12.微专题：催化剂与反应历程图的3类考法 专项训练-2026届高三化学二轮专题

微专题：催化剂与反应历程图 【主要考向】判断催化剂的判断、作用和选择；根据反应历程图分析断键与成键及能量变化；计算活化能（能垒）等。 【温馨提示】催化剂是否参加化学反应？催化剂能做什么不能做什么？催化剂参加反应，反应前后质量不变；能通过改变反应路径、降低活化能而加快反应速率；催化剂的使用不能改变反应热、不能改变物质的键能、不能改变平衡常数、不能改变平衡转化率。 1．用钌(Ru)基催化剂催化 CO2(g)和 H2(g)的反应时，每生成 92g 液态 HCOOH 放出 62.4kJ 的热量，下列说法正确的是( ) A ．图示中物质 II 为该反应的催化剂 B ．图示中参与循环的物质只有 CO2 和 H2 C ．反应的活化能为 62.4kJ·mol-1 D ．该反应的热化学方程式为 H2(g)+CO2(g)=HCOOH(l) △H=-31.2kJ·mol-1 2．中国科学家在合成氨（N2+3H22NH3△H<0）反应机理研究中取得新进展，首次报道了 LiH-3d 过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理。如图所示，下列说法不正确的是 A ．转化过程中有非极性键断裂与形成 B ．复合催化剂降低了反应的活化能 C ．复合催化剂能降低合成氨反应的焓变 D ．低温下合成氨，能提高原料转化率 3．氮及其化合物的转化过程如图所示。下列分析不合理的是 A ．催化剂 a 表面发生了非极性共价键的断裂和极性共价键的形成 B ．催化剂不能改变反应焓变但可降低反应活化能 C ．在催化剂 b 表面形成氮氧键时，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·山东章丘四中高三月考）二氧化碳用不同催化剂催化生成一氧化碳的历程中能量的转变如图所示，(吸附在催化剂表面的用“·”表示）下列说法错误的是( ) A ．使用催化剂 NiPc 需要的条件更高 B ． ·COOH 经过还原反应得到 CO C ．反应过程中存在极性键的断裂和生成 D ．相同微粒吸附在不同的催化剂时能量相同 5．（2020·山东省莱西市第一中学高三月考，双选）废水对自然环境有严重的破坏作用，水污染治理刻不容缓，BMO（Bi2MoO6）是一种高效光催化剂，可用于光催化降解苯酚，原理如图所示。下列说法不正确的是( ) A ．该过程中 O2-e-=O2- B ．①和②中 BMO+和 O-都表现较强氧化性 C ．催化剂 BMO 能降低反应的反应热和活化能 D ．该过程为放热反应 6．CO2 和 CH4 催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如图： 下列说法中错误的是( ) A ．过程①→②是吸热反应 B ．Ni 是该反应的催化剂 C ．过程①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成 D ．反应的总化学方程式可表示为：CH4+CO22CO+2H2 7．氮及其化合物的转化过程如图所示，下列分析正确的是( ) A ．催化剂 a 表面只发生了非极性共价键的断裂和形成 B ．反应 1 中反应物的总键能低于生成物的总键能 C ．反应 2 实现了氮的固定 D ．在催化剂 b 表面形成氮氧键时，不涉及电子转移 8．我国科学家使用双功能催化剂（能吸附不同粒子）催化水煤气变换反应：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H＜0 ．在低温下获得高转化率与高反应速率。反应过程示意图如图：下列说法正确的是 A ．图示显示：起始时的 2 个 H2O 最终都参与了反应 B ．使用催化剂降低了水煤气变换反应的△H C ．过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程 D ．过程Ⅲ只生成了极性共价键 9．近年来，利用电化学催化方法进行 CO2 转化的研究引起了世界范围内的高度关注。下图是以 Cu 作为催化剂 CO2 转化为甲酸的反应过程，下列有关说法不正确的是 A ．