高考化学微专题复习 催化剂作用的化学反应图像

沸腾可乐 问1：请结合相关信息分析沸腾可乐形成的可能原因？ 已知曼妥思薄荷糖含有一种阿拉伯明胶能促进碳酸的分解，且具有多孔粗糙表面。 反应Ⅰ：H2O(l)+CO2(g) H2CO3(aq) ΔH1 = -19.4kJ/mol 反应Ⅱ：CO2(g) CO2(aq) ΔH2= -19.75kJ/mol 问1：请结合相关信息分析沸腾可乐形成的可能原因？ 沸腾可乐

H2CO3(aq) H2O(l)+CO2(g) ΔH= +19.4kJ/mol 问2：为什么碳酸在催化剂作用下，常温下就能分解？ 能量 反应过程 Ea 反应物 生成物 催化剂与碳酸分子形成中间态，极大降低了反应活化能。

活化能Ea决定速度快慢 请将下面四个图像，大致与下列四个常见反应对应连线，并说明理由 盐酸和氢氧化钠溶液反应 碳酸钙受热分解 乙醇在氧气中燃烧 铜和浓硫酸加热反应

催化剂作用下的微观探析（活化能Ea） 图像绘制要点：充分挖掘信息，考虑四要素，即起点、终点、变化趋势和过程终点。 （武汉17年模拟）已知：2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) △H=－196kJ/mol，活化能Ea=76kJ/mol，若用I－催化时活化能 Ea’=57kJ/mol。 若在H2O2溶液中加入KI溶液作催化剂，反应过程中经历了两步反应： 反应甲：H2O2+I－=H2O+IO－； 反应乙：H2O2+IO－=H2O+O2↑+I－ ①反应甲为吸热反应，且甲的反应速率小于乙的反应速率，在下图中画出在H2O2溶液中加入KI后，反应过程的能量变化图。 (17·11)十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知： C10H18(l)==C10H12(l)＋3H2(g) ΔH1 C10H12(l)==C10H8(l)＋2H2(g) ΔH2 ΔH1＞ΔH2＞0； C10H18→C10H12的活化能为Ea1， C10H12→C10H8的活化能为Ea2； 能量 反应过程 C10H18(l) C10H12(l)＋3H2(g) C10H8(l)＋5H2(g) 思考：若升高50℃后，其他条件不变，画出反应过程的能量变化图？（不考虑温度对催化剂的影响） 图像绘制要点：充分挖掘信息，考虑四要素，即起点、终点、变化趋势和过程终点。

催化剂作用下的宏观辨识（转化率、反应时间） 一定条件下，由CO2和H2制备甲醇的过程中会发生如下反应： CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH 在恒容密闭容器中，充入一定量 H2和 CO2在催化剂A的作用下发生上述反应，若起始温度为303K，反应在503K时达到平衡 (此时转化率约为30%) ，图中曲线为相同时间内303K到653K时CO2转化率随温度升高的变化曲线。 （1）请解释曲线变化的原因： （2）当其他条件相同时，请在图4中补充在催化剂B作用下CO2的转化率变化曲线。 （已知：催化剂B的催化效果比催化剂A差，催化剂均未失效） 503K之前，反应未达平衡，转化率决定于速率，所以温度越高，反应速率越快，CO2转化率越大。503K之后，反应达平衡，转化率决定于平衡移动，温度越高，平衡逆移，CO2转化率越小 最大区域范围，用 表示 选用催化效果更好的纳米结构催化剂A 作用下CO2的转化率变化曲线可能出现的 （303K到653K） 平衡转化率变化曲线 CO2转化率或平衡转化率% A B

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH （4）当其他条件相同时，以催化剂A和C进行实验，在相同时间内测得CH3OH浓度 变化情况如下图所示。下列说法正确的是 CD c(CH3OH)/mol/L 催化剂A 催化剂C A．在催化剂A的作用下反应的平衡常数比催化剂C时大 B．反应在N点达到平衡，此后甲醇浓度减小的原因可能是温度升高，平衡向左移动 C．M点后甲醇浓度减小的原因可能是温度升高发生了副反应或催化剂活性降低 D．催化剂A的催化活性在300—400℃时有所增强 · · 催化剂不改变反应的焓变、平衡转化率， 但是它影响了反应进程的转化率和达到平衡所需的时间

思考：仔细分析图中变化规律，从图中你获得哪些信息？ 在一定压强、不同温度下，两种催化剂分别催化CO2加氢甲烷化反应2h的结果如图1所示（一定温度下仅改变催化剂，其他条件不变）：a、b-催化剂I； c、d-催化剂II。 甲烷化选择性：指含碳产物中甲烷的物质的量分数。 反应Ⅰ CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ∆H1 反应Ⅱ CO2(g)＋ H2(g) CO(g)＋H2O(g) ∆H2>0 思考：仔细分析图中变化规律，从图中你获得哪些信息？ 请在下图中绘制在催化剂I作用下反应Ⅰ、反应Ⅱ的“能量～反应过程”示意图

