Question

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）下列選項中不能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填選項字母）．
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10min時，共吸收熱量11.38kJ，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20min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）=0.9mol/L．
①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“＜”）；
②請在圖2中畫出20min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0.1mol/L CuSO₄和0.1mol/L NaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.02mol 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

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：Ⅰ、（1）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論；
（2）根據(jù)圖象進(jìn)行判斷并計算，可得熱化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)化學(xué)方程式及平衡常數(shù)的定義書寫；
（4）①增大壓強(qiáng)，平衡向著氣體體積減小的方向移動；
②根據(jù)平衡時濃度作圖；
Ⅱ、（1）在原電池放電時，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)得失電子確定正負(fù)極，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書寫電極反應(yīng)式；
（2）由離子放電順序可知，電解含有0.01molCuSO₄和0.01molNaCl的混合溶液100ml，陽極上氯離子和氫氧根離子放電生成氯氣和氧氣，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極上銅離子得電子，以此計算．

解答： 解：（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)，故A正確；
B．密度=

總質(zhì)量

體積

，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)，故B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)，故C正確；
D．平均分子量=

總質(zhì)量

總物質(zhì)的量

，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)，故D正確，
故選B；
（2）由（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×2L=0.4mol，共吸收熱量22.76kJ，故反應(yīng)1molN₂O₄共吸收熱量22.76kJ×2.5=56.9kJ，故該反應(yīng)熱化學(xué)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）根據(jù)化學(xué)方程式N₂O₄（g）?2NO₂（g），及平衡常數(shù)的定義可得k=

c2(NO2)

c(N2O4)

=

0.6×0.6

0.4

=0.9，故答案為：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，故答案為：＞；
②30min時，c（NO₂）=0.9mol/L，k=

c2(NO2)

c(N2O4)

=

0.9×0.9

c(N 2O4)

=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+0.6=1.6mol/L，c（N₂O₄）=0.9mol/L，

故答案為：；
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，
故答案為：正；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
陰極：Cu²⁺+2e^-=Cu   
    0.01mol   0.02mol       
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，
故答案為：0.168．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡圖象，化學(xué)電源新型電池，電解池原理的應(yīng)用，注重對圖象的分析，明確圖象中縱橫坐標(biāo)及點、線、面的意義是解答本題的關(guān)鍵，要注意充分用好守恒的思想解決問題，難度中等．