2027届高三化学二轮复习专题课件：非均相催化

Conversion of sulfer 非均相催化 (2022·江苏)“Cu-H2O热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。 电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性CuCl2-溶液，阴极区为盐酸，电解过程中 CuCl2-转化为CuCl42-。 均相催化 均相催化:催化剂与反应物同处于均匀介质中的催化作用 2H2O2 == 2H2O + O2↑ ΔG < 0 反应可以自发进行，但反应速率极慢！ ①加入Fe3+(H+) 作催化剂 H2O2 + 2Fe3+ == 2Fe2+ + O2↑ + 2H+ H2O2 + 2Fe2+ + 2H+ == 2Fe3+ + 2H2O 总反应：2H2O2 == 2H2O + O2↑ 催化剂：Fe3+，首尾出现 中间体：Fe2+，匆匆过客 均相催化 ② 加入HBr作催化剂 均相催化 ΔH不变 一步完成，活化能较高 改变反应历程，每步的活化能均较低 催化剂通过参与反应改变反应历程，降低反应的活化能，加快了反应速率 催化剂加快反应速率的原因 C2H4 + H2 → C2H6 金属Ni作催化剂 第一步：(扩散)吸附 反应物分子与催化剂之间形成了某种相互作用(物理、化学过程)，从而将反应物分子控制在了催化剂表面 C H Ni C2H4 + H2 → C2H6 金属Ni作催化剂 C H Ni 第二步：表面反应 反应物在催化剂的帮助下，断键、成键 C2H4 + H2 → C2H6 金属Ni作催化剂 第三步：脱附 生成物从催化剂的表面离开 C H Ni 非均相催化:反应物和催化剂属于不同相态，工业生产上常以固体催化剂催化气体(液体)反应。 非均相催化只在催化剂固体的表面发生，有时会将催化剂放到载体上。 选用多孔物作载体：增大催化剂与反应物的接触面积 选用纳米颗粒催化剂：增加催化剂的比表面积，提高催化活性 非均相催化 (2024·江苏) 氢能是理想清洁能源，氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。一定条件下，将氮气和氢气按n(H2):n(N2)=3：1混合匀速通入合成塔，发生如下反应： 海绵状的α-Fe作催化剂，多孔Al2O3作为“骨架”和气体吸附剂。Al2O3含量与α-Fe表面积、出口处氨含量关系如图所示。Al2O3含量大于2%，出口处氨含量下降的原因     N2 + 3H2 2NH3 高温高压 α-Fe/Al2O3 非均相催化 α -Fe表面积减小；Al2O3吸附的NH3增多；Al2O3吸附了较多的N2和H2，导致合成氨速率下降 (2022·江苏)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 δ+ δ- δ- 催化剂帮助H2产生了极性，H2异裂产生了正电H和负电H ★负电H是难题！ 非均相催化 (2020·江苏)HCOOH催化释氢。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。 ①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成   （填化学式）。 ②其他条件不变时，以 HCOOK溶液代替 HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是              非均相催化 δ+ δ- δ+ HCOO-在催化剂的帮助下，脱去了CO2，从而产生了负电H HD HCOOK中HCOO-浓度更大，生成H2的速率更快。且HCOOK可以吸收CO2，提高H2的纯度 (2024·江苏)使用含氨基物质(化学式为，CN是一种碳衍生材料)联合催化剂储氢，可能机理如图所示. 非均相催化 ①氨基能将控制在催化剂表面，其原理是                  ②用重氢气(D2)代替H2，通过检测是否存在   (填化学式)确认反应过程中的加氢方式 CN—NHD、DCOO- -NH2与HCO3-形成了N—H·····O氢键 δ- δ+ 非均相催化 (2021·江苏)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 氧空位是重要的活性位点 氧空位 → 化合价变化 Cu： +2 → +1 Ce： +4 → +3 (2024河南模拟)二氧化铈(CeO2)作为一种SCR脱硝催化剂，能在Ce4+和Ce3+之间改变氧化状态，将NO氧化为NO2，并引起氧空位的形成，得到新的铈氧化物Ce(Ⅲ)xCe(Ⅳ)yOz 1.Ce3+含量高的是？ 2.当1molCeO2氧化标准状况下2.24LNO后，生成新的铈氧化物中x、y、z的最简整数比为？ 低价金属越多 → 氧空位越多 非均相催化 (2024山东) 当MnOx晶体中有O原子脱出时，出现O空位，Mn的化合价          (填“升高”、“降低”或“不变”)。O空位的产生使得晶体具有半导体的性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获得具有半导体性质的是           非均相催化 A. CaO             B. V2O5            C. Fe2O3             D. CuO 非均相催化 (2021·江苏)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 高温下，CuO被H2被还原为Cu，活性位点减少，催化剂活性下降。 