Question

11．減少二氧化碳的排放是一項重要課題．
（1）CO₂經催化加氫可合成低碳烯烴：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H 在0．lMPa時，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，如圖1所示不同溫度（T）下，平衡時的四種氣態(tài)物質的物質的量（n）的關系．

①該反應的△H＜．（填或“＞”、“=”、“＜”）．
②為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是加壓．
（2）甲醇和CO₂可直接合成DMC：
2CH₃OH（g）+CO₂（g）?CH₃OCOOCH₃ （g）+H₂O（g）
在恒容密閉容器中發(fā)生上述反應，能說明反應達到平衡狀態(tài)的是BD．
A.2v_正 （CH₃0H）=v_逆（CO₂）    B．CH₃0H與H₂0的物質的量之比保持不變
C．容器內氣體的密度不變       D．容器內壓強不變
（3）-定條件下Pd-Mg/Si0₂催化劑可使CO₂“甲烷化”從而變廢為寶，其反應機理如圖2所示，該反應的化學方程式為CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O，反應過程中碳元素的化合價為-2價的中間體是MgOCH₂． 
（4）華盛頓大學的研究人員研究出一種方法，可實現水泥生產時C0₂零排放，其基本原理如圖3所示：
電解反應在溫度小于900℃時進行，碳酸鈣先分解為CaO和C0₂，電解質為熔融碳酸鈉，則陰極電極反應式為3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；陽極的電極反應式為2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）①由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱；
②為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強；
（2）可逆反應達到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應速率相等且不為零，各組分的濃度不再變化；該反應的特點為：一是可逆反應；二是反應前后氣體體積不相等，據此判斷反應是否達到平衡狀態(tài)；
（3）根據信息：一定條件下Pd-Mg/SiO₂催化劑可使CO₂“甲烷化”結合反應機理來書寫方程式并結合化合價判斷；
（4）陰極發(fā)生還原反應，其電極反應式為3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；陽極是碳酸根離子發(fā)生氧化反應，其電極反應式為2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑．

解答 解：（1）①由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱，
故答案為：＜；
②為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強，
故答案為：加壓；
（2）A．同一反應中，用不同物質表示的速率之比等于方程式計量系數之比，所以v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（CH₃OH），而2v_正（CH₃OH）=v_逆（CO₂），所以v_正（CO₂）≠v_逆（CO₂），反應未達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．平衡時CH₃OH與H₂O的物質的量之比保持不變，即濃度不再發(fā)生變化，能作為達到平衡的標志，故B正確；
C．依據ρ=$\frac{m}{V}$可知，反應物生成物都是氣體，所以m為定值，恒容容器V不變，則ρ無論是否達到平衡都不變，故C錯誤；
D.2CH₃OH（g）+CO₂ （g）?CH₃OCOOCH₃ （g）+H₂O（g），反應前后氣體系數和不相等，氣體總壓不變可以作為判斷標志，故D正確；
故答案為：BD；
（3）據信息：一定條件下Pd-Mg/SiO₂催化劑可使CO₂“甲烷化”，可以寫出方程式為：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；反應過程中碳元素的化合價為-2價的中間體是MgOCH₂，
故答案為：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；MgOCH₂；
（4）陰極發(fā)生還原反應，其電極反應式為3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；陽極是碳酸根離子發(fā)生氧化反應，其電極反應式為2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑，
故答案為：3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑．

點評 本題考查圖象分析方法，電極方程式的書寫，平衡移動影響因素，平衡狀態(tài)的判斷，充分運用題中信息是解答本題的關鍵，題目難度中等．