氮氧化物与水反应的计算

第八讲氮氧化物与水反应的计算（难点）
一．氮氧化物与水反应的四种基本形式
1．NO2 或NO2 与N2 （非O2 ）的混合气体与水反应的计算
2．NO2 与O2 的混合气体与水反应的计算
3．NO与O2 的混合气体与水反应的计算
4．NO2 、NO、O2 三种混合气体与水反应的计算
二．两个基本反应式与三个基本关系式
1．两个基本反应式
3 NO2 + H2O == 2 HNO3 + NO………①
2 NO + O2 == 2 NO2………②
2．三个基本关系式
⑴．①×2+ ②，意在消去中间产物NO得出NO2、O2 全部转化为 HNO3的关系式1：4 NO2
+ O2 + 2 H2O == 4 HNO3
⑵．①×2+ ②×3，意在消去NO2得出NO 、O2全部转化为 HNO3的关系式2：
4 NO+3 O2 + 2 H2O == 4 HNO3
⑶．⑴、⑵两关系式相加得关系式3：
NO2 + NO + H2O + O2 ==2HNO3
它揭示的是当NO2 、NO、 O2 的物质的量相等时将全部转化为硝酸，谁都没有剩余。

三．两个基本反应式与三个基本关系式的应用
1．NO2 或NO2 与N2 （非O2 ）的混合气体与水反应的计算
例1．将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立与水中，经足够时间后，试管内气体的体积缩小为原体积的3/5，则原混合气体中N2和NO2的体积比是：
A 1：1
B 2：3
C 1：3
D 3：1
解析：设试管的容积为1体积，其中含N2的体积为X,含NO2的体积为Y。

由基本反应式①：3 NO2 + H2O == 2 HNO3 + NO可知：Y体积NO2 溶于水生成Y/3体积不溶于水的NO，于是，得如下方程组：
X+Y = 1 解得：X = 2/5 V（N2 ）：V（NO2 ）= 2：3
X+Y/3 = 3/5 Y = 3/5
结论1：NO2 或NO2 与N2 （非O2 ）的混合气体与水反应的计算，可依据3 NO2 + H2O == 2 HNO3 + NO基本反应式，根据反应前后气体体积差值计算。

2．NO2 与O2 的混合气体与水反应的计算
例2．将标准状况下的NO2 与O2 按体积比4：3混合后充入一干燥烧瓶中，然后将烧
瓶倒立于水中，充分作用后烧瓶内溶液的物质的量浓度为：
A 1/ mol/L
B 4/7×1/ mol/L
C 4/5×1/ mol/L
D 4/5 mol/L
解析：设烧瓶容积为1升，则V（NO2 ）：V（O2 ）= 4：3
1升混合气体中，V（NO2 ）= 4/7 L、V（O2 ）= 3/7 L，则有：
4 NO2 + O2 + 2 H2O == 4 HNO3
4× 4
4/7 3/7 X (O2过量2/7 L)
X = （4/7）/ mol
烧瓶中残留O2 2/7 L 烧瓶中溶液 5/7 L
C(HNO3 ) == X/ (5/7 L) == 4/5×1/ mol/L
结论2：NO2 与O2 的混合气体与水反应的计算要应用4 NO2 + O2 + 2 H2O == 4 HNO3 关
系式，当：
V（NO2 ）：V（O2 ）== 4：1时，恰好完全反应；
V（NO2 ）：V（O2 ）〉4：1时，NO2 过量，剩余气体为NO
V（NO2 ）：V（O2 ）〈 4：1时，O2 过量，剩余气体为O2
3．NO与O2 的混合气体与水反应的计算
例3：将一充满NO的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的O2，试管中恰好充满水时，通入的O2与原NO的体积比为多少？假设生成的溶质不向外扩散，且为标准状况，则所得溶液的物质的量浓度为多少？
解析：依据与反应的关系式4 NO+3 O2 + 2 H2O == 4 HNO3 ，试管中恰好充满水时，也就是O2与NO完全反应时，V（O2 ）：V（NO）= 3：4
C(HNO3 )==n(HNO3 ) / V( HNO3 ) ==n(NO) / V(NO)== 1/ mol/L
(NO的体积就是HNO3溶液的体积，NO的物质的量就是HNO3的物质的量。

)
结论3：NO与O2 同时通入水中时，应选用关系式4 NO+3 O2 + 2 H2O == 4 HNO3 ，当：V（NO）：V（O2 ）〈 4：3时，剩余O2 ；
V（NO）：V（O2 ）〉4：3时，剩余NO ；
V（NO）：V（O2 ）== 4：3时，恰好完全反应。

4．NO2 、NO、O2 三种混合气体与水反应的计算
例4．把40ml NO 和NO2 的混合气体与20ml O2 同时通入倒立在水槽里盛满水的量筒中，充分反应后，量筒里还剩下5ml气体。

