Question

（16分）I．将一定量NO₂和N₂O₄的混合气体通入体积为1L的恒温密闭容器中，各物质浓度随时间变化的关系如图1所示。

请回答：
（1）下列选项中不能说明该反应已达到平衡状态的是           (填选项字母)。

A．容器内混合气体的压强不随时间变化而改变

B．容器内混合气体的密度不随时间变化而改变

C．容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变

D．容器内混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而改变

（2）反应进行到10 min时，共吸收热量11.38 kJ，则该反应的热化学方程式为
                                                                   ；
（3）计算该反应的平衡常数K=                                          。
（4）反应进行到20 min时，再向容器内充入一定量NO₂，10min后达到新的平衡，此
时测得c(NO₂)="0.9" mol／L。
第一次平衡时混合气体中NO₂的体积分数为w₁，达到新平衡后混合气体中NO₂的体积分数为w₂，则w₁              w₂ (填“>”、“=”或“<”)；
请在图2中画出20 min后各物质的浓度随时间变化的曲线(曲线上必须标出“X”和
“Y”)。
II．（1）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力。锂是制造化学
电源的重要原料。如LiFePO₄电池中某电极的工作原理如下图所示：

该电池的电解质为能传导Li⁺的固体材料。放电时该电极是电池的              极（填“正”或“负”），该电极反应式为                                      。
（2）用此电池电解含有0.1 mol/L CuSO₄和0.1 mol/L NaCl的混合溶液100 mL，假如电路中转移了0.02 mol e^－，且电解池的电极均为惰性电极，阳极产生的气体在标准状况下的体积是__________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)

解析试题分析：Ⅰ.（1）A、反应前后气体的化学计量数之和不等，故容器总压强不随时间改变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，正确；B、总质量不变，体积也不变，故混合气体的密度不随时间变化而改变不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据，错误；C、NO₂为红棕色气体，N₂O₄为无色气体，故混合气体的颜色不随时间变化而改变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，正确；D、总质量不变，总物质的量在变，故反应混合气平均分子量不再改变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，正确。
（2）由图1可知，反应物为N₂O₄，生成物为NO₂，反应进行到10min时，N₂O₄的物质的量变化为0.2mol/L×1L=0.2mol，共吸收热量11.38kJ，故反应1molN₂O₄共吸收热量11.38×5=56.9kJ，故该反应热化学 方程式为：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，相当于增大压强，平衡逆向移动，新平衡后混合气体中NO₂的体积分数减小，故W₁＞W₂。
②30min时，c（NO₂）=0.9mol/L，k=0.9² ÷c(N₂O₄) =0.9，c（N₂O₄）=0.9mol/L，20min-30min，N₂O₄的浓度增加了0.9-0.4=0.5mol/L，故NO₂的浓度减少了1mol/L，则20min时，c（NO₂）=1+0.9=1.9mol/L，可画出20 min后各物质的浓度随时间变化的曲线。
Ⅱ．（1）放电时，该装置是原电池，Fe元素化合价由+3价变为+2价，得电子发生还原反应，所以该电极是正极，电极反应式为FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄。
（2）计算得到，电解含有0.01mol CuSO₄和0.01molNaCl的混合溶液100mL，电路中转移了0.02mol e^-，
阳极：2Cl^-  -2e^-      =Cl₂↑，
0.01mol  0.01mol  0.005mol
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
0.01mol  0.01mol   0.0025mol所以阳极上生成的气体在标准状况下的体积=（0.005mol+0.0025mol）×22.4L/mol=0.168L。
考点：本题考查图像的分析及绘画、化学平衡状态、化学平衡常数、热化学方程式、原电池原理及应用。