破难点2　微观机理描述题 多角度认识催化剂 热练（含解析）—2024年高考化学二轮复习

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A. 第Ⅱ、Ⅲ阶段总的化学方程式为SO eq \\al(－,3)＋H2O＋NO2===HNO2＋HSO eq \\al(－,4)
B. 该过程中NO2为催化剂
C. 第Ⅰ阶段每1 ml氧化剂参加反应，转移电子数目为NA
D. 还原性：SO eq \\al(2-,3)＞HNO2
2 研究表明，采用零价铁(ZVI)活化过硫酸钠(Na2S2O8)可去除废水中的正五价砷[As(Ⅴ)]，其反应机制模型如图所示，定义比表面积为单位质量的物质所具有的表面积。下列叙述正确的是( )
A. 1 ml Na2S2O8 中含有2 ml过氧键
B. 若56 g Fe参加反应，共有1 ml S2O eq \\al(2-,8)被还原
C. ZVI(Fe)的比表面积越大，净化速率越快
D. pH越小，越有利于去除废水中的正五价砷
3 (2023常州期末)不对称催化羟醛缩合反应的循环机理如下图所示。下列说法不正确的是( )
A. 步骤①和②的有机产物可通过红外光谱鉴别
B. 步骤③和④的反应均涉及手性碳原子的生成
C. 步骤⑤的产物L­脯氨酸是该反应的催化剂
D. 若用苯甲醛和作为原料，也可完成上述羟醛缩合反应
4 (1) (2023江苏百校联考)光催化还原法也能实现CO2甲烷化，其可能的反应机理如图所示，g­C3N4为催化剂，在紫外光照射下，VB端光产生带正电荷的空穴(h＋)，形成光生电子­空穴对，与所吸附的物质发生氧化还原反应。
①光催化H2O转化为O2时，在VB端发生的反应为______________________。
②在紫外光照射下，CO2还原为CH4的过程可描述为_____________________
______________________________________________________________________。
(2) (2023南通通州期中)30 ℃时，T.F菌在酸性环境中处理天然气中的H2S的过程如图所示。
该脱硫的过程可描述为______________________________________________
______________________________________________________________________。
5 (1) (2023南京、盐城二模)CO2用于制备苯乙烯有助于实现“碳中和”。在催化剂X作用下，CO2参与反应的机理如图所示(α、β表示乙苯分子中C或H原子的位置；A、B为催化剂的活性位点，其中A位点带部分正电荷，B1、B2位点带部分负电荷)。根据元素电负性的变化规律，如图所示的反应机理中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ可描述为__________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(2) (2023南通调研)一种镍磷化合物催化氨硼烷水解制氢的可能机理如图所示。
①“中间体Ⅰ”中B、N上所连H分别吸附在Ni和P上的原因是___________
______________________________________________________________________。
②“中间体Ⅲ”可以进一步水解，则氨硼烷水解最终所得含硼化合物的化学式为____________。
(3) (2023南通如皋适应性考试二)一种以Al2O3为催化剂载体、FeS2为催化剂的H2还原烟气中SO2制S的反应机理如图甲和图乙所示。
eq \(\s\up7(),\s\d5(甲))
eq \(\s\up7(),\s\d5(乙))
①图甲中所示转化可以描述为________________________________________
______________________________________________________________________。
②图乙中X的电子式为________。
6 (2023苏锡常镇教学情况调研二)(1) 光电催化法。某光电催化法脱除H2S的原理如图所示。
①光电催化法脱除H2S的离子方程式为____________________。
②与受热分解法相比，光电催化法的优点是_____________________________
