小題保分訓(xùn)練17 催化劑、活化能與化學(xué)反應(yīng)歷程（附答案解析）-沖刺2023年高考化學(xué)滿分集訓(xùn)

學(xué)而優(yōu)教有方PAGEPAGE6頁碼小題保分訓(xùn)練(17)催化劑、活化能與化學(xué)反應(yīng)歷程1．2019年9月，我國科研人員研制出Ti－H－Fe雙溫區(qū)催化劑，其中Ti－H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃。Ti－H－Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。下列說法錯誤的是()A．①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④⑤在低溫區(qū)發(fā)生B．該歷程中能量變化最大的是2.46eV，是氮分子中氮氮三鍵的斷裂過程C．在高溫區(qū)加快了反應(yīng)速率，低溫區(qū)提高了氨的產(chǎn)率D．使用Ti－H－Fe雙溫區(qū)催化合成氨，不會改變合成氨反應(yīng)的反應(yīng)熱2．科學(xué)工作者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在Pt/SiO2催化劑表面上CO2與H2的反應(yīng)歷程，前三步歷程如圖所示，其中吸附在Pt/SiO2催化劑表面上的物種用“·”標(biāo)注，Ts表示過渡態(tài)。下列有關(guān)敘述正確的是()A．前三步總反應(yīng)的ΔH＞0B．·HOCO轉(zhuǎn)化為·CO和·OH為吸熱過程C．催化劑通過參與化學(xué)反應(yīng)，能降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率D．歷程中活化能(能壘)最小的反應(yīng)方程式為·CO＋·OH＋·H＋3H2(g)=·CO＋3H2(g)＋H2O(g)3．三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我國科學(xué)家實現(xiàn)了在銅催化劑條件下將N，N—二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，簡稱DMF]轉(zhuǎn)化為三甲胺[N(CH3)3]。計算機模擬單個DMF分子在銅催化劑表面的反應(yīng)歷程如圖所示(*表示物質(zhì)吸附在銅催化劑上)，下列說法正確的是()A．步驟①表示DMF分子和H原子吸附在銅催化劑表面的過程，而步驟③則表明形成了N—H鍵B．該歷程中決速步驟能壘(活化能)為1.19eVC．升高溫度可以加快反應(yīng)速率，并提高DMF的平衡轉(zhuǎn)化率D．由圖可知，該條件下，DMF完全轉(zhuǎn)化為三甲胺的熱化學(xué)方程式為：(CH3)2NCHO(g)＋2H2(g)=N(CH3)3(g)＋H2O(g)ΔH＝－1.02eV/mol4．最近，中國科學(xué)院大連化物所“CO2催化轉(zhuǎn)化為CO的研究”獲得新進(jìn)展。如圖是使用不同催化劑(NiPc和CoPc)時轉(zhuǎn)化過程中的能量變化，下列說法不合理的是()A．·CO2經(jīng)還原反應(yīng)得到·COOHB．該研究成果將有利于緩解溫室效應(yīng)，并解決能源轉(zhuǎn)化問題C．相同基團(tuán)的物種分別吸附在NiPc和CoPc表面，其能量可能不同D．催化劑可以改變CO2轉(zhuǎn)化為CO反應(yīng)的焓變5．我國科研人員提出了由CO2和CH4轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品CH3COOH的催化反應(yīng)歷程，該歷程示意圖如下所示。下列說法不正確的是()A．生成CH3COOH總反應(yīng)的原子利用率為100%B．CH4→CH3COOH過程中，有C—H鍵發(fā)生斷裂C．①→②放出能量并形成了C—C鍵D．該催化劑可有效提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率6．利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除汽車尾氣中的NO和NO2，生成兩種無毒物質(zhì)，其反應(yīng)歷程如圖所示，下列說法不正確的是()A．反應(yīng)中H＋是催化劑B．上述歷程的總反應(yīng)為2NH3＋NO＋NO2eq\o(=,\s\up7(催化劑))2N2＋3H2OC．X是N2和H2OD．汽車尾氣中的氮氧化物是汽油不完全燃燒產(chǎn)生的7．用H2消除酸性廢水中的致癌物NOeq\o\al(－,2)，其反應(yīng)過程示意圖如圖所示，下列說法不正確的是()A．Pd上發(fā)生的電極反應(yīng)為：H2－2e－=2H＋B．Fe(Ⅱ)與Fe(Ⅲ)的相互轉(zhuǎn)化起到了傳遞電子的作用C．反應(yīng)過程中NOeq\o\al(－,2)被Fe(Ⅱ)還原為N2D．用該法處理后水體的pH降低8．