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疑难杂症5 催化剂
一、催化剂定义
定义：凡能改变反应速度而本身的组成和质量在反应前后保持不变的物质称为催化剂。
2H2 + O2 = 2H2O ΔG＝ – 457.2kJ·mol-1
上述反应尽管向右反应的可能性很大，但是在没有催化剂时，反应不能发生，当混入少量
铂粉时，反应很快进行。
二、催化剂的基本特性
1、改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速率
通过改变反应历程，使反应沿一条新的途径进行，此途径是几个基元反应组成，而基元
反应活化能都很小，因此反应所需克服的能垒值大大减少
2、只能加速热力学上可进行的化学反应，只改变化学反应的速度，不改变化学平衡的位
置。不影响焓变∆H 的大小，不影响平衡转化率。
ΔG= - RT lnKp，化学平衡常数Kp的大小取决于反应温度T 和ΔG，而ΔG 是状态函数，
与过程无关。
只有热力学允许，平衡常数较大的反应加入催化剂才有意义。
在开发新反应催化剂时，首先应进行热力学分析，看它在给定条件下是否属于热力学上
可行的反应。
3、催化剂对反应的类型、方向及产物的结构具有选择性
一种催化剂只对特定的化学反应起催化作用，利用不同的催化剂，可以使反应有选择性地
朝某一个需要的方向进行，生产所需的产品。
4、催化剂分类
(1)均相催化：反应物和催化剂处于同一相态中（均为气相或液相）
例：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) NO 作催化剂
S2O8
2-+2I - =2SO4
2- +I2 Cu2+ 作催化剂
在2 支大小相同的试管中，各装入2mL 约5%的H2O2 溶液，分别滴入1mL 0.1 mol/L
FeCl3。0.1 mol/L CuSO4溶液，比较H2O2分解速率。
催化活性： FeCl3_>_CuSO4，反应活化能： FeCl3 < CuSO4
(2)均相（多相）催化
例: C2H4 + H2 = C2H6 Ni 作催化剂
N2 + 3H2 = 2NH3 Fe 作催化剂
气-固相催化反应的步骤：
①反应物分子由气体相向催化剂的外表面扩散（外扩散）
②反应物分子由外表面向内表面扩散（内扩散）
③反应物吸附在表面上
④反应物在表面上进行化学反应，生成产物
⑤产物从表面上解吸
⑥产物从内表面向外表面扩散（内扩散）
⑦产物从外表面向气体相扩散（外扩散）
(3)酶催化
特点：①高效 ②高选择性 ③条件温和
大多数酶反应在人的体温条件下进行得很快。温度超过37℃太多时酶会失去活性, 这是因
为体温升高导致酶的结构发生变化, 活性部位发生变形, 从而难以实现匹配关系。
三、固体催化剂的组成
单组分催化剂：氨氧化制硝酸的铂催化剂
多组分催化剂：主催化剂、助催化剂和载体
1、主催化剂（活性组分 ）—催化剂的主要成分，起催化作用的根本性物质
氨合成催化剂：Fe - K2O - Al2O3 Fe 为主催化剂
2、助催化剂（助剂 ）—催化剂的辅助成分，其本身无活性或活性很小，但少量加入，可
明显提高催化剂的活性、选择性和稳定性（寿命）等。
(1)提高活性组分的分散度，从而提高其催化活性。（如合成甲醇Cu-ZnO-Al2O3催化剂
中的Al2O3，提高了Cu 的比表面积，从而提高其反应活性。）
(2)增加催化剂活性组分微晶的稳定性，延长催化剂的寿命。（如合成氨催化剂中的
Al2O3，与活性组分Fe 形成了固溶体，有效阻止了Fe 的烧结，从而大大延长催化剂的寿
命:几小时→几年。）
3、载体—催化剂活性组分（助剂）的分散剂和支撑体，是负载催化剂活性组分的骨架，通
常为具有足够机械强度的多孔性物质
如：多数催化剂需借助于载体，把活性组分分散在有高孔隙率的载体颗粒表面上。
如：Pt / Al2O3
载体的功能：
(1)增大活性表面[比表面积Sg：每克催化剂的总面积(m2/g)]和提供适宜的孔结构（载体
最基本的功能）；
(2)增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定形状；
(3)改善催化剂的导热性和热稳定性；
(4)提供附加活性中心。
四、催化剂的反应性能
1、活性：催化剂对反应加速的程度，用来衡量催化剂效能大小的指标。
比活性:常用催化反应的比速率常数来表示。如表面比速率常数a = k / S
转换频率/ 转换数：单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次数
转化率
时空收率：一定条件下，单位时间、单位体积（或质量）催化剂上所得目的产物量
2、选择性 ：所消耗的原料中转化成目的产物的分率。用来描述催化剂上两个以上相互竞
争反应的相对速率。
(1)选择性S：[转化为目的产物所消耗的该反应物量 / 某反应物转化总量] × 100%
(2)产率 =转化率×选择性
(3)选择性因素（选择度 s）s = k1 / k2
活性和选择性难两全时的评述方法：
原料昂贵，产物和副产物分离困难：选择高选择性
原料便宜，产物和副产物分离不困难：选择高转化率
对工业催化剂来说，注重选择性往往超过对活性的要求！
3、稳定性：稳定性是指催化剂活性和选择性随时间变化的情况，寿命是指在反应条件下维
持一定活性和选择性的时间。
催化剂稳定性：
(1)热稳定性（活性组分挥发、流失；活性组分烧结或微晶长大，进而比表面、活性位
减少）
(2)化学稳定性（稳定的催化剂化学组成和化合状态，活性组分和助催化剂不产生化学
