催化剂活化能和反应历程

1、2021高考热点练习活化能与催化剂机理、活化能和有效碰撞理论1. 有效碰撞：使分子间发生化学反响的碰撞.;有适宜的取向.2. 有效碰撞的条件：发生碰撞的分子具有足够的能量(活化分子) 特别提醒：不是所有的活化分子之间的碰撞是有效碰撞.3. 活化分子：具有较高能量,能够发生有效碰撞的分子.4. 活化能：活化能是指化学反响中,由反响物分子到达活化 分子所需的最小能量.即活化分子高出反响物分子平均能量的局部.如图：Ei为正反响的活化能,E2为逆反响的活化能,即E1-E2 =AH.结论：(分子具有足辎的能星一活化分子邛 一 分子坛动一相互碰撞一 vr 有数/撞一化学反响有适宜的取向J5. 活化能对反响

2、速率的影响化学反响速率方程是由实验测定的.例如 aA+bB=cC的速率公式可表示为：v=kcm (A)cn (B),式中k为反响速率常数,瑞典的阿伦尼乌斯创立了化学反响速率常数经验公式 k=Ae-Ea/RT,由次可以得出以下结论：(1) 活化能Ea的上下对反响速率的影响极大.催化剂通过降低活化能而影响到速率常数,进而影响反响速率.(2) 活化能越低,单位体积活化分子数越多,单位时间内有效碰撞次数越多,反响速率 越快.(3) k值的大小与浓度无关,浓度的大小能影响化学反响速率的大小,但对速率常数没有影响.(4) k值随温度升高而增大,这与平衡常数不同,速率常数对温度非常敏感,每升高 10 度,速

3、率会增加2-4倍.(5) 速率方程 是由实验测定的 经验方程,不一定和反响计量系数呈对应关系.(6) 多步反响中, 决定总反响速率的是慢反响(决速步骤),其反响物浓度影响总反响 的速率.二、催化剂1. 催化剂：在化学反响里能改变其他物质的化学反响速率,而本身的质量和化学性质 在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒.催化剂在化学反响中所起的作用叫催化作用.特别提醒：催化剂同等程度的改变正、逆反响速率.2. 催化机理：1催化剂通过参与化学反响,改变反响历程,降低反响的活化能能垒,提升活化 分子百分数,增加单位体积内有效碰撞次数,从而加快反响速率.如图：+ 怠垃JM火教粮Mi囹2催化剂参

4、与反响的形式：均相催化催化剂和反响物同为气体或液体时,通常催化剂跟反响物分子或离子通常结合形成不稳定的中间态即活化络合物.这一过程的活化能通常比较低,因此反响速率快, 然后中间物又跟另一反响物迅速作用活化能也较低生成最终产物,并再生出催化剂.该 过程可表示为：A + B=AB慢A + C=AC快AC + B=AB + C快式中A、B为反响物,AB为产物,C为催化剂.非均相催化催化剂是固体物质时,固体催化剂的外表存在一些能吸附反响物分子的 特别活泼中央,称为活化中央.反响物在催化剂外表的活性中央形成不稳定的中间化合物, 从而降低了原反响的活化能,使反响能迅速进行.催化剂外表积越大,其催化活性越高

5、.特别提醒： 催化剂能降低反响所需活化能,但不影响粉变的大小. 使用催化剂和升温都是通过 提升活化分子百分数,从而提升单位体积内活化分子数目,增加有效碰撞次数来加快反响速率的,而增大浓度和压强,也提升单位体积内活化分子数目,增加有效碰撞次数来加快反响速率,但不能提升活化分子百分数 .3. 催化剂的特征：1高效性：催化剂可以极大地加快反响速率.催化剂的催化水平成为 催化活性,催化活性受温度影响, 一定温度范围内,催化活性随温 度升高而升高,但温度继续升高,催化活性降低.催化剂由于接触到某些杂质而降低或失去催化活性的现象较,称为催化剂中毒失活.催化剂外表积越大,其催化活性越高.2专一性：可以理解为

6、一种催化剂对某一种反响具有催化作用,但对另外的反响就没有催化作用.酶是具有高专一性的催化剂,无机催化剂一般没有专一性.3选择性：当相同的反响物有两个或两个以上不同的方向反响时,一种催化剂在一定条 件下只能加速一种反响.因此,一种催化剂并非对所有的化学反响都有催化作用；但是,某些化学反响并非只有唯一的催化剂.催化剂的选择性可以从两方面理解：一是不同的反应物应选择不同的催化剂 ；二是同样的反响物选择不同的催化剂可获得不同的产物. 特别提醒：1催化剂只能加速热力学上可能发生的反响G!g + 2HiXg.每生成放出1而kJ腆显,该反响的速率 表匹式为=,时H：虹WI,邱待真列两珍；2O+HfNH Hj

