小題保分訓練17 催化劑、活化能與化學反應歷程（附答案解析）-沖刺2023年高考化學滿分集訓

學而優(yōu)教有方PAGEPAGE6頁碼小題保分訓練(17)催化劑、活化能與化學反應歷程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)催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。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的反應熱2．科學工作者結(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反應，能降低反應的活化能，提高反應物的轉(zhuǎn)化率D．歷程中活化能(能壘)最小的反應方程式為·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，中國科學院大連化物所“CO2催化轉(zhuǎn)化為CO的研究”獲得新進展。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)還原反應得到·COOHB．該研究成果將有利于緩解溫室效應，并解決能源轉(zhuǎn)化問題C．相同基團的物種分別吸附在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)，其反應歷程如圖所示，下列說法不正確的是()A．反應中H＋是催化劑B．上述歷程的總反應為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氫化合物受紫外線作用可產(chǎn)生二次污染物——光化學煙霧，其中某些反應過程如圖所示。下列說法不正確的是()A．整個過程中O3作催化劑B．反應Ⅲ的方程式為O2＋O=O3C．光化學煙霧中含甲醛、乙醛等刺激性物質(zhì)D．反應Ⅰ、反應Ⅱ均屬于氧化還原反應9．利用固體表面催化工藝進行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C．過程②釋放能量，過程③吸收能量D．標準狀況下，NO分解生成5.6LN2轉(zhuǎn)移電子數(shù)約為6.02×102310．目前認為乙烯在酸催化下水合制乙醇的反應機理及能量與反應進程的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是()A．第①步反應的中間體比第②步反應的中間體穩(wěn)定B．總反應速率由第①步反應決定C．第③步反應原子利用率為100%D．總反應為吸熱反應11．CO與N2O均是大氣污染物，可通過反應CO＋N2O=N2＋CO2轉(zhuǎn)化為無害氣體，其相對能量與反應歷程的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯誤的是()已知CO與N2O在鐵催化劑表面進行如下兩步反應：第一步：Fe＋N2O=FeO＋N2第二步：FeO＋CO=Fe＋CO2A．FeO是反應的中間產(chǎn)物B．兩步反應的ΔH均小于0C．該反應的速率主要由第二步反應決定D．E2－E0為在沒有催化劑條件下總反應的活化能12．亞硝酰氯在有機合成中有重要應用。2NO(g)＋Cl2(g)＝2NOCl(g)的反應歷程如圖所示。下列說法錯誤的是()A．催化劑能提高反應物的相對能量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年中國科學院和中國工程院評選出2020年世界十大科技進展，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)生帶負電荷的HD．使用催化劑可以降低反應的焓變，從而提高化學反應速率14．以TiO2為催化劑的光熱化學循環(huán)分解CO2反應為溫室氣體減排提供了一個新途徑，該反應的機理及各分子化學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鍵斷裂和新化學鍵的形成B．增大TiO2的比表面積可提高催化效率C．該反應中光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學能D．CO2分解反應的熱化學方程式為2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)ΔH＝＋556kJ·mol－115．《環(huán)境科學》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，其反應機制模型如圖所示。下列敘述錯誤的是A．56gFe參加反應，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【小題保分訓練(17)催化劑、活化能與化學反應歷程】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行，目的是加快反應速率；而④⑤為了增大平衡產(chǎn)率，需要在低溫下進行，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速率，所以高溫區(qū)加快了反應速率，但合成氨的反應為放熱反應，所以低溫區(qū)可提高氨的產(chǎn)率，故C正確；催化劑能改變反應歷程，降低反應的活化能，但不能改變反應的始態(tài)和終態(tài)，即不能改變反應的反應熱，故D正確。2．D。解析：由圖像分析可知，前三步總反應，反應物能量高，生成物能量低，故反應放熱，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，是放熱過程，B錯誤；催化劑只能增大反應速率，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．在正向進行的三個反應中，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速率，單個DMF分子轉(zhuǎn)化時釋放的能量，升高溫度，化學平衡會向吸熱的逆反應方向移動，會導致DMF的平衡轉(zhuǎn)化率降低，C錯誤；D．圖中表示該反應中單個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，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，同時反應生成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；催化劑只影響反應速率，不改變反應焓變，D錯誤。5．D。詳解：分析：A項，生成CH3COOH的總反應為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，催化劑只影響化學反應速率，不影響化學平衡，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，催化劑只影響化學反應速率，不影響化學平衡，不能提高反應物的平衡轉(zhuǎn)化率，D項錯誤；答案選D。6．D。解析：由反應歷程圖可知，H＋雖然參加反應，但其本身的量及化學性質(zhì)在反應前后都沒有發(fā)生變化，故H＋起催化作用，A項正確；分析反應歷程圖可知，反應物為NH3、NO、NO2，生成物是兩種無毒物質(zhì)N2和H2O，總反應為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氫化合物，汽車尾氣中的氮氧化物是空氣中的氮氣和氧氣發(fā)生化合反應產(chǎn)生的，D項錯誤。7．D。解析：A.Pd上發(fā)生的電極反應為：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.反應過程中NOeq\o\al(－,2)被Fe(Ⅱ)還原為N2，故不選C；D.總反應為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，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Ⅲ：O和O2參與反應，生成O3，即反應方程式為O2＋O=O3，故B說法正確；根據(jù)反應過程，反應Ⅱ生成甲醛和乙醛，因此光化學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Ⅰ：O3＋3NO=3NO2，存在化合價的變化，屬于氧化還原反應，反應Ⅱ丙烯與O3發(fā)生反應生成甲醛和乙醛，發(fā)生氧化還原反應，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，斷開化學鍵需要吸收能量，過程③為氮原子和氧原子重新形成化學鍵生成氮氣和氧氣，形成化學鍵需要釋放能量，故C不正確；根據(jù)反應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，標準狀況下，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步反應的中間體比第②步反應的中間體能量高，能量越高越不穩(wěn)定，則第②步反應的中間體穩(wěn)定，A不符合題意；第①步反應活化能較大，反應發(fā)生消耗的能量高，則該步反應難進行，其反應速率較小，總反應的快慢取決于慢反應，則總反應速率由第①步反應決定，B符合題意；由反應機理知，第③步反應還有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，反應物總能量比生成物總能量高，所以總反應為放熱反應，D不符合題意。11．C。解析：由兩步反應原理可知，第一步反應中Fe被消耗，第二步反應中Fe又生成，說明Fe是反應的催化劑，而FeO是反應的中間產(chǎn)物，故A正確；根據(jù)反應歷程圖，可知兩步反應的生成物的總能量均低于對應反應反應物的總能量，則兩步反應均為放熱反應，ΔH均小于0，故B正確；根據(jù)反應歷程圖，第一步反應的活化能大于第二步反應的活化能，活化能越大，反應速率越慢，則總反應速率主要由第一步反應決定，故C錯誤；在沒有催化劑條件下總反應的活化能是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的正反應活化能為＝196kJ·mol－1－180.5kJ·mol－1＝15.5kJ·mol－1，C選項正確；反應熱等于生成物的總能量與反應物的總能量之差，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為反應的催