变化）
(3)抗污稳定性（催化剂表面积焦、积炭）
(4)抗毒稳定性（催化剂对有害物质毒化的抵抗能力） 催化剂中毒
五、对工业催化剂的要求
所谓工业催化剂，是强调具有工业生产实际意义，可以用于大规模生产过程的催化剂，
有别于一般基础研究用的催化剂
合成氨反应机理：
1、氮的吸附分解是该反应的最大能垒，是反应的决速步骤。为保证氮气占有一定份额的催
化活性中心，并提高吸附速率，应适当提高氮的分压，即应控制投料比n(N2) ：
n(H2)=1:2.8，而不是达到最大平衡转化率的1:3。
2、为提高氨的脱附速率，以空出活性中心供继续合成氨使用，必须降低氨的分压，及时分
离出氨。
3、c0前速率增加的原因可能是：随着气相NH3浓度的增加，催化剂的吸附率升高，固相
NH3浓度增加，NH3的分解速率加快。
c0后速率降低的原因可能是：NH3浓度增大，NH3分子大大阻碍了N2 ，H2的解吸。
1、近日，中国科学院大连化学物理研究所与上海应物所合作，揭示了双单原子催化剂中的
协同催化机理，如4-硝基苯乙烯选择性加氢反应在不同的催化剂下的反应机理及选择性如
图所示，下列有关两种不同的催化过程说法错误的是
A．两种催化反应过程中均存在极性键的断裂和形成
B．Mo 单原子位点吸附4-硝基苯乙烯，提高了催化加氢的选择性
C．其它条件相同时，双单原子催化下4-硝基苯乙烯的平衡转化率更高
D．两种催化剂均能降低选择性加氢反应的活化能
2、随着反应进行，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4-x，活性Fe3O4-x是HCO3
―转化为HCOO―的
催化剂，其可能反应机理如图所示。根据元素电负性的变化规律。如图所示的反应步骤Ⅰ
可描述为_______。
3、NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过
催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂
的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B．其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断
增大
C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
4、反应物(S)转化为产物(P 或P·Z)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
5、甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，四步可能脱氢产物
及其相对能量如图，则最可行途径为a→_______(用b~j 等代号表示)。
6、利用铜—铈氧化物(xCuO·yCeO2，Ce 是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO，催化
氧化过程中Cu、Ce 的化合价均发生变化，可能机理如图2 所示。将n(CO)：n(O2)：
n(H2)：n(N2)=1：1：49：49 的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，
CO 的转化率随温度变化的曲线如图3 所示。
当催化氧化温度超过150℃时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是___________。
7、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的产率降低，推测其可能原因为_______。
8、某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)
(3)在相同条件下，CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应：CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)，在反应器中按n(CO2)：n(H2)=1:4 通入反应物，在不同温度、
不同催化剂条件下，反应进行到2min 时，测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L-1)如下
表所示。
催化剂
t=350℃
t=400℃
c(CH3OH)
c(CH4)
c(CH3OH)
c(CH4)
催化剂
Ⅰ
10.8
12722
345.2
42780
催化剂
Ⅱ
9.2
10775
34
38932
若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是_______。
9、工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，
其反应为：N2(g)+H2(g)=2NH3(g) ΔH= -92.4 kJ·mol-1 ΔS= -200J·K-1·mol-1 。回答下列问题：
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案一：双温-双控-双催化剂。使用Fe—TiO2-xHy双催化剂，通过光辐射产生温差(如体
系温度为495℃时，Fe 的温度为547℃，而TiO2-xHy的温度为415℃)。