【巩固练习】二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业。利用废气中的CO2为原料制取甲醇，反应方程式为：CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)，其他条件相同，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO2的转化率随反应温度的变化如图1所示。 ①a点所代表的状态____________（填“是”或“不是”）平衡状态；c点CO2的转化率高于b点，原因是_________________________________； ②请在图2中画出其他条件都相同时，在750℃下使用三种不同催化剂至反应平衡时，CO2的转化率与时间关系的变化曲线，并用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ标出对应的曲线。 不是 b、c点都未达到平衡状态，c点温度高，反应速率快，二氧化碳的转化率较大

③在实际生产中发现，随着甲醇的生成，还伴随有少量CO副产物出现：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)，且CO2的转化率、甲醇的产率和CO含量除受浓度、度、压强等因素影响外，还受催化剂CuO的质量分数、气体混合物在反应锅炉内的流动速率影响（用空间流率表示）．通过实验分别得到数据图3、4： 在其他条件不变的前提下调整催化剂配比，并记录到达平衡所需的时间，得到如表数据，试说明不选择单组份ZnO原因是________________________________________________________________； 使用单组分ZnO时反应速率虽然快，但是由图4可知，二氧化碳转化率、甲醇的产率都过低，实际生产中没有意义，故不采用。

(17·金丽衢)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。 -1807.98kJ/mol 某研究小组通过对NO+NH3+O2反应的催化活性，控制其他条件相同，得到NO的转化率与温度的关系如图所示： 据此作出的判断正确的是 D A、催化剂中添加WO3越多，催化活性越好 B、曲线1表示相应实验条件下200℃以上反应达到平衡，因为反应放热，平衡左移，NO转化率降低 C、曲线2、4表示升高温度NO的转化率可能达到100% D、曲线4对应的催化剂活性受温度影响明显

C 尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。工业上合成尿素的反应如下： 2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(l) ＋ H2O (l) ΔH < 0 。回答下列问题： （1）已知工业上合成尿素分两步进行，相关反应如下： 反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1< 0 反应Ⅱ：NH2COONH4(s) CO(NH2)2(l)＋ H2O(l) ΔH2> 0 下列示意图中[a表示2NH3(g)+CO2(g)，b表示NH2COONH4(s)，c表示CO(NH2)2(l)+H2O(l)]，能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是 （填序号） C

C (17·协作体 )工业上利用甲醇制取烯烃 主反应：2CH3OH C2H4+2H2O Ⅰ 3CH3OH C3H6+3H2O Ⅱ 副反应：2CH3OH CH3OCH3+H2O Ⅲ 某实验室控制反应温度为400℃，在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂（Cat.1和Cat.2），以恒定的流速通入CH3OH，在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如下实验数据：（选择性：转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比） (%)甲醇转化率 (%)乙烯和丙烯选择性 (%)丙烯对乙烯的比例 · · · ①下列说法错误的是 A.反应进行一段时间后甲醇的转化率下降是由于反应 逆向进行了 B.使用Cat.2反应2h后乙烯和丙烯的选择性下降，可 能的原因是生成副产物二甲醚 C.使用Cat.1产生的烯烃主要为丙烯，使用Cat.2产 生的烯烃主要为乙烯 D.不管使用Cat.1还是使用Cat.2，都能提高活化分 子的百分数 ②在上图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1、有Cat.2三种情况下“反应过程——能量”示意图。 C

思考：仔细分析图中变化规律，请你谈谈能从中获得了哪些信息？ (17·4·改编)在常压、Ru/TiO2 催化下，CO2 和 H2 混和气体 进行反应，测得 CO2 转化率、CH4 和 CO 选择性随温度变化情况分别如图 1 和 图 2 所示 （选择性：转化的 CO2 中生成 CH4 或 CO 的百分比）。 反应Ⅰ CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ∆H1 反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ∆H2>0 a b 思考：仔细分析图中变化规律，请你谈谈能从中获得了哪些信息？ 请在下图中绘制在催化剂作用下反应Ⅰ、反应Ⅱ的“能量～反应过程”示意图

工业上利用SAPO-34分子筛催化甲醇制取乙烯，主要分两步进行： 反应Ⅰ：2CH3OH (g) CH3OCH3(g) +H2O(g) ∆H1=-23.9kJ/mol 反应Ⅱ：CH3OCH3 (g) C2H4(g) +H2O(g) ∆H2=-29.1kJ/mol x1(CH3OCH3) x2(C2H4) （1）某课题研究小组将甲醇蒸气以一定的流速持续通过相同量的催化剂，研究温度对甲醇转化率，以及在450℃下二甲醚和乙烯产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系。得到如下图像，则下列结论不正确的是 (2)在下图中绘制在450℃时，该催化剂作用下的“CH3OH →CH3OCH3→C2H4”的“能量～反应过程”示意图。 A、该催化剂对反应Ⅱ影响更加明显 B、一段时间后甲醇转化率下降是由于反应逆向进行了 C、制取乙烯比较适宜的温度是400-450℃ D、该催化剂在低温下的活性较差