催化剂的性质和考点

催化剂催化剂用。工业上常用的催化剂有很多,如:铂铑合金，合成氨工业用的铁触媒，石油化工行业中脱氢与加氢用镍或铂，催化重整用铼等等。什么叫催化剂？大，有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂能改变反应限度吗？衡位置（平衡常数）。催化剂是如何加快反应速率的？化学反应物要想发生化学反应，必须使其化学键发生改变，改变或者断裂化学键需要一定的能量支持，能使化学键发生改变所需要的最低能量阈值称之为活化能，而催化剂可使化学反应物经由只需较少大大提高反应速率而是需要较长时间来完成反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。当前，对催化剂的作用还没有完全弄清楚。在大多数情况下，人们认为催化剂本身和反应物一起参HO2 21H2O2→H2O+2O2（Ⅰ）在KI作用下的分解反应机理为：HO＋I－→HO＋IO－（慢）（Ⅱ）

很不稳定，在常温下的分解式为：2 2 2HO＋IO－→HO＋O＋I－（快）（Ⅲ）2 2 2 2在总的化学反应中，I―的作用是降低该反应发生所需要的活化能，本质上是把一个比较难发生的反I―I―扮演生成物的角色。什么是催化剂的活性？间内转化反应物的质量来表示。催化剂的活性并非一成不变的。温度对催化剂的活性影响很大，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速度很慢，随着温度升高，反应速度逐渐增大，但达到最大速度后，又开始降低。如工业合成三氧化硫时选择450℃～500℃的原因是就因为在该温度下钒催化剂的活性最高。温度过高，易使催化剂烧结而破坏其活性，最适宜的温度要通过实验来确定。HO和CO会使Fe催化剂发生可逆性中毒，HS会使Fe催化剂发生不可逆中毒。2 2催化剂失活也有非永久的，如反应过程产生的积碳，覆盖了活性组分或堵塞了催化剂的孔道，封锁活性表面。这些覆盖物通过一定的方法可以除去，如被积碳而失活可以通过烧炭再生而复活。5.什么是催化剂的选择性？当化学反应在热力学上可能有几个反应方向时，一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作用，这就是催化剂的选择性。催化剂的选择性决定了催化作用的定向性。可通过选择不同的催化剂来控制或改变化学反应的方向。例如，加热使甲酸发生分解反应时，如果用固体氧化铝作催化剂，则

O+COZnO2

+CO。2 2再如乙醇在高温时可脱氢转变成乙醛，亦可脱水转变成乙烯，银催化剂能促进前一反应，氧化铝催化剂则促进后一反应。催化剂的选择性一般是指所消耗的原料中转化成目的产物的百分率。强的选择性，就是由于它的孔径尺寸只能允许某种分子进入孔内，到达催化剂表面而被催化。范例导引（2013广东，31节选）大气中的部分碘源于O3

对海水中Ⅰ-的氧化。将O3

持续通入NaⅠ溶液中进行模拟研究。已知：在溶液中存在化学平衡（aq）+I－（aq） I－（aq）。（1）O3

将Ⅰ-氧化成Ⅰ2

2 3的过程由3步反应组成：①Ⅰ－（aq）+O（g）=ⅠO－(aq)+O(g)△H3 2 1②ⅠO－（aq）+H+(aq) HOⅠ(aq)△H2③HOI（aq）+I-（aq）+H+（aq） I2（aq）+H2O（l）△H3总反应的化学方程式为 ，其反应△H= （2）为探究Fe2+对氧化Ⅰ－反应的影响（反应体如图1），某研究小组测定两组实验中Ⅰ－浓度和体3系pH，结果见图2和下表。编号 反应物 反应前pH 反应后pH第1组 O+I-3第2组 O3

5.2 11.05.2 4.1①Ⅰ组实验中，导致反应后pH升高的原因是 .②图1中的A为 ，由Fe3+生成A的过程能显著提高Ⅰ－的转化率，原因是 。③第2组实验进行18s后，I－下降。导致下降的直接原因有（双选） 。3A.c(H+)减小 B.c(Ⅰ-)减小 C.I(g)不断生成 D.c（Fe3+）增加2解析：以下是第（2）问的解析。第（1）O+2I－+2H+=IO+HO，该方程式正好可用于解释第（2）问①问题：反应过程3 2 2 2中消耗H+，溶液酸性减弱，pH增大。Fe3+AFe3+I－IA为2Fe2+I－被氧化的整个过程中，Fe2+Fe3+H+使题干中的反应②③的平衡向正反应方向移动，则A为Fe(OH)。32Fe3++2I－=I

+2Fe2+是学生非常熟悉的化学反应，对解答本问题干扰很大，很多学生不假思索就误认2为A是Fe2+。为什么A不是Fe2+呢？如果A是Fe2+，则Fe2+在反应前后质量不变，应为催化剂，催化剂Fe3+AI－Fe2+的作用不是催化剂，AFe3+Fe(OH)318s后－)下降说明I（aq）+I－（aq） I－（aq）反应的平衡向逆反应方向移动，能使平衡向3 2 3c(I—)逐渐减小，二是存在I2生成，因此选BC。

