《2026年学易优高考二轮总复习化学》

3. (2025·甘肃卷) 乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质，得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应：

反应 1：$ C_2H_2(g) + H_2(g) \xlongequal{} C_2H_4(g) $ $ \Delta H_1 = -175 \, kJ · mol^{-1} $ ($ 25^{\circ}C $，101 kPa)
反应 2：$ C_2H_2(g) + 2H_2(g) \xlongequal{} C_2H_6(g) $ $ \Delta H_2 = -312 \, kJ · mol^{-1} $ ($ 25^{\circ}C $，101 kPa)
(1) $ 25^{\circ}C $，101 kPa 时，反应 $ C_2H_4(g) + H_2(g) \xlongequal{} C_2H_6(g) $ $ \Delta H = $ -137 $ kJ · mol^{-1} $。
(2) 一定条件下，使用某含 Co 催化剂，在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性 (指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量) 如图所示 (反应均未达平衡)。
① 在 $ 60 \sim 220^{\circ}C $ 范围内，乙炔转化率随温度升高而增大的原因 ______ (任写一条)，当温度由 $ 220^{\circ}C $ 升高至 $ 260^{\circ}C $，乙炔转化率减小的原因可能为 ______。
② 在 $ 120 \sim 240^{\circ}C $ 范围内，反应 1 和反应 2 乙炔的转化速率大小关系为 $ v_1 $ ＞ $ v_2 $ (填“＞”“＜”或“=”)，理由为 乙烯的选择性高于乙烷的选择性，反应1的转化率大。
(3) 对于反应 1，反应速率 $ v(C_2H_2) $ 与 $ H_2 $ 浓度 $ c(H_2) $ 的关系可用方程式 $ v(C_2H_2) = k[c(H_2)]^{\alpha} $ 表示 ($ k $ 为常数)。$ 145^{\circ}C $ 时，保持其他条件不变，测定了不同浓度时的反应速率 (如表)。当 $ v(C_2H_2) = 1.012 × 10^{-4} \, mol · L^{-1} · s^{-1} $ 时，$ c(H_2) = $ $9.20×10^{-3}$ $ mol · L^{-1} $。
(4) 以 $ Pd/W $ 或 $ Pd $ 为催化剂，可在常温常压 ($ 25^{\circ}C $，101 kPa) 下实现乙炔加氢，反应机理如图所示 (虚线为生成乙烷的路径)。以 ______ 为催化剂时，乙烯的选择性更高，原因 ______ (图中“*”表示吸附态；数值为生成相应过渡态的活化能)。

答案： 3.答案：
(1)-137
(2)①升高温度，反应速率加快(或升高温度，催化剂活性增强)$220\sim260° C$时，催化剂活性降低②＞乙烯的选择性高于乙烷的选择性，反应1的转化率大
(3)$9.20×10^{-3}$
(4)$\mathrm{Pd/W}$ $\mathrm{C_2H_4^+\longrightarrow C_2H_6(g)}$，$\mathrm{Pd/W}$作催化剂时活化能更大，更难生成$\mathrm{C_2H_6(g)}$
解析：
(1)根据盖斯定律可知，目标反应=反应2-反应1，故$\Delta H=\Delta H_2-\Delta H_1=-137\ \mathrm{kJ· mol^{-1}}$。
(2)在$60\sim220° C$范围内，反应未达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，故乙炔转化率随温度的升高而增大，另外催化剂活性增强也可加快反应速率，提高乙炔转化率；而温度由$220° C$升高至$260° C$时，催化剂活性降低，故乙炔转化率减小；由图中产物选择性曲线可知，在$120\sim240° C$范围内，乙烯的选择性高于乙烷的选择性，故反应1的转化速率大，即$v_1＞v_2$。
(3)由题意知，实验组一、实验组二存在关系式：$v_1(\mathrm{C_2H_4})=k[c_1(\mathrm{H_2})]^a$、$v_2(\mathrm{C_2H_6})=k[c_2(\mathrm{H_2})]^a$，且$c_2(\mathrm{H_2})=3c_1(\mathrm{H_2})$、$v_2(\mathrm{C_2H_6})=3v_1(\mathrm{C_2H_2})$，代入并联立可得$3=3^a$，即$a=1$，而$v(\mathrm{C_2H_2})=1.012×10^{-4}\ \mathrm{mol· L^{-1}· s^{-1}}=2v_1(\mathrm{C_2H_2})$，故此时$c(\mathrm{H_2})=2c_1(\mathrm{H_2})=9.20×10^{-3}\ \mathrm{mol· L^{-1}}$。
(4)由催化反应机理图中的能量变化可知，$\mathrm{C_2H_4^+\longrightarrow C_2H_4(g)}$时，使用$\mathrm{Pd/W}$催化剂所需活化能更小，更易生成$\mathrm{C_2H_4(g)}$，且$\mathrm{C_2H_4^+\longrightarrow C_2H_6(g)}$时，使用$\mathrm{Pd/W}$催化剂所需活化能更大，更难生成$\mathrm{C_2H_6(g)}$，故以$\mathrm{Pd/W}$为催化剂时乙烯的选择性更高。