高考热点循环催化机理

高考热点循环催化机理
1、（2021年河北省新高考适应考试-10）氯化钯可以催化乙烯制备乙醛(Wacker法)，反应过程如图：
下列叙述错误的是( )
A. CuCl被氧化的反应为2CuCl+2HCl+1/2O2=2CuCl2+H2O
B. 催化剂PdCl2再生的反应为2CuCl2+Pd=PdCl2+2CuCl
C. 制备乙醛的总反应为CH2=CH2+1/2O2CH3CHO
D. 如果原料为丙烯，则主要产物是丙醛
2、（2021年湖北省新高考适应考试-6）最新文献报道，有机小分子可催化多氟芳烃的取代反应，机理如图所示。

下列说法错误的是( )
A. 2是催化剂
B. 4和7都是反应中间体
C. 2向4的转化过程中有非极性键与极性健的断裂与形成
D. 5为时，1是
3、（2021年湖南省新高考适应考试-7）据文献报道，某反应的反应历程如图所示：
下列有关该历程的说法错误的是( )
A. 总反应化学方程式为4NH3＋3O22N2＋6H2O
B. Ti4+…NH2—N=O是中间产物
C. Ti4+是催化剂
D. Ti4+…NH2—N=O→Ti4++N2+H2O属于分解反应
4、（2021年广东省新高考适应性-19）II. Ni-CeO2催化CO2加H2形成CH4的反应历程如图9所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)，含碳产物中CH4的物质的量百分数(Y)及CO2的转化率随温度的变化如图10所示。

（3）下列对CO2甲烷化反应体系的说法合理的有_ ___。

A.含碳副产物的产率均低于CH4
B.存在反应CO2+4H2CH4 + 2H2O
C.存在副反应CO2+ H2CO+ H2O
D. CO2 转化为CH4的过程中发生了能量转化
E.温度高于260℃后，升高温度，甲烷产率几乎不变
答案：D答案：C答案：A答案：ABCD
第三部分：别来无恙——图表数据处理
1、（2016年全国高考II 卷-27） (1) 以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯晴(C 3H 3N)和副产物丙烯醛(C 3H 4O)的热化学方程式如下：
①C 3H 6(g)＋NH 3(g)＋3/2O 2(g)＝C 3H 3N(g)＋3H 2O(g) ΔH ＝−515 kJ·mol
−1 ②C 3H 6(g)＋O 2(g)＝C 3H 4O(g)＋H 2O(g) ΔH ＝−353 kJ·mol −1
（2）图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，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
2、（2019年江苏高考-20）（3）CO 2催化加氢合成二甲醚是一种CO 2转化方法，其过程中主要发生下列反应：
反应Ⅰ：CO 2(g)+H 2(g)=CO(g)+H 2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol −1
反应Ⅱ：2CO 2(g)+6H 2(g)=CH 3OCH 3(g)+3H 2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·mol −1
在恒压、CO 2和H 2的起始量一定的条件下，CO 2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：
CH 3OCH 3的选择性=332CH OCH C 2O 的物质的量反应的的物质的量×100％
①温度高于300 ℃，CO 2平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。

②220 ℃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。

3、（2018年江苏高考-20）（4）在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NO x反应生成N2。

②将一定比例的O2、NH3和NO x的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应，反应相同时间NO x的去除率随反应温度的变化曲线如题20图−2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NO x的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________；当反应温度高于380 ℃时，NO x的去除率迅速下降的原因可能是_____________________。

1答案：（2）AC
2答案：（3）①反应Ⅰ的ΔH＞0，反应Ⅱ的ΔH＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，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
②增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
3答案：（4）②迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NO x去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NO x去除反应速率增大催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
由图像判断平衡状态
1、（2019年江苏高考-15）在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。

