主題3反應(yīng)原理與規(guī)律破難點(diǎn)4微觀機(jī)理多角度認(rèn)識(shí)催化劑內(nèi)容索引檢測(cè)反饋難點(diǎn)精講名卷優(yōu)選名卷優(yōu)選1[2023江蘇卷]金屬硫化物(MxSy)催化反應(yīng)CH4(g)＋2H2S(g)===CS2(g)＋4H2(g)，既可以除去天然氣中的H2S，又可以獲得H2。下列說法正確的是(

)C2[2022江蘇卷]隨著反應(yīng)進(jìn)行，F(xiàn)eCO3迅速轉(zhuǎn)化為活性Fe3O4－x，活性Fe3O4－x是HCO轉(zhuǎn)化為HCOO－的催化劑，其可能反應(yīng)機(jī)理如圖所示。根據(jù)元素電負(fù)性的變化規(guī)律。如圖所示的反應(yīng)步驟Ⅰ可描述為_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(1)HCOOD催化釋氫反應(yīng)除生成CO2外，還生成________(填化學(xué)式)。(2)研究發(fā)現(xiàn)：其他條件不變時(shí)，以HCOOK溶液代替HCOOH催化釋氫的效果更佳，其具體優(yōu)點(diǎn)是___________________________________________________。3[2020江蘇卷]HCOOH催化釋氫。在催化劑作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應(yīng)機(jī)理如圖。HD提高釋放氫氣的速率，提高釋放出氫氣的純度【解析】(1)根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，HCOOD反應(yīng)生成CO2和HD。(2)根據(jù)圖像可知，HCOOH先生成HCOO－，若用HCOOK代替HCOOH，HCOOK是強(qiáng)電解質(zhì)，更容易產(chǎn)生HCOO－，速率更快；同時(shí)水電離出的H＋遷移到N上，溶液為堿性，可以吸收產(chǎn)生的CO2，N上H與Pd上H－結(jié)合生成H2，故使用HCOOK可使生成的氫氣更純。1[2024南通、泰州等六市調(diào)研]反應(yīng)2C2H4(g)＋6NO(g)＋3O2(g)===4CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)可用于去除氮氧化物。Cu＋催化該反應(yīng)的過程如圖所示。下列說法正確的是(

)D2[2023南通如皋調(diào)研]乙酸甲酯在NaOH溶液中發(fā)生水解時(shí)物質(zhì)和能量的變化如圖所示。下列說法正確的是(

)B3[2023蘇北四市調(diào)研]鋁系金屬復(fù)合材料能有效還原去除水體中的硝酸鹽污染。鋁粉表面復(fù)合金屬的組分和含量會(huì)影響硝酸鹽的去除效果。(1)在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別使用純鋁粉和Cu負(fù)載量為3%、4%、5%的Al/Cu二元金屬復(fù)合材料對(duì)硝酸鹽的去除效果如圖1所示。①由圖1可知，用Al/Cu二元金屬復(fù)合材料去除水體中硝酸鹽效果明顯優(yōu)于鋁粉，可能原因是______________________________________________________________________________________________。圖1Cu能催化鋁粉去除硝酸鹽的反應(yīng)(或形成Al-Cu原電池，增大鋁粉去除硝酸鹽的反應(yīng)速率)②實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Al/Cu二元金屬復(fù)合材料中Cu負(fù)載量過高也不利于硝酸鹽的去除，可能原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。(2)在Al/Cu二元金屬復(fù)合材料基礎(chǔ)上引入Pd形成三元金屬復(fù)合材料，其去除水體中硝酸鹽機(jī)理如圖2所示。圖2