下列说法正确的是_______。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．N≡N 在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
(4)方案二：M—LiH 复合催化剂。
下列说法正确的是_______。
a．300℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
10、利用有机分子模拟生物体内“醛缩酶”催化Diels-Alder 反应取得重要进展，荣获2021
年诺贝尔化学奖。某Diels-Alder 反应催化机理如下，下列说法错误的是
A．总反应为加成反应
B．Ⅰ和Ⅴ互为同系物
C．Ⅵ是反应的催化剂
D．化合物X 为H2O
11、某课题组设计一种固定CO2的方法。下列说法不正确的是
A．反应原料中的原子100%转化为产物
B．该过程在化合物X 和I-催化下完成
C．该过程仅涉及加成反应
D．若原料用
，则产物为
1．在催化剂作用下，HCOOH 分解生成CO2和H2可能的反应机理如图所示。下列说法不
正确的是
A．若用HCOOD 催化释氢，反应除生成CO2外，还生成HD
B．第一步转化N 与H 间形成配位键
C．若用HCOOK 溶液代替HCOOH 释氢的速率加快
D．若用HCOOK 溶液代替HCOOH 最终所得气体中H2的纯度会降低
2．在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应
的影响，各物质浓度c 随反应时间t 的部
分变化曲线如图，则
A．无催化剂时，反应不能进行
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C．a 曲线表示使用催化剂Ⅱ时X 的浓度随t 的变化
D．使用催化剂Ⅰ时，0~2min 内，v(X)=1.0mol·L-1·min-1
3．科学工作者探讨了在CO2和H2合成HCOOH 过程中固载Ru 基催化剂可能的反应机理如
图所示。下列说法错误的是。
A．固载Ru 基催化剂可降低该反应的焓变
B．Ru 配合物1、2、3、4 中Ru 的化合价不变
C．总反应的化学方程式为CO2+H2
HCOOH
D．CO2浓度过大可能会影响催化剂的实际催化效率
4．CH4与CO2重整生成H2和CO 的过程中主要发生下列反应
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH= 247.1kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH= 41.2kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)：n(CO2)=1:1 条件下，CH4和CO2的平衡转化率随
温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是
A．升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B．曲线B 表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C．相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A 和曲线B 相重叠
D．恒压、800K、n(CH4)：n(CO2)=1:1 条件下，反应至CH4转化率达到X 点的值，改变除
温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y 点的值
5．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+CH4======CaO+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CH4======C+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
6．在NO 催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是
A．含N 分子参与的反应一定有电子转移
B．由NO 生成HONO 的反应历程有2 种
C．增大NO 的量，C3H8的平衡转化率不变
D．当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少
7．制备苯甲酸甲酯的一种反应机理如图(其中Ph-代表苯基)。下列说法不正确的是
A．可以用苯甲醛和甲醇为原料制备苯甲酸甲酯
B．反应过程涉及氧化反应
C．化合物3 和4 互为同分异构体
D．化合物1 直接催化反应的进
行
8．科研人员使用
为基础固硫材料，复合不同的催化剂
催化
向
的转化。同时研究了不同温度下使用三种
催化剂对
固硫效率(用单位时间
转化率表示)的影响，结论如下图：
I．仅使用
而不使用催化剂获得的X 线的实验目的是___________；
II．下列有关说法正确的是___________
a．三种催化剂中
催化剂效率最低
b．同温同压下，使用复合催化剂有利于提高
的平衡产率
c．如图为
为催化剂时的反应机理，由图可知
比
更易获得电子
d．温度越高一定越有利于催化剂催化效率的提升
