1、催化剂催化机理1.乙炔在Pd表面选择加氢的反应机理如图所示。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。下列有关说法正确的是()A.吸附反应为吸热反应B.该正反应历程中最大能垒(活化能)为85 kJmol-1C.Pd为固体催化剂,其表面积大小对催化效果无影响D.C2H2*+H*C2H3*只有化学键的形成过程2.以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。下列说法正确的是()A.过程中钛氧键断裂会释放能量B.该反应中,光能和热能转化为化学能C.使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变,从而提高化学反应速率D.CO2分
2、解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g)H=+30 kJmol-13.中科院兰州化学物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成低碳烯烃反应,所得产物含C2H4、C3H6、C4H8等副产物,反应过程如图所示,下列说法正确的是 ()A.第步反应为CO2+H2CO+H2OB.第步反应的活化能低于第步C.Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氢合成低碳烯的H减小D.添加不同助剂后,反应的平衡常数各不相同4.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,简称DMF)转化为三甲胺的合成路线。结合实验
3、与计算机模拟结果,研究单一DMF分子在铜催化剂表面的反应历程,如图所示:该历程中最大能垒(活化能)=_eV,该步骤的化学方程式为_。5.科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时,得到甲醇在Pd()表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd()表面的物种用“*”标注。下列说法错误的是()A.中包含CH键的断裂过程B.该历程中能垒(反应活化能)最小的是C.该历程中制约反应速率的方程式为CH3OH*CH3O*+H*D.由此历程可知:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H06.甲硫醇是一种重要的原料和化工试剂,硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图。下列说法中不正确的
4、是()A.CH3SH中碳元素化合价为-2价B.过程中,形成了OH键和CH键C.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率D.硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应类型为取代反应7.我国科研人员研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理,其说法错误的是()A.第步中CO2和H2分子中都有化学键断裂B.第步的反应式为:*H3CO+H2OCH3OH+*HOC.第步反应是一个放热过程D.水在整个历程中可以循环使用,整个过程不消耗水也不产生水8.下图是在一定时间内,使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知工业使用的最佳催化剂为_、相应温度为_;使用Mn作催化剂时,脱氮率b
5、a段呈现如图变化的可能原因是_。9.某科研小组研究臭氧氧化-碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺,氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下:反应:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)H1=-200.9 kJmol-1Ea1=+3.2 kJmol-1反应:SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)H2=-241.6 kJmol-1Ea2=+58 kJmol-1已知该体系中臭氧发生分解反应:2O3(g)3O2(g)。请回答:其他条件不变,每次向容积为2 L的反应器中充入含1.0 mol NO、1.0 mol SO2的模拟烟气和2.0 mol O3,改变温度,反应相同时间t后体系中NO和
6、SO2的转化率如图所示:(1)由图可知相同温度下NO的转化率远高于SO2,结合题中数据分析其可能原因_。(2)下列说法正确的是_(填字母)。A.P点一定为平衡状态点B.温度高于200 后,NO和SO2的转化率随温度升高显著下降,最后几乎为零C.其他条件不变,若缩小反应器的容积可提高NO和SO2的转化率10.CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=41.2 kJmol-1反应:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)H =-122.5 kJmol-1在恒压、CO2和H2的起始量一定
7、的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中:CH3OCH3的选择性=2CH3OCH3的物质的量反应的CO2的物质的量100%温度高于300 ,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是_。220 时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有_。11.在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO,发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H1=-746.5 kJmol-1,图1为平衡时NO的体积分数与压强的关系。(1)温度:T1_
