第41练　反应微观过程与催化机理分析 同步练习（含答案）-2025年高考化学一轮复习

1．已知反应：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下：
①NO(g)＋Br2(g)NOBr2(g)　快　
②NO(g)＋NOBr2(g)2NOBr(g)　慢
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A．该反应的反应速率主要取决于反应①的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
D．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ· mol－1
2．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。
总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)，
①A＋K―→AK　Ea1，
②AK＋B―→AB＋K　Ea2。
下列说法错误的是(　　)
A．第①步为决速步骤
B．升高温度，该反应的速率加快
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D．催化剂降低了活化能，加快了反应速率
3．(2023·无锡模拟)异丁烯[CH2==C(CH3)2]是一种重要的化工原料，常用于制备丁基橡胶、甲基丙烯腈等。资料表明，异丁烷在固体杂多酸盐(用S表示)作用下制备异丁烯和H2的反应机理如下：
过程ⅰ.CH3—CH(CH3)—CH3＋S―→CH3—CH(CH3)—CH3…S；
过程ⅱ.CH3—CH(CH3)—CH3…S＋S―→CH2==C(CH3)2…S＋H2…S；
过程ⅲ.CH2==C(CH3)2…S―→CH2==C(CH3)2＋S；
过程ⅳ.H2…S―→H2(g)＋S。
下列说法错误的是(　　)
A．总反应的化学方程式为CH3—CH(CH3)—CH3CH2==C(CH3)2＋H2
B．固体杂多酸盐是反应的催化剂，降低了总反应的活化能
C．CH2==C(CH3)2…S和H2…S均为催化剂
D．过程ⅲ表示的是异丁烯在固体杂多酸盐表面的脱附过程
4．CO和N2O在Fe＋作用下转化为N2和CO2，反应的能量变化及反应历程如图所示，两步基元反应：①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋　K1，②CO＋FeO＋===CO2＋Fe＋　K2。下列说法不正确的是(　　)
A．该反应ΔH<0
B．两步反应中，决定总反应速率的是反应①
C．升高温度，可提高N2O的平衡转化率
D．Fe＋增大了活化分子百分数，加快了化学反应速率，但不改变反应的ΔH
5．(2023·扬州高三质检)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的“清洁能源”，科学家研究在酸性条件下，用甲醇可合成二甲醚，反应历程中相对能量变化如图所示。
下列叙述错误的是(　　)
A．循环过程中，催化剂参与了中间反应
B．该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为1.31 kJ·mol－1
C．制约总反应速率关键步骤的基元反应方程式为―→CH3OCH3＋H＋
D．总反应方程式为2CH3OHCH3OCH3＋H2O
6．(2023·盐城中学高三阶段性质检)二氧化硫是国内外允许使用的一种食品添加剂，通常情况下，该物质以焦亚硫酸钾、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、低亚硫酸钠等亚硫酸盐的形式添加于食品中，或采用硫黄熏蒸的方式用于食品处理，发挥护色、防腐、漂白和抗氧化的作用。我国规定可用于葡萄酒和果酒，最大使用量为0.25 g·kg－1，残留量不得超过0.05 g·kg－1。“接触法制硫酸”的主要反应是2SO2＋O22SO3，在催化剂表面的反应历程如下：
下列说法正确的是(　　)
A．过程中既有V==O键的形成
B．反应②的活化能比反应①小
C．该反应的催化剂是V2O5，可提高SO2的平衡转化率
D．接触室中采用过量O2的主要目的是加快化学反应速率
7．(2024·常州模拟)目前，常利用催化技术将汽车尾气中NO和CO转化为CO2和N2。为研究不同条件下对该化学反应的影响。某课题组按下表数据进行了实验探究。实验中使用了等质量的同种催化剂，测得CO的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是(　　)
编号 T/℃ c(NO)/ (mol·L－1) c(CO)/ (mol·L－1) 催化剂的比表面积/(m2·g－1)
Ⅰ 280 6.50×10－3 4.00×10－3 80.0
Ⅱ 6.50×10－3 4.00×10－3 120
Ⅲ 360 6.50×10－3 4.00×10－3 80.0
A．实验Ⅱ的反应温度为280 ℃
B．由实验Ⅰ、Ⅱ可知，增大催化剂的比表面积，该化学反应的反应速率增大
C．实验Ⅰ达到平衡时，NO的浓度为4.50×10－3 mol·L－1
D．该反应的反应热ΔH<0
8．氨的催化氧化是工业制硝酸的基础，其反应机理如图1所示；在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2所示。
下列说法错误的是(　　)
A．加入Pt-Rh合金的目的是提高反应的速率
B．氨的催化氧化最佳温度应控制在840 ℃左右
C．520 ℃时，NH3的转化率为40%
D．840 ℃以上，可能发生了反应：2NO(g)O2(g)＋N2(g)　ΔH＞0
9．已知Cl2(g)＋CO(g)COCl2(g)的速率方程v＝(Cl2)·c(CO)(k为速率常数)，该反应可认为经过以下反应历程：
