2019年高考化學 考點39 催化劑的考查必刷題.doc

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考點三十九 催化劑的考查 1．下列關于催化劑的說法不正確的是 A．催化劑在適宜的溫度范圍時的催化效果更好 B．使用催化劑，可以增大活化分子百分數，加快反應速率 C．催化劑在化學反應前后質量和化學性質不變是因為催化劑不參加化學反應 D．鋅與鹽酸反應時，加入幾滴硫酸銅溶液可加快反應速率，但硫酸銅不作催化劑 【答案】C 【解析】在化學反應中催化劑參與反應，增大活化分子百分數，加快反應速率，只不過質量和化學性質 不變，所以C錯誤；D中是發(fā)生了置換反應，銅與鋅構成了原電池，加快反應速率。 2．關于催化劑的理解中不正確的是 A． 由催化劑反應前后質量不變知催化劑不參加化學反應 B． 催化劑具有高度的選擇性(即催化的專一性) C． 酶是生物體內的一類催化劑 D． 催化劑在化學反應前后的化學性質、質量不變 【答案】A 3．2010年諾貝爾化學獎授予理查德赫克等三位科學家，以表彰他們在“鈀催化交叉偶聯(lián)”方面的研究。下面關于催化劑的說法正確的是 A． 催化劑只改變反應的正反應速率 B． 催化劑通過升高反應的活化能來加快反應速率 C． 催化劑能夠改變反應的反應熱 D． 催化劑不能改變反應物的轉化率 【答案】D 【解析】A．催化劑能同等程度地改變正逆反應速率，故A錯誤；B．催化劑在化學反應中降低反應的活化能，故B錯誤；C．反應熱只與反應的始末狀態(tài)有關，與催化劑不能改變反應熱，故C錯誤；D．催化劑不能改變反應的平衡狀態(tài)，則不能改變反應物的轉化率，故D錯誤。 4．下列關于催化劑的說法不正確的是 A．溫度越高，催化劑的催化效果越好 B．汽車排氣管上的“催化轉化器”能減少有害氣體排放 C．催化劑可以改變化學反應速率，但反應前后質量和化學性質不變 D．催化劑可以降低反應所需要的活化能，但不能改變反應熱 【答案】A 【解析】適宜的溫度下，催化劑的催化效果越好，故A錯誤。 5．下列關于催化劑的說法不正確的是 （ ） A．溫度越高，催化劑的催化效果越好 B．汽車排氣管上的“催化轉化器”能減少有害氣體排放 C．催化劑可以改變化學反應速率，但廈應前后質量和化學性質不變 D．鋅與鹽酸反應時，加入幾滴硫酸銅溶液可加快反應速率，但硫酸銅不作催化劑 【答案】A 6．下列關于催化劑的說法正確的是 A． 使用催化劑可以增大正反應速率，減小逆反應速率 B． 使用催化劑可以使化學平衡正向移動 C． 使用催化劑可以降低反應的活化能 D． 使用催化劑可以改變反應的平衡常數 【答案】C 【解析】A、使用催化劑可以增大正反應速率，同時也增大逆反應速率，A錯誤；B、使用催化劑能同等程度改變正逆反應速率，因此不能使化學平衡移動，B錯誤；C、使用催化劑可以降低反應的活化能，從而加快反應速率，C正確；D、使用催化劑不能改變平衡狀態(tài)，因此不可以改變反應的平衡常數，D錯誤，答案選C。 7．下列關于催化劑的說法不正確的是 (　　) A． 溫度越高，催化劑的催化效果越好 B． 汽車排氣管上的“催化轉化器”能減少有害氣體排放 C． 催化劑可以改變化學反應速率，但反應前后質量和化學性質不變 D． 鋅與鹽酸反應時，加入幾滴硫酸銅溶液可加快化學反應速率，但硫酸銅不作催化劑 【答案】A 【解析】某些催化劑會因溫度過高而失去活性，即失去催化作用，故催化劑不是溫度越高催化效果越好。 8．2017年11月1日，中國環(huán)境網報道，近日，從中科院大連化物所獲悉，該所催化基礎國家重點實驗室王集杰博士、李燦院士等人開發(fā)了一種雙金屬固溶體氧化物催化劑，實現(xiàn)了二氧化碳(CO2)高選擇性高穩(wěn)定性加氫合成甲醇。傳統(tǒng)用于合成氣制甲醇的Cu基催化劑應用于二氧化碳加氫制甲醇時，突出問題是甲醇選擇性低(50～60%).研究團隊開發(fā)的一種不同于傳統(tǒng)金屬催化劑的雙金屬固溶體氧化物催化劑ZnO-ZrO2，在二氧化碳單程轉化率超過10%時，甲醇選擇性仍保持在90%左右，是目前同類研究中綜合水平最好的結果。