9．大量研究表明Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni 三种双金属合金团簇均可用于催化DRM 反应
(CH4+CO2
2CO+2H2)，在催化剂表面涉及多个基元反应，其中甲烷逐步脱氢过程的能
量变化如图甲所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注，TS1、TS2、TS3、TS4 分别表示
过渡态1、过渡态2、过渡态3、过渡态4)。
Pt
①
12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni 催化甲烷逐步脱氢过程的速率分别为v1、v2、v3，则脱氢过程的速
率由大到小的关系为_____________________________________。
②甲烷逐步脱氢过程中活化能最大的反应步骤是：________________________(用化学方程
式表示)。
Sn
③
12Ni 双金属合金团簇具有良好的抗积碳作用，有效抑制碳积沉对催化剂造成的不良影
响，请结合图甲解释原因：___________________________________________。
(4)甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH=+75kJ·mol-1，Ni 可作该反应的催化剂。
CH4在催化剂孔道表面反应时，若孔道堵塞会导致催化剂失活。其他条件相同时，随时间
增加，温度对Ni 催化剂催化效果的影响如图乙所示。考虑综合因素，使用催化剂的最佳温
度为____；650℃条件下，1000s 后，氢气的体积分数快速下降的原因是____。
10．在MgO 环与纳米Pd 颗粒的催化下，CO2与CH4的耦合反应的2 个循环机理如图所示。
(4)在循环a 中，第3 步O 转移的反应式为_______(用*表示吸附在催化剂表面的微粒)。
(5)对比循环a 和b 的机理可知，为促进H2的生成，可加入适量的_______(填化学式)。
Ⅲ.我国科学家研究了在硼基催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯，其反应机理如图所示。
(6)由C3H8生成中间体的历程中，断裂的化学键有C-C 键和_______键，根据图示简述生成
丙烯的反应机理____________________________________________________。
答案及解析
1、【答案】C
【详解】A． 两种催化反应过程中均有硝基转变为氨基，硝基内氮氧键、氨基内氮氢
键均为极性键，则均存在极性键的断裂和形成，A 正确；
B． 由图知，Mo 单原子位点吸附4-硝基苯乙烯上的氧、Ir 单原子位点吸附H，使硝基转
变为氨基，故双单原子催化剂提高了催化加氢的选择性，B 正确；
C． 催化剂不影响平衡转化率，C 不正确；
D． 两种催化剂均能降低选择性加氢反应的活化能、提高单位体积单位时间内有效碰撞的
次数、提高反应速率，D 正确；答案选C。
2、【答案】吸附在催化剂的Fe2+上的H 与HCO3
―中碳原子作用，吸附在O2-的H 与HCO3
―
中的羟基氧作用生成的H2O 和HCOO―均吸附在Fe2+ 上。
【详解】H 的电负性大于Fe，小于O，在活性Fe3O4-x表面，部分H 吸附在催化剂的亚
铁离子上，略带负电；另一部分H 吸附在催化剂的氧离子上，略带正电；前者与HCO3
―中
略带正电的碳结合，后者与HCO3
―中略带负电的羟基氧结合生成H2O，HCO3
―转化为
HCOO―；故答案为：吸附在催化剂的Fe2+上的H 与HCO3
―中碳原子作用，吸附在O2-的H
与HCO3
―中的羟基氧作用生成的H2O 和HCOO―均吸附在Fe2+上；
3、【答案】D
【详解】A．NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反应均为放热反应，根据勒夏特列原
理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，故A 错误；
B．根据图象，在175～300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择率降低，即产生氮气的量减
少，故B 错误；
C．根据图象，温度高于250℃ N2的选择率降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，
根据图象，温度应略小于225℃，此时氨气的转化率、氮气的选择率较大，故C 错误；
D．氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温
下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D 正确；答案为D。
4、【答案】AD
【解析】A 项，由图中信息可知，进程Ⅰ中S 的总能量大于产物P 的总能量，因此进
程I 是放热反应，A 说法正确；B 项，进程Ⅱ中使用了催化剂X，但是催化剂不能改变平衡
产率，因此在两个进程中平衡时P 的产率相同，B 说法不正确；C 项，进程Ⅲ中由S•Y 转
化为P•Y 的活化能高于进程Ⅱ中由S•X 转化为P•X 的活化能，由于这两步反应分别是两个
进程的决速步骤，因此生成P 的速率为Ⅲ<Ⅱ，Ｃ说法不正确；D 项，由图中信息可知，进
程Ⅳ中S 吸附到Z 表面生成S•Z，然后S•Z 转化为产物P•Z，由于P•Z 没有转化为P＋Z，
