《氮的氧化物與氧氣和水反應(yīng)的計算》一、相關(guān)反應(yīng)原理3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

①2NO＋O2===2NO2

②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

④二、常見的類型1.NO2氣體(或NO2與NO、N2等氣體)溶于水NO2或NO2與NO、N2等氣體的混合氣體溶于水時僅涉及反應(yīng)①，可利用氣體體積變化差值進行計算：2.NO2和O2的混合氣體：NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng)③：x＝

0<x<x＝x>反應(yīng)情況O2過量，剩余氣體為O2恰好完全反應(yīng)，無氣體剩余NO2過量，又發(fā)生反應(yīng)①，只剩余NO3.NO和O2的混合氣體：NO、O2的混合氣體溶于水時涉及反應(yīng)④：x＝0<x<x＝x>反應(yīng)情況O2過量，剩余O2恰好完全反應(yīng)，無氣體剩余NO過量，剩余NO4.NO、NO2和O2通入水中的計算(1)可先求出NO2和H2O反應(yīng)生成的NO的體積，然后按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3進行分析計算。(2)也可認為NO與O2先反應(yīng)生成NO2，NO2再與水反應(yīng)。若O2過量，則按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3進行分析計算；若轉(zhuǎn)化后無O2剩余，則按關(guān)系式法計算。(3)有關(guān)NO、NO2、O2混合氣體與H2O反應(yīng)后剩余氣體的問題，因NO2與H2O反應(yīng)，NO與O2反應(yīng)，所以剩余的氣體只可能為NO或O2中的一種，絕對不會剩余NO2。三、守恒方法求解1.原子守恒法方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”從組成上均相當于“N2O5”的組成，也就是N、O的原子個數(shù)比符合2∶5時，氮的氧化物和氧氣均無剩余，這兩種情況均可利用混合氣體中N、O的原子個數(shù)比來分析：2.電子守恒法對于“NO＋NO2＋O2＋H2O”型，當反應(yīng)后，無氣體剩余，則N均被氧化為＋5價(存在于HNO3中)，O被還原為－2價(存在于HNO3中)，得失電子情況如下：NO2－e－→HNO3，NO－3e－→HNO3，O2＋4e－→HNO3。根據(jù)得失電子守恒知，n(NO2)＋3n(NO)＝4n(O2)。因?qū)嶋H應(yīng)用中，氣體量通常用體積表示，由阿伏加德羅定律推論知，同溫同壓下氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量比。故又有V(NO2)＋3V(NO)＝4V(O2)。上述公式具有廣泛的適用性，若體系中沒有NO，則V(NO)＝0，由此有V(NO2)＝4V(O2)；當體積中沒有NO2時，則有3V(NO)＝4V(O2)。若將有關(guān)物質(zhì)的已知量代入上述公式后能使等式成立，則氣體恰好反應(yīng)完全；若不能使等式成立，則數(shù)值較大的一側(cè)對應(yīng)的物質(zhì)過量。應(yīng)注意的是，無論何種體系，最終剩余的氣體不可能是NO2。1.有一充有20mLNO和NO2混合氣體的試管，倒置于盛有水的水槽中，充分反應(yīng)后，仍有12mL無色氣體，則原混合氣體中NO和NO2體積比為(氣體體積均在相同狀況下測得)A.2∶3 B.3∶2 C.1∶4 D.4∶1√跟蹤訓練123456解析

二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反應(yīng)，所以，剩余的氣體為一氧化氮，設(shè)混合氣體中二氧化氮的體積為V，則：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO氣體體積減少3

1

2V

20mL－12mL＝8mL1234562.在標準狀況下，將O2和NO2按1∶4的體積比充滿干燥燒瓶，把燒瓶倒置于水中，瓶內(nèi)液體逐漸上升，假設(shè)燒瓶內(nèi)溶液不擴散，最終燒瓶內(nèi)溶液里溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為12345√61234563.(2019·長沙高一檢測)一定條件下，將等體積的NO和O2的混合氣體置于試管中，并將試管倒立于水槽中，充分反應(yīng)后剩余氣體的體積為原總體積的12345√解析由于NO和O2等體積，則一定條件下二者等物質(zhì)的量，當二者溶于水時，發(fā)生反應(yīng)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO34mol3mol設(shè)初始時NO和O2的物質(zhì)的量均為4mol，則4molNO反應(yīng)掉3molO2，還剩余1molO2，則剩余O2為原氣體總體積的

。64.有一倒置于水槽且裝滿水的容器，向其中依次通入一定體積的NO2、NO和O2，充分反應(yīng)后，若容器中仍充滿溶液，則通入的NO2、NO和O2的體積比可能是A.1∶1∶2 B.4∶3∶2C.4∶16∶13 D.4∶3∶412345√612345同理可得出C項符合題意，D項不符合題意。65.將充有mmLNO和nmLNO2的量筒倒立于水槽中，然后通入mmLO2，若m<n，則充分反應(yīng)后，量筒內(nèi)剩余的氣體體積為A.3(m－n)mL B.(m＋n)mLC.(m－n)mL D.mL12345√61234566.將盛有氮氣和二氧化氮混合氣體的試管(試管容積為VL)倒立于水中，經(jīng)過足夠長的時間后，試管內(nèi)氣體的體積變?yōu)閍L。請回答下列問題：(1)該混合氣體倒立于水中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是_________________________。12345＋NO3NO2＋H2O===2HNO31∶3(3)結(jié)合第(2)小題，向aL氣體中通入氧氣至試管中剛好只有一種氣體時，停止通入氧氣。①試管中最終剩余的氣體是___，其體積是____L。②該過程中總反應(yīng)的化學方程式是__________________________。N24NO＋3O2＋2H2O===4HNO36123456任務(wù)氮的氧化物溶于水的有關(guān)計算【問題探究】【實驗探究】NO2被H2O吸收的實驗NO2能溶于H2O并發(fā)生反應(yīng),為了使NO2盡可能被H2O吸收,某化學興趣小組設(shè)計了如下實驗步驟,以探究NO2被H2O吸收的程度。步驟①:將盛滿NO2氣體的試管倒置于盛水的水槽中,如圖甲所示。步驟②:將O2緩慢通入步驟①的試管中,如圖乙所示。甲