8、(填“”)T2。(2)若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中AG点中的_点。(3)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图2所示。若低于200 ,图2中曲线脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为_;a点_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡脱氮率,说明其理由_。答案分析1.乙炔在Pd表面选择加氢的反应机理如图所示。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。下列有关说法正确的是()A.吸附反应为吸热反应B.该正反应历
9、程中最大能垒(活化能)为85 kJmol-1C.Pd为固体催化剂,其表面积大小对催化效果无影响D.C2H2*+H*C2H3*只有化学键的形成过程分析：选B。图象分析可知吸附反应能量降低,为放热反应,故A错误;由图象可知,该历程中最大能垒(活化能)为85 kJmol-1,故B正确;固体催化剂,其表面积越大,催化效果越好,故C错误;由图象可知,C2H2*+H*C2H3*这一步的活化能为66 kJmol-1,则该反应既有化学键的断裂,又有形成过程,故D错误。2.以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。下列说
10、法正确的是()A.过程中钛氧键断裂会释放能量B.该反应中,光能和热能转化为化学能C.使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变,从而提高化学反应速率D.CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g)H=+30 kJmol-1分析：选B。断键吸收能量,则过程中钛氧键断裂会吸收能量,故A错误;该图中以TiO2为催化剂、光和热条件下分解CO2反应生成CO和氧气,根据能量守恒定律知,该反应中,光能和热能转化为化学能,故B正确;催化剂降低反应所需活化能,不影响焓变,焓变与反应物和生成物总能量差有关,故C错误;二氧化碳分解生成CO和氧气,且该反应焓变=反应物总能量-生成物总能量,焓变与其
11、方程式计量数成正比,则该反应为2CO2(g)2CO(g)+O2(g)H=(1 5982-1 0722-496) kJmol-1=+556 kJmol-1,故D错误。3.中科院兰州化学物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成低碳烯烃反应,所得产物含C2H4、C3H6、C4H8等副产物,反应过程如图所示,下列说法正确的是 ()A.第步反应为CO2+H2CO+H2OB.第步反应的活化能低于第步C.Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氢合成低碳烯的H减小D.添加不同助剂后,反应的平衡常数各不相同分析：选A。第一步反应为CO2+H2CO+H2O,故A正确;活化能越高反应越慢,第步
12、反应慢第步反应快,第步反应的活化能高于第步,故B错误;所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化剂,可以降低反应的活化能,但是不能改变H,故C错误;平衡常数只受温度影响,添加不同助剂后,反应的平衡常数不变,故D错误。4.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,简称DMF)转化为三甲胺的合成路线。结合实验与计算机模拟结果,研究单一DMF分子在铜催化剂表面的反应历程,如图所示:该历程中最大能垒(活化能)=_eV,该步骤的化学方程式为_。分析：如图所示,反应历程中反应物和生成物相对能量差值最大的为最大能垒,即N(CH3)3+OH*
13、+H*N(CH3)3+H2O反应过程中活化能最大,活化能=-1.02eV-(-2.21eV)=1.19 eV。答案:1.19N(CH3)3+OH*+H*N(CH3)3+H2O5.科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时,得到甲醇在Pd()表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd()表面的物种用“*”标注。下列说法错误的是()A.中包含CH键的断裂过程B.该历程中能垒(反应活化能)最小的是C.该历程中制约反应速率的方程式为CH3OH*CH3O*+H*D.由此历程可知:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H0,反应的H0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率
14、上升,使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度增大压强、使用对反应催化活性更高的催化剂11.在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO,发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H1=-746.5 kJmol-1,图1为平衡时NO的体积分数与压强的关系。(1)温度:T1_(填“”)T2。(2)若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中AG点中的_点。(3)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO含量,从而确定尾气脱氮率
15、(脱氮率即NO的转化率),结果如图2所示。若低于200 ,图2中曲线脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为_;a点_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡脱氮率,说明其理由_。分析：(1)根据反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-746.5 kJmol-1,升高温度,平衡逆向移动,所以NO的体积分数会增大,即T1T2。(2)若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,则平衡会逆向移动,NO的体积分数增加,重新达到的平衡状态可能是图中A点。 (3)根据图象可知,温度较低时,催化剂的活性偏低,因此温度低于200 ,曲线脱氮率随温度升高变化不大;a点不是对应温度下的平衡脱氮率,因为该反应为放热反应,根据曲线可知,a点对应温度下的平衡脱氮率应该更高。答案:(1)(2)A(3)温度较低时,催化剂的活性偏低不是该反应为放热反应,根据曲线可知,a点对应温度下的平衡脱氮率应该更高