過多的Cu原子覆蓋于二元金屬表面，減少了表面Al原子數(shù)，從而減少Al與水體中硝酸鹽的接觸機(jī)會(huì)，使硝酸鹽去除效果減弱①引入Pd的Al/Cu/Pd三元金屬復(fù)合材料，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2選擇性明顯提高，可能原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②其他條件相同時(shí)，Al/Cu/Pd三元金屬復(fù)合材料去除水體中硝酸鹽的效果與溶液pH關(guān)系如圖3所示。水體pH在4～6范圍內(nèi)，隨pH增大硝酸鹽去除率降低的可能原因是____________________________________________________________________________________________________，水體pH在8.5至10范圍內(nèi)，隨pH增大硝酸鹽去除率升高的可能原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。圖3pH在4～6，隨pH增大，溶液中H＋濃度減小，催化劑表面產(chǎn)生的H(ads)減少，使硝酸鹽去除率降低4[2024蘇州期末](1)含結(jié)晶水的Ni3(BO3)2晶體表面存在結(jié)構(gòu)“”，用加熱后的Ni3(BO3)2晶體作催化劑，以CO2、N2為原料，電解KHCO3溶液可獲得尿素。加熱后的Ni3(BO3)2晶體表面會(huì)產(chǎn)生LA位點(diǎn)，LA位點(diǎn)與LB位點(diǎn)共同形成FLP位點(diǎn)，其催化機(jī)理(部分)如圖所示。實(shí)驗(yàn)表明，在150℃下加熱Ni3(BO3)2晶體得到的催化劑催化效果最好，溫度過高或過低催化效果會(huì)降低的原因是_______________________________________________________________________________________________________。(2)電解質(zhì)溶液中若存在SCN－會(huì)極大地降低催化劑的活性，原因是______________________________________________________。加熱溫度過高，LA位點(diǎn)過多而LB位點(diǎn)較少，溫度過低，LB位點(diǎn)過多而LA位點(diǎn)較少，導(dǎo)致CO2吸附與活化效率下降SCN－與Ni(Ⅱ)配位使LA位點(diǎn)減少，降低了催化活性【解析】(1)由“加熱后的Ni3(BO3)2晶體表面會(huì)產(chǎn)生LA位點(diǎn)”可知，溫度過高時(shí)，LA位點(diǎn)過多而LB位點(diǎn)較少，溫度過低時(shí)，LB位點(diǎn)過多而LA位點(diǎn)較少，導(dǎo)致CO2吸附與活化效率下降，催化效果都會(huì)減弱。(2)CO2和SCN－互為等電子體，結(jié)構(gòu)相似，SCN－的配位能力較強(qiáng)，若電解質(zhì)溶液中存在SCN－，則SCN－會(huì)進(jìn)入LA位點(diǎn)，與Ni(Ⅱ)配位，從而降低催化活性。難點(diǎn)精講難點(diǎn)1基元反應(yīng)與反應(yīng)歷程反應(yīng)機(jī)理是化學(xué)中用來描述某一化學(xué)變化所經(jīng)由的全部基元反應(yīng)，機(jī)理詳細(xì)描述了每一步轉(zhuǎn)化的過程，包括過渡態(tài)的形成，鍵的斷裂和生成，以及各步的相對(duì)速率大小等。化學(xué)反應(yīng)機(jī)理試題以圖示的形式來描述某一化學(xué)變化所經(jīng)由的全部反應(yīng)，就是把一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)分解成若干個(gè)反應(yīng)，然后按照一定規(guī)律組合起來，從而達(dá)到闡述復(fù)雜反應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系的目的。1許多化學(xué)反應(yīng)都不是基元反應(yīng)，而是由兩個(gè)或多個(gè)基元步驟完成的，其中每一步反應(yīng)都稱為基元反應(yīng)。如：反應(yīng)A2＋B===A2B的歷程，分兩個(gè)基元步驟完成。第一步：A2―→2A(慢反應(yīng))第二步：2A＋B―→A2B(快反應(yīng))決定反應(yīng)速率的步驟是最慢的一個(gè)基元步驟。基元反應(yīng)發(fā)生的先決條件：反應(yīng)物的分子必須發(fā)生碰撞，但并不是每一次分子碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，必須有合適的取向和足夠高的能量。2基元反應(yīng)過渡狀態(tài)理論(1)基元反應(yīng)過渡狀態(tài)理論認(rèn)為，基元反應(yīng)在從反應(yīng)物到產(chǎn)物的變化過程中要經(jīng)歷一個(gè)中間狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)稱為過渡態(tài)。AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC反應(yīng)物過渡態(tài)

