Question

（16分）I．將一定量NO₂和N₂O₄的混合氣體通入體積為1L的恒溫密閉容器中，各物質(zhì)濃度隨時間變化的關(guān)系如圖1所示。

請回答：
（1）下列選項(xiàng)中不能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是           (填選項(xiàng)字母)。

A．容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)不隨時間變化而改變

B．容器內(nèi)混合氣體的密度不隨時間變化而改變

C．容器內(nèi)混合氣體的顏色不隨時間變化而改變

D．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間變化而改變

（2）反應(yīng)進(jìn)行到10 min時，共吸收熱量11.38 kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
                                                                   ；
（3）計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=                                          。
（4）反應(yīng)進(jìn)行到20 min時，再向容器內(nèi)充入一定量NO₂，10min后達(dá)到新的平衡，此
時測得c(NO₂)="0.9" mol／L。
第一次平衡時混合氣體中NO₂的體積分?jǐn)?shù)為w₁，達(dá)到新平衡后混合氣體中NO₂的體積分?jǐn)?shù)為w₂，則w₁              w₂ (填“>”、“=”或“<”)；
請?jiān)趫D2中畫出20 min后各物質(zhì)的濃度隨時間變化的曲線(曲線上必須標(biāo)出“X”和
“Y”)。
II．（1）海水中鋰元素儲量非常豐富，從海水中提取鋰的研究極具潛力。鋰是制造化學(xué)
電源的重要原料。如LiFePO₄電池中某電極的工作原理如下圖所示：

該電池的電解質(zhì)為能傳導(dǎo)Li⁺的固體材料。放電時該電極是電池的              極（填“正”或“負(fù)”），該電極反應(yīng)式為                                      。
（2）用此電池電解含有0.1 mol/L CuSO₄和0.1 mol/L NaCl的混合溶液100 mL，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.02 mol e^－，且電解池的電極均為惰性電極，陽極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是__________L.

Answer 1

Ⅰ.（1）B (2分)   
（2）N₂O₄(g) 2NO₂(g) △H="+56.9kJ/mol" (2分)     
（3）0.9 (2分)  （4）① ＞  (2分)     ②     (2分)
Ⅱ．正(2分)     FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄ (2分)   0.168 (2分)

解析試題分析：Ⅰ.（1）A、反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計量數(shù)之和不等，故容器總壓強(qiáng)不隨時間改變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，正確；B、總質(zhì)量不變，體積也不變，故混合氣體的密度不隨時間變化而改變不能作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，錯誤；C、NO₂為紅棕色氣體，N₂O₄為無色氣體，故混合氣體的顏色不隨時間變化而改變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，正確；D、總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量在變，故反應(yīng)混合氣平均分子量不再改變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，正確。
（2）由圖1可知，反應(yīng)物為N₂O₄，生成物為NO₂，反應(yīng)進(jìn)行到10min時，N₂O₄的物質(zhì)的量變化為0.2mol/L×1L=0.2mol，共吸收熱量11.38kJ，故反應(yīng)1molN₂O₄共吸收熱量11.38×5=56.9kJ，故該反應(yīng)熱化學(xué) 方程式為：N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H=+56.9kJ?mol?¹。
（3）k= c²(NO₂)/ c(N₂O₄) =0.6²÷0.4=0.9。
（4）①恒容，充入一定量NO₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，新平衡后混合氣體中NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小，故W₁＞W(wǎng)₂。
②30min時，c（NO₂）=0.9mol/L，k=0.9² ÷c(N₂O₄) =0.9，c（N₂O₄）=0.9mol/L，20min-30min，N₂O₄的濃度增加了0.9-0.4=0.5mol/L，故NO₂的濃度減少了1mol/L，則20min時，c（NO₂）=1+0.9=1.9mol/L，可畫出20 min后各物質(zhì)的濃度隨時間變化的曲線。
Ⅱ．（1）放電時，該裝置是原電池，F(xiàn)e元素化合價由+3價變?yōu)?2價，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以該電極是正極，電極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄。
（2）計算得到，電解含有0.01mol CuSO₄和0.01molNaCl的混合溶液100mL，電路中轉(zhuǎn)移了0.02mol e^-，
陽極：2Cl^-  -2e^-      =Cl₂↑，
0.01mol  0.01mol  0.005mol
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
0.01mol  0.01mol   0.0025mol所以陽極上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積=（0.005mol+0.0025mol）×22.4L/mol=0.168L。
考點(diǎn)：本題考查圖像的分析及繪畫、化學(xué)平衡狀態(tài)、化學(xué)平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式、原電池原理及應(yīng)用。