7、Ch展n；Qz t厄一三臼JX快T V暗迥得有关宾脸It据如下：毒号r(NO)(incbl ,仁旺低ttwU 1迎率1血皿miu IC.OOd 00.001 01.RX10 400.006 D0.002 03*6X10*m0,001 00.00 d 0A0XM s0,002 00.006 012X10-4用说法瞬的是A. 整个反响建率由第揪反响魂定B. 正反响翩舌化瞠一定是C. 该反响速率表达式：r= moMNOrThm该反响的热化学方程式为2?NOji + 2Hg=Nig +A/-,kJiuol 16. 最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到 CO与O在催化剂外表形成化学键的过 程.反响

8、过程的示意图如下：以下说法正确的选项是A. CO和O生成CO2是吸热反响B. 在该过程中,CO断键形成C和OC. CO和O生成了具有极性共价键的CO2D. 状态I状态山表示 CO与O2反响的过程7. 2021四川省攀枝花三模我国科学家使用双功能催化剂能吸附不同粒子催化水煤气 变换反响：COg + H2Og = CO2g + H2g AH放出能量并形成了 C C键D .该催化剂可有效提升反响物的平衡转化率9. 对于反响2N2O5g r 4NOg+O2g, R.A . Ogg提出如下反响历程:第一步N2O5NO2+NO3快速平衡第二步NO2+NO3 NO+NO2+O2慢反响第三步NO+NO L 2

9、NO2快反响.其中可近似认为第二步反响不影响第一步的平衡.以下表述正确的选项是A . v第一步的逆反响 v第二步反响B. 反响的中间产物只有 NO3C. 第二步中NO2与NO3的碰撞仅局部有效D .第三步反响活化能较高10.双逸作国科NO气9眼成送研究.捏11卜列3墙机娘为谏率宅勘痢一步：2X0=.反响,平将时：正、A. v第一米谱反卧M第二步反鹿B总反响快慢主斐曲第二步反响决定U 达平衡形,MN0 = cfNsO?D. 第一步反成的仙常教 如11. 热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反响速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低.我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂Ti-H区域

10、和Fe区域的温度差可超过100C.Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反响历程如下列图,其中吸附在催化剂外表上的 物种用*标注.以下说法正确的选项是A. 为氮氮三键的断裂过程B. 在高温区发生,在低温区发生C. 为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程D. 使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反响转变为吸热反响12. 【2021届太原五中三模】当 1, 3-丁二烯和漠单质1: 1加成时,其反响机理及能量变 化如下：不同反响条件下,经过相同时间测得生成物组成如下表:辰辑条伟1反成时问产物中A站翌岐代加命政L产律平H的皆线的岫分戴11小P(min19%LaJt mum一 88%以下分析不合理的是A

11、. 产物A、B互为同分异构体,由中间体生成A、B的反响互相竞争B. 相同条件下由活性中间体C生成产物A的速率更快C. 实验1测定产物组成时,体系己达平衡状态D. 实验1在t min时,假设升温度至25 C,局部产物A会经活性中间体 C转化成产物B13. 2021北京市顺义三模研究说明,在催化剂 a(或催化剂b)存在下,CO2和H2能同时 发生两个平行反响,反响的热化学方程式如下： CO2(g)+ 3H 2(g).*CH3OH(g)+ H 2O(g) AHi= - 53.7 kJ/mol CO2(g)+ H 2(g)也 、CO(g)+ H 2O(g)出2= + 41.2 kJ/mol某实验小组限

12、制 CO2和H2初始投料比为1 ： 2.2.在相同压强下,经过相同反响时间测得 的实验数据如下：实验编号T(K)催化剂CO2转化率(%)甲醇选择性(%)1543催化剂a12.342.32543催化剂b10.972.73553催化剂a15.339.14553催化剂b12.071.6(备注)甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比.以下说法不正确的选项是A .相同温度下,在该时刻催化剂b对CO2转化成CH3OH有较高的选择性B. 其他条件不变,升高温度反响中CO2转化为CH3OH平衡转化率增大C. 其他条件不变,增大反响体系压强反响中平衡常数不变D. 反响在无催化剂、有催化剂a和有催化剂b三种情

13、况下能量示意图如下:14、2021海南卷,T12炭黑是雾霾中和重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化过程的能量变化模拟计算结果如右图所示.活化氧可以快速氧化二氧化硫.炭黑和皂 活化氧4心一血监Fk-卜列说法正确的选项是氧同子啊枝司A .每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量B. 水可使氧分子活化反响的活化能降低0.42eVC. 氧分子的活化是 O一.的断裂与C O键的生成过程D .炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂15. 2021北京可以作为水溶液中 SO2歧化反响的催化剂,可能的催化过程如下.将 ii补充完整.i. SO2+4I +4H+=S$ +2I+2H2Oi

