小专题---高考题中的催化剂

秀出优秀的你小专题高考题中的催化剂化学·2019年高考二轮复习在基于真实情境考査学生综合运用知识的能力的考试理念引导下，与化工生产关系密切的催化剂备受青睐，成了热门考点。从考査的知识看，主要从反应历程、活化能、速率、平衡移动等角度考查催化剂对反应的影响。从试题形式上看，常常融合图象、表格等信息呈现形式，考査学生吸收和整合陌生信息的能力。回归教材教材P58CO+NO2CO2+NOν=kc(NO2)增大CO的浓度,对反应速率和平衡各有什么影响?转化率、平衡转化率与产率的关系考题重现温度会影响平衡转化率吗？温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短.温度会影响转化率吗？√影响产率的因素一般都有哪些？理清细节（一）催化剂与反应历程催化剂如何影响化学反应?有一个大家非常熟悉的例子：Cu催化乙醇的氧化反应。催化剂Cu先参与反应后又重新生成，它经历了Cu→CuO→Cu的变化历程。例1(2017年4月浙江选考，改编)用NaClO3、H2O2和稀硫酸制备ClO2。反应开始时加入少量盐酸，ClO2的生成速率大大提高(Cl一对反应有催化作用)。该过程可能经两步反应完成，将其补充完整：①(用离子方程式表示)；②H2O2+Cl2=2Cl一+O2+2H+。解析：第②步中Cl2生成Cl-，可知催化剂Cl-的变化历程是Cl-→Cl2→Cl-，即Cl-在第①步中变成Cl2。由题给信息及氧化还原知识可知，氧化剂是ClO3-，且ClO3-反应后生成ClO2。离子方程式：2ClO3-+2Cl-+4H+=2ClO2↑+Cl2↑+2H2O。解决催化剂参与反应的反应历程问题，关键是要根据题给信息确定催化剂转化的中间产物。（二）催化剂与活化能、焓变催化剂通过降低反应的活化能而加快反应速率。而且催化剂的性能越好，反应的活化能越低。例2(2016年浙江高考，节选)在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ICO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)II某实验室控制CO2和H2初始投料比为1：2.2，在相同压强下，经过相同时间测得实验数据如表1所示。在图1中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程——能量”示意图。T(K)催化剂CO2转化率(%)甲醇选择性(%)543Cat.112.342.3543Cat.210.g72.7553Cat.115.339.1553Cat.212.071.6【备注】甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比。解析：据表1中的数据可以算出生成CH3OH的CO2占全部CO2的百分比。543K，Cat.1作用下是12.3%×42.3%≈5.20%，Cat.2作用下是10.9%×72.7%=7.92%。所以Cat.2的催化选择性要好于Cat.1，即在Cat.2的作用下反应的活化能低。结果如图2所示。作图时还要注意，催化剂不能改变反应物、生成物的总能量，所以曲线的起点、终点应相同。也正是这个原因，所以催化剂不能改变反应的结果。（三）催化剂与反应速率、平衡移动催化剂能加快反应速率，缩短到达平衡所需时间。催化剂的活性越好，所需时间越短。但催化剂不能使化学平衡发生移动。例3.密闭容器中发生反应：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)ΔH0。研究表明：在使用等质量同种催化剂时，增大催化剂比表面积可提高反应速率。某同学设计了表2所示的三组实验。请在图3画出三个实验中c(NO)随时间变化的趋势曲线，并标明实验编号。解析：先比较实验I、II：实验II的催化剂比表面积大，故实验II的反应速率大；因催化剂不影响平衡移动，故达到平衡后，实验I、II的c(NO)相同。再比较II、III：实验III的温度高，故实验III的反应速率大；因温度升高，平衡左移，故平衡时c(NO)较大。图象如图4。（四）温度与催化剂活性催化剂具有一定范围的活化温度，过高或过低，都会导致催化剂的活性降低。如生物催化剂酶，对温度就非常敏感。例4(2017年天津，节选)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+H2SO44FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O硫杆菌存在时，FeSO4被氧化的速率是无菌时的5×105倍，该菌的作用是。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是。硫杆菌解析：因为硫杆菌能显著加快反应速率，故它是反应的催化剂。当反应温度过高时，硫杆菌会因蛋白质变性而失去了催化性能，反应速率明显下降。（五）催化剂的来源问题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。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大。例5(2010年江苏，改编)向三颈烧瓶中加入一定量的MnO2和水，搅拌，通入SO2和N2混合气体，恒温下发生反应：MnO2+H2SO3=MnSO4+H2O。若将N2换成空气，测得c(Mn2+)、c(SO42－)随时间t的变化如图5所示。导致c(Mn2+)、c(SO42－)变化产生明显差异的原因是:1。解析：由图5可知，“N2换成空气”发生了副反应：O2+2H2SO3=2H2SO4。表示c(SO42－)的曲线斜率逐渐增大，说明SO42－的生成速率逐渐增大。因反应物浓度、压强、温度、接触面积等维持不变，所以导致SO42－的生成速率加快的因素应是催化剂，而且催化剂是某种生成物，应是Mn2+。所以答案是Mn2+对O2和H2SO3的反应有催化作用。判断一个化学反应是否是自催化反应，先要排除温度、浓度、压强、接触面积等的影响，然后再分析是何种生成物具有催化作用。（六）催化剂、温度对平衡的综合影响例6NH3催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气脱氮技术：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)ΔH0。密闭容器中，在相同时间内，在催化剂A作用下脱氮率随温度变化如图6所示。现改用催化能力稍弱的催化剂B进行实验，请在图6中画出在催化剂B作用下的脱氮率随温度变化的曲线(不考虑温度对催化剂活性的影响)。解析：先分析催化剂A作用下的脱氮率为什么会先增大后减小。低于300℃时，温度越高，反应速率越快，相同时间内消耗的NO越多，所以脱氮率增大。高于300℃时，因为温度升高，平衡逆向移动，消耗的N0减小，所以脱氮率下降。改用催化剂B，就涉及催化剂和温度两个变量，在解题时要分别考虑。①B催化下，随着温度的升高，脱氮率也应增大后减小。②达到曲线最高点之前，B的催化能力弱，相同温度时的脱氮率要小于A。即所画曲线应在A的下方。③B催化下在相同时间内达到平衡，则曲线最高点应出现在高于300℃。④当A、B均达到平衡后，平衡脱氮率只与温度有关，所以两条曲线重合。具体图象如图7所示。总之，催化剂通过参与化学反应，改变反应历程，从而降低活化能，加快反应速率，到达平衡所需时间减少。但催化剂不能改变焓变，也不能使平衡移动。催化剂的催化性能也会受外界条件的影响，如温度、表面积等。助你进步.