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从巩固到提高 高考化学二轮微专题16 有效碰撞理论及活化能

更新时间:2023-01-23 浏览次数:26 类型:二轮复习
一、单选题
  • 1. (2022高三上·邢台期中) 室温下,某溶液初始时仅溶有P和Q且浓度相等,同时发生以下两个反应:①P+Q=X+Z;②P+Q=Y+Z,反应①的速率可表示为v1=k1c2(P)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分Q、X的浓度随时间变化情况如图所示(溶液体积变化忽略不计,Y、Z均可溶于水)。下列说法错误的是(   )

    A . 反应①的活化能比反应②的活化能大 B . 0~20min内,Z的平均反应速率为6×10-3mol•L-1•min-1 C . 反应30min时,v1:v2=2:3 D . 45min时Y的浓度为0.24mol•L-1
  • 2. (2022高三上·朝阳期中) 研究催化剂对反应速率的影响。恒温、恒容时,随时间的变化如下。

    0

    20

    40

    60

    80

    催化剂Ⅰ

    2.40

    2.00

    1.60

    1.20

    0.80

    催化剂Ⅱ

    2.40

    1.60

    0.80

    0.40

    0.40

    下列说法错误的是(   )

    A . 使用催化剂Ⅰ,0~20min的平均反应速率 B . 使用催化剂Ⅱ,达平衡后容器内的压强是初始时的 C . 相同条件下,使用催化剂Ⅱ可使该反应的活化能降低更多,反应更快 D . 相同条件下,使用催化剂Ⅱ可使该反应的化学平衡常数更大
  • 3. (2022高三上·湖北月考) 催化丙烯制醛的反应机理如图所示。下列说法错误的是(   )

    A . 上述循环过程中,Co的配位数发生了变化 B . 上述循环过程中,有C-O键的形成,无C-O键的断裂 C . 丙烯醛基化总反应为 D . 可降低丙烯醛基化反应的活化能
  • 4. (2022高三上·江西月考) 理论研究表明,在101kPa和298K下,异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(   )

    A . HCN比HNC稳定 B . 该异构化反应的 C . 加入催化剂能降低反应的活化能而加快反应速率 D . 使用催化剂,可以改变反应的转化率
  • 5. (2023高三上·湖南月考) 甲烷和二氧化碳催化重整制备合成气的反应为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H>0。我国学者通过计算机模拟对该反应进行理论研究,提出在Pt-Ni合金或Sn-Ni合金催化下,以甲烷逐级脱氢开始反应。脱氢阶段的反应历程如图所示(*表示吸附在催化剂表面,吸附过程产生的能量称为吸附能)。下列说法错误的是(   )

    A . 在Sn-Ni合金催化下,该历程中最大能垒(活化能)为3.809eV•mol-1 B . 在Sn-Ni合金催化下,第二个反应阶段的化学方程式为CH3*+H*→CH2*+2H* C . 在Pt-Ni合金催化下,甲烷脱氢反应分为3个基元反应阶段 D . 两种催化剂比较,脱氢反应阶段催化效果更好的是Pt-Ni合金
  • 6. (2022高三上·重庆市月考) 已知反应S2O (aq)+2I-(aq) 2SO (aq)+I2(aq),若向该溶液中加入含Fe3+的某溶液,反应机理如图所示。下列有关该反应的说法错误的是(   )

    ①2Fe3+(aq)+2I-(aq) I2(aq)+2Fe2+(aq)

    ② 2Fe2+(aq)+S2O (aq) 2Fe3+(aq)+2SO (aq)

    A . Fe2+是该反应的催化剂 B . 该反应正反应活化能小于逆反应活化能 C . 该反应可设计成原电池 D . 加入Fe3+后降低了该反应的活化能
  • 7. (2022高三上·桂林月考) 合成氨反应为:  。下列有关该反应的说法正确的是(   )
    A . 催化剂增大了正、逆反应的活化能 B . 升高温度,该反应的平衡常数增大 C . 正反应的活化能小于逆反应的活化能 D . 升温或增压均可提高的平衡转化率
  • 8. (2022高三上·如皋开学考) C10H18在催化剂作用下,发生脱氢反应的过程如下图所示。下列说法错误的是(   )