过程①说明在催化剂作用下，O-C-O 之间形成了一种特殊的化学键 B ．过程②和③吸收了能量并形成了O-H 键和C-H 键 C ．CO2 和 HCOOH 中均只含有极性共价键 D ．每 1molCO2 完全转化为甲酸需得 2mole- 10．我国学者研制了一种纳米反应器，用于催化草 酸二甲醋(DMO)和氢气反应获得 EG。反应过程如下。 下列说法正确的是( ) A ．氢气在该反应中作为催化剂 B ．DMO 分子中只有碳氧双键发生了断裂 C ．反应产物除了 EG 还有甲醇 D ．EG 和甲醇互为同系物 11．我国科学家在绿色化学领域取得新进展。利用双催化剂 Cu 和 Cu2O，在水溶液中用 H 将 CO2 高效还原为重要工业原料之一的甲醇，其反应机理如图所示。则下列有关说法不正确的是( ) A ．CO2 生成甲醇是通过多步氧化反应实现的 B ．该催化反应过程中涉及了化学键的形成及断裂 C ．有可能通过调节控制反应条件获得甲醛等有机物 D ．催化剂 Cu 结合氢原子，催化剂 Cu2O 结合含碳微粒 12．（双选）电催化 N2 还原制 NH3 的一种反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示，下列说法不正确的是 A ．N2 生成 NH3 是通过多步还原反应实现的 B ．两个氮原子上的加氢过程同时进行 C ．析氢反应（H*+H*→H2）不会影响 NH3 的生成 D ．NH3 的及时脱附有利于增加催化剂活性位 13．研究发现 Pd2 团簇可催化 CO 的氧化，在催化过程中路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 学科网（北京）股份有限公司 A ．CO 的催化氧化反应为 2CO+O2=2CO2 B ．反应路径 1 的催化效果更好 C ．路径 1 和路径 2 第一步能量变化都为3.22 eV D ．路径 1 中最大能垒（活化能）E 正 =1.77 eV 14．（双选）乙炔在 Pd 表面选择加氢的反应机理如图所示。其中吸附在 Pd 表面上的物种用*标注。 下列有关说法正确的是( ) A ．吸附反应为放热反应 B ．该正反应历程中最大能垒(活化能)为 85kJ·mol-1 C ．Pd 为固体催化剂，其表面积大小对催化效果无影响 D ．C2H+H*→C2H只有化学键的形成过程 学科网（北京）股份有限公司 15．如图是 Au12Cu、Au12Pt、Au12Ni 三种催化剂在合金团簇上 WGSR最佳反应路径的基元反应能量图，反应能垒（活化能）最_______（填“高”或“低”）的步骤，为整个反应的速控步骤；三种催化剂催化反应的速控步骤__________（填“相同”或 “不相同”）；三种催化剂中，___________在合金团簇上的 WGSR 各基元反应能垒较小，对 WGSR 表现出较好的催化活性。 16．据前人研究发现乙炔在Pd7 团簇表面催化加氢反应的部分历程如图所示，其中吸附在Pd7 表面上的物种用*标注。 推测乙烯在Pd7 表面上的吸附为__________(填“放热”或“吸热”)过程。图中历程中最大能垒(活化能)E 正=______kJ. mol-1 ，该步骤的化学方程式为_____________________________ 学科网（北京）股份有限公司 17．我国科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了在铁掺杂 W18O49 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。 （1）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__________ 18．碳和氮的化合物在生产生活中广泛存在。回答下列问题： (1)乙炔在 Pd 表面选择加氢的反应机理如图，其中吸附在 Pd 表面上的物种用*标注。 上述反应为_____（填“放热”或“吸热”）反应，历程中最小能垒（活化能）为 _____kJ/mol，该步骤的化学方程式为______________________________________ 微专题：催化剂与反应历程图 参考答案 1．D 。