微专题七 氮氧化物与氧气和水反应的计算
一、体积差量法
NO2、NO(或N2)的混合气体通入水中,一般考虑3NO2+H2O===2HNO3+NO,可利用气体体积变化差值进行计算,V剩=V原(NO或N2)+V(NO2)。
例1 将装有40 mL NO2、H2混合气体的量筒倒立在水槽中,反应后气体体积缩小为20 mL,则原混合气体中NO2和H2的体积比是( )
A.5∶3 B.3∶5 C.3∶1 D.1∶3
二、循环反应叠加法
1.NO2、O2的混合气体通入水中,由3NO2+H2O===2HNO3+NO和2NO+O2===2NO2可得总反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,由此可知:
V(NO2)∶V(O2)
2.NO、O2的混合气体通入水中,根据总反应4NO+3O2+2H2O===4HNO3可得出:
V(NO)∶V(O2)
3.一定比例的NO、NO2、O2通入水中
(1)可先求出NO2和H2O反应生成的NO的体积,然后按2进行分析计算。
(2)也可认为NO与O2先反应生成NO2,NO2再与水反应。若O2过量,则按1计算;若转化后无O2,则按体积差量法计算。
例2 在一定条件下,将12 mL NO2和O2的混合气体通入足量水中,充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下),则原混合气体中O2的体积可能为( )
①1.2 mL ② 2.4 mL ③ 3 mL ④ 4 mL
A.① ② B.② ③ C.③ ④ D.① ④
例3 一定条件下,将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中,并将试管倒立于水槽中,充分反应后剩余气体的体积为原总体积的( )
A. B. C. D.
三、电子守恒法
当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子,若NO2或NO与O2混合,O得到电子,N失去电子,且得失电子数相等,这是利用得失电子守恒法解答此类题目的依据。
例4 NO、NO2、O2按照一定比例通入水中,能被完全吸收,无剩余气体。若NO、NO2、O2的气体体积分别为x、y、z,则x∶y∶z可能为( )
A.2∶6∶3 B.5∶1∶2
C.1∶2∶5 D.3∶6∶2
1.将充有20 mL N2和NO2的混合气体的试管倒立在水槽中,充分反应后,试管残留10 mL气体,则原混合气体中N2和NO2的体积之比是( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.2∶3
2.在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体,将其倒立在水槽里,去塞后立即通入280 mL氧气,恰好完全反应,且液体充满烧瓶(设烧瓶内液体未扩散到水槽中,且气体体积都已折合为标准状况下的体积),下列有关叙述正确的是( )
A.总反应为NO+NO2+O2+H2O===2HNO3
B.总反应为4NO+8NO2+5O2+6H2O===12HNO3
C.生成硝酸的物质的量浓度约为0.030 mol·L-1
D.生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 mol·L-1
3.现有等体积混合而成的4组气体:①NO、NO2 ②HCl、N2 ③NO2、O2 ④Cl2、SO2,将其分别通入容积相同的试管中并立即倒立在足量水中,试管内水面上升的高度由高到低的顺序为( )
A.④②③① B.④③②①
C.②③①④ D.③②①④
4.有一倒置于水槽且装满水的容器,向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2,充分反应后,若容器中仍充满溶液,则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是( )
A.1∶1∶2 B.4∶3∶2
C.4∶16∶13 D.4∶3∶4
5.将一支充有12 mL NO2气体的试管倒置于水槽中,充分反应。回答下列问题:
(1)下列图示正确的是 (填字母)。
(2)若水不能充满试管,需再向试管中缓缓充入O2,现象为_______________________,最终充入
mL氧气,才能使水全部充满。
6.如图所示,在水槽B中装有500 mL水,容积为a mL的试管A中充满了NO2和NO的混合气体(标准状况),将试管A倒插入水槽B中。充分反应后,试管A中剩余0.5a mL气体。
(1)将试管A倒插入B槽中发生反应的化学方程式为_______________________________________,
该反应中氧化剂与还原剂的质量之比为 ,原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为 。
(2)通过导气管C向余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气,A中可能观察到的现象是_______
_________________________。
(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气,然后将试管取出,水槽B中溶液的物质的量浓度为
mol·L-1(设溶液的体积仍为500 mL)。
答案精析
例1 C [设混合气体中NO2的体积为x。
3NO2+H2O===2HNO3+NO ΔV
3 mL 1 mL 2 mL
x 20 mL
由化学方程式可得=,解得x=30 mL,
则原混合气体中H2体积为40 mL-30 mL=10 mL,所以V(NO2)∶V(H2)=30 mL∶10 mL=3∶1。]