第一步：Cl2(g)2Cl(g)　快速平衡
第二步：Cl(g)＋CO(g)COCl(g)　快速平衡
第三步：COCl(g)＋Cl2(g)―→COCl2(g)＋Cl(g)　慢反应
下列说法正确的是(　　)
A．第三步反应的活化能较低，是决速反应
B．Cl是该总反应的中间产物，COCl是该总反应的催化剂
C．c(Cl2)、c(CO)分别增大相同的倍数，对总反应速率的影响程度前者大
D．升温可使k增大导致反应速率加快
10．(2022·北京，14)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2为载气，以恒定组成的N2、CH4混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是(　　)
A．反应①为CaO＋CO2===CaCO3；反应②为CaCO3＋CH4CaO＋2CO＋2H2
B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不变，可能有副反应CH4C＋2H2
C．t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率
D．t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生
11．一种以Pd-Cu为催化剂还原去除水体中NO的机理如图a所示；其他条件相同，不同pH时，NO转化率和不同产物在总还原产物中所占的物质的量的百分比如图b所示。
已知：溶液pH会影响Pd对NO的吸附，不影响对H的吸附。
下列说法不正确的是(　　)
A．pH越小，Pd对NO的吸附能力越强
B．通过调节溶液的pH，可使NO更多的转化为N2
C．反应ii中生成NH的离子方程式为NO＋6H＋2H＋===NH＋2H2O
D．pH＝12时，每处理6.2 g NO，理论上消耗标准状况下H2 5.6 L
12．CO2催化加氢合成甲烷常使用CeO2作催化剂。
(1) CeO2催化CO2与H2转化为CH4的机理如图所示，步骤(ⅱ)中生成中间产物的物质类别属于______________。
(2)催化剂中掺入少量CaO，用Ca2＋替代CeO2结构中部分Ce4＋形成CaxCe1－xOy，可提高催化效率的原因是__________________________________________________________________。
13．[2021·辽宁，17(4)(5)](4)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ[(g)＋3H2(g)??(g)　ΔH1<0]的产率降低，推测其可能原因为________________________________________。
(5)催化剂载体中的酸性中心能催化苯及环己烷的裂解。已知酸性中心可结合孤电子对，如图可作为酸性中心的原子的标号是________(填“①”“②”或“③”)。
14．(2024·淮安高三统考)某学者分别使用Fe2O3和Fe3O4作催化剂对燃煤烟气脱硝脱硫进行了研究。
(1)催化剂制备。在60～100 ℃条件下，向足量NaOH溶液中通入N2一段时间，再加入适量新制FeSO4溶液，充分反应后制得混合物X；向混合物X中加入NaNO3溶液，充分反应后经磁铁吸附、洗涤、真空干燥，制得Fe3O4催化剂。
①通入N2的目的是______。
②混合物X与NaNO3反应生成Fe3O4和NH3，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)催化剂研究。如图1所示，当其他条件一定时，分别在无催化剂、Fe2O3作催化剂、Fe3O4作催化剂的条件下，测定H2O2浓度对模拟烟气(含一定比例的NO、SO2、O2、N2)中NO和SO2脱除率的影响，NO脱除率与H2O2浓度的关系如图2所示。
已知：·OH能将NO、SO2氧化。·OH产生机理如下。
反应Ⅰ：Fe3＋＋H2O2===Fe2＋＋·OOH＋H＋(慢反应)
反应Ⅱ：Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋·OH＋OH－(快反应)
①与Fe2O3作催化剂相比，相同条件下Fe3O4作催化剂时NO脱除率更高，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②NO部分被氧化成NO2。NO2被NaOH溶液吸收生成两种含氧酸钠盐，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
③实验表示·OH氧化SO2的速率比氧化NO速率慢。但在无催化剂、Fe2O3作催化剂、Fe3O4作催化剂的条件下，测得SO2脱除率几乎均为100%的原因是____________________
________________________________________________________________________。
第41练　反应微观过程与催化机理分析
1．D　[反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的反应速率主要取决于反应②的快慢，故A错误；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；增大Br2(g)浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多，所以能加快反应速率，故C错误；由于该反应为放热反应，说明反应物的总能量高于生成物的总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ· mol－1，故D正确。]