(aq) I(g)过程，I2

不断（1O+2I－+2H=I+O+HO△H=△H+△H+△H（2）①反应过程中消耗H，溶液酸性减3 2 2 2 1 2 3弱，pH增大②Fe(OH)Fe3+H+BC。3定位题组1.2018北京，7．我国科研人员提出了由CO2

和CH4

转化为高附加值产品CH3

COOH的催化反应历程。下列说法下列说法的是ACHCOOH100%B．CH→CHCOOH过程中，有C―H键发生断裂3C．①→②放出能量并形成了C―C键D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率43(E1表示正反应的活化能，E表示逆反应的活化能)是2该反应为放热反应催化剂能改变该反应的焓变催化剂能降低该反应的活化能逆反应的活化能大于正反应的活化能3（2016全国Ⅱ，28节选）Fe2＋Fe3+的性质。向HOFeCl色发生反应的离子方程式为 一段时间后，溶液中有气泡出现并放热随后有红褐色沉淀生成，产生气泡原因是 ，生成沉淀的原因是 （用平衡移动原理解释。4.（2016江苏，20节选）相同条件下，纳米铁粉去除不同水样222中O－的速率有较大差异（见右图，产生该差异的可能原因3。5.（2015江苏，15节选）制备MnSO4溶液：在烧瓶中（装置见右图）加入一定量MnO2

和水，搅拌，通入SON2 2

混合气体，反应3h。停止通入SO，继续反应片刻，过滤（已知:MnO+HSO=MnSO+HON2 2 2 3 4 2

换成空气，测得反应液中Mn2+、SO2－的浓度随反应时间t变化如右图。导致溶液中Mn2+、SO2-浓度变化产生明显差异的原因4 4。5题图 6题图6.（2009年宁夏，28节选）2SO

2

(g)2

1mol3

(g)2氧化为1molSO3

的ΔH=-99kJ·mol-1.请回答下列问题：A、CEVO2 5

作催化剂，VO25

会使图中B点升高还是降低？，理由是；图中·l－；（3）VO的催化循环机理可能为：VO氧化SO

时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再25 25 2被氧气氧化。写出该催化循环机理的化学方程式；7.已知：HCl(g

OH(g)→CHCl(gHO(g) ΔH=－31.9kJ•mol-1。HClCHOH的混合气体通过3 3 2 3催化剂时的最佳流速在20L•min-1~30L•min-1之间。流速过快，会导致氯甲烷产率下降，原因是。8.丙烯腈（CH2

=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产。主要副产物有丙烯醛（CH

=CHCHO）和乙腈（CH2

CN）等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂的存在下生成丙烯腈（CH=CHCN）和副产物丙烯醛（CHO）①CH（①CH（g）+NH（g）+363O（g）=CHN（g）+3HO（g）ΔH=−515kJ·mol−12332

2 34②CH（g）+O（g）=CHO（g）+HO（g）ΔH=−353kJ·mol−136 2 34 2有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460℃。低于460℃时丙烯腈的产率 （填“是”或“不是”）对应温度下的平衡转化率，判断理由是 ；高于460℃时，丙烯腈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9.（2016浙江，28节选）催化还原CO2

是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2

和H可发生两个平行反应，分别生成CH2

OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO(g)+3H(g)=CHOH(g)+HO(g) ΔH=−53.7kJ·mol-1 I222 2 3 2 122CO(g)+H2

(g)=CO(g)+H2

O(g) ΔH=+41.2kJ·mol-1II某实验室控制CO和H初始投料比为1:2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：2 2T(K) 催化剂 CO转化率(%) 甲醇选择性(%)543Cat.1212.342.3543Cat.210.972.7553Cat.115.339.1553Cat.212.071.6【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比

中生成甲醇的百分CO2

转化为CHOH平衡转化率的措施有。3Cat.1使用催化剂Cat.2C．降低反应温度DE．增大CO2

和H的初始投料比2CO2

OH的选择性有显著的影响，其原因是。3ICat.1Cat.2三种情况下“反应过程～能量”。10.（2015重庆，11节选）CuClCuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是（填序号。①降低了反应的活化能②增大了反应的速率③降低了反应的焓变④增大了反应的平衡常数3节选）在有氧条件下，新型催化剂M能催化3

与NOx反应生成

。将一223定比例的23

、NH

和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应（装置见图。反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示在50～250℃范围内随着温度的升高的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因；当反应温度高380℃时，NOx

的去除率迅速下降的原因可能。12.（2017江苏，18节选）Cu化作用，其催化原理如图所示。M'的化学式为 。

，Fe3+对该反应有催2参考答案1.D解析：通过观察催化反应历程图，①表示甲烷分子的选择性活化是甲烷分子的一个C－H在催化剂表面断裂，而其他C－H不断裂，吸收能量；“过渡态”表示CO2

分子的一个碳氧双键的π键断裂与活化的甲烷分子开始形成化学键；②表示二氧化碳分子与甲基形成C－C，并放出能量，“夺氢”则指形成的羧HCH3和药物发现等方面有着广泛的应用。2.C

