高考化学核心考点最新题型限时训练：催化剂与催化机理(附答案)

2023年5月2日发(作者：郴州市住房公积金个人查询)

催化剂与催化机理

1. (2020·河北石家庄)科学家经过研究发现，CO与H在催化剂作用下可转

22

化成CHOH燃料，是一种减排、环保的有效方法。该可逆反应发生过程中的能

3

量变化如图所示，下列说法错误的是( )

A. CHOH(g)＋HO(g)CO(g)＋3H(g)为吸热反应

3222

B. 使用催化剂X时，正反应的活化能＝ΔH＋逆反应活化能

C. 其他条件一定，使用催化剂Z时，最先到达化学平衡

D. 从图中可知，选用不同的催化剂，反应的ΔH也不同

2. (2020·广东揭阳线)研究发现Pd团簇可催化CO的氧化，在催化过程中路

2

径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出)，下图为路径1和路径

2催化的能量变化。下列说法错误的是( )

A. CO的催化氧化反应为2CO＋O===2CO

22

B. 反应路径1的催化效果更好

C. 路径1和路径2第一步放出的能量相同

D. 路径 1 中最大能垒(活化能)E ＝1.77 eV

正

3. (2020·福建福州市5月)氮及其化合物的转化过程如图所示。下列分析合理

的是( )

A. 催化剂a表面发生了极性共价键的断裂和形成

B. N与H反应生成NH的原子利用率为100%

223

C. 在催化剂b表面形成氮氧键时，不涉及电子转移

D. 催化剂a、b能提高反应的平衡转化率

4. (2020·福建福州3月)生物固氮与模拟生物固氮都是重大基础性研究课题。

大连理工大学曲景平教授团队设计合成了一类新型邻苯二硫酚桥联双核铁配合

物，建立了双铁分子仿生化学固氮新的功能分子模型。如图是所发论文插图。以

下说法错误的是( )

A. 催化剂不能改变反应的焓变

B. 催化剂不能改变反应的活化能

C. 图中反应中间体NH数值x<3

xy

D. 图示催化剂分子中包含配位键

5. (2020·山东滨州三模)科研人员提出CeO催化合成DMC需经历三步反应，

2

示意图如图所示：

下列说法正确的是( )

－

A. DMC与过量NaOH溶液反应生成CO和甲醇

2

3

B. CeO可有效提高反应物的平衡转化率

2

C. ①、②、③中均有O—H的断裂

D. 生成DMC总反应的原子利用率为100%

6. (2020·福建福清市)炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分

子，生成活化氧，活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示，活化氧可以快速

氧化二氧化硫。下列说法错误的是( )

A. 氧分子的活化包括O—O键的断裂与C—O键的生成

B. 每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量

C. 水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV

D. 炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂

7. (2020·厦门4月)我国科学家首次抓住“兔耳朵”解密催化反应“黑匣

子”。图a是TiO结构图，图b是TiO吸附HO后形成“兔耳朵”的结构图，

222

图c是图b的俯视图。下列叙述错误的是( )

图a 图b 图c

A. 由图a可知，每隔4个Ti原子会有一列凸起

B. 由图b可知，凸起位置上的Ti原子是反应的活性位点

C. 由图c可知，水分子和羟基之间靠共价键结合

D. 将CO引入体系，通过观察凸起结构变化，证实水煤气变换催化反应的

发生

8. (2020·莆田市)Pd/AlO催化H还原CO的机理示意图如下。下列说法不

2322

正确的是( )

A. H—H的断裂需要吸收能量

B. ①→②，CO发生加成反应

2

C. ④中，CO被氧化为CH

4

D. 生成CH总反应的化学方程式：

4

Pd/AlO

23

CO＋4H=====CH＋2HO

2242

9. (2020·厦门期末)电催化N还原制NH的一种反应机理如图所示，其中吸

23

附在催化剂表面的物种用*表示，下列说法不正确的是( )

A. N生成NH是通过多步还原反应实现的

23

B. 两个氮原子上的加氢过程同时进行

C. 析氢反应(H*＋H*→H)会影响NH的生成

23

D. NH的及时脱附有利于增加催化剂活性位

3

10. (2020·安徽芜湖)最近，中国科学院大连物化所“CO催化转化为CO的

2

研究”获得新进展。如图是使用不同催化剂(NiPc和CoPc)时转化过程中的能量

变化，下列说法不合理的是( )

