+HzO快

在该反应中r为催化剂,10-为中间产物。

2.机理循环图示及分析

⑴位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体,如⑤、⑥、⑦、⑧。

(2)“入环”的物质为反应物，如①和④。

⑶“出环”的物质为生成物，如②和③。

（4）依据判断出的反应物和生成物，即可快速写出反应的方程式。

)~~\

0p

Q0Mo=O

MoCft)O-Mo

例图中,MoO3是该反应的催化剂,cfJ'。为中间产物。

12丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理

⑷莫拟预测

1.（2024.山东临沂质检）已知制备某无机化合物的转化流程如图所示，下列说法中错误的是（）

A.该转化流程中CaCCh、CaCL均被循环使用

B.该循环过程中的化学反应没有涉及置换反应

C.该循环过程中涉及的化学反应均为非氧化还原反应

D.该工艺总体来看相当于利用食盐和石灰石制取纯碱

2.（2024.山东东营期中）NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图甲所

示;有氧条件下,Fe3+催化NH3还原NO的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是（）

1

A.图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g)AH=("a)kJ-mol

B.图乙所示催化脱硝过程中既有极性共价键的断裂和形成，又有非极性共价键的断裂和形成

C.图乙所示反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为2：1

D.脱硝过程中使用催化剂的目的是改变反应的焰变

3.（2024.新疆乌鲁木齐联考）利用烟气中SO2可回收废水中的I,实现碘单质的再生，其反应原理如图

所示，下列说法错误的是（）

B.总反应离子方程式为SO2+O2+2r===l2+S0/

C.反应①~⑤中均有电子转移

D.反应③中,每消耗1mol02会转移2mol电子

4.（2024.河南开封模拟）三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，在催化剂表面的物质转化关系如

图所示，下列说法正确的是（）

N2>H2O、CO2

A.三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化

B.依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程

C.还原过程中生成0.1molN2,转移0.5mol电子

D.在转化过程中，氮元素均被还原

5.（2024.河北石家庄模拟）氯化亚铜催化甲醇氧化班基化合成碳酸二甲酯的反应机理如图所示，下列

说法不正确的是（）

o

A.总反应为4cH3OH+O2+2CO-20+2H2O

B.含铜的微粒中有4种是反应的中间产物

C.反应⑤的化学方程式为Cl+CH30HCOOCH；+HC1

D.氯化亚铜参与了反应的循环，增大了反应的速率和提高了甲醇的转化率

题型突破2催化机理循环图

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1.(2024.北京卷)可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HC1制成CL,实现氯资源的再利用。反应

的热化学方程式:4HCl(g)+O2(g)——2c12(g)+2H2O(g)AH=-114.4kJ-mol1-下图所示为该法的一种

催化机理。

zw

Cu(OH)Cl

CuQCl

下列说法不正确的是()

A.Y为反应物HC1,W为生成物H2O

B.反应制得1molCI2,须投入2molCuO

C.升高反应温度,HC1被02氧化制Ch的反应平衡常数减小

D.图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应

答案B

解析由该反应的热化学方程式可知，该反应涉及的主要物质有HC1、02、CuO、CI2、H2O;CUO

与Y反应生成Cu(OH)Cl,则Y为HCl;Cu(OH)Cl分解生成W和Cu20cl2,则W为H20;CuCb分解为

X和CuCl,则X为C12；CuCl和Z反应生成Cu20cl2,则Z为02；综上所述,X、Y、Z、W依次是Cb、

HC1、02、H2OOA.由分析可知,Y为反应物HQ,W为生成物H2O,A正确;B.CuO在反应中作催化剂,

会不断循环，适量即可.B错误;C.总反应为放热反应，其他条件一定，升温平衡逆向移动，平衡常数减

小,C正确;D.图中涉及的两个氧化还原反应是CuCh->CuCl和CuCl-Cu20cl2,D正确。

2.(2024河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-C02电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电

解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获C02,使放电时C02还原产物为MgC2O4o该设计克服了

MgC03导电性差和释放C02能力差的障碍，同时改善了Mg?+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环

性能。

CO

多

2,孔

碳

Mg纳

隔

Mg(TFSI)Mg(TFSI)2

米

电2管

PDA膜PDA

电

极极

MgC?o/

对上述电池放电时C02的捕获和转化过程开展了进一步研究,电极上C02转化的三种可能反应路径

及相对能量变化如图(*表示吸附态)。

*MgCO3

路

径1

路

径2

路3

径

O)

人

FN*cof+*co

HH二二二二二、、、、*)

