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，各物質濃度隨時間變化的關系如圖1所示。

請回答：
（1）下列選項中不能說明該反應已達到平衡狀態的是           (填選項字母)。

A．容器內混合氣體的壓強不隨時間變化而改變

B．容器內混合氣體的密度不隨時間變化而改變

C．容器內混合氣體的顏色不隨時間變化而改變

D．容器內混合氣體的平均相對分子質量不隨時間變化而改變

（2）反應進行到10 min時，共吸收熱量11.38 kJ，則該反應的熱化學方程式為
                                                                   ；
（3）計算該反應的平衡常數K=                                          。
（4）反應進行到20 min時，再向容器內充入一定量NO₂，10min后達到新的平衡，此
時測得c(NO₂)="0.9" mol／L。
第一次平衡時混合氣體中NO₂的體積分數為w₁，達到新平衡后混合氣體中NO₂的體積分數為w₂，則w₁              w₂ (填“>”、“=”或“<”)；
請在圖2中畫出20 min后各物質的濃度隨時間變化的曲線(曲線上必須標出“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
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：

該電池的電解質為能傳導Li⁺的固體材料。放電時該電極是電池的              極（填“正”或“負”），該電極反應式為                                      。
（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，假如電路中轉移了0.02 mol e^－，且電解池的電極均為惰性電極，陽極產生的氣體在標準狀況下的體積是__________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、反應前后氣體的化學計量數之和不等，故容器總壓強不隨時間改變可作為判斷是否達到化學平衡狀態的依據，正確；B、總質量不變，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到化學平衡狀態的依據，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到化學平衡狀態的依據，正確；D、總質量不變，總物質的量在變，故反應混合氣平均分子量不再改變可作為判斷是否達到化學平衡狀態的依據，正確。
（2）由圖1可知，反應物為N₂O₄，生成物為NO₂，反應進行到10min時，N₂O₄的物質的量變化為0.2mol/L×1L=0.2mol，共吸收熱量11.38kJ，故反應1molN₂O₄共吸收熱量11.38×5=56.9kJ，故該反應熱化學 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，相當于增大壓強，平衡逆向移動，新平衡后混合氣體中NO₂的體積分數減小，故W₁＞W₂。
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后各物質的濃度隨時間變化的曲線。
Ⅱ．（1）放電時，該裝置是原電池，Fe元素化合價由+3價變為+2價，得電子發生還原反應，所以該電極是正極，電極反應式為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準狀況下的體積=（0.005mol+0.0025mol）×22.4L/mol=0.168L。
考點：本題考查圖像的分析及繪畫、化學平衡狀態、化學平衡常數、熱化學方程式、原電池原理及應用。