產(chǎn)物(2)過渡態(tài)是處在反應(yīng)過程中具有最高能量的一種分子結(jié)構(gòu)，過渡態(tài)的能量與反應(yīng)物的平均能量的差值相當(dāng)于活化能，活化能(能壘)越高，此步基元反應(yīng)越慢。如一溴甲烷與NaOH溶液反應(yīng)的歷程可以表示如下：CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH反應(yīng)物

過渡態(tài)

產(chǎn)物此反應(yīng)的活化能(能壘)為EakJ/mol，ΔH＝(Ea－Eb)kJ/mol。難點(diǎn)2★催化劑與反應(yīng)機(jī)理1催化劑與中間產(chǎn)物催化劑：在連續(xù)反應(yīng)中從一開始就參與了反應(yīng)，在最后又再次生成。僅從結(jié)果上來看，催化劑似乎并沒有發(fā)生變化，實(shí)則是消耗多少，后續(xù)又生成多少。中間產(chǎn)物：在連續(xù)反應(yīng)中為第一步的產(chǎn)物，在后續(xù)反應(yīng)中又作為反應(yīng)物被消耗。僅從結(jié)果上來看，中間產(chǎn)物似乎并沒有生成，實(shí)則是生成多少，后續(xù)又消耗多少。思考在含少量I－的溶液中，H2O2分解的機(jī)理：H2O2＋I(xiàn)－―→H2O＋I(xiàn)O－(慢)，H2O2＋I(xiàn)O－―→O2＋I(xiàn)－＋H2O(快)。在該反應(yīng)中________為催化劑，__________為中間產(chǎn)物。I－IO－在機(jī)理圖中，先找到確定的反應(yīng)物，反應(yīng)物一般是通過一個(gè)箭頭進(jìn)入整個(gè)歷程的物質(zhì)(產(chǎn)物一般多是通過一個(gè)箭頭最終脫離這個(gè)歷程的物質(zhì))，與之同時(shí)反應(yīng)的就是催化劑，并且經(jīng)過一個(gè)完整循環(huán)之后又會(huì)生成；中間產(chǎn)物可位于這個(gè)循環(huán)中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)。如圖所示，MoO3是該反應(yīng)的催化劑，環(huán)上剩余的三種物質(zhì)均為中間產(chǎn)物。2－丙二醇脫氧脫水反應(yīng)的催化循環(huán)機(jī)理2有、無催化劑的反應(yīng)歷程能量對(duì)照?qǐng)D圖像解讀(1)在無催化劑的情況下：E1為正反應(yīng)的活化能；E2為逆反應(yīng)的活化能；E1－E2為此反應(yīng)的焓變(ΔH)。(2)有催化劑時(shí)，總反應(yīng)分成了兩個(gè)反應(yīng)步驟(也可能為多個(gè))，反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，產(chǎn)物為總反應(yīng)的中間產(chǎn)物，反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，總反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(3)催化劑的作用：降低正、逆反應(yīng)所需的活化能，但不影響ΔH，反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)取決于起點(diǎn)(反應(yīng)物)能量和終點(diǎn)(生成物)能量的相對(duì)大小難點(diǎn)3★反應(yīng)歷程中的能壘圖反應(yīng)歷程中的能量變化圖中，從左往右進(jìn)行時(shí)，每一個(gè)爬坡就是一個(gè)基元反應(yīng)的能壘，坡最高基元反應(yīng)，能壘最高，反應(yīng)速率最小，為該反應(yīng)的決速步驟。下圖中，從第一個(gè)中間態(tài)(HCOO*＋H*)到過渡態(tài)2的能壘最大，故基元反應(yīng)HCOO*＋H*===CO2＋2H*是在Rh作催化劑時(shí)該歷程的決速步驟(圖中的“*”表示物質(zhì)吸附在催化劑表面)。難點(diǎn)4循環(huán)轉(zhuǎn)化機(jī)理圖對(duì)于“環(huán)式”反應(yīng)過程圖像，需先由題給情境信息，找出催化劑、反應(yīng)物、生成物、中間體，再結(jié)合每一設(shè)計(jì)的問題逐項(xiàng)分析判斷，選出正確答案。一“劑”指催化劑催化劑在機(jī)理圖中多數(shù)是以完整的循環(huán)出現(xiàn)的，以催化劑粒子為主體的多個(gè)物種一定在機(jī)理圖中的主線上三“物”指反應(yīng)物、生成物、中間物種(或中間體)反應(yīng)物通過一個(gè)箭頭進(jìn)入整個(gè)歷程的物質(zhì)是反應(yīng)物，如①和④生成物通過一個(gè)箭頭最終脫離整個(gè)歷程的物質(zhì)一般多是產(chǎn)物，如②和③中間體通過兩個(gè)箭頭位于“環(huán)上”的物質(zhì)是中間體，如⑤⑥⑦和⑧難點(diǎn)5催化劑活性與反應(yīng)溫度圖像解讀(1)溫度低于T1，催化劑活性隨溫度升高增大(2)溫度在T1～T2時(shí)，催化劑活性基本不變(3)溫度高于T2，催化劑失活例1