姗MgCC3

，小co"*法心嬴

招

H.-,2

女N

IH

*CO；-

-2

反应进程

下列说法错误的是()

()

7\

八八H2NNOH

A.PDA捕获CO2的反应为BNNH2+CO2—->H

B.路径2是优先路径，速控步骤反应式为

O

八八人

H2NNOHZV\

*C07+H+e-——>*C2Oj~+H?NNH,

C.路径1、3经历不同的反应步骤但产物相同;路径2、3起始物相同但产物不同

D.三个路径速控步骤均涉及*CO7转化，路径2、3的速控步骤均伴有PDA再生

答案D

()

/\/\

H,NNOH

解析由路径2可知,PDA捕获CO2生成H,A项正确;由题给信息可知，路径2为

优先路径，由能量变化图可知，路径2中*COT转化为*C20广的活化能最大，是控速步骤，反应式为

()

2人

H,NN()H

*C0「+H+e-—->*C2Oj-+HKNH2,：8项正确;由题图中路径1和路径3的

物质转化关系可知，二者经历的步骤不同,但产物均为*MgCCh,路径2、3的起始物均为*CO2和

()

人人

*H,NNAOH

H，但路径2的产物为*MgCzCU潞径3的产物为*MgCChC项正确;反应历程中

活化能最大的步骤为控速步骤,由反应历程图结合反应路径图可知，路径1中,*C0「+*CO2+e-—

-*CO『+*CO的活化能最大，该步骤为控速步骤，路径2中的控速步骤为*COT+

()

“人

H,NNOH

H+e—->PDA+*C2。广，路径3中的控速步骤为*C02+*C07+e--->*CO+*CO/,

三个路径的控速步骤均涉及*C07的转化，路径2的控速步骤有PDA的再生，路径3的控速步骤没

有PDA的再生,D项错误。

3.(2023•北京卷)一种分解氯化镂实现产物分离的物质转化关系如下，其中b、d代表MgO或

Mg(OH)Cl中的一种。下列说法正确的是()

A.a、c分别是HC1、NH3

B.d既可以是MgO,也可以是Mg(OH)Cl

C.已知MgCb为副产物,则通入水蒸气可减少MgCl2的产生

D.等压条件下，反应①、②的反应热之和，小于氯化镂直接分解的反应热

答案C

解析NH4cl分解的产物是NH3和HC1,分解得到的HC1与MgO反应生成Mg(OH)Cl,Mg(OH)Cl又

可以分解得到HC1和MgO,则a为NH3,b为Mg(OH)Cl,c为HCl,d为MgO。A.由分析可知,a为

NH3,C为HC1,错误;B.d为MgO,错误;C.MgCb可以水解生成Mg(OH)Cl,通入水蒸气可以减少MgCb

的生成，正确;D.反应①和反应②相加即为氯化较直接分解的反应，由盖斯定律可知，等压条件下，反应

①、反应②的反应热之和等于氯化钺直接分解的反应热,错误。

4.(2023•湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合

成的某Ru(II)催化剂(用[L-Ru-NH3『表示)能高效电催化氧化NH3合成N2H4,其反应机理如图所示。

+

叼,/2[L-RU-NH3]

2NH

2+2+

2[L-RU-NH3]

H2

N-RU-L

/1/2NH3

L-Ru-N

H2\八2NH；

+

2[L-Ru-NHJ2[L-RU-NH2]

(M)'

下列说法错误的是()