COOH分子。注：C－H选择性活化是一种策略，在材料化学3.HO22

+2Fe2++2H+=2Fe3++2H

O；Fe3+催化HO2 2

分解产生O；HO2 2

分解反应放热，促进Fe3+的水解平衡正向移动。解析：向盛有HO22

溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2

溶液，溶液变成棕黄色是因为HO22

将Fe2＋氧化为Fe3＋，又因为“一段时间后”溶液中产生气泡，说明Fe3＋有催化作用。CuCu2+NO－的反应（Fe－CuNO－的反3 3应速率。Cu2＋Cu2＋CuFe、CuNO－的反3应速率；二可能是Cu2+或Cu具有催化作用。Mn2+

SO+O=2HSO，加快化学反应速率。2 3 2 2 4解析：1hMnO+HSO=MnSO+HOc（Mn2+）c（SO22 2 3 4 2 4－）1:1.1h~2h

2－）增多，根据得失电子守恒原理仅MnO4

作氧化剂显然无能22

2

作氧化剂才能满足图像所示（n+）42－）Mn2+SO浓度变化产生明显差异的原44因3hc（SO2－）c（Mn2+）远抛在后。此时4仅靠O2

的“狡辩”显得苍白无力，其中必有“第三者”暗中推进，只有引入过渡元素Mn2+作催化剂才好Mn2+

SO+O=2HSO的反应速率，而使c(SO2―)陡增。2 3 2 2 4 46.（1）反应物能量生成物能量（2）无；降低；因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低（3）－198 (4)

+VO=SO+2VO 4VO+O=2VO2 2 5 3 2 2 2 27.流速过快，反应物与催化剂的接触时间过短，原料利用率降低，导致产率降低。.（）（）低；AC。（）因①率；催化剂对反应具有选择性，故提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用催化剂。（2）460OC曲线是上升的，460选项（没有达到反应限度D9.（1）CD（2）表中数据表明此时反应未达到平衡，不同（3）化剂，其二氧化碳的转化率也不同，说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。从表中数据分析，在催化剂Cat.2Cat.2Cat.2说明：对第（2）问，Cat.1Cat.2两种催化剂虽然化学组成相同，但晶相、比表面、粒度、孔径结构等活化物相和结构可能不同，因此选择性不同。10.①②催化剂既不改变反应的限度，也不改变反应的焓变。NOx去除反应速率迅速增大；上升缓x3NO去除反应速率增大催化剂活性下降；NHONOx32Fe2+活化能度。如下图所示：定位题组1.（2016海南，16节选）顺-1，2-二甲基环丙烷和反-1，2-二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的活化能E(正)小于E(逆)，则△H 0(填“小于”“等于”或“大于”)。a a2.（2011海南，有改动）某反应的△H＝+100kJ·mol-1，下列有关该反应的叙述正确的是A.正反应活化能小于100kJ·mol-1 B.逆反应活化能一定小于100kJ·mol-1C.正反应活化能不小于100kJ·mol-1D.正反应活化能比逆反应活化能小100kJ·mol-13.（2014浙江，27节选)煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫2技术可以把硫元素以CaSO4

SO2

的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下CaSO4

(s)+CO(g) CaO(s)+

(g)+2

(g) △H=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)2 1CaSO4+4CO(g) CaS(s)+

) H=·l1反应Ⅱ)2 212假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v)大于反应Ⅱ的速率(v)124.（2016全国丙，27节选）煤燃烧排放的烟气含有SO2

和NO，形成酸雨、污染大气，采用NaClOx 2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。在鼓泡反应器中通入含有含有SO2

和NOx

的烟气，反应2离子c/(mol·L−1)SO2¯48.35×10−42离子c/(mol·L−1)SO2¯48.35×10−4SO2¯36.87×10−6NO¯31.5×10−4NO¯21.2×10−5Cl¯3.4×10−323已知脱销过程的方程为O－－O－Hl由实验结果可知脱硫反应速率 23脱硝反应速率（填“大于”或“小于”。原因是除了2 。

2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是反应过程甲烷氧化4反应过程甲烷氧化4222蒸汽重整4222化学方程式焓变△H(kJ/mol)Ea(kJ/mol)CH(g)＋2O(g)＝CO(g)＋2HO(g)4 2 2 2－802.6125.6CH(g)＋O(g)＝CO(g)＋2H(g)－322.0172.5CH(g)＋HO(g)＝CO(g)＋3H(g)4 2 2206.2240.1CH(g)＋2HO(g)＝CO(g)＋4H(g)165.0243.9在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于。Glaser反应。该反应在研究新型发光材料、超分子GlaserCHC≡C─C≡CCH3 3

时，主要副产物为CHCHCH，发生的反应为3 2 3Ⅰ.2CHC≡CH(g) CHC≡C─C≡CCHΔH=+60kJ/mol3 3 3 2Ⅱ.CH

C≡CH(g)+2H(g) CHCHCH(g)ΔH=－179kJ/mol3 2 3 2 3CHC≡C─C≡CCH3 3

的平衡产率，下列措施中可采取的是（双选，填序号）。A.选择合适的催化剂 B.高温 C移出H21为