    A . 反应 B . 反应的△S>0 C . C10H18(l)到C10H8(l)的反应速率快慢主要由第2步反应决定 D . 使用催化剂不会改变反应的△H
  • 9. (2022高三上·桂林月考) 硫酸甲酯是制造染料的甲基化试剂,在有存在的条件下,的反应历程如图所示(分子间的作用力用“…”表示)。下列说法错误的是(   )

    A . 反应的 B . a、b、c三种中间产物中,a最稳定 C . 该反应最高能垒(活化能)为19.06eV D . 由d转化为f过程中,有硫氧键的生成
  • 10. (2022高三上·江西月考) 已知化学反应的能量变化曲线如图所示,其中a、b代表活化能,下列叙述正确的是(   )

    A . 加入不同的催化剂和提高反应温度,a,b基本不变 B . 加入催化剂后,a,b同时降低相同的值,不变 C . 改变A2或B2的起始浓度,a,b也随之改变 D . 断裂1molA-A键和1molB-B键时吸收的能量小于形成2molA-B放出的能量
  • 11. (2022·浙江模拟) 一定温度下,向容器中加入A可发生反应如下:①A→B,②A→C,③。反应体系中A、B、C的浓度随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (   )

    A . 反应①的活化能大于反应② B . 该温度下,反应③的平衡常数大于1 C . 时,B的消耗速率小于生成速率 D . 升高温度,时体系中B的含量增大
二、多选题
  • 12. (2022高三上·益阳月考) 按照绿色化学的思想,最理想的“原子经济性反应”就是原子利用率为100%%,原子利用率即期望产物的总质量与生成物的总质量之比。以乙烯为原料生产环氧乙烷,过去主要使用的是氯代乙醇法,包括以下两步反应:

    第一步:

    第二步:

    总反应可表示为:

    现代石油化工采用银作催化剂,可以实现一步完成: , 下列有关说法中错误的是(   )

    A . 一个乙烯分子中含有5个σ键和1个π键 B . 滴入溶液中产生白色沉淀 C . 氯代乙醇法的原子利用率为25.4%,银催化法的原子利用率为100% D . Ag的作用是降低反应的活化能,增大活化分子的百分数,加快反应速率
  • 13. (2022高三上·益阳月考) 研究CH3I与氯自由基(用Cl∗表示)的反应有助于保护臭氧层。已知CH3I与Cl∗反应有4条可能的反应路径,如图所示。图中TS表示过渡态,IM表示中间体。下列说法中错误的是(   )

    A . 相同条件下,路径①的反应速率最慢 B . 路径④属于放热反应 C . 路径②是基元反应 D . 过渡态中最稳定的是TS1,产物最稳定的是路径④的
  • 14. (2022·湖南) 反应物(S)转化为产物(P或 )的能量与反应进程的关系如下图所示:

    下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(    )

    A . 进程Ⅰ是放热反应 B . 平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ C . 生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ D . 进程Ⅳ中,Z没有催化作用
三、综合题
  • 15. (2022高三上·日照期中) 将CO2转化为高附加值碳基燃料,可有效减少碳的排放。在催化剂作用下CO2甲烷化的总反应为:CO2(g)+2H2(g)CH4(g)+ H2O(g) △H Kp总 , 该反应分两步完成,反应过程如下:

    i.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1 Kp1

    ii.CO(g)+H2(g)CO2(g)+CH4(g) △H2 Kp2

    回答下列问题:

    1. (1) 催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度的变化如图所示。

      对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂是,使用的合适温度为

    2. (2) 为研究反应过程的热效应,一定温度范围内对上述反应的平衡常数Kp进行计算,得lgKp-T的线性关系如图:

      ①对于反应ii,图中v正Av正B(填“>”“<”或“=”)。反应i中,正反应的活化能E(填“>”“<”或“=”)逆反应的活化能E

      ②在T1温度下Kp1=,在该温度下,向恒容容器中充入7molCO2和12molH2 , 初始压强为19kPa,反应经7min达到平衡,此时p(H2O)=5kPa,则v(H2)=kPa•min-1。达到平衡后,若保持温度不变压缩容器的体积,CH4的物质的量(填“增加”“减小”或“不变”),反应i的平衡将(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