______________________________________________________________________。
(2) 催化重整法。Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂，脱除过程如下图所示。
①Fe2O3脱除H2S时需先进行吸附。利用如图乙方式进行吸附，比如图甲的吸附能力强的原因是____________________________________________________
______________________________________________________________________。
②脱除一段时间后， 催化剂的活性降低，原因是________________________
________________________________________________。
7 (1) (2023南通、泰州、扬州等七市三模)科学家研究了V2O5晶面上的NH3­SCR反应过程，该过程如图所示。V2O5与H2O形成能提供质子的酸性位，NH3吸附在酸性位上生成中间体X，NO与X反应生成不稳定的过渡态物质，随后分解生成N2和H2O。
①画出图中X的结构：______________。
②烟气中的少量SO2会增大催化剂活性，但SO2量过多会大大降低催化剂的活性。其可能原因分别是_________________________________________________
______________________________________________________________________。
(2) (2023南京二模)以NH3还原NOx的选择性催化还原(NH3­SCR)技术广泛应用于烟气(含NO、O2、N2等)脱硝。以Fe­Mn/TiO2催化的NH3­SCR反应机理如下图所示(字母A～D为中间体的代号)。
根据元素电负性的变化规律，步骤Ⅰ、Ⅱ的过程可描述为__________________
______________________________________________________________________。
(3) (2023盐城三模)电催化酯交换法合成碳酸二甲酯的机理如下：
已知：⊖代表微粒带负电荷。
I⊖在反应过程中的机理可描述为______________________________________
______________________________________________________________________。
8 (2023南通海安高级中学阶段考)一种CO2催化加氢合成CH3OH的机理如图所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”标注)。
从化学键视角，图中ⅰ与ⅱ的过程可描述为_____________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
破难点2 微观机理描述题 多角度认识催化剂
1. B 根据图示可知：在第Ⅱ阶段，SO eq \\al(－,3)、NO2在H2O存在条件下反应产生SO3、NO eq \\al(－,2)。在第Ⅲ阶段，SO3结合OH－变为HSO eq \\al(－,4)，NO eq \\al(－,2)结合H＋变为HNO2，第Ⅱ、Ⅲ阶段总的化学方程式为SO eq \\al(－,3)＋H2O＋NO2===HNO2＋HSO eq \\al(－,4)，A正确。图示的转化过程，NO2转化为HNO2，N元素的化合价由＋4价变为＋3价，化合价降低，得电子被还原，作氧化剂，则NO2是生成硫酸盐的氧化剂，B错误。过程Ⅰ中NO2得到电子被还原为NO eq \\al(－,2)，SO eq \\al(2-,3)失去电子被氧化为SO eq \\al(－,3)，反应的离子方程式：SO eq \\al(2-,3)＋NO2===NO eq \\al(－,2)＋SO eq \\al(－,3)。每有1 ml的氧化剂NO2发生反应，转移1 ml电子，则转移的电子数目为NA，C正确。在图示的转化关系中SO eq \\al(2-,3)失去电子被氧化为HSO eq \\al(－,4)，NO2得到电子被还原为HNO2，在同一个反应中，还原剂的还原性大于还原产物，还原性：SO eq \\al(2-,3)＞HNO2，D正确。
