高三化学一轮复习-----催化剂原理及应用教学课件共24张PPT

方
程
:反应速率常数
k＝Ae
－Ea RT
，
由于活化能Ea处在指数项上，当其它量不变时，
只要稍微降低活化能，就可以使反应速率常数增
大很多。
05.催化剂与反应速率、化学平衡
催化剂：能加快反应速率， 缩短到达平衡所需时间。 催化剂不能使化学平衡发生移动 不能改变化学反应的平衡常数， 不能改变平衡转化率。
05.催化剂与反应速率、化学平衡
经测定汽车尾气中反应物浓度随温度T变化如图1所示。
回答： 图1中温度从Ta升至Tb过程中，反应物浓度 急剧减小的主要原因是温度升高，催化剂 __活__性__增__强__，__反__应__速__率__加__快__，__所_ 以反应物浓
度快速减小。
思 考
催化剂降低活化能为何能极大地加快反应速率？
根
据
阿伦尼乌斯
06.催化剂的来源
练一练 某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外 界条件对化学反应速率的影响。
高锰酸钾和草酸反应开始速率较慢，反应一会儿，速率突然 加快，合理的原因是： _反__应__产__生__了___M_n_2_+_，__该__离__子__对__反__应__有__催__化__作__用__，__ 使化学反应速率大大加快。
区分：产率和平衡转化率
难点
催化剂能提高产率吗？你是如何理解的？
突破➢ 一方面，生产效率与时间有关，达到平衡需要时间，
而实际生产中大多数反应未达到平衡就流出反应器，
所以实际转化率总比平衡转化率低。但反应速率提
高，单位时间内产量提高了，目标产物的产率
［（实际产量/理论产量）×100%］相应得以提升。
➢ 另一方面，催化剂若有较高的选择性，则可以选择 性地催化工业生产所需的主反应，而大大减少副反 应的发生和副产物的生成。
高三一轮专题复习
专题：催化剂原理及应用
三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 鸟不展翅膀难高飞。 有志登山顶，无志站山脚。 虽长不满七尺，而心雄万丈。 鱼跳龙门往上游。 穷人的孩子早当家。 人无志向，和迷途的盲人一样。 鹰爱高飞，鸦栖一枝。 经典励志短句(二) 治天下者必先立其志。
化学家查德·哲尔说过： 要我选一个最能概括化学的词， 莫过于“催化剂”，没有其他东西能与之媲美。
06.催化剂的来源
化学中有一类特殊反应 ， 叫自催化反应 ，
该类反应中的生成物对反应有催化作用 。
催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。
反应过程中Rh的成键数目保持不变 D.
只有箭头指入“ ” ：是反应物 小结：反应历程题答题技巧
它的特点之一是开始反应速率很小 ， 随
着起催化作用的产物的积累速率迅速增 一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当________________等。
课下 完成《催化剂》专题练习题 作业
加催化剂→降低反应的活化能→加快反应速率 。
化学家查德·哲尔说过： 中间产物先生成，后消耗。
大。
山东新高考2021年4月质量测评）实验室用SO 与浓硫酸 练一练 催化剂是能________________而在反应前后本身的____和______________的物质。
在周期表中的哪个（区域寻找寻找区域？
真题再现（2020年全国I卷）铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化 甲醇羰基化，反应过程如图所示： 小结：反应历程题答题技巧
只有箭头指入“ ” ：是反应物 只有箭头指出“ ” ：是生成物 有“ ”和 “ ” ：催化剂或中间产 物催化剂先消耗，后生成; 中间产物先生成，后消耗。
下列叙述错误的是 （ C ）
03.催化剂的选择性
练一练 甲醇是重要的化工原料。利用合成气（主要成分为CO、
CO2、H2）在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：
<0
>0
>0
回答：一定能提高甲醇产率的措施是__A_C___。
A.增大压强
B.升高温度
C.选择合适催化剂
D.加入大量催化剂
04.催化剂的活性
催化剂的活性除了与自身成分有关外，还受 到粒径、合成方法等因素以及反应温度、压 强等条件的影响。此外，有些物质的存在会 使催化剂明显失效，即催化剂中毒。
A.CH3COI是反应中间体 B.甲醇羰基化反应CH3OH+CO=CH3CO2H C.反应过程中Rh的成键数目保持不变 D.存在反应CH3OH+HI=CH3I+H2O
1.催化剂与反应历程
真题再现 （2020年全国Ⅱ卷）据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的
一种反应机理如下图所示。下列叙述错误的是（ C ）
ΔH/(kJ·mol−1)
75
172
活化能 催化剂X
33
91
/(kJ·mol−1) 催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X劣___于_Y（填“优于”或“劣于”），理由是 _相__对__于__催__化__剂__X__，__催。化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速 率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大。
Байду номын сангаас
（3）在图中分别画出反应Ⅰ在无 催化剂、有Cat.1和Cat.2三种情况 下“反应过程—能量”示意图：
05.催化剂与反应速率、化学平衡
真题再现（2018全国Ⅱ节选）反应中催化剂活性会因积碳反应而 降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表：
积碳反应
消碳反应
CH4(g)= C(s)+2H2(g) CO2(g)+ C(s)= 2CO(g)
真题再(2现020年全国Ⅲ卷)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用 CO2 的热点研究领域。回答下列问题: (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成 C3H6、 C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率 和乙烯选择性，应当选__择__合__适__催__化_剂_____等。