研究表明，大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔锸茏贤饩€作用可產(chǎn)生二次污染物——光化學(xué)煙霧，其中某些反應(yīng)過程如圖所示。下列說法不正確的是()A．整個過程中O3作催化劑B．反應(yīng)Ⅲ的方程式為O2＋O=O3C．光化學(xué)煙霧中含甲醛、乙醛等刺激性物質(zhì)D．反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ均屬于氧化還原反應(yīng)9．利用固體表面催化工藝進(jìn)行NO分解的過程如圖所示。下列說法不正確的是()A．該分解過程是：2NOeq\o(=,\s\up7(催化劑))N2＋O2B．實驗室制取NO可以用銅與稀硝酸反應(yīng)C．過程②釋放能量，過程③吸收能量D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，NO分解生成5.6LN2轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為6.02×102310．目前認(rèn)為乙烯在酸催化下水合制乙醇的反應(yīng)機理及能量與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是()A．第①步反應(yīng)的中間體比第②步反應(yīng)的中間體穩(wěn)定B．總反應(yīng)速率由第①步反應(yīng)決定C．第③步反應(yīng)原子利用率為100%D．總反應(yīng)為吸熱反應(yīng)11．CO與N2O均是大氣污染物，可通過反應(yīng)CO＋N2O=N2＋CO2轉(zhuǎn)化為無害氣體，其相對能量與反應(yīng)歷程的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯誤的是()已知CO與N2O在鐵催化劑表面進(jìn)行如下兩步反應(yīng)：第一步：Fe＋N2O=FeO＋N2第二步：FeO＋CO=Fe＋CO2A．FeO是反應(yīng)的中間產(chǎn)物B．兩步反應(yīng)的ΔH均小于0C．該反應(yīng)的速率主要由第二步反應(yīng)決定D．E2－E0為在沒有催化劑條件下總反應(yīng)的活化能12．亞硝酰氯在有機合成中有重要應(yīng)用。2NO(g)＋Cl2(g)＝2NOCl(g)的反應(yīng)歷程如圖所示。下列說法錯誤的是()A．催化劑能提高反應(yīng)物的相對能量B．相對曲線II，曲線I表示加入催化劑C．曲線II的正反應(yīng)活化能為15.5kJ·mol－1D．2NO(g)＋Cl2(g)＝2NOCl(g)ΔH＝－77.1kJ·mol－113．2021年中國科學(xué)院和中國工程院評選出2020年世界十大科技進(jìn)展，排在第四位的是一種可借助光將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的新型催化轉(zhuǎn)化方法：CO2＋4H2=CH4＋2H2O，這是迄今最接近人造光合作用的方法，CO2加氫制CH4的一種催化機理如圖。下列說法正確的是()A．反應(yīng)中La2O3是中間產(chǎn)物B．CO2轉(zhuǎn)化為CH4利用了CO2的氧化性C．H2經(jīng)過Ni活性中心裂解產(chǎn)生帶負(fù)電荷的HD．使用催化劑可以降低反應(yīng)的焓變，從而提高化學(xué)反應(yīng)速率14．以TiO2為催化劑的光熱化學(xué)循環(huán)分解CO2反應(yīng)為溫室氣體減排提供了一個新途徑，該反應(yīng)的機理及各分子化學(xué)鍵完全斷裂時的能量變化如圖所示。下列說法不正確的是()A．CO2分解過程中存在所有舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵的形成B．增大TiO2的比表面積可提高催化效率C．該反應(yīng)中光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能D．CO2分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)ΔH＝＋556kJ·mol－115．《環(huán)境科學(xué)》刊發(fā)了我國科研部門采用零價鐵活化過硫酸鈉(Na2S2O8，其中S為＋6價)去除廢水中的正五價砷[As(V)]的研究成果，其反應(yīng)機制模型如圖所示。下列敘述錯誤的是A．56gFe參加反應(yīng)，共有NA個S2O被還原B．1mol過硫酸鈉(Na2S2O8)含NA個過氧鍵C．堿性條件下，硫酸根自由基發(fā)生反應(yīng)的方程式為：SSOeq\o\al(2－,4)·＋OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋·OHD．pH越小，越不利于去除廢水中的正五價砷【小題保分訓(xùn)練(17)催化劑、活化能與化學(xué)反應(yīng)歷程】答案1．B。