A. ·CO经还原反应得到·COOH

2

B. 该研究成果将有利于缓解温室效应，并解决能源转化问题

C. 相同基团的物种分别吸附在NiPc和CoPc表面，其能量可能不同

D. 催化剂可以改变CO转化为CO反应的焓变

2

11. (2020·广东东莞4月)科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂

表面不同位点上合成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的

反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*

标注。下列说法错误的是( )

A. 由图可以判断合成氨反应属于放热反应

B. 氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快

C. 整个反应历程中活化能最大的步骤是

2N*＋3H→2N*＋6H*

2

D. 从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率

12. (2020·山东枣庄期末)研究表明，纳米0价金属能去除地下水中的NO，

－

3

不同初始pH和不同金属组成对NO的去除效果如图所示。图1初始pH＝5.5，

－

3

图2初始pH＝2，NO初始浓度均为50 mg/L，纳米级金属添加量均为2 g/L。下

－

3

列说法不正确的是( )

图1

图2

A. 纳米镍的去除效果优于纳米铁

B. 当加入的金属是Fe/Ni5/1，在不同的初始pH下，经过60 min后，pH

00

＝2时NO的去除率比pH＝5.5时的大

－

3

－－

C. 图2纳米铁反应60 min时NO去除率为67.2%，则60 min内v(NO)

33

＝0.56 mol/(L·min)

D. 其他条件相同时，若pH过低，可能会导致去除率下降

13. (1) 利用CO和H在一定条件下可合成甲醇，发生如下反应：CO(g)＋

2

2H(g)CHOH(g)，其两种反应过程中能量的变化曲线如图中a，b所示，下

23

列说法正确的是____________(填标号)。

A. 上述反应的ΔH＝－91 kJ/mol

B. a反应正反应的活化能为510 kJ/mol

C. b过程中第Ⅰ阶段为吸热反应，第Ⅱ阶段为放热反应

D. b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和ΔH

E. b过程的反应速率：第Ⅰ阶段<第Ⅱ阶段

(2) 制得CuCl，再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入

2

空气的条件下反应生成CuCl，Fe对该反应有催化作用，其催化原理如下图所

2

3

＋

示。 M'的化学式：________________。

(3) 用H制备HO的一种工艺简单、能耗低的方法，反应原理如图所示。

222

总反应的化学方程式：________________________。

(4) 近年来，研究人员提出 利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与

存储。过程如下：

反应Ⅰ：2HSO(l)===2SO(g)＋2HO(g)＋O(g)

24222

ΔH＝＋551 kJ/mol

1

反应Ⅲ：S(s)＋O(g)===SO(g)

