识图系列微专题之催化循环图

催化循环图是指能体现催化剂催化原理的示意图。所谓催化剂，指的是能改变（通常是加快）化学反应速率，且在反应前后质量和化学性质不改变的物质。而在反应过程中，物质往往会参与反应，因而整个过程实际上是一个循环过程，常常可利用体现循环的示意图表示出来。催化循环图中往往涉及氧化还原反应，中间产物常为配合物。 【分类整理】 1.催化单循环图

图1 酸性条件下NO3-对Fe2+被O2氧化时的催化循环图

2.催化双循环图

图2 BASF高压法制备醋酸时的钴碘催化循环图

3.复杂催化循环图

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图3 Pd-Mg/SiO2对CO2甲烷化反应的催化循环图

【方法策略】

1.解答这类题图时，最重要的是看清，哪些物质进入循环体系、哪些物质离开循环体系，前者为总反应的反应物，而后者为总反应的生成物。可以将循环体系看成一个黑箱，如上述图1中主要反应物为Fe2+和O2，生成物为Fe3+；图2为复合催化剂，反应物为CH3OH和CO，生成物为CH3COOH；图3中反应物为CO2和H2，生成物为CH4和H2O。 2.循环体系中的物质主要涉及催化剂和中间产物，答题时要能结合题给信息，区分出哪些是催化剂，哪些是中间产物。

3.与催化循环图有关试题一般会从以下几个方面进行考查：

（1）要能根据题目所提供的循环图写出总反应，同时标出催化剂和其他反应条件； （2）能从题目提取信息书写出循环体系中某一步的具体反应，这类反应往往是氧化还原

反应，需要利用氧化还原反应的配平方法进行配平，并关注反应介质；

（3）标出催化剂和中间产物的化合价，指出整个循环体系中元素化合价未发生变化的物

质；

（4）根据氧化还原反应的得失电子守恒原理进行相关计算。 【例题讲解】

例1.（江苏2014，20题）将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反应回收S，其物质转化如右图所示。

（1）在图示的转化中，化合价不变的元素是 。

2

＋

（2）反应中当有1mol H2S转化为硫单质时，保持溶液中Fe3的物质的量不变，需消耗

O2的物质的量为 。

[解析]（1）根据示意图和方程式可以看出，在转化过程中，化合价不变的元素有三种，分别是Cu（均为+2价）、H（均为+1价）、Cl（均为-1价），而化合价发生改变的元素有O、Fe。（2）消耗1 mol O2转移4 mol电子，1 molH2S转化为硫单质需转移2 mol电子，若保持Fe3的物质的量不变，则根据得失电子守恒，需消耗0.5 mol O2 [答案]（1）Cu、Cl、H（或铜、氯、氢）；（2）0.5 mol

例2. （江苏2017，18题）先制得 CuCl2，再与石灰乳反应可生成碱式氯化铜。Cu稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成 CuCl2，Fe3+对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。

＋

M'的化学式为_____________。

[解析] Fe3+对该反应有催化作用，结合图可知，Cu元素的化合价升高，则M中Fe元素的化合价降低，可知M′的化学式为Fe2+。 [答案] Fe2+ 【习题训练】

1.过氧化氢（H2O2）有广泛的用途．过氧化氢的制备方法很多，下列方法中原子利用率最高的是______（填序号）． A．BaO2+H2SO4=BaSO4↓+H2O2 B．2NH4HSO4

（NH4）2S2O8+H2↑；

（NH4）2S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2 C．CH3CHOHCH3+O2→CH3COCH3+H2O2 D．乙基蒽醌法见图1

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2.（北京2017，17题）NSR（NOx储存还原）工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图 a 所示。

（1）通过 BaO和Ba(NO3)2的相互转化实验NOx的储存和还原。储存NOx的物质是___。 （2）用 H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图 b 表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗 的 H2与 Ba(NO3)2的物质的量之比是____________。

3. 下图是一种用NH3、O2脱除烟气中NO的原理，该原理中NO最终转化为H2O和_____________（填化学式），当消耗1mol NH3和0.5molO2时，除去的NO在标准状况下的体积为_____________L．

答案：1.D 2. （1）BaO；（2）8∶1 3. N2；11.2；

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