A.Ru(II)被氧化至Ru(ni)后，配体NH3失去质子能力增强

B.M中Ru的化合价为+3

C.该过程有非极性键的形成

D.该过程的总反应式:4NH3-2e===N2H4+2NH1

答案B

解析A.Ru(n)被氧化至Ru(HI)后,[L-Ru-NH3]2+中的Ru带有更多的正电荷，其与N原子成键

后,Ru(HI)吸引电子的能力比Ru(n)强，这种作用使得配体NH3中的N-H极性变强且更易断裂，因

此其失去质子(H+)的能力增强,A说法正确;B.Ru(II)中Ru的化合价为+2,当其变为Ru(IH)后,Ru的

化合价变为+3,Ru(HI)失去1个质子后,N原子有1对孤电子对,Ru的化合价不变;M为[L-RU-NH2]+,

当[L-RU-NH2]+变为M时,N原子的孤电子对拆为2个电子并转移给Ru1个电子，其中Ru的化合价

变为+2,因此,B说法不正确;C.该过程M变为[L-Ru-NH2-NH2-Ru-L]2+时,有N—N形成,N—N是非极

性键,C说法正确;D.从整个过程来看,4个NH3失去了2个电子后生成了1个N2H4和2个

NH，Ru(II)是催化剂，因此该过程的总反应式为4NH3-2e==N2H4+2NHQ说法正确。

命题立意:试题以常见物质转化为背景,考查学生对催化剂、能量变化、化学键类型、化合价等的认

识,涉及催化剂、反应物及生成物的识别,反应方程式的书写、元素化合价等必备知识。此类试题以

反应过程中的物质变化为载体，考查学生的信息获取与加工、逻辑推理与论证能力。

回核心整合

1.催化剂与中间产物

催化剂:在连续反应中从一开始就参与了反应，在最后又再次生成，所以仅从结果上来看似乎并没有

发生变化，实则是消耗多少后续又生成了多少。

中间产物:在连续反应中为某一步的产物，在后续反应中又作为反应物被消耗,所以仅从结果上来看

似乎并没有生成,实则是生成多少后续又消耗多少。

在含少量r的溶液中,生。2分解的机理：

H2O2+I7H20+I0-慢

H2O2+1O^o2+r+H2o快

在该反应中r为催化剂,i(y为中间产物。

2.机理循环图示及分析

⑴位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦、⑧。

(2)“入环”的物质为反应物，如①和④。

⑶“出环”的物质为生成物，如②和③。

（4）依据判断出的反应物和生成物，即可快速写出反应的方程式。

KQpyX

Q0Mo=OI户

Mo€）X）O—Mo

例图中,MoO3是该反应的催化剂,cf3、M、'。为中间产物。

12丙二醇脱氧脱水反应的催化循环机理

⑷莫拟预测

1.（2024.山东临沂质检）已知制备某无机化合物的转化流程如图所示，下列说法中错误的是（）

A.该转化流程中CaCCh、CaCL均被循环使用

B.该循环过程中的化学反应没有涉及置换反应

C.该循环过程中涉及的化学反应均为非氧化还原反应

D.该工艺总体来看相当于利用食盐和石灰石制取纯碱

答案A

解析由图可知CaCO3为反应物CaC12为生成物,均未参与循环利用,A错误;由图可知彳盾环过程中

涉及了分解反应、化合反应、复分解反应,没有涉及置换反应,B正确;由图可知彳盾环过程中涉及的

反应均无电子转移，为非氧化还原反应C正确;由图可知彳盾环过程中涉及5个反应，叠加后得到的总

反应相当于食盐和石灰石反应生成Na2c。3和CaCl2,D正确。

2.（2024.山东东营期中）NH3催化还原N。是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图甲所

示;有氧条件下,Fe3+催化NH3还原NO的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是（）

A.图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g)△H=(b-a)kJ-mol-1

B.图乙所示催化脱硝过程中既有极性共价键的断裂和形成，又有非极性共价键的断裂和形成

C.图乙所示反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为2：1

D.脱硝过程中使用催化剂的目的是改变反应的焰变

答案B

解析图甲所示热化学方程式为4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g)A”=正反应活化能-逆反应

活化能=(。0)kJ.mol-i,故A错误;由图乙可知，该反应过程中有氮氢键、氮氧键、氧氧键断裂，氮氮键、

氧氢键形成，故B正确通图乙可知，反应①为NH3+Fe3+===Fe2++NH2+H+,氧化剂为Fe3+,还原剂为

NH3,则氧化剂与还原剂物质的量之比为1：1,故C错误;催化剂不能改变反应的婚变，故D错误。

3.(2024.新疆乌鲁木齐联考)利用烟气中SO2可回收废水中的I,实现碘单质的再生，其反应原理如图

所示，下列说法错误的是()

A.[(NH3)5Co-O-O-Co(NH3)5]4+中Co的化合价为+3价

B.总反应离子方程式为SO2+O2+2r===l2+S0/

C.反应①〜⑤中均有电子转移

D.反应③中,每消耗1mol。2会转移2mol电子

答案C

解析[(NH3)5Co-O-O-Co(NH3)5]4+中含有过氧键，氧元素显-1价,由化合价规则可知,Co显+3价,A项

正确;由题干信息及反应原理图可知，反应物有sex。2、r,生成物是12、SO：一,B项正确;反应②和

⑤中没有电子转移,C项错误;反应③中02得到电子，氧元素化合价由0价降低为-1价,每消耗1mol

。2转移2mol电子,D项正确。

4.(2024.河南开封模拟)三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，在催化剂表面的物质转化关系如

图所示，下列说法正确的是()

N2、H20、CO2

A.三效催化剂能