01 化学反应原理综合题型集训之催化剂、活化能与反应历程（附答案解析）-备战2023年高考化学大题逐空突破系列（全国通用）

化学反应原理综合题型研究之催化剂、活化能与反应历程 1．合成氨是目前最有效工业固氮的方法，可解决数亿人口生存问题。回答下列问题： (1)科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示 由图可知合成氨反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。该历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为__________________ (2)工业合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，当进料体积比V(N2)∶V(H2)＝1∶3时平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示： ①500 ℃时，反应平衡常数Kp(30 MPa)____________Kp(100 MPa)。(填“<”“＝”或“>”) ②500 ℃、30 MPa时，氢气的平衡转化率为________(保留两位有效数字)，Kp＝________(MPa)－2(列出计算式) (3)科学家利用电解法在常温常压下实现合成氨，工作时阴极区的微观示意图如下，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂 ①阴极区生成NH3的电极反应式为_____________________________ ②下列说法正确的是________(填标号) A．三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性 B．该装置用金(Au)作催化剂的目的是降低N2的键能 C．选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置 2．合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径。回答下列问题： (1)德国化学家F.Haber从1902年开始研究N2和H2直接合成NH3。在1.01×105 Pa、250 ℃时，将1 mol N2和1 mol H2加入a L刚性容器中充分反应，测得NH3体积分数为0.04；其他条件不变，温度升高至450 ℃，测得NH3体积分数为0.025，则可判断合成氨反应为________(填“吸热”或“放热”)反应 (2)在1.01×105 Pa、250 ℃时，将2 mol N2和2 mol H2加入a L密闭容器中充分反应，H2平衡转化率可能为________ A．＝4% B．<4% C．4%～7% D．>11.5% (3)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为_______________________________， 若通入H2体积分数过大，可能造成________________________ (4)T ℃时，在恒温恒容的密闭条件下发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应过程中各物质浓度的变化曲线如图所示： ①表示N2浓度变化的曲线是________(填“A”、“B”或“C”)。与(1)中的实验条件(1.01×105 Pa、450 ℃)相比，改变的条件可能是________ ②在0～25 min内H2的平均反应速率为________，在该条件下反应的平衡常数为________ mol－2·L2(保留两位 有效数字) 3．三甲胺[N(CH3)3]是重要的化工原料。最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N，N－二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，简称DMF]转化为三甲胺的合成路线。回答下列问题： (1)结合实验与计算机模拟结果，研究单一DMF分子在铜催化剂表面的反应历程，如下图所示： 该历程中最大能垒(活化能)＝_________eV，该步骤的化学方程式为___________________________________ (2)该反应变化的ΔH___0(填“＜”、“＞”或“＝”)，制备三甲胺的热化学方程式为______________________ (3)160℃时，将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为1：2充入盛有催化剂的刚性容器中，容器内起始压强为p0，达到平衡时DMF的转化率为25%，则该反应的平衡常数Kp＝________(Kp为以分压表示的平衡常数)；能够增大DMF平衡转化率同时加快反应速率的操作是____________________________________________ (4)三甲胺是鱼腥臭的主要来源，是判断海水鱼类鲜度的化学指标之一。通过传感器产生的电流强度可以监测水产品中三甲胺的含量，一种燃料电池型三甲胺气体传感器的原理如右图所示。外电路的电流方向为_______(填“a→b”或“b→a”)，负极的电极反应式为