CO和H2的竞争反应 温度升高，反应速率加快，催化剂活性增强，CO转化率升高 CO2催化加氢制甲醇。某研究小组使用Zn-Ga-O催化剂实现了CO2合成甲醇，其可能的反应历程如图所示。 非均相催化 已知：H2在Zn-Ga-O表面解离产生的H*参与CO2的还原过程；Zn-Ga-O无催化活性，形成氧空位后有助于CO2的活化。 若原料气中H2比例过低会减弱催化剂的活性，原因是             理论上，反应历程中消耗的H*与CO2的物质的量之比为     H2比例少，形成的氧原子空位少，催化剂的催化活性下降 6：1 非均相催化 非均相催化的特点： 只发生在固体催化剂的表面 催化剂表面有特定的活性位点 催化剂往往含有过渡金属元素 催化剂表面活性位点的损伤：催化剂的中毒/失活 催化剂的选择性 催化剂的中毒 汽车燃油的不充分燃烧，会导致催化中毒 工业上合成氨，常用铁触媒作催化剂 N2 + 3H2 2NH3 高温高压 催化剂 生成积碳覆盖在催化剂的表面 ①若H2中混有少量H2S，易使催化剂中毒 生成的FeS覆盖在催化剂的表面 ②若H2中混有少量CO，易使催化剂中毒 生成Fe(CO)5,黄色油状液体。 沸点：102.8℃ 催化剂中毒的两大类型： ① 某物质“覆盖”催化剂表面 ② 改变催化剂的组成和结构 (2021辽宁)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺。一定条件下，发生如下反应： 催化剂的中毒 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。当中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致环己烷的产率降低，推测其可能原因为 。 H2S或CO可以与催化剂反应，造成催化剂活性下降 催化剂的中毒 (2024·江苏模拟)甲烷裂解制氢的反应为 ①Ni和活性炭均可作该反应催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应。650℃条件下，1000s后，氢气的体积分数快速下降的原因为 。 ②向反应系统中通入水蒸气可有效减少催化剂失活，其原因是                                                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 水蒸气可以与碳反应，减少积碳对孔道的堵塞 (2023·浙江模拟)CH4与CO2是导致温室效应的两种气体，将二者催化重整制备合成气是实现“碳中和”目标的重要途径，其反应原理如下： 催化剂的中毒 主反应：CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g) △H 副反应：I. 2CO(g ) ⇌CO2(g)+C(s) △H1=-172.5kJ•mol-1 II. CH4(g) = C(s)+2H2(g) △H2=+74.0kJ•mol-1 ①在实际生产中，催化剂表面因积碳而失活。实验测得各物质的物质的量随温度的变化如图所示，积碳量先变大后减小的主要原因是 (用化学方程式表示)。 CH4 = C + 2H2 C + CO2 ⇌2CO ②在原料气中加微量的O2有利于保持催化剂的活性，其原因是 。 微量O2及时与副反应产生的碳反应，减少催化剂表面积碳 (2022辽宁模拟) 以乙苯催化脱氢来制取乙烯，是化工产业中常用的方法如下所示 催化剂的中毒 ①该催化剂在使用过程中，失活现象比较严重，由此推断“脱氢环节”除了H2产生，还会生成 离开催化剂表面 ②工业乙苯催化脱氢生产苯乙烯时，会产生少量积碳，加入一定温度的水蒸气可较长时间保持催化剂活性，其原因是                         H2O 水蒸气与积碳发生反应C + H2O = CO + H2,可消除催化剂表面的积碳 Δ 催化剂的选择性 活性位点具有特定的几何构型和尺度，只有形状、大小合适的反应物分子才可以被吸附到活性中心进行反应：催化剂具有选择性。 催化剂的选择性 CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程发生下列反应： Ⅰ： Ⅱ： CO2的转化率 = n(转化的CO2) n(总投料的CO2) × 100% CH3OH或CO的选择性 = n生成(CH3OH)或n生成(CO) n(总投料的CO2) CH3OH或CO的产率 = CO2的转化率 × CH3OH或CO的选择性 × 100% 若不存在其他副反应，CH3OH的选择性 + CO的选择性 = 100% CO的选择性 CH3OH的选择性 270，30 CO2的转化率α(CO2) = 6.3% ÷ 30% = 21% 以软锰矿浆(主要成分MnO2，杂质为Fe、Al等元素的氧化物)和烟气(含有SO2、O2等)为原料可制备Mn2O3。 自催化反应 (1)向一定量软锰矿浆中匀速通入烟气，溶液中c(H2SO4)、c(MnSO4)随吸收时间的变化如图1所示。随着吸收时间增加，溶液中c(H2SO4)的增加呈现由慢到快的趋势，其主要原因是 。 随着吸收时间增加，Mn2+浓度增大，Mn2+催化O2氧化SO2生成H2SO4，所以溶液中c(H2SO4)的增加呈现由慢到快的趋势； Inspiring PR Music Productions www.prmusicproductions.com 2014 153110.8 eng - $