22

ΔH＝－297 kJ/mol

3

反应Ⅱ的热化学方程式：______________________________。

(5) (2020·山东淄博联考)某探究性小组的研究成果如图所示，可以用废铜屑

和黄铜矿来富集CuS。通入的硫化氢的作用是________________，当转移0.2 mol

2

电子时，生成CuS____________ mol。

2

14. 甲醛是污染室内环境的主要污染物，被称为室内污染“第一杀手”。去

除甲醛有多种方法，其中，催化氧化法是一种比较高效的除甲醛方法。

下列有关说法正确的是__________(填标号)。

a. 该方法除去甲醛的化学方程式：

HCHO＋O―→CO＋HO

222

b. Na-Pt/TiO催化剂能加快甲醛氧化速率，也能提高甲醛的转化率

2

c. 反应过程中，HCHO只有部分化学键发生断裂

15. (2020·福建南平市)在高效催化剂的作用下用CH还原NO，也可消除氮

42

氧化物的污染。

(1) CH还原NO反应的化学方程式：_____________________________。

42

(2) 在相同条件下，选用A、B、C三种不同催化剂进行反应，生成N的物

2

质的量与时间变化如图1所示，其中活化能最大的是____________[用Ea(A)、

Ea(B)、Ea(C)分别表示三种催化剂下该反应的活化能]。

图1

图2

(3) 在催化剂A作用下，测得相同时间内处理NO的量与温度的关系如图2

2

所示，曲线先增大后减小的可能原因是_____________________________。

16. (2020·福建三明市)氢气可将CO还原为甲烷，反应为CO(g)＋

22

4H(g)CH(g)＋2HO(g)。ShyamKattel等结合实验与计算机模拟结果，研

242

究了在Pt/SiO催化剂表面上CO与H的反应历程，前三步历程如图所示其中

222

吸附在Pt/SiO催化剂表面用“·”标注，Ts表示过渡态。物质吸附在催化剂表

2

面，形成过渡态的过程会____________(填“放出热量”或“吸收热量”)；反应

历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为____________。

17. (2020·厦门)我国科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了在铁掺杂

W18049纳米反应器催化剂表面上实现常温低电位合成氨，获得较高的氨产量和

法拉第效率。反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。

需要吸收能量最大的能垒(活化能)E＝____________eV，该步骤的化学方程

式：_________________，若通入H体积分数过大，可能造成 ____________。

2

1. D 解析 由图可知，反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，则

逆反应为吸热反应，A正确；由图可知，使用催化剂X时，ΔH＝正反应的活化

能－逆反应活化能，所以正反应的活化能＝ΔH＋逆反应活化能，B正确；催化

剂通过降低反应的活化能提高正逆反应速率，使用催化剂Z时，可逆反应最先

达到平衡， C正确；催化剂不改变反应的ΔH，所以选用不同的催化剂，反应的

ΔH相同，D错误。

2. B 解析 CO在Pd催化作用下与氧气反应产生CO，反应方程式为2CO

22

＋O===2CO，A正确；反应路径2所需总的活化能比反应路径1低，反应路径

22

2的催化效果更好，B错误；反应路径1和反应路径2的第一步能量变化都为 3.22

eV，C正确；路径1的最大能垒(活化能)E＝－3.96 eV－(－5.73 eV) ＝1.77 eV，

正

D正确。

3. B 解析 催化剂A表面是氮气与氢气生成氨气的过程，发生的是同种元

素之间非极性共价键的断裂，A错误；N与H在催化剂a作用下反应生成NH

223

属于化合反应，无副产物生成，其原子利用率为100%，B正确；在催化剂b表

面形成氮氧键时，氨气转化为NO，N元素化合价由－3价升高到＋2价，失去

电子，C错误；催化剂a、b只改变化学反应速率，不能提高反应的平衡转化率，

D错误。

4. B 解析 催化剂能够改变反应途径，不能改变反应物、生成物的能量，

因此不能改变反应的焓变，A正确；催化剂能够改变反应途径，降低反应的活化

能，B错误；在过渡态，氮气分子可能打开三键中部分或全部共价键，然后在催

化剂表面与氢原子结合形成中间产物，故x可能等于1或2，C正确；根据图示

可知，在中间体的Fe原子含有空轨道，在S原子、N原子上含有孤对电子，Fe

与S、N原子之间通过配位键连接，D正确。

5. A 解析 DMC为CHOCOOCH，属于酯类，酯在碱性条件下可发生水

33

解：CHOCOOCH＋2NaOH―→2CHOH＋NaCO，A正确；CeO为催化剂，

333232

催化剂只影响化学反应速率，不能提高平衡转化率； B错误；①中CHOH生成

3

CHO－催化剂，CHOH中的O－H键断裂；②中没有O－H键断裂；③CHOH

333

生成CHOCOOCH，CHOH中的O—H键断裂，C错误；总反应为2CHOH＋

3333

CO―→CHOCOOCH＋HO，除了生成DMC外，还生成了水，因此原子利用

2332