  • 16. (2022高三上·潍坊期中) 落实“双碳”目标,发展绿色能源,首先是对氢能源的开发利用。利用甲烷制氢是当前研究的热点。涉及的反应如下:

    反应Ⅰ:

    反应Ⅱ:

    反应Ⅲ:

    回答下列问题:

    1. (1) 反应Ⅰ的活化能为 , 反应Ⅰ逆反应的活化能为。研究发现,以单一负载型催化反应Ⅰ时,反应Ⅰ的逆反应在催化剂表面存在两种活性中心,分别以“*”和“#”表示,在活性位“*”上发生吸附,在活性位“#”上被吸附的发生分解反应生成表面碳,表面碳再与结合生成 , 其催化反应机理的反应式如下:

      ⅰ.     快速平衡

      ⅱ.     慢反应

      ⅲ.     快反应

      ⅳ.                   快反应

      反应ⅳ的反应式为;反应Ⅰ逆反应的决速步骤是(填反应序号)。

    2. (2) 时,在某密闭容器中通入一定量的 , 加入金属镍做催化剂,在一定温度下发生上述反应。

      ①为提高的平衡转化率,除改变温度外,还可以采取的措施是

      ②恒温恒容条件下,起始时的浓度分别为 , 达平衡时的浓度分别为。达平衡时,的浓度是 , 反应Ⅰ的平衡常数K是。(用含a、b、c、d的代数式表示)

      ③在该温度下,反应Ⅲ的标准平衡常数。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应 , 其中为各组分的平衡分压]

    3. (3) 在某一给定进料比的情况下,温度、压强对平衡体系中物质的量分数的影响如下图:

      压强由大到小的顺序为,体系温度未达到时,物质的量分数几乎为0的原因是

  • 17. (2022高三上·邢台月考)              
    1. (1) I.工业上以MnO2(软锰矿的主要成分)为原料制备KMnO4的主要流程为:将MnO2和过量的KOH固体和KClO3在高温下反应,生成锰酸钾K2MnO4和KCl;将生成物溶于水,过滤,除去残渣,将滤液酸化后,K2MnO4转化为MnO2和KMnO4;滤去MnO2沉淀,浓缩溶液,结晶得到深紫色的针状KMnO4。试回答下列问题:

      MnO2制备K2MnO4的化学方程式:

    2. (2) K2MnO4转化为KMnO4的离子方程式:
    3. (3) 用稀硫酸酸化的KMnO4溶液能将Na2C2O4氧化为CO2同时有Mn2+生成,写出该反应的化学方程式:
    4. (4) II.将96g的铜与一定量的浓硝酸充分反应后,还剩余32g固体,同时生成气体的体积为V1L(标准状况,下同),将生成的气体与V2LO2混合,恰好完全溶于水转化为硝酸;若将生成的V1L气体完全被NaOH溶液吸收只生成NaNO2和NaNO3 , 则

      V2=L。

    5. (5) NaNO2的物质的量为mol。
    6. (6) III.我国科学家实现了在铜催化剂条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示:

      该历程中决定反应速率步骤的能垒(活化能)E=eV;写出该历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为:

  • 18. (2023高三上·清远月考) CO、N2O均为大气污染物,利用催化剂处理污染物气体为化工的热点问题。
    1. (1) 在一定温度时,有催化剂存在的条件下,密闭容器中CO与N2O转化为CO2与N2 , 其相关反应为:

      反应I:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) △H

      已知:①C(s)+N2O(g)⇌CO(g)+N2(g) △H1=-192.9kJ∙mol-1

      ②2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g) △H2=-566.0kJ∙mol-1

      ③C(s)+O2(g)⇌2CO2(g) △H3=-393.5kJ∙mol-1

      则反应△H=

    2. (2) CO、N2O在Pt2O+的表面进行两步反应转化为无毒的气体,其转化关系、相对能量与反应历程如下图。

      ①分别写出CO、N2O在Pt2O+的表面上反应的方程式:

      ②第一步反应的速率比第二步的(填“慢”或“快)。两步反应均为热反应。

    3. (3) 在一定温度、101kPa下,分别在1L密闭容器中充入2molN2O和2molCO,发生反应:CO(g)+N2O(g)⇌CO2(g)+N2(g),达平衡时,测得无毒气体的体积分数为75%,该条件下平衡常数Kp=。(Kp为分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
    4. (4) 氮化钛晶体的晶胞结构如图所示,则氮化钛晶体化学式为该晶体结构中与N原子距离最近且相等的N原子有个;若该晶胞的密度为dg·cm-3 , 则晶胞结构中两个氮原子之间的最近距离为pm(用含d、NA的代数式表示,NA为阿伏加德罗常数的数值,1pm=10-12m)。

  • 19. (2022高三上·天河月考) 在“碳达峰、碳中和”的目标引领下,对减少二氧化碳排放的相关技术研究正成为世界各国的前沿发展方向。回答下列问题:
    1. (1) 利用CH4-CO2干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用,还可以缓解温室效应对环境的影响。该反应一般认为通过如下步骤来实现:

      I.CH4(g)C(ads)+2H2(g)

      II.C(ads)+CO2(g)2CO(g)

      上述反应中C(ads)为吸附活性炭,反应历程的能量变化如图1所示:

      ①反应II是(填“慢反应”或“快反应”),CH4-CO2干重整反应的热化方程式为。(选取图1中E1、E2、E3表示反应热)。

      ②在恒压条件下,等物质的量的CH4(g)和CO2(g)发生干重整反应时,各物质的平衡转化率随温度变化如图2所示。已知在干重整中还发生了副反应:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H>0,则表示CO2平衡转化率的是曲线(填“A”或“B”),判断的依据是

      ③在恒压p、800K条件下,在密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g),若曲线A对应物质的平衡转化率为40%,曲线B对应物质的平衡转化率为20%,则以上反应平衡体系中n(H2):n(H2O)=,则干重整反应的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度表示,分压=总压×物质的量分数,列出计算式,无需化简)。

    2. (2) 二氧化碳电还原反应提供了一种生产乙醇的方法,已知反应过程中在三种不同催化剂表面(Cu、C/Cu、N-C/Cu)的某个基元反应的能量变化如图3所示(IS表示始态,TS表示过渡态,FS表示终态,*表示催化剂活性中心原子)。科学家研究发现铜表面涂覆一层氮掺杂的碳(N-C)可以提高乙醇的选择性,其原因可能是

    3. (3) 科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2 , 其原理如图4所示。

      ①与电源负极相连一极上的电极反应为

      ②下列说法正确的是(填字母)。

      A.循环液1和循环液2中的阴离子种类相同

      B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜

      C.水的电离程度:处理后海水1>处理后海水2

      D.该方法可以同时将海水进行淡化

  • 20. (2022高三上·湖南月考) 乙烯是制造塑料、橡胶和纤维的基本原料,利用CO2和H2合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)    ΔH。回答下列问题:
    1. (1) 上述反应的Arrhenius经验公式实验数据如图中曲线a所示,已知Arrhenius经验公式Rlnk=-+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。反应的活化能Ea=kJ·mol-1。当改变外界条件时,实验数据如图中曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是

    2. (2) 在恒容密闭容器中,起始压强相同,反应温度、投料比[=x]对CO2平衡转化率的影响如图所示。则∆H0(填“>””或“<”,下同);a3;M、N两点的反应速率v(M)v(N);M、N两点的化学平衡常数KMKN

    3. (3) 理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中表示H2变化的曲线是;根据图中点A(630K,0.2),列出该温度时反应的平衡常数的计算式Kp=(MPa)-3(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。

  • 21. (2022高三上·浙江开学考) 二氧化碳的资源化利用有助于实现“双碳目标”。
    1. (1) 二氧化碳的甲烷化涉及的主要反应有

      反应I:  

      反应II:  

      反应III:  

      反应IV:  