根据图示，发生反应 CO2＋H2=HCOOH，氢气和物质Ⅰ作用生成水，CO2 与物质Ⅱ作用生成物质Ⅲ,物质Ⅲ和水反应生成甲酸和物质Ⅰ。可知反应物是 H2 和 CO2 ，催化剂为物质Ⅰ,其他为中间产物。A ．根据分析物质Ⅰ是催化剂，而物质Ⅱ是 H2 与催化剂反应生成的中间产物，A 错误；B ．参与循环的物质除了 CO2 、H2，还有 H2O ，B 错误；C ．该反应每生成 92g 液体 HCOOH，即 2molHCOOH，放出热量 62.4kJ，而不是该反应的活化能是 62.4kJ·mol－1 ，C 错误；D ．该反应每生成 92g 液体 HCOOH，即 2molHCOOH，放出热量 62.4kJ，可写出热化学方程式 H2(g)+CO2(g)=HCOOH(l) △H=-31.2kJ·mol-1 2．C 。A. 合成氨为可逆反应，氮气和氢气在反应过程中有消耗和生成，故转化过程中有非极性键断裂与形成，A 项正确；B. 催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，B 项正确；C. 催化剂不能改变反应的焓变，焓变只与反应物和生成物总能量的相对大小有关 系，C 项错误；D. 合成氨的正反应为放热反应，降低温度，平衡向正向移动，能提高原料转化率，D 项正确； 3．D 。A. 催化剂 a 表面是氢气和氮气反应生成氨气，催化剂 a 表面发生了非极性共价键的断裂和极性键的形成，故 A 合理；B. 催化剂可降低反应活化能，改变反应速率，但不能改变反应焓变，故 B 合理；C. 催化剂 b 表面是氨气催化氧化生成 NO 的反应，发生的是氧化还原反应，涉及电子转移，故 C 合理；D. 催化剂 a、b 改变反应速率，不改变化学平衡，不能提高反应的平衡转化率，故 D 不合理 4．D 。A. 由图可知，使用催化剂 NiPc 的相对能量更高，需要的条件更高，A 项正确；B.整个过程中，C 的化合价下降，故·COOH 经过还原反应得到 CO ，B 项正确；C. ·CO2 转变为·COOH 存在极性键的生成， ·COOH 转变为·CO 存在极性键的断裂，C 项正确；D.由图可知， COOH、CO 吸附在不同的催化剂时，能量不相同，D 项错误 5．BD 。A ．O2 变成 O2- ，O 的化合价从 0 价降低为- ，得电子，A 错误；B ．①和②都是苯酚(C6H6O)变成 CO2 和 H2O ，C 元素化合价从- 升高到+4 价，被氧化，所以 BMO+和 O-都表现较强氧化性，B 正确；C ．催化剂 BMO 能降低反应的活化能，加快反应速率，根据盖斯定律可知，反应热和反应途径无关，所以催化剂不能降低反应热,C 错误；D ．由 C 分析可知，该反应的 ΔH与苯酚燃烧的 ΔH一样，而苯酚燃烧是放热反应，所以该反应必为放热反应，D 正确。 6．A 。A ．①→②中能量降低，放出热量，故 A 错误；B ．Ni 在该反应中做催化剂，改变反应的途径，不改变反应物、生成物，故 B 正确； C ．由反应物、生成物可知，①→②既 有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成，故 C 正确；D ．由分析可知，反应的总化学方程式可表示为：CH4+CO2 —N—i→ 2CO+2H2，故 D 正确； 7．B 。A. 催化剂 a 表面是氮气和氢气反应生成氨气，非极性共价键断裂，极性共价键形成，A 错误；B.合成氨反应，是放热反应，因此反应物的总键能小于生成物的总键能，B正确；C. 氮的固定是把游离态的氮转变成含氮化合物的过程，反应 2 是氨的催化氧化，C错误；D. 氨的催化氧化是氧化还原反应，D 错误； 8．A 。A ．根据图知，过程Ⅰ和过程Ⅱ存在水分子中的化学键断裂，过程Ⅲ中生成水分子，所以起始时的 2 个 H2O 最终都参与了反应，故 A 正确； B ．催化剂能改变活化能，但不改变焓变，所以使用催化剂降低了该反应的活化能，但不改变焓变，故 B 错误；C ．反应过程中键断裂吸收能量，形成化学键放出能量；根据图示，过程 I、II 水分子的化学键发 生断裂，化学键断裂是吸热过程，故 C 错误；D ．过程 III 中 CO、氢氧原子团和 H 原子形成了 CO2、水和 H2 ，H2 中的化学键为非极性键，故 D 错误； 9．B 。A.