Question

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

①該反應(yīng)的△H＜．（填或“＞”、“=”、“＜”）．
②為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)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(yīng)，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD．
A.2v_正 （CH₃0H）=v_逆（CO₂）    B．CH₃0H與H₂0的物質(zhì)的量之比保持不變
C．容器內(nèi)氣體的密度不變       D．容器內(nèi)壓強(qiáng)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(yīng)機(jī)理如圖2所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O，反應(yīng)過程中碳元素的化合價(jià)為-2價(jià)的中間體是MgOCH₂． 
（4）華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時(shí)C0₂零排放，其基本原理如圖3所示：
電解反應(yīng)在溫度小于900℃時(shí)進(jìn)行，碳酸鈣先分解為CaO和C0₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陰極電極反應(yīng)式為3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；陽極的電極反應(yīng)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(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱；
②為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等且不為零，各組分的濃度不再變化；該反應(yīng)的特點(diǎn)為：一是可逆反應(yīng)；二是反應(yīng)前后氣體體積不相等，據(jù)此判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)信息：一定條件下Pd-Mg/SiO₂催化劑可使CO₂“甲烷化”結(jié)合反應(yīng)機(jī)理來書寫方程式并結(jié)合化合價(jià)判斷；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；陽極是碳酸根離子發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)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(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，
故答案為：＜；
②為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)，
故答案為：加壓；
（2）A．同一反應(yīng)中，用不同物質(zhì)表示的速率之比等于方程式計(jì)量系數(shù)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(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)CH₃OH與H₂O的物質(zhì)的量之比保持不變，即濃度不再發(fā)生變化，能作為達(dá)到平衡的標(biāo)志，故B正確；
C．依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知，反應(yīng)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(dá)到平衡都不變，故C錯(cuò)誤；
D.2CH₃OH（g）+CO₂ （g）?CH₃OCOOCH₃ （g）+H₂O（g），反應(yīng)前后氣體系數(shù)和不相等，氣體總壓不變可以作為判斷標(biāo)志，故D正確；
故答案為：BD；
（3）據(jù)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(yīng)過程中碳元素的化合價(jià)為-2價(jià)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(yīng)，其電極反應(yīng)式為3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；陽極是碳酸根離子發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑，
故答案為：3CO₂+4e^-=C+2CO₃^2-；2CO₃^2--4e^-=2CO₂↑+O₂↑．

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