下列说法正确的是
A．反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的ΔH>0
B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D．380℃下，c起始(O2)=5.0×10−4 mol·L−1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2000
2、为探究温度及不同催化剂对反应2NO(g) + 2CO(g) ⇌N2(g) + 2CO2(g)的影响，分别在不同温度、不同催化剂下，保持其它初始条件不变重复实验，在相同时间内测得NO转化率与温度的关系如图所示：
（1）在催化剂乙作用下，图中M点对应的速率（对应温度400℃）v正___v逆（填“>”、“<”或“=”），其理由为。

（2）温度高于400℃，NO转化率降低的原因可能是。

3、利用工业废气中的CO2可以制取甲醇，CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g) ，一定条件下往恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在不同催化剂作用下发生反应℃、反应℃与反应℃，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：
①催化剂效果最佳的反应是______(填“反应℃”、“反应℃”、“反应℃”)。

②b点v(正)______v(逆) (填“＞”、“＜”、“=”)
③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是___________。

答案：BD
答案：（1）> 相同温度下，曲线乙的转化率低于曲线甲的转化率，说明M点不是平衡点，反应仍向正反应进行
（2）温度升高催化剂活性降低
答案：①反应℃
②＞
③该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动
第四部分：高考宠儿——催化剂
1、（2016年全国高考II卷-27）(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯晴(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2O2(g)＝C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝−515kJ·mol−1
②C3H6(g)＋O2(g)＝C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝−353kJ·mol−1
提高丙烯腈反应选择性的关键因素
．．．．是。

2、丙烯是一种重要的有机化工原料，用于制丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等。

已知：C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) △H1=+124kJ/mol
（2）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了丙烷在六方氮化硼催化剂表面氧化脱氢制丙烯的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。

①该反应历程中决速步骤的能垒（活化能）为_________eV，该步骤的化学方程式为
②请补充该历程之后可能发生的化学反应方程式_____________
3、（2018年浙江省5月份高考-30）2018年是合成氨工业先驱哈伯（P•Haber）获得诺贝尔奖100周年。

N2和H2生成NH3的反应为：
1/2N2（g）+3/2H2（g）NH3（g）△H(298K)= - 46.2KJ•mol-1
在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）
化学吸附：N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；
表面反应：N*+ H*NH*；NH*+ H*NH2*；NH2* + H*NH3*脱附：NH3*NH3（g）
其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。

（3）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0X105Pa，
原料中N 2和H 2物质的量之比为1：2.8。

①分析说明原料气中N 2过量的理由 。

4、（2021年山东省济南模拟-19）采用镍系催化剂的水煤气(主要有效成分为CO 和H 2)甲烷化是推动绿色发展的有效途径，该过程中涉及的反应有：
CO(g)+3H 2(g)
CH 4(g)+H 2O(g) ∆H 1=－206 kJ·mol －1 ① 2CO(g) C(s)+CO 2(g) ∆H 2=－173kJ·mol －1
② CO(g)+H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g) ∆H 3=－41kJ·mol －1
③ 已知：反应①称为甲烷化反应；CO 转化率L(CO )L(CO )(CO)100%L(CO )
α-=⨯出口进口进口
甲烷的选择性44L(CH )(CH )100%L(CO )-L(CO )S =⨯出口出口进口，两式中的L 为进口或出口流量(mL·min －
1)。

回答下列问题：
（3）当氢碳比为3时，CO 的转化率和CH 4的选择性与不同的氢气流速变化关系如图所示。

氢气流速低于或高于2000h －1都不利于甲烷化反应，可能的原因是________________。

5、（2021年武汉市3月质量检测-18）甲醇是重要的化工原料，可用于制备甲醛、醋酸等产品。

利用CH 4与O 2在催化剂的作用下合成甲醇。

主反应：CH 4(g)+ 12
O 2(g) CH 3OH(g) △H 副反应：CH 4(g)+2O 2(g) CO 2(g)+2H 2O(g) △H
(2)科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了CH 4、O 2和H 2O(g)(H 2O 的作用是活化催化剂)按照一定体积比在催化剂表面合成甲醇的反应，部分历程如下图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注，TS 代表过渡态)。