      ①结合上述反应,计算可得

      ②有利于提高体系中平衡产率的条件是

      A.高温高压   B.低温低压   C.高温低压   D.低温高压

    2. (2) 二氧化碳的甲醇化: 。工业按此法生产甲醇时,通常会向反应体系中加入适量炭粉,可能的理由是
    3. (3) 二氧化碳催化加氢合成的过程中,常伴有、CO等副产物。向催化剂中添加某些助剂(助剂也有催化作用)可改变转化率和反应选择性。其他实验条件一定,不同类型助剂的加入(或不加)在相同反应时间下测得的数据对比如下:

      助剂种类

      转化率(%)

      各产物在所有产物中的占比(%)

      其他

      钠型

      31.6

      45.8

      29.7

      24.5

      钾型

      27.5

      75.7

      22.9

      1.4

      铜型

      9.8

      80.4

      12.5

      7.1

      不加

      12.4

      37.3

      25.9

      36.8

      若要提升乙烯在产物混合气中的含量及单位时间内的产量,上述助剂中添加的效果最好,结合过渡态理论分析助剂加入能提高乙烯选择性的原因是

    4. (4) 如图是含铱-氮配合物的高效水相体系催化二氧化碳还原为甲酸的反应机理:

      图中转化涉及到碳原子间键生成的步骤是(填“①”“②”或“③”)。该化学过程的总反应方程式为

  • 22. (2022·琼海模拟) CO2既是温室气体,也是重要的化工原料,二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。研究表明CO2与H2在催化剂存在下可发生反应制得甲烷:

    CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)。

    1. (1) 已知:

      ①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-890.3 kJ·mol-1

      ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH2=-571.6 kJ·mol-1

      则③CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH=

    2. (2) 反应③的活化能Ea(正)Ea(逆)(填“>”、“=”或“<”),有利于该反应自发进行的条件是(填“高温”或“低温”)。
    3. (3) 选择合适催化剂,在密闭容器中按n(CO2):n(H2)=1:4充入反应物,反应结果如图所示。

      ①若N点压强为1 MPa,则平衡常数Kp(N)=MPa-2 , P点与N点的平衡常数K(P)K(N)(填“>”、“<”或“=”)。

      ②若无催化剂,N点平衡转化率(填“是”或“否”)可能降至R点?理由是:

  • 23. (2022·淮南模拟) CO2减排策略主要有三种:减少排放,捕集封存,转化利用。其中CO2转化利用,生产高能燃料和高附加值化学品,有利于实现碳资源的有效循环。由CO2转化制甲醇具有重要的经济效益。
    1. (1) 高效催化剂对CO2加氢制甲醇的反应速率影响很大。通过计算机分析,CO2加氢制甲醇在不同催化条件下存在两种反应路径的势能图如下图所示。

      ①CO2加氢制甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=eV/mol(阿伏加德罗常数用NA表示);

      (填“甲酸盐”或“羧酸”)路径更有利于CO2加氢制甲醇反应,对该路径的反应速率影响最大的一步反应是

      ③根据势能图,下列说法合理的是(填标号)。

      A.CO2分压越大,催化剂表面积越大,CO2在催化剂表面的吸附速率越大

      B.不考虑H3COH*,两种路径中产生的含碳中间体种类均有5种

      C.中间体HCOO*比COOH*更稳定

      D.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率

    2. (2) CO2催化加氢制甲醇反应历程中某一步基元反应的Arthenius经验公式的实验数据如图所示,已知Arrhenius经验公式为(其中Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。

      ①该反应的活化能Ea=kJ/mol;

      ②当使用更高效的催化剂时,在图中画出Rlnk与关系的示意图

    3. (3) 在CO2催化加氢制甲醇过程中也存在竞争反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH>0,在恒温密闭容器中,维持压强和投料比不变,将CO2和H2按一定流速通过反应器,CO2转化率和甲醇选择性[x(CH3OH)%=]随温度变化关系如下图所示:

              CO2转化率和甲醇选择性随温度的变化曲线

      ①若233-251℃时催化剂的活性受温度影响不大,分析235℃后图中曲线下降的原因

      ②在压强为P的恒温恒压密闭容器中,加入1molCO2和3molH2反应并达到平衡状态,CO2平衡转化率为20%,甲醇的选择性为50%,计算CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)在该温度下的平衡常数Kp=。(列出计算式)

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