據此判斷下列說法不正確的是（ ） A． 一種催化劑并非對所有的化學反應都有催化作用，某些化學反應并非只有唯一的催化劑 B． 使用傳統(tǒng)Cu基催化劑不改變二氧化碳加氫制甲醇的化學反應速率，因此甲醇選擇性低 C． 使用雙金屬固溶體氧化物催化劑ZnO-ZrO2和Cu基催化劑，前者所得產物甲醇的純度高 D． 二氧化碳加氫制甲醇等燃料及化學品可實現(xiàn)全球二氧化碳減排和碳資源可持續(xù)利用 【答案】B 9．美國科學家理查德赫克（Richard F, Heck）和日本科學家根岸英一(Ei-ichi Negishi) 、鈴木章(Akira Suzuki)因在有機合成領域中鈀催化交叉偶聯(lián)反應方面的卓越研究獲諾貝爾化學獎。這一成果廣泛應用于制藥、電子工業(yè)和先進材料等領域，為化學家們提供“精致工具”，大大提升合成復雜化學物質的可能性。下列有關催化劑的表述錯誤的是 A．催化劑是改變化學反應速率最有效的手段之一 B．催化劑自身的組成、化學性質和質量在反應前后不發(fā)生變化 C．同一反應可以有不同的催化劑，同一催化劑也可用于不同的反應 D．上圖中b表示使用催化劑的情況，a表示無催化劑的情況 【答案】D 10．已知：2N2(g)+6H2O(g)4NH3(g)+3O2(g) △H=+Q kJmol，下圖為該反應在不同初始濃度的N2和不同催化劑I、Ⅱ作用下（其他條 件相同），體積為2L的密閉容器中n(NH3)隨反應時間的變化曲線，下列說法正確的是 A． 0～6h內，催化劑I的催化效果比催化劑Ⅱ的好 B． a點時，催化劑I、Ⅱ作用下N2的轉化率相等 C． 0～5h內，在催化劑I的作用下，O2的反應速率為0.12mol/(Lh) D． 0～12h內，催化劑Ⅱ作用下反應吸收的熱量比催化劑I的多 【答案】D 【解析】A. 催化劑I和催化劑Ⅱ的條件下，N2的初始濃度不同，催化劑I和催化劑Ⅱ的催化效果沒法比較，A錯誤；B. N2的初始濃度不同，a點時生成NH3的物質的量相等，因此N2的轉化率不相等，B錯誤；C. 由圖像可知0～5h內，在催化劑I的作用下，生成NH3的物質的量為0.8 mol，根據方程式可知生成O2的物質的量為0.6mol，所以O2的反應速率為：=0.06 mol/(Lh)，C錯誤；D. 0～12h內，催化劑Ⅱ作用下生成NH3的物質的量比催化劑I的多，因此催化劑Ⅱ作用下反應吸收的熱量比催化劑I的多，D正確。 11．某化學反應的能量變化如右圖所示。下列有關敘述正確的是 A．該反應的反應熱ΔH＝E1－E2 B．a、b分別對應有催化劑和無催化劑的能量變化 C．催化劑能降低反應的活化能 D．催化劑能改變反應的焓變 【答案】C 12．碳酸二甲酯(DMC）是一種無毒、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛的化工原料．在催化劑作用下，可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯：CO2+2CH3OH→CO(OCH3）2 + H2O 。某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究催化劑用量分別對轉化數（TON ） 的影響來評價催化劑的催化效果．計算公式為TON＝轉化的甲醇的物質的量／催化劑的物質的量．根據該研究小組的實驗及催化劑用量TON的影響圖，判斷下列說法不正確的是 A．由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯，可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義 B．在反應體系中添加合適的吸水劑，將提高該反應的TON C．當催化劑用量為1.210-5mol時，該反應的TON 達到最高點 D．當催化劑用量高于1.210-5mol時，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉化率逐漸降低 【答案】D 13．