Question

【題目】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。

①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“<”）；

②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

【答案】BN2O4（g） 2NO2（g） △H=+56．9kJ/mol0．9＞正FePO4+e-+Li+=LiFePO40．168

【解析】

Ⅰ.（1）A.該反應反應前后氣體的化學計量數之和不等，容器內的壓強隨反應的進行不斷變化，故容器總壓強不隨時間改變說明可逆反應處于平衡狀態；B.反應過程氣體總質量不變，容器體積不變，故混合氣體的密度不隨時間變化而改變不能說明反應達到化學平衡狀態的；C.NO2為紅棕色氣體，N2O4為無色氣體，混合氣體的顏色不隨時間變化而改變，各物質的濃度保持不變，可說明反應達到化學平衡狀態；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說明反應處于化學平衡狀態；答案為B；

（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，反應1molN2O4共吸收熱量11.38×5=56.9kJ，則該反應熱化學方程式為：N2O4（g） 2NO2（g） △H=+56．9kJ/mol；故答案為：N2O4（g）2NO2（g） △H=+56．9kJ/mol；

（3）該反應的平衡常數k= c2(NO2)/ c(N2O4) =0.36÷0.4=0.9，故答案為：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，故答案為：＞；

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，故答案為：

；

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，故答案為：正、FePO4+e-+Li+=LiFePO4；

（2）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↑， 4OH--4e-=2H2O+O2↑，根據電子守恒計算陽極上生成的氣體的物質的量為氯氣0.005mol，氧氣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，故答案為：0．168。