解析：①為催化劑吸附N2的過程，②為形成過渡態(tài)的過程，③為N2解離為N的過程，以上都需要在高溫時進(jìn)行，目的是加快反應(yīng)速率；而④⑤為了增大平衡產(chǎn)率，需要在低溫下進(jìn)行，故A正確；由圖可知，歷程中能量變化最大的是2.46eV，該過程為N2的吸附過程，氮氮三鍵沒有斷裂，故B錯誤；升高溫度可提高反應(yīng)速率，所以高溫區(qū)加快了反應(yīng)速率，但合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以低溫區(qū)可提高氨的產(chǎn)率，故C正確；催化劑能改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，但不能改變反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，即不能改變反應(yīng)的反應(yīng)熱，故D正確。2．D。解析：由圖像分析可知，前三步總反應(yīng)，反應(yīng)物能量高，生成物能量低，故反應(yīng)放熱，ΔH＜0，A錯誤；根據(jù)圖像，·HOCO轉(zhuǎn)化為·CO和·OH是圖中的第三步反應(yīng)，是放熱過程，B錯誤；催化劑只能增大反應(yīng)速率，不會影響平衡，對轉(zhuǎn)化率無影響，C錯誤；根據(jù)圖像分析可知，Ts3活化能最小，D正確。3．B。解析：A．步驟①表示DMF分子和H原子吸附在銅催化劑表面的過程，而步驟③則表明形成了C—H鍵，A錯誤；B．在正向進(jìn)行的三個反應(yīng)中，其能壘分別為：-1.23eV-(-2.16)eV=0.93eV、-1.55eV-(-1.77)eV=0.22eV、-1.02eV-(-2.21)eV=1.19eV，所以該歷程中的最大能壘(活化能)為1.19eV，B正確；C．升高溫度可以加快反應(yīng)速率，單個DMF分子轉(zhuǎn)化時釋放的能量，升高溫度，化學(xué)平衡會向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，會導(dǎo)致DMF的平衡轉(zhuǎn)化率降低，C錯誤；D．圖中表示該反應(yīng)中單個DMF分子轉(zhuǎn)化時釋放的能量，所以1molDMF完全轉(zhuǎn)化為三甲胺,釋放出的能量大于1.02eV，D錯誤；故合理選項是B。4．D。解析：·CO2轉(zhuǎn)化為·COOH的過程中，碳元素的化合價降低，因此·CO2到·COOH是還原反應(yīng)，A正確；該過程中，CO2轉(zhuǎn)化為CO，可減少空氣中的CO2的含量，緩解溫室效應(yīng)，同時反應(yīng)生成CO具有可燃性，可解決能源轉(zhuǎn)化危機，B正確；由圖可知，·COOHNiPc中的能量高于吸附在CoPc上的能量，因此吸附在相同基團(tuán)的物種分別吸附在NiPc和CoPc表面，其能量不同，C正確；催化劑只影響反應(yīng)速率，不改變反應(yīng)焓變，D錯誤。5．D。詳解：分析：A項，生成CH3COOH的總反應(yīng)為CH4+CO2CH3COOH，原子利用率為100%；B項，CH4選擇性活化變?yōu)棰龠^程中，有1個C-H鍵發(fā)生斷裂；C項，根據(jù)圖示，①的總能量高于②的總能量，①→②放出能量并形成C-C鍵；D項，催化劑只影響化學(xué)反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡，不能提高平衡轉(zhuǎn)化率。詳解：A項，根據(jù)圖示CH4與CO2在催化劑存在時生成CH3COOH，總反應(yīng)為CH4+CO2CH3COOH，只有CH3COOH一種生成物，原子利用率為100%，A項正確；B項，CH4選擇性活化變?yōu)棰龠^程中，有1個C-H鍵發(fā)生斷裂，B項正確；C項，根據(jù)圖示，①的總能量高于②的總能量，①→②放出能量，對比①和②，①→②形成C-C鍵，C項正確；D項，催化劑只影響化學(xué)反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡，不能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，D項錯誤；答案選D。6．D。解析：由反應(yīng)歷程圖可知，H＋雖然參加反應(yīng)，但其本身的量及化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有發(fā)生變化，故H＋起催化作用，A項正確；分析反應(yīng)歷程圖可知，反應(yīng)物為NH3、NO、NO2，生成物是兩種無毒物質(zhì)N2和H2O，總反應(yīng)為2NH3＋NO＋NO2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5())2N2＋3H2O，B項正確；由原子守恒可知X為N2和H2O，C項正確；汽油的主要成分是碳?xì)浠衔?，汽車尾氣中的氮氧化物是空氣中的氮氣和氧氣發(fā)生化合反應(yīng)產(chǎn)生的，D項錯誤。