如圖為某烯烴在催化劑作用下發(fā)生加成反應的能量變化圖，下列有關敘述錯誤的是 A．催化劑能降低該反應的活化能 B．催化劑能改變該反應的焓變 C．該反應為放熱反應 D．由圖可知，在催化劑作用下，該反應不是一步完成的 【答案】B 【解析】B．催化劑能改變該反應的活化能，正催化劑主要是降低了反應物發(fā)生化學反應時所需要的活化能，但不能改變反應的焓變，錯誤； 14．一定條件下，用 Fe2O3、 NiO 或 Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣進行回收，使 SO2轉化生成為 S。催化劑不同，相同其他條件(濃度、溫度、壓強)情況下， 相同時間內 SO2 的轉化率隨反應溫度的變化如下圖:下列說法不正確的是( ) A． 不考慮催化劑價格因素，選擇 Fe2O3 作催化劑可以節(jié)約能源 B． 相同其他條件下，選擇 Cr2O3 作催化劑， SO2 的平衡轉化率最小 C． a 點后 SO2 的轉化率減小的原因可能是溫度升高催化劑活性降低了 D． 選擇 Fe2O3 作催化劑，最適宜溫度為 340～380℃溫度范圍 【答案】B 15．已知CoxNi(1－x)Fe2O4（其中Co、Ni均為+2價）可用作H2O2分解的催化劑，具有較高的活性，通常由兩種不同方法制得。右圖為二種方法制得的催化劑，在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化的曲線圖。下列說法錯誤的是 A．該催化劑中鐵元素的化合價為+3價 B．Co、Ni、Fe均為ⅧB族元素 C．由圖中信息可知，Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果較好的是Co2+ D．由圖中信息可知，微波水熱法制取的催化劑活性更高 【答案】B 【解析】A、CoxNi(1－x)Fe2O4（其中Co、Ni均為+2價），所以根據物質的元素的化合價代數和為0計算，鐵的化合價為+3，正確，不選A；B、三種元素在Ⅷ族，錯誤，選B；C、x數值越大，催化效果越好，說明Co2+越多效果越好，所以正確，不選C；D、從圖分析，微波水熱法速率大，效果好，正確，不選D。 16．已知H2O2在催化劑作用下分解速率加快，進程的變化示意圖。下列說法正確的是（ ） A． 加入催化劑，可提高H2O2的平衡轉化率 B． a表示的催化劑效率高于b表示的催化劑效率 C． 改變催化劑．既能改變反應熱．也能改變活化能 D． 該反應可自發(fā)進行 【答案】D 17．三效催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑，其催化劑表面物質轉化的關系如圖所示，下列說法正確的是 A． 在轉化過程中，氮元素均被還原 B． 依據圖示判斷催化劑不參與儲存和還原過程 C． 還原過程中生成0.1mol N2，轉移電子數為0.5 mol D． 三效催化劑能有效實現(xiàn)汽車尾氣中CO、CxHy、NOx三種成分的凈化 【答案】D 18．常溫常壓時烯烴與氫氣混合不反應，高溫時反應很慢，但在適當的催化劑存在時可氫氣反應生成烷，一般認為加氫反應是在催化劑表面進行。反應過程的示意圖如下： 下列說法中正確的是 A． 乙烯和H2生成乙烷的反應是吸熱反應 B． 加入催化劑，可減小反應的熱效應 C． 催化劑能改變平衡轉化率，不能改變化學平衡常數 D． 催化加氫過程中金屬氫化物的一個氫原子和雙鍵碳原子先結合，得到中間體 【答案】D 【解析】A、根據圖示，得到：反應物的能量高于產物的能量，所以該反應是放熱反應，故A錯誤；B、催化劑只會加快反應速率，不會引起反應熱的變化，反應的熱效應不變，故B錯誤；C、催化劑只會加快反應速率，不能改變平衡轉化率，不能改變化學反應的平衡常數，故C錯誤；D、根據化學反應的歷程：化加氫過程中金屬氫化物的一個氫原子和雙鍵碳原子先結合，得到中間體，故D正確；故選D。 19．將CO2轉化為 CH4，既可以減少溫室氣體的排放，又能得到清潔能源。