①在催化剂表面上更容易被吸附的是 (填“H 2O”或“O 2”)。

②该历程中正反应最大的活化能为 kJ/mol ，写出该步骤的化学方程式 。

(3)在恒温的刚性密闭容器中，分别按照CH 4、O 2的体积比为2:1以及CH 4、O 2、H 2O(g)的体积比为2:1:8反应相同的时间，所得产物的选择性(如甲醇的选择性=
332
()()n CH OH n CH OH nCO )如下图所示：
① 向反应体系中加入H 2O(g)能够显著提高甲醇选择性的原因： 、 。

6、（2020年福建省厦门市四月质量检测）研究大气污染物SO 2、CH 3OH 与H 2O 之间的反应，有利于揭示雾霾的形成机理。

反应i ：SO 3(g)+H 2O(g)=H 2SO 4(l) △H 1=-227kJ/mol
反应ii ：CH 3OH(g)+SO 3(g)=CH 3OSO 3H(g)(硫酸氢甲酯) △H 2=-63.4kJ/mol
（3）我国科学家利用计算机模拟计算，分别研究反应ii 在无水和有水条件下的反应历程，如图所示，其中分子间的静电作用力用“…”表示。

①分子间的静电作用力最强的是_____________（填“a”、“b”或“c”）。

②水将反应ii 的最高能垒由_____________eV 降为_____________eV 。

③d到f转化的实质为质子转移，该过程断裂的化学键为____（填标号）。

A．CH3OH中的氢氧键B．CH3OH中的碳氧键
C．H2O中的氢氧键D．SO3中的硫氧键
（4）分别研究大气中H2O、CH3OH的浓度对反应i、反应ii产物浓度的影响，结果如图所示。

①当c(CH3OH)大于10-11mol.L-1
时，c(CH3OH)越大，c(H2SO4)越小的原
因是
___
__。

②当c(CH3OH)小于10-11mol.L-1时，c(H2O)越大，c(CH3OSO3H)越小的原因是
_______ 。

1答案：（1）催化剂；
2【答案】（2）①1.73 C3H8∗=C3H7∗+H∗②2H2O2=2H2O+O2↑
3答案：原料气中N2的相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率。

4答案：（3）氢气流速过低导致H2供给量不足，CH4选择性差，不利于甲烷化反应；氢气流速过高导致H2停留时间过短，H2与催化剂接触时间不足，导致催化效率不佳。

5答案：（2）①H2O②22.37 *CH4+*OH=*CH3OH+*H 或*CH4+*OH+*H=*CH3OH+2*H （3）①H2O是催化剂的活化剂，增大生成甲醇反应速率
②H2O使得副反应的逆反应速率增大，利于甲烷转化为甲醇
6.答案：（3）①a ②20.93 6.62 ③ACD
（4）①反应i和反应ii为竞争反应，甲醇浓度增大，促进了甲醇和三氧化硫反应，抑制了三氧化硫和水的反应，硫酸的浓度减小②水的浓度越大，甲醇和三氧化硫碰撞几率越小，生成CH3OSO3H越小，c(CH3OSO3H)越小
第五部分：二虎相争——多重平衡体系
1、（2021年广东省新高考适应性-19）温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。

I. CH 4与CO 2重整可以同时利用两种温室气体，其工艺过程中涉及如下反应： 反应①CH 4(g) + CO 2(g)
2CO(g)+2H 2 (g) ΔH 1 反应②CO 2 (g)+ H 2 (g)
CO(g) + H 2O(g) ΔH 2= +41.2 kJ·mol -1 反应③CH 4 (g)+ 12O 2(g) CO(g) + 2 H 2(g) ΔH 3 = -35.6 kJ·mol -1
（1）已知：12O 2(g)+H 2(g)= H 2O(g) ΔH = -241.8 kJ·mol -1，则ΔH 1 =______ kJ·mol -1。

（2）一定条件下，向体积为VL 的密闭容器中通入CH 4、CO 2各1.0 mol 及少量O 2，测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图8所示。