例2 D [由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知,若剩余的气体是O2,则V(NO2)=×(12 mL-2 mL)=8 mL,V(O2)=12 mL-8 mL=4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL),根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO求出生成2 mL NO消耗NO2的体积为6 mL,则反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3消耗NO2和O2的总体积为6 mL,所以V(O2)=×(12 mL-6 mL)=1.2 mL。]
例3 C [设NO和O2的体积分别为V,根据化学方程式4NO+3O2+2H2O===4HNO3,等体积混合,剩余O2的体积为,原混合气体体积为2V,剩余气体体积为原气体体积的。]
例4 A [同温同压下,NO、NO2、O2的气体体积比等于其物质的量之比,NO、NO2与O2通入水中被完全吸收后生成HNO3,由得失电子守恒规律可知,NO、NO2失去的电子总数等于O2得到的电子数。A项,NO、NO2、O2的体积比为2∶6∶3,则物质的量之比为2∶6∶3,由得失电子守恒可知2×3+6×1=3×4,正确;B项,NO、NO2、O2的体积比为5∶1∶2,物质的量之比为5∶1∶2,此时5×3+1×1≠2×4,错误;C项,NO、NO2、O2的体积比为1∶2∶5,物质的量之比为1∶2∶5,此时1×3+2×1≠5×4,错误;D项,NO、NO2、O2的体积比为3∶6∶2,物质的量之比为3∶6∶2,此时3×3+6×1≠2×4,错误。]
跟踪训练
1.C [据3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,
V(剩)=V(N2)+V(NO2),
设N2有x mL,则NO2为(20-x) mL,
则V(剩)=10 mL=x mL+(20-x) mL
解得x=5,即V(N2)=5 mL。
V(NO2)=15 mL,所以V(N2)∶V(NO2)=1∶3。]
2.B [设反应前NO2的体积为x,NO的体积为y,则
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
x
4NO+3O2+2H2O===4HNO3
y y
,解得。
故参加反应的NO2与NO的物质的量之比为2∶1,则总反应为4NO+8NO2+5O2+6H2O===12HNO3。根据氮元素守恒可得生成的HNO3的物质的量为0.03 mol,烧瓶内充满液体,则硝酸的体积为0.672 L,故c(HNO3)=≈0.045 mol·L-1。]
3.B [①二氧化氮和水能反应生成硝酸和一氧化氮:3NO2+H2O===2HNO3+NO,一氧化氮和水不反应,根据化学方程式知,气体减少的体积是二氧化氮体积的,二氧化氮体积占混合气体体积的,所以试管内气体减少的体积为试管容积的,故水面上升的高度为试管高度的;②氯化氢极易溶于水,氮气不溶于水,且和水不反应,所以混合气体减少的体积为试管容积的,故水面上升的高度为试管高度的;③二氧化氮和氧气、水能反应生成硝酸:4NO2+O2+2H2O===4HNO3,根据化学方程式知,氧气剩余,参加反应的氧气的体积为氧气总体积的,二氧化氮全部参加反应,所以混合气体减少的体积为试管容积的,故水面上升的高度为试管高度的;④氯气、二氧化硫和水能发生氧化还原反应生成氯化氢和硫酸:Cl2+SO2+2H2O===2HCl+H2SO4,且这两种物质极易溶于水,根据化学方程式知,Cl2、SO2完全反应,没有气体剩余,所以水充满整支试管,因此试管内水面上升的高度关系为④>③>②>①。]
4.C [设NO2的物质的量为x mol、NO的物质的量为y mol、O2的物质的量为z mol。氧化过程:x mol NO2在反应中失去x mol电子;y mol NO在反应中失去3y mol电子;还原过程:z mol O2在反应中得到4z mol电子。根据得失电子守恒得x+3y=4z,然后把各选项中的数据代入上述等式,若等式成立,则该项的比值是可能的。]
5.(1)C (2)无色气体变为红棕色,液面逐渐上升 3
解析 (1)NO2溶于水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,12 mL NO2参与反应,生成的NO为4 mL,生成NO的体积占试管的。
(2)向试管中缓缓充入O2,发生反应①:2NO+O2===2NO2,故气体颜色由无色变为红棕色,然后发生反应②:3NO2+H2O===2HNO3+NO,故液面逐渐上升,将①和②两式相组合得4NO+3O2+2H2O===4HNO3,要使水全部充满试管,需再充入3 mL氧气。
6.(1)3NO2+H2O===2HNO3+NO 1∶2 3∶1
(2)无色气体变为红棕色,试管中液面不断上升至全充满,再继续通入氧气,试管中液面下降,最后充满无色气体
(3)
解析 (1)试管A倒插入水槽B中后,发生反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,氧化剂与还原剂均为NO2,质量之比为1∶2。根据题意有n(NO2)+n(NO)=[n(NO2)+n(NO)],n(NO2)∶n(NO)=3∶1。
(2)试管A中剩余的0.5a mL气体为NO,通入氧气后,发生反应:2NO+O2===2NO2、4NO2+O2+2H2O===4HNO3,总反应为4NO+3O2+2H2O===4HNO3。
(3)试管中充满气体时,根据氮原子守恒,n(HNO3)=n(气体)=×10-3 mol,c(HNO3)== mol·L-1。(共34张PPT)
氮氧化物与氧气和水反应的计算