已知：CO2(g)＋2H2O(g)CH4(g)＋2O2(g) ΔH= +802 kJmol-1 右圖為在恒溫、光照和不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ）作用下， 體積為1 L的密閉容器中n (CH4)隨光照時間的變化曲線。 下列說法正確的是 A．0～16h內，v(H2O)Ⅰ=1.5mol/(Lh) B．0~25h內，催化劑Ⅰ的催化效果比催化劑Ⅱ的效果好 C．在兩種不同催化劑下，該反應的平衡常數不相等 D．反應開始后的15h內，第Ⅰ種催化劑的作用下，得到的CH4最多 【答案】A 20．諾貝爾化學獎得主——德國科學家格哈德埃特爾對一氧化碳在鉑表面氧化過程的研究，催生了汽車尾氣凈化裝置。凈化裝置中催化轉化器可將CO、NO、NO2等轉化為無害物質。下列有關說法不正確的是 A． 催化轉化器中的鉑催化劑可加快CO的氧化 B． 鉑表面做成蜂窩狀更有利于提高催化效果 C． 使用鉑催化劑，可以提高CO、NO、NO2的平衡轉化率 D． 在鉑催化下，NO、NO2可被CO還原成N2 【答案】C 【解析】A、在鉑催化劑的作用下，NO、NO2將CO氧化為CO2，選項A正確；B、將鉑表面做成蜂窩狀，增大了反應物的接觸面積，有利于提高催化效果，選項B正確；C、催化劑只能改變化學反應速率而不能改變化學反應限度(即不能使化學平衡發(fā)生移動)，選項C不正確；D、NO、NO2變成N2，氮元素的化合價降低，被還原，選項D正確；答案選C。 21．人工光合作用能夠借助太陽能，用CO2和H2O制備化學原料。下圖是通過人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖，下列說法不正確的是 A．該過程是將太陽能轉化為化學能的過程 B．催化劑a表面發(fā)生氧化反應，有O2產生 C．催化劑a附近酸性減弱，催化劑b附近酸性增強 D．催化劑b表面的反應是CO2 +2H++2e一=HCOOH 【答案】C 22．稀薄燃燒是指汽油在較大空/燃比(空氣與燃油氣的體積比)條件下的燃燒。隨著全球能源危機的加劇，稀薄燃燒技術的研究受到了人們的重視，但稀薄燃燒時，常用的汽車尾氣凈化裝置不能有效地將NOx轉化為N2。不同空/燃比時汽車尾氣中主要污染物的含量變化如圖所示。 (1)稀薄燃燒技術除能節(jié)約能源外，還具有的優(yōu)點是_______(填一項)。排放到大氣中的NOx會導致酸雨、________等環(huán)境問題(填一項)。 (2)某校化學研究性學習小組的同學在技術人員的指導下，按下列流程探究不同催化劑對NH3還原NO反應的催化性能。 若控制其他實驗條件均相同，在催化反應器中裝載不同的催化劑，將經催化反應后的混合氣體通入滴有酚酞的稀硫酸溶液(溶液的體積、濃度均相同)。為比較不同催化劑的催化性能，需要測量并記錄的數據是_______________________________________________。 (3)若某一催化劑能同時催化NH3等還原性氣體與NOx的反應。將該催化劑分別用于催化還原含等物質的量NOx的兩種氣體：①純NO氣體，②汽車尾氣。消耗NH3的物質的量較多的可能是______________(填字母)，原因是____________。 A．①　　　B．②　　　C．都有可能 【答案】(1)減少CO和碳氫化合物的污染　光化學煙霧 (2)溶液顯色所需要的時間 (3)A　汽車尾氣中含有一定量的CO和碳氫化合物，少消耗NH3 (或B　汽車尾氣中含有一定量的NO2，多消耗NH3 或C　汽車尾氣中同時含有CO、碳氫化合物等還原性氣體和NO2等氧化性氣體，二者相對含量的不同可導致消耗NH3的增多或減少) 23．碳酸二甲酯(DMC)是一種近年來受到廣泛關注的環(huán)保型綠色化工產品。在催化劑作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：CO2＋2CH3OH―→CO(OCH3)2＋H2O，但甲醇轉化率通常不會超過1%是制約該反應走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究溫度、反應時間、催化劑用量分別對轉化數(TON)的影響來評價催化劑的催化效果。 