7．D。解析：A.Pd上發(fā)生的電極反應(yīng)為：H2－2e－=2H＋，故不選A；B.由圖中信息可知，F(xiàn)e(Ⅱ)與Fe(Ⅲ)是該反應(yīng)的催化劑，其相互轉(zhuǎn)化起到了傳遞電子的作用，故不選B；C.反應(yīng)過程中NOeq\o\al(－,2)被Fe(Ⅱ)還原為N2，故不選C；D.總反應(yīng)為3H2＋2NOeq\o\al(－,2)＋2H＋eq\o(=,\s\up7(催化劑))N2＋4H2O。用該法處理后由于消耗水體中的氫離子，pH升高，故選D。8．A。解析：反應(yīng)前后催化劑的質(zhì)量和性質(zhì)不發(fā)生改變，根據(jù)過程圖，O3只參與反應(yīng)，沒有O3的生成，因此O3不是催化劑，故A說法錯誤；根據(jù)過程，反應(yīng)Ⅲ：O和O2參與反應(yīng)，生成O3，即反應(yīng)方程式為O2＋O=O3，故B說法正確；根據(jù)反應(yīng)過程，反應(yīng)Ⅱ生成甲醛和乙醛，因此光化學(xué)煙霧中含有甲醛和乙醛等刺激性物質(zhì)，故C說法正確；反應(yīng)Ⅰ：O3＋3NO=3NO2，存在化合價的變化，屬于氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ丙烯與O3發(fā)生反應(yīng)生成甲醛和乙醛，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，故D說法正確。9．C。解析：根據(jù)圖示，NO在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為氮氣和氧氣，該分解過程是：2NON2+O2，故A正確；銅與稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮、硝酸銅和水，可以用于實驗室制取NO，故B正確；過程②為NO在催化劑表面發(fā)生斷鍵形成氮原子和氧原子，斷開化學(xué)鍵需要吸收能量，過程③為氮原子和氧原子重新形成化學(xué)鍵生成氮氣和氧氣，形成化學(xué)鍵需要釋放能量，故C不正確；根據(jù)反應(yīng)2NON2+O2，O元素由－2價變?yōu)?價，生成1molO2，同時生成1molN2，轉(zhuǎn)移4mol電子，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，NO分解生成5.6L（0.25mol）N2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為0.25mol×4×6.02×1023mol?1＝6.02×1023（個），故D正確。10．B。解析：第①步反應(yīng)的中間體比第②步反應(yīng)的中間體能量高，能量越高越不穩(wěn)定，則第②步反應(yīng)的中間體穩(wěn)定，A不符合題意；第①步反應(yīng)活化能較大，反應(yīng)發(fā)生消耗的能量高，則該步反應(yīng)難進(jìn)行，其反應(yīng)速率較小，總反應(yīng)的快慢取決于慢反應(yīng)，則總反應(yīng)速率由第①步反應(yīng)決定，B符合題意；由反應(yīng)機理知，第③步反應(yīng)還有H產(chǎn)生，原子利用率不是100%，C不符合題意；從圖中可以看到，反應(yīng)物總能量比生成物總能量高，所以總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，D不符合題意。11．C。解析：由兩步反應(yīng)原理可知，第一步反應(yīng)中Fe被消耗，第二步反應(yīng)中Fe又生成，說明Fe是反應(yīng)的催化劑，而FeO是反應(yīng)的中間產(chǎn)物，故A正確；根據(jù)反應(yīng)歷程圖，可知兩步反應(yīng)的生成物的總能量均低于對應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)物的總能量，則兩步反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，ΔH均小于0，故B正確；根據(jù)反應(yīng)歷程圖，第一步反應(yīng)的活化能大于第二步反應(yīng)的活化能，活化能越大，反應(yīng)速率越慢，則總反應(yīng)速率主要由第一步反應(yīng)決定，故C錯誤；在沒有催化劑條件下總反應(yīng)的活化能是E2－E0，故D正確。12．A。解析：催化劑能降低“過渡態(tài)”物質(zhì)的相對能量，使活化能降低，A選項錯誤，B選項正確；曲線II的正反應(yīng)活化能為＝196kJ·mol－1－180.5kJ·mol－1＝15.5kJ·mol－1，C選項正確；反應(yīng)熱等于生成物的總能量與反應(yīng)物的總能量之差，即△H＝103.4kJ·mol－1－180.5kJ·mol－1＝－77.1kJ·mol－1，D選項正確。13．B。解析：由催化機理示意圖可知，La2O3為反應(yīng)的催