化学自习室移动版

一定条件下Pd－Mg/SiO₂催化剂可使CO₂“甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如下图所示，该反应的化学方程式为____________，反应过程中碳元素的化合价为－2价的中间体是____________。

对于“环式”反应过程图像可表示为：

(1)位于“环上”的物质一般是催化剂或中间体，如⑤、⑥、⑦、⑧；上题中MgOCO₂、MgOCOOH、MgOCO、MgOCOOH、MgOC、MgOCH、MgOCH₂、MgOCH₃均为中间产物，而MgO是催化剂(加入后又生成)。

(2)“入环”的物质为反应物，如①和④；上题中“入大环”的物质是CO₂，“入小环(Pd)”的物质是H₂，即上题中的反应物是CO₂和H₂。

(3)“出环”的物质为生成物，如②和③；上题中“出环”的物质是CH₄和H₂O，即上题中的生成物是CH₄和H₂O。

(4)依据判断出的反应物和生成物，即可快速写出反应的化学方程式，如上题中的化学方程式为CO₂＋4H₂CH₄＋2H₂O。

[典题示例2]　以乙烯作为还原剂脱硝(NO)，脱硝的机理如下图：

转化反应中的催化剂是____________；

若反应中n(NO)∶n(O₂)＝2∶1，则总反应的化学方程式为_______________。

[解题流程]

[答案]　Cu^＋　6NO＋3O₂＋2C₂H₄==3N₂＋4CO₂＋4H₂O

[题组训练]

5．(2021·湖南省招生适应性考试)据文献报道，某反应的反应历程如图所示：

下列有关该历程的说法错误的是(　　)

A.总反应的化学方程式为4NH₃＋3O₂2N₂＋6H₂O

B．Ti^4＋…NH₂—N===O是中间产物

C．Ti^4＋是催化剂

D．Ti^4＋…NH₂—N===O―→Ti^4＋＋N₂＋H₂O属于分解反应

解析：A　根据反应历程图可知，该反应的反应物是NH₃、NO和O₂，生成物是N₂和H₂O，因此总反应式为4NH₃＋2NO＋2O₂3N₂＋6H₂O，A项错误；根据题图可知，Ti^4＋…NH₂—N===O是中间产物，B项正确；在整个反应过程中，Ti^4＋参与了反应，但反应前后质量和性质未变，因此是催化剂，C项正确；分解反应指的是一种物质反应生成两种或两种以上的新物质的反应，因此该反应属于分解反应，D项正确。

6．Pd-Mg/SiO₂催化剂上CO₂甲烷化的反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．上述CO₂甲烷化过程的总反应可表示为CO₂＋4H₂CH₄＋2H₂O

B．题图中碳元素为＋2价的中间体只有MgOCO

C．Pd-Mg/SiO₂催化剂增大了CO₂甲烷化速率，提高了H₂的平衡转化率

D．经过一个甲烷化循环后的MgO再次与CO₂结合形成碳酸盐，开始一个新的甲烷化循环过程

解析：C　由题图可知，反应物为CO₂和H₂，生成物为CH₄和H₂O，Pd-Mg/SiO₂为催化剂，A项正确；MgOCO中碳元素为＋2价，B项正确；催化剂可以增大反应速率，但不影响平衡转化率，C项错误；由题图可知MgO和CO₂反应生成MgOCO₂，再经过后续一系列反应后转化为MgO，性质不变，可以继续开始一个新的甲烷化循环过程，D项正确。

3．(2021·贵阳模拟)利用某分子筛作催化剂，NH₃可脱除汽车尾气中的NO和NO₂，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．反应中H^＋是催化剂