因此，Z 没有表现出催化作用，D 说法正确；故选AD。
5、【答案】a→b→e→h→j
【详解】由图示可知，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，且能垒越低，活
化能越小，越容易进行，根据图示可知，其可行的途径为：a→b→e→h→j。
6、【答案】高温下，Cu(+2 价)或Cu(+1 价)被H2还原为金属Cu
7、【答案】金属催化剂会与H2S 或CO 反应从而失去催化活性
8、【答案】相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲
烷与甲醇比例高
【详解】由表中信息可知，在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， 0~2min CH3OH 的
浓度由0 增加到10.8μmol·L-1，c(CH4):c(CH3OH)＝12722:10.8≈1178；在选择使用催化剂Ⅱ
和350℃的反应条件下， 0~2min CH3OH 的浓度由0 增加到9.2μmol·L-1，c(CH4):c(CH3OH)
＝10775:9.2≈1171；在选择使用催化剂Ⅰ和400℃条件下反应， 0~2min CH3OH 的浓度由
０增加到345.2μmol·L-1，c(CH4):c(CH3OH)＝42780:345.2≈124；在选择使用催化剂Ⅱ和
400℃的反应条件下， 0~2min CH3OH 的浓度由0 增加到34μmol·L-1，c(CH4):c(CH3OH)＝
38932:34≈1145。因此，若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应
条件的原因是：相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，
甲烷与甲醇比例高。
9、【答案】 (3)ab (4)a
【详解】（3）a．因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷Ti”
表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a 正确；
b．温度升高，反应速率加快，所以N≡N 在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，
b 正确；
c．合成氨反应的正反应为放热反应，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c
不正确；
d．温度升高，可提高合成氨反应的速率，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨
反应速率，d 不正确；故选ab。答案为：ab；
（4）a．从图中可以看出，300℃时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更
高，a 正确；
b．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，所以同温同压下，复合催化剂不能提高
氨的平衡产率，b 不正确；
c．虽然图中显示温度高反应速率快，但温度高到一定程度后，复合催化剂活性就可能不变
或变低，c 不正确；故选a。
10、【答案】B
【详解】A．由催化机理可知，总反应为
+
――――→
，该
反应为加成反应，A 正确；
B．结构相似、分子组成上相差若干个CH2 原子团的有机物互为同系物，
和
结构不相似、分子组成上也不是相差若干个CH2原子团，两者不互为同系物，
B 错误；
C．由催化机理可知，反应消耗了Ⅵ又生成了VI，VI 是反应的催化剂，C 正确；
D．I+VI→X+II，由I、VI、II 的结构简式可知，X 为H2O，D 正确；答案选B。
11、【答案】C
【解析】A．通过图示可知，二氧化碳和
反应生成
，没有其它物质生
成，反应原料中的原子100%转化为产物，A 正确；B．通过图示可知，X 和I-在反应
过程中是该反应的催化剂，B 正确；C．在该循环过程的最后一步中形成五元环的时候
反应类型为取代反应，C 错误；D．通过分析该反应流程可知，通过该历程可以把三
元环转化为五元环，故若原料用
，则产物为
，D 正确；故选C。
1、【答案】D
【详解】A．第一步HCOOD 电离出D+与N 结合，第二步HCOO―→CO2+H―，第三步D+、
H―反应生成HD，所以HCOOD 催化释氢，除生成CO2外，还生成HD，故A 正确；
B．N 原子含有孤电子对、H+有空轨道，根据图示，第一步转化N 与HCOOH 电离出的
H+通过配位键结合，故B 正确；
C．若用HCOOK 溶液代替HCOOH，HCOO―的浓度大，第二步反应放出二氧化碳的速率
加快，总反应速率加快。故释氢速率加快。故C 正确；
D．若用HCOOK 溶液代替HCOOH，HCOOK 水解出HCOOH，释氢历程不变，所以最终
所得气体中H2的纯度不会降低，故D 错误；选D。
2、【答案】D
【详解】A．由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物浓度也在增加，说明反应也在
进行，故A 错误；
B．由图可知，催化剂I 比催化剂II 催化效果好，说明催化剂I 使反应活化能更低，反应更
快，故B 错误；
C．由图可知，使用催化剂II 时，在0~2min 内Y 的浓度变化了2.0mol/L，而a 曲线表示的