①图8中a 和b 分别代表产物___ _和__ _，当温度高于900 K ， H 2O 的含量随温度升高而下降的主要原因是_ 。

2、（2021年湖北省新高考适应性-18）甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应： CH 4(g)+H 2O(g)=CO(g)+3H 2(g) ΔH = +206 kJ/mol
CO(g)+H 2O(g)=CO 2(g)+H 2(g) ΔH = -41 kJ/mol
恒定压强为100kPa 时，将n(CH 4):n(H 2O)=1:3的混合气体投入反应器中，平衡时，各组分的物质的量分数与温度的关系如下图所示．
回答下列问题：
（3）系统中H 2的含量，在700℃左右出现峰值，试从化学平衡的角度解释出现峰值的原因：
①低于700℃，__________________________________；
② 高于700℃，___________________________________．
3.（2021年广东深圳第一次调研-19）CO 2作为未来的重要碳源，其选择性加氢合成CH 3OH 一直是研究热点。

在CO 2加氢合成CH 3OH 的体系中，同时发生以下反应：
反应i:CO 2(g)+3H 2(g)=CH 3OH(g)+H 2O(g) ΔH 1<0
反应ii:CO 2(g)+H 2(g)=CO(g)+H 2O(g) ΔH 2>0
已知：CH 3OH 的选择性322CH OH (CO )(CO )
n n χ=转化的的消耗的×100% （5)维持压强和投料不变，将CO 2和H 2按一定流速通过反应器，二氧化碳的转化率α(CO 2)和甲醇的选择性χ(CH 3OH)随温度变化的关系如下图所示：
已知催化剂活性受温度影响变化不大。

结合反应i 和反应ii,分析235℃后曲线变化的原因。

① 甲醇的选择性随温度升高而下降的原因是 。

② 二氧化碳的转化率随温度升高也在下降的可能原因是 。

4、（2021年江苏省扬州市期末调研-12）甲醇-水蒸气重整法所得氢气是电动汽车燃料电池的理想氢源。

反应的热化学方程式如下：
反应℃ CH 3OH(g)+H 2O(g)=CO 2(g)+3H 2(g) △H 1=49kJ/mol
反应Ⅱ CH 3OH(g)=CO(g)+2H 2(g) △H 2
CO 会损害燃料电池的交换膜。

在压强、CH 3OH 和H 2O 的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下，CH 3OH 的转化率、H 2的产率和CO 的物质的量如图中实线所示（图中虚线表示相同条件下达平衡状态时的变化）。

已知：CO 的选择性3CO 100%CH OH =⨯的物质的量反应的的物质的量
下列说法正确的是（ ）
A. △H 2<0
B. 2100C 升温至2700C 时，反应℃的活化能增大
C. 温度升高，反应℃的速率比反应℃增加的更多
D. 温度升高，n(CO)的实际值与平衡值相差越来越大，原因是催化剂对CO 的选择性升高
5、（2021年湖北省武汉市二模）CH 4-CO 2重整技术是实现“碳中和”的一种理想的CO 2利用技术，具有广阔的市场前景、经济效应和社会意义。

该过程中涉及的反应如下：
主反应：CH 4(g)+CO 2(g) ⇌2CO(g)+2H 2(g) △H 1=+247.3kJ/mol
副反应：CO 2(g)+H 2(g) ⇌CO(g)+H 2O(g) △H 2=+41.0kJ/mol
答案：(1) +247.4 kJ·mol-1
(2). H2(3). CO
CO浓度增加使反应②平衡向左移动
CO2浓度增加，使反应②平衡被抑制
答案：温度升高，反应①平衡右移，反应①的影响大于反应②
高于7000C时，反应①几乎完全，升温使反应②左移
答案：反应i为放热反应，反应ii为吸热反应，温度升高反应i平衡逆向移动，反应ii 平衡正向移动
温度升高对反应i的CO2转化率降低的影响大于反应ii中CO2转化率的促进作用。

答案：C
答案：（2）①2.0
②减小
随着投料比n(CO2)/n(CH4)的增加，n(CO2)增大，副反应平衡正向移动，导致n(CO)增多，n(H2)减少，n(H2)/n(CO)减小。