2．C　[第①步的正反应活化能Ea1>第②步正反应活化能Ea2，所以反应速率：①<②，而总反应速率取决于慢的反应，故决速步骤为①，A正确；温度升高，反应速率加快，B正确；Ea是该反应正反应的活化能，C错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，D正确。]
3．C　[根据反应机理可知，CH2==C(CH3)2…S和H2…S均为中间产物，C错误。]
4．C　[如图能量变化可知，生成物的总能量低于反应物的总能量，该反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应速率慢的基元反应决定，即反应①决定，B项正确。]
5．B　[整个过程中H＋是催化剂，先参与第一步反应，在最后一步反应生成，故A正确；由图可知该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为131 kJ·mol－1，故B错误；决定总反应速率的是活化能或能垒最高的基元反应，由图可知，该基元反应为―→CH3OCH3＋H＋，故C正确。]
6．B　[过程中没有V==O键的断裂，有V—O键的断裂和形成，A错误；反应①是慢反应，反应②是快反应，慢反应的活化能大，B正确；根据图示可知V2O5反应前后质量和化学性质不变，作催化剂，但催化剂不会改变SO2的平衡转化率，C错误；O2是快反应的反应物，而总反应速率由慢反应决定，则采用过量O2不会影响反应速率，其主要目的是使反应物浓度增大，有利于平衡右移，D错误。]
7．C　[根据单一变量原则，实验Ⅰ和Ⅱ催化剂比表面积不同，温度应该相同，所以实验Ⅱ的反应温度为280 ℃，故A正确；实验Ⅰ、Ⅱ催化剂比表面积不同，增大催化剂的比表面积，化学反应速率增大，故B正确；NO和CO转化为CO2和N2的化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2，Δc(NO)＝Δc(CO)＝4.00×10－3 mol·L－1－1.00×10－3 mol·L－1＝3.00×10－3 mol·L－1，所以平衡时，NO的浓度为6.50×10－3 mol·L－1－3.00×10－3 mol·L－1＝3.50×10－3 mol·L－1，故C错误；对比反应Ⅰ和Ⅲ，温度升高，平衡时CO浓度升高，平衡逆向移动，说明ΔH<0，故D正确。]
8．C　[Pt-Rh合金作催化剂可以降低活化能，提高反应速率，A正确；根据图示可知，840 ℃时氨催化氧化生成NO最多，B正确；520 ℃时，生成0.2 mol NO和0.2 mol N2，根据氮原子守恒可知，有0.6 mol NH3转化，即转化率为60%，C错误；840 ℃以上，N2的产率上升、NO的产率下降，说明可能发生了反应：2NO(g)O2(g)＋N2(g)，升高温度氮气产率增加，说明该反应的正反应是吸热反应，ΔH＞0，D正确。]
9．D　[第三步反应为慢反应，则反应的活化能较大，是决速反应，故A错误；Cl和COCl都是该总反应的中间产物，故B错误；从速率方程v＝(Cl2)·c(CO)中可以看出，c(CO)、c(Cl2)分别增大相同的倍数，对总反应速率的影响程度c(CO)大，故C错误；升温可以提高反应物中活化分子的百分数，使k增大导致反应速率加快，故D正确。]
10．C　[由题中图2信息可知，t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2的速率不变，且反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳，故可能发生副反应：CH4C＋2H2，B正确；由反应②的化学方程式可知，H2和CO的反应速率相等，而t2时，H2的反应速率未变，仍然为2 mmol·min－1，而CO的反应速率为1～2 mmol·min－1，故能够说明副反应生成H2的速率小于反应②生成H2速率，C错误；由图2可知，t3之后，CO的速率为0，CH4的速率逐渐增大至1 mmol·min－1，说明反应②不再发生，而后副反应逐渐停止，D正确。]
11．D　[由图b可知，随着pH减小，n(N2)增大，n(氨态氮)变化不大，n(NO)减小，说明pH越小，Pd对NO的吸附能力越强，A正确；由图b可知，pH不同还原产物也不同，pH为4时还原产物主要为N2，pH为12时，还原产物几乎全是NO，故通过调节溶液的pH，可使NO更多的转化为N2，B正确；由图b可知，pH＝12时，还原产物几乎全是NO，则每处理6.2 g NO转移电子×2＝0.2 mol，根据得失电子守恒可知，理论上消耗标准状况下×22.4 L·mol－1＝2.24 L H2，D错误。]
12．(1) 碳酸盐　(2) 结构中氧空位增加，加速CO2的转化
解析　(1)步骤(ⅱ)生成的中间产物 为CeCO3，该物质属于碳酸盐。
13．(4)金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性　(5)②
解析 　(5)已知酸性中心可结合孤电子对，由图可知，①中原子无孤电子对也没有空轨道，②中原子无孤电子对但有空轨道可接收孤电子对，③中有孤电子对，无空轨道，故图中可作为酸性中心的原子的标号是②。
14．(1)①排出溶解在NaOH溶液中的O2　②12Fe(OH)2＋NaNO3===4Fe3O4＋NH3↑＋NaOH＋10H2O
(2)①Fe3O4催化剂表面同时存在Fe2＋和Fe3＋，Fe2＋直接通过反应Ⅱ快速产生·OH，c(·OH)更大；Fe2O3催化剂表面仅存在Fe3＋，Fe3＋需先通过慢反应Ⅰ产生Fe2＋再通过快反应Ⅱ产生·OH，总反应速率由慢反应Ⅰ决定，c(·OH)小于前者　②2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O　③二氧化硫几乎完全被氢氧化钠溶液吸收