計算公式為TON＝轉化的甲醇的物質的量/催化劑的物質的量。 （1）已知25 ℃時，甲醇和DMC的標準燃燒熱分別為ΔH1和ΔH2，則上述反應在25 ℃時的焓變ΔH3＝________。 （2）根據反應溫度對TON的影響圖(圖1)判斷該反應的焓變ΔH____0(填“＞”、“＝”或“＜”)，理由是________。 （3）根據反應時間對TON的影響圖(圖2)，已知溶液總體積 10 mL，反應起始時甲醇0.25 mol，催化劑0.610－5 mol，計算該溫度下，4～7 h內DMC的平均反應速率：________；計算10 h時，甲醇的轉化率： ________。 （4）根據該研究小組的實驗及催化劑用量TON的影響圖(圖3)，判斷下列說法正確的是________。 a．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義 b．在反應體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應的TON c．當催化劑用量低于1.210－5 mol時，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉化率顯著提高 d．當催化劑用量高于1.210－5 mol時，隨著催化劑用量的增加，DMC的產率反而急劇下降 【答案】（1）2ΔH1－ΔH2 （3分） （2）＜（1分）　經過相同的反應時間，溫度較低時，反應未達到平衡；溫度較高時，反應已達到平衡，隨著溫度升高，TON減小，即平衡向左移動，說明該反應的正反應是放熱反應，所以ΔH<0; （3）110－3 molL－1h－1（3分）　8.410－2%（3分）；（4）a、b（3分）。 110-3mol/(Lh). 在10 h時，甲醇的TON是35，甲醇的轉化物質的量Δn(CH3OH) = 350.610-5mol=2.110-4mol,所以甲醇的轉化率是：2.110-4mol0.25mol=8.410-4=8.410－2%;（4） a．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義，正確；b．在反應體系中添加合適的脫水劑，即減小生成物的濃度，平衡正向移動，因此將提高該反應的TON[，正確；c．當催化劑用量低于1.210－5 mol時，隨著催化劑用量的增加，催化劑的催化效果增大，錯誤；d．當催化劑用量高于1.210－5 mol時，隨著催化劑用量的增加，催化劑的催化效果急劇下降，錯誤。只有在催化劑用量等于1.210－5 mol時，催化效果最好。 24．（1）生產水煤氣過程中有以下反應：①C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH1； ②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH2； ③C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH3； 上述反應ΔH3與ΔH1、ΔH2之間的關系為__________________________________。 （2）將CH4轉化成CO，工業(yè)上常采用催化轉化技術，其反應原理為 2CH4(g)＋3O2(g) 2CO(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 038 kJmol－1。 