作用是_反__应__的__催__化__剂____；
催化剂硫杆菌因蛋白质
若反应温度过高，反应速率下降，其原因是变__性__而__失__去__了__催__化_；性能。
04.催化剂的活性
练一练 (2021年烟台一模）汽车排放管装有三元催化剂装置，在 催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理 如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
1.催化剂与反应历程
知识回顾 催化剂是能_改__变__化__学__反__应__速__率_而在反应前后本身的 _质__量_和__化__学__性__质__不__变__的物质。
典例重现
催化剂是否参与了反应？
催化原理： 催化剂参与反应，改变反应历程，改变反应的活化能 来改变反应速率。
1.催化剂与反应历程
思考
在周期表中的哪个区域寻找寻找区域？ 过渡元素区
催化剂与反应历程
课堂总结 课堂总结
催化剂与活化能 、焓变
催化剂的活性
催化剂与反应速率 、 平衡移动
知识层面
催化剂的选择性 催化剂的来源问题
课堂总结 处理图像、表格等信息的能力，吸收信息能力， 理解与辨析能力。
基于证据进行分析、推理能力。
能力层面
综合运用所学知识分析和解决问题的能力。
可知水煤气变换的ΔH小__于_ 0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中
最大能垒（活化能）E正=2._0_2 eV，写出该步骤的化学方程式
__C_O__O_H_*_+_H__*_+_H__O_*_＝__。COOH*+2H*+OH* 或 H O*＝H*+OH*
02.催化剂与活化能 、焓变
练一练 2021年2月5日，Science在线发表了武汉大学科研团队 利用新型Fe基复合催化剂高效抑制CO2生成，实现水煤气（主要 有效成分为CO和H2）直接制取烯烃的研究成果，原理如图所示。
2
和（浓1）硝写酸出的该混反合应液的制化备学亚方硝程酰式硫_酸__（_H_N_NO_OS_O_34_+H_）_S_O。_2_浓_硫__酸__N_O__S_O__4H__
(2)该反应开始时反应缓慢，但某时刻反应速率明显加快，其原
因是_生__成__的__N_O_S_O_4_H_对__该__反__应__有__催__化__作__用__。
真题再现（2017天津）H2S和SO2 会对环境和人体健康带来极大的
危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放生物脱 H2S
的原理为：H2S + Fe2(SO4)3 =S + 2FeSO4 + H2SO4
4FeSO4 + 02 + 2H2SO4 =2Fe2(SO4)3 + 2H2O
硫杆菌存在时，FeSO4 被氧化的速率是无菌时的5x105倍,该菌的
下列说法错误的是（ D ）
A.该方法主要利用了催化剂的选择性。 B.CO与Fe结合生成Fe(CO)5分子中含 有10个σ键 。 C.CO2分子和与乙烯分子中C原子 的杂化方式不相同。 D.与传统方法相比，该方法中反应 的焓变小，产率高。
03.催化剂的选择性
对于在给定条件下反应物之间能够 同时发生多个反应的情况，理想的催化 剂可以大幅度提高目标产物在最终产物 中比率。
[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
交流研讨
（1）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施_C_D___。
A.使用催化剂Cat.1 B.使用催化剂Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变，增加反应物浓度
E.增大CO2和H2的初始投料比 （2）表中数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化为 CH3OH的选择性有显著的影响，其原因表是中数据表明此时反应未达到平衡， 不__同__的_催__化__剂_对__反__应_Ⅰ__的__催_化__能_力__不__同_，__因__而_在__该__时_刻__下__对_甲__醇选择性有影响
约90%的工业产品是借助催化剂（工业上常称其 为触媒）生产出来的,解决了现代人衣食住行中 的许多问题。
催化剂的研发是一个极具魅力和应用前景的 主题，高考试题对此表现出极大关注。
1 催化剂与反应历程 2 催化剂与活化能 、焓变 3 催化剂的选择性 4 催化剂与反应速率 、平衡移动 5 催化剂 的活性 6 催化剂的来源问题
真题再现 （2019年全国I卷）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在 金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表 面上的物种用 标注。
在困年，轻 你人是的人颈类项艺上术，的没源有泉什，么你东将西伟能大比的事灵业感心赐这予颗诗灿人烂。的宝珠。 治雄天心下 壮者志必是先茫立茫其黑志夜。中的北斗星。 雄鸟心贵志 有四翼海，，人万贵里有望志风。尘。 卒 不子为过穷河 变， 节意 ，在 不吃 为帅 贱。 易志。 人成生功各 往有往志偏。向于有准备的人 谁远不大向 的前希看望，造谁就就伟会大面的临人许物多。困难。 鸟贫不穷展 是翅一膀切难艺高术飞职。业的母亲。 贫沧穷海是 可一填切山艺可术移职，业男的儿母志亲气。当如斯。 一雄个心人 壮如志果是胸茫无茫大黑志夜，中既的使北再斗有星壮。丽的举动也称不上是伟人。 寄 谁言不燕向雀 前莫 看相 ，唣 谁， 就自 会有 面云临霄 许万 多里 困高 难。
交流研讨 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H2可发生两个 平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：
ΔH2=+41.2kJ·mol−1 Ⅱ
实验室控制CO2和H2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：
A.OH-参与了该催化循环 B.该反应可产生清洁燃料H2 C.该反应可消耗温室气体CO2 D.该催化循环中Fe的成键数目 发生变化
02.催化剂与活化能、焓变
活化能(Ea)：过渡态的能量与反应物 的平均能量之差。 加催化剂→降低反应的活化能→ 加快反应速率 。
加催化剂不会改变反应的焓变
02.催化剂与活化能 、焓变