微专题七
第3章
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一、体积差量法
NO2、NO(或N2)的混合气体通入水中，一般考虑3NO2+H2O===2HNO3+
NO，可利用气体体积变化差值进行计算，V剩=V原(NO或N2)+V(NO2)。
例1 将装有40 mL NO2、H2混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为20 mL，则原混合气体中NO2和H2的体积比是
A.5∶3 B.3∶5
C.3∶1 D.1∶3
√
设混合气体中NO2的体积为x。
3NO2+H2O===2HNO3+NO ΔV
3 mL 1 mL 2 mL
x 20 mL
由化学方程式可得=，解得x=30 mL，
则原混合气体中H2体积为40 mL-30 mL=10 mL，所以V(NO2)∶V(H2)
=30 mL∶10 mL=3∶1。
二、循环反应叠加法
1.NO2、O2的混合气体通入水中，由3NO2+H2O===2HNO3+NO和2NO+O2
===2NO2可得总反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3，由此可知：
V(NO2)∶V(O2)
V(NO)∶V(O2)
2.NO、O2的混合气体通入水中，根据总反应4NO+3O2+2H2O === 4HNO3可得出：
3.一定比例的NO、NO2、O2通入水中
(1)可先求出NO2和H2O反应生成的NO的体积，然后按2进行分析计算。
(2)也可认为NO与O2先反应生成NO2，NO2再与水反应。若O2过量，则按1计算；若转化后无O2，则按体积差量法计算。
例2 在一定条件下，将12 mL NO2和O2的混合气体通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中O2的体积可能为
①1.2 mL ②2.4 mL ③3 mL ④4 mL
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
√
由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知，若剩余的气体是O2，则V(NO2)=
×(12 mL-2 mL)=8 mL，V(O2)=12 mL-8 mL=4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)，根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO求出生成2 mL NO消耗NO2的体积为6 mL，则反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3消耗NO2和O2的总体积为6 mL，所以V(O2)=×(12 mL-6 mL)=1.2 mL。
例3 一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的
A. B.
C. D.
√
设NO和O2的体积分别为V，根据化学方程式4NO+3O2+2H2O===4HNO3，
等体积混合，剩余O2的体积为，原混合气体体积为2V，剩余气体体积为原气体体积的。
三、电子守恒法
当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若NO2或NO与O2混合，O得到电子，N失去电子，且得失电子数相等，这是利用得失电子守恒法解答此类题目的依据。
例4 NO、NO2、O2按照一定比例通入水中，能被完全吸收，无剩余气体。若NO、NO2、O2的气体体积分别为x、y、z，则x∶y∶z可能为
A.2∶6∶3 B.5∶1∶2
C.1∶2∶5 D.3∶6∶2
√
同温同压下，NO、NO2、O2的气体体积比等于其物质的量之比，NO、NO2与O2通入水中被完全吸收后生成HNO3，由得失电子守恒规律可知，NO、NO2失去的电子总数等于O2得到的电子数。
A项，NO、NO2、O2的体积比为2∶6∶3，则物质的量之比为2∶6∶3，由得失电子守恒可知2×3+6×1=3×4，正确；
B项，NO、NO2、O2的体积比为5∶1∶2，物质的量之比为5∶1∶2，此时5×3+1×1≠2×4，错误；
C项，NO、NO2、O2的体积比为1∶2∶5，物质的量之比为1∶2∶5，此时1×3+2×1≠5×4，错误；
D项，NO、NO2、O2的体积比为3∶6∶2，物质的量之比为3∶6∶2，此时3×3+6×1≠2×4，错误。
跟踪训练
1.将充有20 mL N2和NO2的混合气体的试管倒立在水槽中，充分反应后，试管残留10 mL气体，则原混合气体中N2和NO2的体积之比是
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.2∶3
√
跟踪训练
据3NO2+H2O===2HNO3+NO可知，
V(剩)=V(N2)+V(NO2)，
设N2有x mL，则NO2为(20-x) mL，
则V(剩)=10 mL=x mL+(20-x) mL
解得x=5，即V(N2)=5 mL。
V(NO2)=15 mL，所以V(N2)∶V(NO2)=1∶3。
跟踪训练
2.在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后立即通入280 mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(设烧瓶内液体未扩散到水槽中，且气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是
A.总反应为NO+NO2+O2+H2O===2HNO3
B.总反应为4NO+8NO2+5O2+6H2O===12HNO3