2. C 根据化合物中各元素化合价代数和为零，设含有x个－2价的O，y个－1价的O，则2x＋y＝14，x＋y＝8，可得出x＝6，y＝2，过氧键存在于2个－1价的O原子之间，则1 ml Na2S2O8 中含有NA个过氧键，即1 ml过氧键，A错误；根据图示转化过程可知，Fe先被S2O eq \\al(2-,8)氧化为Fe2+，反应为Fe＋S2O eq \\al(2-,8)===Fe2+＋2SO eq \\al(2-,4)，然后 Fe2+又继续被S2O eq \\al(2-,8)氧化为Fe3+，最后沉淀中有Fe(OH)2和Fe(OH)3，56 g Fe为1 ml，则56 g Fe参加反应，被还原的S2O eq \\al(2-,8)大于1 ml，B错误；ZVI(Fe)的比表面积越大，反应物的接触面越大，反应速率越快，则净化速率越快，C正确；pH越小，溶液酸性越强，酸性条件下不利于Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀生成，难以与正五价砷发生共沉淀，D错误。
3. D ①和②的有机产物含有不同的官能团，可通过红外光谱鉴别，A正确；同一碳原子连接四个不同的原子或原子团的为手性碳原子，步骤③和④的生成物均有手性碳原子的生成，B正确；L脯氨酸在步骤①参与反应，在步骤⑤又生成，是该反应的催化剂，C正确；中与羰基相连的C上没有H原子，不能完成步骤②，则不能完成上述羟醛缩合反应，D错误。
4. (1) ①2H2O＋4h＋===O2↑＋4H＋＋4h
②在紫外光照射下，晶体内的电子受到激发由VB端跃迁到CB端，产生光生电子和空穴，并由内部迁移至表面，在CB端CO2得到光生电子被还原为CH4 (2) 酸性环境中，在T.F菌的催化下，Fe3+将天然气中的H2S氧化为S，同时被还原为Fe2+。生成的Fe2+被O2氧化为Fe3+，继续参与循环反应
5. (1) 乙苯αH带部分正电荷，被带部分负电荷的B1位点吸引，随后解离出H＋并吸附在B1位点上；B1位点上的H＋与B2位点上CO2中带部分负电荷的O作用生成，带部分正电荷的C吸附在带部分负电荷的B2位点上 (2) ①电负性：N>H>B、P>Ni，所以B上所连H带负电性、N上所连H带正电性、P带负电性、Ni带正电性，因为不同电性间原子相互吸引，所以B、N上所连H分别吸附在Ni和P上 ②NH4[B(OH)4](写结构式也正确)或NH4BO2 (3) ①SO2吸附到催化剂载体上，在活性氢原子作用下，SO2中硫氧键断裂，氢原子与氧原子结合成OH吸附在载体上，同时有单质S生成，氢原子进一步与OH反应生成水 ②
6．(1) ①2H2S＋2I eq \\al(－,3) eq \(=====,\s\up9(光),\s\d6(催化剂))S2↓＋6I－＋4H＋ ②光电催化法脱除H2S，耗能低，还能持续发电；溶液中I－可循环利用，生成的副产物双氧水可回收利用 (2) ①H2S中H带正电、S带负电，Fe2O3中Fe带正电，O带负电；甲吸附方式为同种电性微粒靠近，乙吸附方式为不同电性微粒靠近，吸附能力更强 ②反应生成的硫单质附着在催化剂表面
解析：(1) ①由图知，光电催化法中H2S与I eq \\al(－,3)反应生成I－和S2。②光电催化优点是利用太阳能，这样耗能少，且还能发电，图中I－可循环利用，同时还会生成副产物H2O2。(2) ①图中H带正电、S带负电，Fe2O3中Fe带正电，O带负电，甲中同性相斥，乙中异性相吸，故乙吸附能力强。②脱附一段时间后，催化剂的活性降低，原因是反应生成的硫单质附着在催化剂表面，阻止了H2S与催化剂的接触。
7. (1) ① ②SO2会增加催化剂表面的酸性位，增大催化剂活性；过量SO2与NH3存在竞争吸附；SO2能与NH3等反应生成亚硫酸盐或硫酸盐，覆盖在催化剂表面，降低催化剂活性 (2) NH3中带部分负电荷的N与A中带正电荷的Mn作用生成B，B中带部分正电荷的H转移到带负电荷的O上生成C (3) O的电负性大于C，在碳酸1，2-丙二酯的分子中，酯基碳原子带有部分正电荷，受到体系中I⊖进攻，碳氧双键断裂，酯基氧所带的负电荷离去，恢复碳氧双键；CH3O⊖进攻酯基中的碳原子，I⊖离去，恢复碳氧双键。
8. CO2分子中一个碳氧双键被打开，其中的碳原子与氢气分子中断开的氢原子结合形成*HCOO被催化剂吸附，*HCOO中碳氧双键被打开，碳原子与氧原子分别与氢原子结合，脱水形成*CH3O被催化剂吸附
解析：图中ⅰ为CO2与H2反应生成*HCOO和*H，ⅱ为*HCOO、*H与*H作用生成*CH3O和*H2O，则从化学键视角，图中ⅰ与ⅱ的过程可描述为：CO2分子中一个碳氧双键被打开，其中的碳原子与氢气分子中断开的氢原子结合形成*HCOO被催化剂吸附，*HCOO中碳氧双键被打开，碳原子与氧原子分别与氢原子结合，脱水形成*CH3O被催化剂吸附。