X 的浓度变化了2.0mol/L，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a 曲线不表示使
用催化剂II 时X 浓度随时间t 的变化，故C 错误；
D．使用催化剂I 时，在0~2min 内，Y 的浓度变化了4.0mol/L，则v(Y) =2.0mol·L-1·min-1，
v(X) =v(Y) =×2.0mol·L-1·min-1=1.0mol·L-1·min-1，故D 正确；答案选D。
3、【答案】A
【详解】A．催化剂降低反应活化能 ，不影响反应的焓变，故A 错误；
B．Ru 配合物1、2、3、4 中Ru 所连的键没有变化，所以Ru 的化合价不变，故B 正确；
C．在有Ru 基催化剂存在的条件下，CO2与H2合成HCOOH，根据原子守恒，发生的反应
为CO2+H2
HCOOH，故C 正确；
D．CO2浓度过大将减小催化剂与H2之间的接触，从而影响催化剂的实际催化效率，故D
正确；选A。
4、【答案】BD
【详解】A．甲烷和二氧化碳反应是吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应即正向移动，
甲烷转化率增大，甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，甲
烷转化率减小，故A 错误；
B．根据两个反应得到总反应为CH4(g)＋2CO2(g) =H2(g)＋3CO(g) ＋H2O (g)，加入的CH4
与CO2物质的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的转化率大于CH4，因此曲线B 表
示CH4 的平衡转化率随温度变化，故B 正确；
C．使用高效催化剂，只能提高反应速率，但不能改变平衡转化率，故C 错误；
D．800K 时甲烷的转化率为X 点，可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率达到Y
点的值，故D 正确。综上所述，答案为BD。
5、【答案】C
【详解】A．由题干图1 所示信息可知，反应①为CaO+CO2=CaCO3，结合氧化还原反应配
平可得反应②为CaCO3+CH4======CaO+2CO+2H2，A 正确；
B．由题干图2 信息可知，t1~t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2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，故可能有副反应CH4======C+2H2，反应②和副反应中
CH4和H2的系数比均为1：2，B 正确；
C．由题干反应②方程式可知，H2 和CO 的反应速率相等，t2 时刻可知，H2 的流速为
2mmol/min，而CO 流速v(范围1<v<2mmol/min)，说明剩余的H2的是由副反应生成，副反
应生成H2 流速2-v(范围0~1mmol/min)，因此副反应生成H2速率小于反由应②生成H2速率，
C 错误；
D．由题干图2 信息可知，t3之后，CO 的速率为0，CH4的速率逐渐增大，最终恢复到1，
说明生成CO 的速率为0，是因为反应②不再发生，而后副反应逐渐停止反应，D 正确；故
答案为：C。
6、【答案】D
【解析】A．根据反应机理的图示知，含N 分子发生的反应有NO+∙OOH=NO2+∙OH、
NO+NO2+H2O=2HONO、NO2+∙C3H7=C3H6+HONO、HONO=NO+∙OH，含N 分子NO、
NO2、HONO 中N 元素的化合价依次为+2 价、+4 价、+3 价，上述反应中均有元素化
合价的升降，都为氧化还原反应，一定有电子转移，A 项正确；B．根据图示，由NO
生成HONO 的反应历程有2 种，B 项正确；C．NO 是催化剂，增大NO 的量，C3H8的
平衡转化率不变，C 项正确；D．无论反应历程如何，在NO 催化下丙烷与O2反应制
备丙烯的总反应都为2C3H8+O2
2C3H6+2H2O，当主要发生包含②的历程时，
最终生成的水不变，D 项错误；答案选D。
7、【答案】D
【解析】A．由图中信息可知，苯甲醛和甲醇分子在化合物2 的催化作用下，参与催化循
环，最后得到产物苯甲酸甲酯，发生的是酯化反应，故A 项正确；B．由图中信息可知，
化合物4 在H2O2的作用下转化为化合物5，即醇转化为酮，该过程是失氢的氧化反应，故
B 项正确；C．化合物3 和化合物4 所含原子种类及数目均相同，结构不同，两者互为同分
异构体，故C 项正确；D．由图中信息可知，化合物1 在NaH 的作用下形成化合物2，化
合物2 再参与催化循环，所以直接催化反应进行的是化合物2，化合物1 间接催化反应的进
行，故D 项错误；综上所述，说法不正确的是D 项，故答案为D。
8、【答案】便于和有催化剂的实验数据形成对照，相当于空白实验 ac
9、【答案】v1>v3>v2 CH3*=CH2*+H* 积炭反应为最后一步反应，三种催化剂中Sn12Ni
所需活化能最大，反应不易发生，故产生积炭较少
(4) 600℃ 温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化剂快速失活
10、【答案】(4)CO2*+C*=2CO* (5)H2O
(6) C—H 丙烷分子在h-BN 催化剂表面断裂C—H 键生成中间体CH3-CH2-CH2*，CH3-
CH2-CH2*失去一个H 后得到丙烯分子，脱离催化剂表面得到产物