C.生成硝酸的物质的量浓度约为0.030 mol·L-1
D.生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 mol·L-1
√
跟踪训练
设反应前NO2的体积为x，NO的体积为y，则
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
x
4NO+3O2+2H2O===4HNO3
y y
跟踪训练
。
故参加反应的NO2与NO的物质的量之比为2∶1，则总反应为4NO+8NO2
+5O2+6H2O===12HNO3。根据氮元素守恒可得生成的HNO3的物质的量为0.03 mol，烧瓶内充满液体，则硝酸的体积为0.672 L，故c(HNO3)=≈0.045 mol·L-1。
跟踪训练
3.现有等体积混合而成的4组气体：①NO、NO2 ②HCl、N2 ③NO2、O2 ④Cl2、SO2，将其分别通入容积相同的试管中并立即倒立在足量水中，试管内水面上升的高度由高到低的顺序为
A.④②③① B.④③②①
C.②③①④ D.③②①④
√
跟踪训练
①二氧化氮和水能反应生成硝酸和一氧化氮：3NO2+H2O===2HNO3+
NO，一氧化氮和水不反应，根据化学方程式知，气体减少的体积是二氧化氮体积的
；
跟踪训练
②氯化氢极易溶于水，氮气不溶于水，且和水不反应，所以混合气体减少的体积为试管容积的；
③二氧化氮和氧气、水能反应生成硝酸：4NO2+O2+2H2O===4HNO3，根据化学方程式知，氧气剩余，参加反应的氧气的体积为氧气总体积的；
跟踪训练
④氯气、二氧化硫和水能发生氧化还原反应生成氯化氢和硫酸：Cl2+
SO2+2H2O===2HCl+H2SO4，且这两种物质极易溶于水，根据化学方程式知，Cl2、SO2完全反应，没有气体剩余，所以水充满整支试管，因此试管内水面上升的高度关系为④>③>②>①。
跟踪训练
4.有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是
A.1∶1∶2 B.4∶3∶2
C.4∶16∶13 D.4∶3∶4
√
跟踪训练
设NO2的物质的量为x mol、NO的物质的量为y mol、O2的物质的量为z mol。氧化过程：x mol NO2在反应中失去x mol电子；y mol NO在反应中失去3y mol电子；还原过程：z mol O2在反应中得到4z mol电子。根据得失电子守恒得x+3y=4z，然后把各选项中的数据代入上述等式，若等式成立，则该项的比值是可能的。
跟踪训练
5.将一支充有12 mL NO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。回答下列问题：
(1)下列图示正确的是 (填字母)。
C
跟踪训练
NO2溶于水发生反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO，12 mL NO2参与反应，生成的NO为4 mL，生成NO的体积占试管的。
跟踪训练
(2)若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为_________
_________________________，最终充入 mL氧气，才能使水全部充满。
变为红棕色，液面逐渐上升
无色气体
3
跟踪训练
向试管中缓缓充入O2，发生反应①：2NO+O2===2NO2，故气体颜色由无色变为红棕色，然后发生反应②：3NO2+H2O===2HNO3+NO，故液面逐渐上升，将①和②两式相组合得4NO+3O2+2H2O===4HNO3，要使水全部充满试管，需再充入3 mL氧气。
跟踪训练
6.如图所示，在水槽B中装有500 mL水，容积为a mL的试管A中充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入水槽B中。充分反应后，试管A中剩余0.5a mL气体。
(1)将试管A倒插入B槽中发生反应的化学方程式为____________________
_______，该反应中氧化剂与还原剂的质量之比为_______，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为 。
3NO2+H2O===2HNO3
+NO
1∶2
3∶1
跟踪训练
试管A倒插入水槽B中后，发生反应3NO2+H2O===2HNO3
+NO，氧化剂与还原剂均为NO2，质量之比为1∶2。根据题意有n(NO2)+n(NO)=[n(NO2)+n(NO)]，n(NO2)∶n(NO)
=3∶1。
跟踪训练
(2)通过导气管C向余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是_________________________
__________________________________________________
____________________________。
无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满，再继续通入氧气，试管中液面下降，最后充满无色气体
试管A中剩余的0.5a mL气体为NO，通入氧气后，发生反应：2NO+O2
===2NO2、4NO2+O2+2H2O===4HNO3，总反应为4NO+3O2+2H2O===
4HNO3。
跟踪训练
(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出，水槽B中溶液的物质的量浓度为 mol·L-1(设溶液的体积仍为500 mL)。
试管中充满气体时，根据氮原子守恒，n(HNO3)=n(气体)=×10-3 mol，c(HNO3)== mol·L-1。