在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2。將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)相同時(shí)間，NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖所示。(1)在50～150℃內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率迅速上升主要原因是______________________________________________________________________。(2)在150～380℃內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率后上升緩慢的主要原因是__________________________________________________________。(3)當(dāng)反應(yīng)溫度高于380℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是__________________________________________。

催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大(催化劑活性基本不變)溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大催化劑活性下降；NH3與O2反應(yīng)生成了NO檢測(cè)反饋2131[2024南通、泰州等八市三模]NaOH活化過的Pt/TiO2催化劑對(duì)甲醛氧化為CO2具有較好的催化效果，有學(xué)者提出該催化反應(yīng)的機(jī)理如圖所示。下列說法不正確的是(

)D213【解析】

步驟Ⅰ中，O2→2O的過程中存在非極性鍵的斷裂，A正確；根據(jù)反應(yīng)機(jī)理圖知，B、C正確；缺少該催化劑對(duì)苯催化氧化的機(jī)理圖，且苯是非極性分子，存在共軛效應(yīng)，電子分布較均勻，該催化過程包含不同帶電微粒的相互作用，故該催化劑對(duì)甲醛的催化效果優(yōu)于對(duì)苯的催化效果，D錯(cuò)誤。2132

[2023蘇州考前模擬]在催化劑作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.若用HCOOD催化釋氫，則反應(yīng)除生成CO2外，還生成HDB.第一步轉(zhuǎn)化中N與H之間形成配位鍵C.若用HCOOK溶液代替HCOOH，則釋氫的速率加快D.若用HCOOK溶液代替HCOOH，則最終所得氣體中H2的純度會(huì)降低D213【解析】

第一步HCOOD電離出D＋與N結(jié)合，第二步HCOO－―→CO2＋H－，第三步D＋、H－反應(yīng)生成HD，所以HCOOD催化釋氫，除生成CO2外，還生成HD，A正確；N原子含有孤電子對(duì)、H＋含有空軌道，根據(jù)圖示，第一步轉(zhuǎn)化過程中N與HCOOH電離出的H＋通過配位鍵結(jié)合，B正確；用HCOOK溶液代替HCOOH，HCOO－的濃度增大，第二步反應(yīng)放出二氧化碳的速率加快，總反應(yīng)速率加快，釋氫速率加快，C正