工業(yè)上要選擇合適的催化劑，分別對X、Y、Z三種催化劑進行如下實驗(其他條件相同)： ①X在750 ℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3105倍； ②Y在600 ℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3105倍； ③Z在440 ℃時催化效率最高，能使逆反應速率加快約1106倍； 根據上述信息，你認為在生產中應該選擇的適宜催化劑是________(填“X”或“Y”或“Z”)，選擇的理由是_____； （3）請畫出（2）中反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注。 【答案】（1）ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 （2）Z　催化效率最高其活性溫度低，節(jié)能(或催化活性高、速度快、反應溫度低) （3） 【解析】（1）①C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH1 ②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH2 兩式相加 C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。 （2）選擇催化劑，應看溫度和催化效率，Z的催化效率最高時，溫度低，且速率快，所以Z合適。（3）畫圖時，應注意在有催化劑時，反應物、生成物的總能量不變，ΔH不變，活化能減少。 25．NOx會引起光化學煙霧等環(huán)境問題，在催化劑存在條件下，以NH3或尿素將尾氣中NOx 還原為N2的技術，即NH3或尿素-SCR技術，是去除NOx最為有效且應用最廣的技術之一，其中最重要的催化劑體系是釩基催化劑。 （1）NH3去除尾氣中的NOx，當v(NO)：v(NO2)=l:1時稱為“快速SCR 反應”，該反應化學方程式為_________。 （2）不同釩含量的催化劑（V2O5/TiO2）添加WO3對NO去除率的影響如下圖，從圖中可以得出其它條件相同時添加WO3，對NO去除率的影響是_____（填“增大”、“減小”或“無影響”）。根據圖中所示，隨著溫度升高NO去除率的變化趨勢為_____，該變化趨勢的一種可能原因是___________。 （3）在制備釩基催化劑時，添加的各種成型助劑中堿金屬或堿土金屬（如Na、K、Ca）能夠使催化劑中毒（催化性能下降）, K、Ca的毒化作用與Na相似。下列適合做成型助劑有_____。 A．Li B．Mg C．酸性鋁溶膠 D．酸性硅溶膠 請設計實驗研究添加金屬K對催化劑活性的影響（只需寫出實驗思路，不需要具體實驗 操作）_____________。 （4）在NOx催化去除過程中，NH3儲罐存在危險性，更多應用為尿素-SCR技術。在該技術過程中，發(fā)生如下兩個反應： ① CO(NH2)2=NH3+HNCO ② HNCO(g)+H20(g)====NH3(g)+CO2(g) 在此過程中一分子尿素可以生成兩分子NH3，因此尿素被視為是NH3的有效儲存源。反應②的平衡常數表達式為_______。目前商用的尿素溶液濃度為32.5%（密度為1.05g/mL），常稱為“Ad Blue ”。1L該商用尿素溶液發(fā)生“快速SCR反應”， 理論上最多可消除NO和NO2在標準狀況下的體積為______L。 【答案】 2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O 增大 減小 低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，溫度升高平衡逆向移動導致NO去除率下降；②低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，發(fā)生NH3的非選擇性氧化NOx反應。③低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，催化劑活性下降。（其它合理答案均可） C、D 分別向催化劑中添加1%K、2%K，并控制與（3）題中相同實驗條件下，然后測定不同溫度下的NO去除率，繪制成圖表。 [c(NH3)?c(CO2)]/[c(HNCO)?c(H2O)] 254.8