乙1.步驟①中試管內(nèi)氣體的顏色和水位有何變化?發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是什么?2.步驟②中試管內(nèi)氣體的顏色和體積怎樣變化,試管內(nèi)水位怎樣變化?主要發(fā)生哪些反應(yīng)?提示

緩慢通入O2時,試管內(nèi)無色氣體變?yōu)榧t棕色,后又變?yōu)闊o色,但氣體體積減小,液面不斷上升。發(fā)生反應(yīng):2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO。3.當液體充滿整個試管時,通入的O2與原試管內(nèi)的NO2體積之比是多少?寫出總反應(yīng)的化學方程式。提示

當液體充滿試管時,NO2和通入的O2恰好完全反應(yīng)生成HNO3,即4NO2+O2+2H2O===4HNO3,因此V(NO2)∶V(O2)=4∶1。4.在相同條件下,向同一試管中分別通入NO和O2,然后倒置于水槽中,若溶液充滿試管,則通入的NO和O2的體積比為多少?寫出反應(yīng)的化學方程式。提示

4∶3。4NO+3O2+2H2O===4HNO3。【深化拓展】1.NO和NO2的性質(zhì)對比物質(zhì)NONO2顏色、狀態(tài)、氣味、毒性無色、無味紅棕色、刺激性氣味有毒氣體水溶性不溶易溶且與水反應(yīng)與O2反應(yīng)2NO+O2===2NO2—與H2O反應(yīng)—3NO2+H2O===2HNO3+NO物質(zhì)NONO2與O2、H2O共同反應(yīng)4NO+3O2+2H2O===4HNO34NO2+O2+2H2O===4HNO3氧化性6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O,NO2+SO2===SO3+NO,NO2能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍2.氮的氧化物溶于水的有關(guān)定量關(guān)系(1)相關(guān)反應(yīng)原理3NO2+H2O===2HNO3+NO①2NO+O2===2NO2②由方程式①×2+②得:4NO2+O2+2H2O===4HNO3③由方程式①×2+②×3得:4NO+3O2+2H2O===4HNO3④(2)氮氧化物溶于水的不同情況及剩余氣體分析①NO2與O2的混合氣體溶于水(反應(yīng)③)②NO與O2的混合氣體溶于水(反應(yīng)④)溫馨提示

:氮的氧化物與O2的混合氣體溶于水時,剩余的氣體可能是O2,也可能是NO,但不可能是NO2,因為NO2會與水反應(yīng)生成HNO3和NO?！舅啬軕?yīng)用】典例將VmLNO和NO2的混合氣體通過水吸收后,得到無色氣體A。將此無色氣體A與等體積的O2通入水中充分吸收后,得到5mL無色氣體B,下列說法不正確的是(

)A.氣體A是NO,B氣體是O2B.氣體A的體積是20mLC.V的取值范圍是20<V<60D.將盛有體積比為4∶1的NO2和O2混合氣體的燒瓶倒立于水槽中充分反應(yīng)后,燒瓶中所得溶液的物質(zhì)的量濃度為

mol·L-1答案

D解析

NO不與水反應(yīng),NO2能與水反應(yīng):3NO2+H2O===2HNO3+NO,則無色氣體A為NO;無色氣體A與等體積的O2混合通過水后發(fā)生反應(yīng):4NO+3O2+2H2O===4HNO3,由此可知O2過量,則無色氣體B為O2,A正確;由于過量的氧氣為5

mL,而開始反應(yīng)時NO與O2的體積相等,根據(jù)反應(yīng)4NO+3O2+2H2O===4HNO3,剩余O2體積占反應(yīng)前O2總體積的

,可知NO的體積為V(NO)=V(O2)=5

mL×4=20

mL,即氣體A的體積是20

mL,B正確;由B可知,NO2與水反應(yīng)產(chǎn)生的NO和原來的NO共20

mL,若NO氣體全部來源于原氣體,則V=20;若NO氣體全部是由NO2與水反應(yīng)產(chǎn)生,根據(jù)反應(yīng)3NO2+H2O===2HNO3+NO可知V=3×20=60,則V的取值范圍是20<V<60,C正確;將盛有體積比為4∶1的NO2和O2的混合氣體的燒瓶倒立于水槽中充分反應(yīng),發(fā)生的反應(yīng)為4NO2+O2+2H2O===4HNO3,恰好完全轉(zhuǎn)化為硝酸,但由于未指明氣體所處的外界條件,不能確定氣體摩爾體積,就不能計算氣體的物質(zhì)的量及其形成的硝酸溶液的濃度,D錯誤。【變式設(shè)問】將NO、O2和NO2的混合氣體通入水中被完全吸收,當氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶3時,NO、O2和NO2的體積之比為

。

提示

1∶2∶5解析

將NO、O2和NO2的混合氣體通入水中被完全吸收,反應(yīng)中O2是氧化劑,NO和NO2是還原劑,若氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶3,設(shè)n(O2)=1

mol,則有