14、i. 12+2H 2O+2 I16. 我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂外表上水煤气变换的反响历程,如下列图,其中吸附在金催化剂外表上的物种用标注.sQHlM+WB O+SH+(蜀E X0+H3HUE 过渡态2.QHbHnHOOLJ (苴 H+.HLHO+OU过渡态I3Q.H +M+bj尽0舟+苦)2 10 1(丽器叔实-可知水煤气变换的 AH 0 (填 大于等于或 小于),该历程中最大能垒(活化能)E正=eV,写出该步骤的化学方程式 .17. 2021江苏节选CO2的资源化利用能有效减少 CO2排放,充分利用碳资源.CO2催化加氢合成二甲酰是一种 CO2转化方法,其过程中主要

15、发生以下反响：反响 I : CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H 2O(g)AH =41.2 kJ mol-1反响 : 2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)AH = - 122.5 kJ mol-1在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时 CH 3OCH 3的选择性随温度的变化如图.其中：2002402K)地x64)-M)21;AC瓦OCH的物质的量CH3OCH3的选择性=反响南co刷物质的量x100% 温度高于300 C, CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是 . 220 C时,在催化剂作用下CO2与H2反响一段时间后,测得CH

16、3OCH3的选择性为48% (图中A点).不改变反响时间和温度,一定能提升CH3OCH3选择性的举措有 .18. (2021滨州二模)汽车排气管装有的三元催化装置,可以消除 CO、NO等的污染,反 应机理如下I: NO+Pt(s)=NO(*)Pt(s)表示催化剂,NO(*)表示吸附态 NO,下同 n : CO+Pt(s)=CO(*)III : NO(*)=N(*)+O(*)IV : CO(*)+O(*)=CO 2+2Pt(s)V: N(*)+N(*)=N 2+2 Pt(s)VI : NO(*)+N(*)=N 2O+2 Pt(s)尾气中反响物及生成物浓度随温度的变化关系如图.1111 12500

17、1QOO*/Jop ISBMBByMSSiM鞭闻iooTmT:!布丽甘血 jio tinn t- vT域物帝腐精IL女的卷比K 4 330 C以下的低温区发生的主要反响的化学方程式是 . 反响V的活化能 反响VI的活化能(填“或“=,理由是.19. 【2021浙江卷】催化复原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一.研究说明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反响,分别生成CH3OH和CO.反应的热化学方程式如下：CO2 (g) +3H2 (g) CH3OH (g) +H2O (g) H1=-53.7kJ mol-1ICO2 (g) +H2 (g) - CO (g) +

18、H2O (g) H2II某实验室限制 CO2和H2初始投料比为1:2.2,在相同压强下,经过相同反响时间测得如下 实验数据：催化辩匚山转化率(轮)甲酵逸捧性(嚅)543(JLi. 112.342.3MlCdt 210 972.755.1Cai. J1.1 3E9, I形【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比：CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ mol-1和-285.8kJ mol-1H2O (l) = H2O (g) H3=44.0kJ mol-1请答复不考虑温度对AH的影响：1有利于提升 CO2转化为CH3

19、OH平衡转化率的举措有 A.使用催化剂 Cat.1 B.使用催化剂 Cat.2C.降低反响温度D.投料比不变,增加反响物的浓度E. 增大CO2和H2的初始投料比2 表中实验数据说明,在相同温度下不同的催化剂对CO2 虹转化成CH3OH的选择性有显者的影响,其原因是3在图中分别画出反响 I在无催化剂、有 Cat.1和有Cat.2 三种情况下 反响过程能量示意图.20. 【2021新课标2卷】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.CH 4-CO2催化重整反响为：CH4g+CO2g=2COg+2H 2g.反响中催化剂活性会因积碳反响而降低,同时存在的消

20、碳反响那么使积碳量减少.相关数据如下表：积碳反响CH4(g)=C(s)+2H 2(g)消碳反响CO2(g)+C(s)=2CO(g)H/(kJ mol-1)75172活化能/(kJ mol- 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 .在反应进料气组成、压强及反响时间相同的情况下,某催化剂外表的积碳量随温度的变化关系如下列图.升高温度时,以下关于积碳反响、消碳反响的平衡常数K和速率v的表达正确的选项是 填标号.温度尸C84 (承匚也苴驱600 &S0 700A . K积、K消均增加B . v积减小,v消增加C. K积减小,K消增加D. v消增加的倍

21、数比v积增加的倍数大在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k p(CH4)p(CO2)-0.5 (k为速率常数).在P(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下列图,那么Pa(CO2)、Pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为.反成明冗FrtiinO0温度题21)囹T008G604D201 $、莽壑日程一=之21. (2021江苏) 在有氧条件下,新型催化剂 M能催化NH3与NOx反响生成N2.将一定 比例的.2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反响器中反响(装置见题20 图-1).催化复原反响器 题20图-1反响相同时间NOx的去除率随反响温度的变化曲线如题 20图-2所