率不是100%，D错误。

6. C 解析 由图可知，氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成

过程，A正确；由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此每活化一

个氧分子放出0.29 eV的能量，B正确；由图可知，水可使氧分子活化反应的活

化能降低0.18 eV，C错误；活化氧可以快速氧化二氧化硫，而炭黑颗粒可以活

化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂，D

正确。

7. C 解析 图a中，两个凸起的Ti之间隔着4个Ti，A正确；图b中，只

有凸起的Ti原子才能吸附水分子，故凸起位置上的Ti原子是反应的活性位点，

B正确；图c中水分子和羟基之间靠氢键结合，C错误；水气变换反应为CO＋

HO===CO＋H，引入CO，若凸起结构中水分子减小，则证明水煤气变换催化

222

反应已发生，D正确。

8. C 解析 断裂化学键吸收能量，则H－H的断裂需要吸收能量，A正确；

如图所示，C===O键转化为单键，为加成反应，B正确；④中，CO转化为甲烷，

C元素的化合价降低，得到电子被还原，C错误；由图可知二氧化碳和氢气反应

Pd/AlO

23

生成甲烷和水，反应为CO＋4H=====CH＋2HO，D正确。

2242

9. B 解析 由图可知，N生成NH是通过N→*N→*NNH……NH多步

23223

还原反应实现的，A正确；由图可知，加氢过程是分步进行的

(*N→*NNH→*NHNH)，B错误；析氢反应(H*＋H*→H)会导致NH中H不足，

223

从而影响NH的生成，C正确；NH的及时脱附，能够增加催化剂与反应物的接

33

触面积，即有利于增加催化剂活性位，D正确。

10. D 解析 ·CO反应得到·COOH，过程中碳元素化合价降低，得到电子、

2

发生还原反应，A正确；把二氧化碳转化为可燃气体，该研究成果将有利于缓解

温室效应并解决能源转化问题，B正确；由图像可知，吸附在NiPc或CoPc表面

带有相同基团的物种·COOH、·CO、CO，其能量不同，C正确；催化剂能加快

反应速率，但催化剂不改变反应物、生成物的总能量，即不能改变CO转化为

2

CO反应的焓变，D错误。

11. C 解析 据图可知，始态的相对能量为0 eV，生成物 *＋2NH 的相对

3

能量约为－1.8 eV，反应物的能量高于生成物，所以为放热反应，A正确；图中

实线标示出的位点A转变成2N*活化能低于图中虚线标示出的位点B最大能垒

(活化能)，活化能越低，化学反应速率越大，B正确；由图像可知， 2N*＋

3H―→2N*＋6H*是放热过程，所以整个反应历程活化能最大的步骤不是该过程，

2

C错误；由图像可知氮气在位点A上活化能比B位点上活化能低，故速率较快，

D正确。

12. C 解析 由图像中NO浓度的变化可知纳米镍的去除效果优于纳米铁，

－

3

A正确；当加入的金属是 Fe/Ni/5/1，图1初始pH＝5.5,60min后NO剩余，图

00

－

3

－－

2初始pH＝2，NO完全去除，因此pH＝2时NO的去除率比pH＝5.5时的大，

33

－－

B正确；60 min时，NO的去除率67.2%，则60 min内v(NO)＝

33

50×10g/L

3

62 g/mol

×67.2%

－＋

6

＝9.03×10 mol/(L·min)，C错误；如果pH过低，H可与

60 min

－

金属反应，则可能导致去除率下降，D正确。

[PdCl]

4

2

－

13. (1) ACE (2) Fe (3) H＋O=====HO

2222

2

＋

(4) 3SO(g)＋2HO(g)===2HSO(l)＋S(s)

2224

ΔH

2

＝－254 kJ/mol

(5) 催化剂 0.2

解析 (5) 从图中可知，反应前后硫化氢的质量和性质没有发生改变，为催

化剂，在该转化中Cu被氧化成CuS，化合价升高 ＋1价，CuFeS被还原成CuS，

222

化合价降低－1价，根据电子守恒，当转移0.2 mol电子时，生成CuS 0.2 mol。

2

14. ac 解析：由图可知生成二氧化碳和水，除去甲醛的化学方程式为

HCHO＋O―→CO＋HO，a正确；催化剂对平衡移动无影响，可加快反应速率，

222

甲醛的转化率不变，b错误；图中C===O未断裂，则反应过程中，HCHO只有

部分化学键发生断裂，c正确。

催化剂

15. (1) CH＋2NO=====CO＋N＋2HO (2) Ea(C) (3) 低于300 ℃时，

42222

反应未达到平衡，随温度升高反应速率加快；高于300 ℃时，反应达平衡，升温

平衡逆向移动或高于300 ℃催化剂活性降低

16. (1) 吸收热量 ·OH＋·H===HO(g)

2

解析 根据图像可知，吸附态的能量小于过渡态，所以物质吸附在催化剂表

面，形成过渡态的过程会吸收热量；活化能最小的过程是形成Ts3活化状态。反

应方程式是·OH＋·H===HO(g)。

2

17. 1.54 NH]2NH 占据催化剂活性位点过多

33

解析 观察图示，吸收能量最大的能垒，即相对能量的差最大是－1.02－(－

2.56)＝1.54; 该步的方程式是NH]2NH；若通入H体积分数过大，氢分子占据

332

催化剂活性位点过多。