1-催化机理

催化机理练习

单相(催化剂与反应物同处于均匀的气相或液相中)催化一般认为反应物与催化剂先生成一定的中间产物，然后催化剂又从这些中间产物中产生出来，其活化能要比反应物之间直接反应的活化能小得多。

如：CH 3CHO →CH 4+CO 活化能E a =190kJ·mol －1

若用I 2蒸气做催化剂，则分为

CH 3CHO+ I 2→CH 3I +HI+CO CH 3I +HI→CH 4+ I 2 总活化能E a =136kJ·mol －1

该反应的活化能降低了54 kJ·mol －1，反应速率加大约1万倍。

《必修二》p49《科学视野》

● 催化剂十分神奇，它能极大地加快反应速率(可使化学反应速率增大几个到十几个数量级)；

● 它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性(或专一性)；

《选修四》

● p22有催化剂时反应的活化能变化

思考图示的含义？

● p23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，理想的催化剂还可以大幅度提高目标产物在最终产物中的比率(催化剂的这种特性称作它的选择性)。选择性实质上是反应系统中目的反应与副反应间反应速率竞争的表现。

● p23 Mn 2+对KMnO4氧化作用的催化功能，其机理可能如下：

Mn(VII)+ Mn(II) →Mn(VI)+ Mn(III) Mn(VI)+ Mn(II) →2Mn(IV) Mn(IV)+ Mn(II) →2Mn(III)

Mn(III)与C 2O 42－生成一系列络合物，MnC 2O 4+、Mn(C 2O 4)2－、Mn(C 2O 4)33－等，它们慢慢分解为Mn 2+和CO 2。

MnC 2O 4+→Mn 2++ CO 2+ ·CO 2－ Mn(III)+ ·CO 2－→Mn 2++ CO 2

《选修五》p91

● 酶的催化作用具有以下特点①条件温和，不需要加热；②具有高度的专一性；③具有高效的催化作用。 部分需要掌握的催化机理：

⑴反应过程中发生Cu 与CuO 之间的转化(现象是先变黑后变红)，反应历程是：

2Cu+O 2=====△ 2CuO CH 3CH 2OH+CuO ——→△ CH 3CHO+Cu+H 2O

⑵教材中催化机理拓展 : 五氧化二钒催化氧化二氧化硫，反应过程中发生V 2O 5与V 2O 4之间的转化，反应历程是：

SO 2+ V 2O 5=====△ SO 3+ V 2O 4 2V 2O 4 +O 2=====△ 2V 2O 5

练习：

1. 【2016年北京卷. 27.节选】以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb 、PbO 、PbO 2、PbSO 4及炭黑等)和H 2SO 4为原料，制备高纯PbO ，实现铅的再生利用。其工作流程如下：

⑴过程Ⅰ中，在Fe 2+

催化下，Pb 和PbO 2反应生成PbSO 4的化学方程式是__________。

⑵过程Ⅰ中，Fe 2+催化过程可表示为：

i ：2Fe 2++ PbO 2+4H ++ SO 42－=2Fe 3++PbSO 4+2H 2O ii: ……

①写出ii 的离子方程式：________________。

②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN 溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO 2，溶液变红。

b.______________。

2.【2016浙江理综28】(15分)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可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=－5

3.7kJ·mol－1 I

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 II

【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中生成甲醛的百分比

已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0kJ·mol－1和－285.8kJ·mol－1

②H2O(l)=H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol－1

请回答(不考虑温度对ΔH的影响)：

⑴反应I的平衡常数表达式K= ；反应II的ΔH2= kJ·mol-1。

⑵有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有。

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，增加反应物的额浓度E．增大CO2和H2的初始投料比

⑶表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是。

⑷在右图中分别画出I在无催化剂、有Cat.1和由Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图。

⑸研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在极，该电极反应

式是。

3.【2016全国II卷】27.(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460℃。低于460℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡产率，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

4.【2014年海南卷.8】某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是

A、反应过程a有催化剂参与

B、该反应为放热反应，热效应等于△H

C、改变催化剂，可改变该反应的活化能

D、有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1+E2

5.【2017武汉四月】2

6.(2)“大象的牙膏”是著名化学实验之一，其实验方法是将浓缩的过氧化氢溶液与肥皂液

混合，再滴加少量碘化钾溶液，即可观察到泡沫状物质像喷泉一样喷涌而出。

已知：2H2O2(l)=2H2O(l)+O2 (g) △H=－196kJ/mol，活化能E a=76kJ/mol，若用I－催化时活化能E a’=57kJ/mol。

①H2O2溶液中加入KI溶液作催化剂，反应过程中发生I－与IO－之间的转化，请依次写出发生反应的离子方程式，反应甲：______________________________；反应乙：_______________________________。

②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。

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