B．X是N₂和H₂O

C．上述历程的总反应为2NH₃＋NO＋NO₂2N₂＋3H₂O

D．汽车尾气中的氮氧化物是汽油不完全燃烧产生的

解析：D　由反应历程图可知，H^＋虽然参加反应，但其本身的量及化学性质在反应前后都没有发生变化，故H^＋起催化作用，A项正确；由原子守恒可知X为N₂和H₂O，B项正确；分析反应历程图可知，反应物为NH₃、NO、NO₂，生成物是两种无毒物质N₂和H₂O，总反应为2NH₃＋NO＋NO₂2N₂＋3H₂O，C项正确；汽油的主要成分是碳氢化合物，汽车尾气中的氮氧化物是空气中的氮气和氧气发生化合反应产生的，D项错误。

5．(2021·大庆模拟)硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H和CO₂，再经下列历程实现NO－3的催化还原，进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe₃O₄中二价铁和三价铁。下列说法错误的是(　　)

A．Fe₃O₄参与了该循环历程

B．HCOOH分解时，碳氢键和氧氢键发生了断裂

C．H₂在反应历程中生成的H^＋起到调节体系pH的作用

D．在整个历程中，1 mol H₂可还原1 mol NO₃^－

解析：D　A项，该反应中，Fe价态随着NO－3的氧化以及H₂的还原不断循环，所以Fe₃O₄参与了循环过程，正确；B项，HCOOH分解产生CO₂和H₂，所以会发生碳氢键和碳氧键的断裂，正确；C项，NO₃^－与NO₂^－在氧化Fe^2＋的过程中需要消耗氢离子，pH降低，但H₂还原Fe^3＋过程中生成H^＋，所以生成的氢离子可以起到调节pH的作用，正确；D项，整个历程中，1 mol H₂失电子形成2 mol H^＋转移2 mol e^-，1 mol NO₃^－最终得电子形成0.5 mol N₂转移5 mol e^-，所以1 mol H₂可以还原0.4 mol NO₃^－，错误。

10．(2021·海淀模拟)某种含二价铜微粒[CuⅡ(OH)(NH₃)]^＋的催化剂可用于汽车尾气脱硝，催化机理如图1，反应历程中不同态物质体系所含的能量如图2。下列说法不正确的是(　　)

A.总反应的焓变ΔH＜0

B．状态②到状态③发生的是氧化还原反应

C．状态③到状态④的变化过程中有O—H键的形成

D．总反应的化学方程式为8NH₃＋2NO＋5O₂===12H₂O＋5N₂

解析：D　由图2知，总反应为放热反应，ΔH＜0，A项正确；状态②到状态③发生的反应为[CuⅡ(OH)(NH₃)₃]^＋＋NO===H₂O^＋[CuⅠ(H₂NNO)(NH₃)₂]^＋，铜由＋2价变为＋1价，化合价降低，故状态②到状态③发生的是氧化还原反应，B项正确；状态③到状态④有H₂O生成，故此变化过程中有O—H键的形成，C项正确；分析图1知，总反应的化学方程式为4NH₃＋4NO＋O₂===4N₂＋6H₂O，D项错误。

2．(2021·安庆模拟)五氧化二钒是二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫的催化剂，反应过程如图所示，有关说法错误的是(　　)

A．催化剂参加化学反应改变反应历程，从而改变反应速率

B．V₂O₅·SO₂与V₂O₄·SO₃中钒的价态不相同

C．第Ⅳ步反应方程式为V₂O₄＋O₂＋2SO₂===2VOsO₄

D．第Ⅴ步反应中SO₃是氧化产物

解析：D　催化剂是通过改变化学反应途径进而改变活化能，从而改变化学反应速率，故A正确；V₂O₅·SO₂中V(元素的化合价为)＋5价，V₂O₄·SO₃中V元素的化合价为＋4价，故B正确；从图示可知，第Ⅳ步反应的反应物为V₂O₄、O₂、SO₂，反应方程式为V₂O₄＋O₂＋2SO₂===2VOSO₄，故C正确；从图示可知，第Ⅴ步反应为2VOSO₄===V₂O₅＋SO₂↑＋SO₃↑，V(元素的化合价变化为)＋4价→＋5价，V₂O₅是氧化产物，S元素的化合价变化为＋6价→＋4价，SO₂是还原产物，故D错误。