根据图示可知在 CO2 催化转化为 HCOOH 的过程①中，在 O－C－O 之间形成了一种特殊的化学键，A 正确；B.断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，所以在过程②中 CO2 结合 H+形成了 O—H 键，在过程③中-COOH 与 H+结合形成 H-C 键是释放能量，B 错误；C.在 CO2 分子中含有 C=O 极性共价键，在 HCOOH 中含有 C-H、H-O、C- O 、C=O 极性共价键，C 正确；D.在 CO2 中 C 为+4 价，在 HCOOH 中 C 为+2 价，所以每 1 mol CO2 完全转化为甲酸需得 2mole- ，D 正确； 10．C 。A. 由图像可知，氢气为该反应的反应物，A 错误；B. 根据图中信息可知，DMO分子反应后生成甲醇和HOCH2CH2OH ，故有碳氧单键和碳氧双键发生了断裂，故 B 错误；C. 根据图中信息可知，反应过程中生成了 EG 和甲醇，故 C 正确；D. EG 为乙二 醇，乙二醇是二元醇，和丙三醇不是同系物，故 D 错误； 11．A 。A. CO2 生成 COOH，为还原反应；CO 生成CHO，为还原反应；CHO 生成 CH2O，为还原反应；CH2O 生成 CH3O，为还原反应；CH3O 生成 CH3OH，为还原反 应，所以 CO2 生成甲醇是通过多步还原反应实现，A 错误；B. 该催化过程发生化学反 应，所以该反应中有化学键的形成和断裂，B 正确；C. CHO 和H 生成 CH2O，需要 Cu2O 作催化剂，可以调节控制反应条件获得甲醛等有机物，C 正确；D. 根据图知，催化剂 Cu 结合 H 原子，催化剂 Cu2O 结合含 CHO 微粒，催化剂 Cu 结合氢原子，催化剂 Cu2O 结合含碳微粒，D 正确； 12．BC 。A ．N2 生成 NH3 的过程中氮原子结合氢原子，氮元素化合价降低，被还原，发生还原反应，N2 生成 NH3 是通过多步还原反应实现的，故 A 正确；B ．两个氮原子上的加氢过程是分步进行的，故 B 错误；C ．析氢反应(H*+H*→H2)，减少 H*，会影响 NH3 的生成，故 C 错误；D ．NH3 的及时脱附，有利于电催化 N2 还原制 NH3 的反应速率，有利于增加催化剂活性位，故 D 正确； 13．B 。A. 由图可知 CO 在 Pd2 催化作用下与氧气反应产生 CO2 ，反应方程式为 2CO+O2=2CO2 ，A 正确；B. 由图可知：反应路径 2 所需总的活化能比反应路径 1 低，反应路径 2 的催化效果更好，B 错误；C. 反应路径 1 和反应路径 2 的第一步能量变化都为 3.22eV ，C 正确；D. 路径 1 的最大能垒(活化能)E 正=-3.96eV-（-5.73eV） =1.77 eV 14. A 。由图可知，吸附反应的反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，故 A 正确； B. 由图可知，该正反应历程中最大能垒(活化能)为 85kJ·mol-1，故 B 正确；C.固体表面积 越大，固体催化剂 Pd 的催化效果越好，故 C 错误；D. C2H +H*→C2H即有化学键的断裂过程，也有形成过程，故 D 错误； 15.【答案】 高（1 分） 不相同（1 分） Au12Cu（2 分） 【解析】反应能垒（活化能）最高的步骤，是反应最慢的步骤，也是整个反应的速控步 骤；由反应途径图可知，三种催化剂催化的反应能垒最高的步骤不一致，有前有后，速控步骤不相同；由反应途径图可知，Au12Cu 在合金团簇上的 WGSR 各基元反应能垒较小，对 WGSR 表现出较好的催化活性。 16.【答案】 放热 22.59 C2 H3 *+H*——→ C2 H4 * + * 17.【答案】1.54 NH3*+NH3=2NH3 18.【答案】放热 +66 C2H2*+H*=C2H3* 【解析】根据图知，反应物乙炔总能量大于生成物乙烯的能量，则该反应为放热反应，反应物和过渡态的能量差越小活化能越小，C2H2*+H*=C2H3* △H=+66 kJ/mol 的活化能最小，为+66kJ/mol，该步骤的化学方程式为 C2H2*+H*=C2H3* 学科网（北京）股份有限公司 $