求原混合气体中NO 、NO2 各是多少毫升？（气体体积均在相同条件下测得）
解析：剩余气体只存在两种可能性：
⑴．剩余5毫升气体是O2 ,设原混合气体中NO 、NO2 分别为x、y毫升
依据关系式 4 NO ~ 3 O2 4NO2 ~ O2
X 3/4 X y y/4
X+y==40
3x/4 + y/4 == 20 – 5 解得x = 10(ml) y = 30(ml)
⑵．剩余5毫升气体是NO
依据关系式4 NO ~ 3 O2 4NO2 ~ O2
x-5 3/4(x-5) y y/4
x+y = 40
3/4(x-5) + y/4 = 20 解得x = (ml) y = (ml)
结论4：①混合气体中既有NO又有 NO2 ，必须用两个关系式：4 NO2 + O2 + 2 H2O == 4 HNO3 ；
4 NO+3 O2 + 2 H2O == 4 HNO3 分别考虑各自的转换加以计算。

②关键是必须考虑剩余气体的两种可能性，提供两组可能的解。

四．课后习题
1．如右图所示试管中充满了标准状况下的气体，充分溶解和反应之后，若溶液全部留在试管中，所得溶液的浓度不是1/L的是
A．HCl B．NH3
C．NO2、O2(体积比4∶1) D．NO2
2．一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立在水里。

充分反应后，剩余气体的体积与原混合气体的体积比是多少？
3．将Vml NO2 和NO的混合气体通过水吸收后，得到aml无色气体A，将此气体与等体积的O2混合，再用水充分吸收，收集到5ml无色气体B，试回答：
① A、B分别是什麽气体？
② A气体的体积是多少？
③求出V的取值范围
4．室温时，容积为18ml的试管里充满NO2气体，然后将它倒置在水中，直到管内水面不再上升为止，再通入6mlO2，最后试管中还有：
A 3ml O2
B O2
C 3mlNO D
5.已知 NO2和NaOH溶液反应：2NO2 + 2NaOH == NaNO2 +NaNO3 + H2O;
NO 和NO2 与 NaOH溶液反应：NO + NO2 + 2NaOH == 2 NaNO2+ H2O;
在盛有amolNO、bmol NO2和cmol O2的密闭容器中压强几乎为零，设密闭容器的容积为VL,则NaOH溶液的物质的量浓度是多少？
6．相同状况下，在体积相同的三个烧瓶中分别盛有NH3、HCI和 NO2 气体，并分别倒立在水槽里。

充分溶解后烧瓶内三种溶液物质的量浓度为（设烧瓶内三种溶液未扩散到水槽里）A1:1:1 B 2:2:3 C 3:3:2 D 2:2:1
7.标准状况下，由NO2、O2、 NH3 三种气体组成的混合气体11.2 L,让其反复通过稀HNO3 溶液，质量增加14.2g，最后气体体积缩小到1.12 L，该剩余气体遇空气不变色，求原混合气体的组成。

8．某硝酸盐R（NO3）2受热分解为RO、NO2和O2，将生成的气体充满一干燥烧瓶（标况），再将烧瓶倒置在水中，当液面不再上升时，烧瓶中溶液的物质的量浓度为（B）
A． mol·L-1 B． mol·L-1 C． mol·L-1 D． mol·L-1
9．将盛有a mL NO2和O2的试管倒扣在水里，最后试管中剩余气体的体积是a/6 mL。

则原试管中NO2和O2的体积比是
A．6：1 B．2：1 C．1：2 D．9：1
10．在标况下，和O2的混合气体，通过足量Na2O2并充分反应后，再缓缓通入倒扣在水中充有的试管中，当反应完毕时，试管里恰好充满液体，求原混合气体中CO2和O2各多少mL？
五、参考答案
1、C ；[该类问题的解题思路是:设进入容器的液体体积为升（标况），也就是被吸收气体的总体积为升，若这些气体转化成的溶质是1 mol，所得溶液的物质的量浓度即为1/L，C中假定NO2为4体积，O2为1体积，被吸收气体总体积为5，即溶液体积为5体积，而只有4/5(NO2)体积转化为溶质HNO3 ，故溶液体积小于1/]
2、1：8 ；（依据关系式4 NO+3 O2 + 2 H2O == 4 HNO3 ，试管中将剩余1/8 O2）
3、①A: NO(NO不溶于水，该气体只能是NO) B: O2 （NO与O2完全反应的比例为4：3，如今二者比例为4：4，剩余的只能是O2 ，且为O2总量的1/4，也是NO气体体积的1/4）②20mol ③20<V<60 （分别计算假如混合气体全是NO或NO2时的V值）
4、B；(NO2被水吸收2/3，生成NO 1/3，所以NO为6ml，完全吸收6mlNO需
5、(a+b)/V ；（压强为零表明气体被完全吸收，气体的物质的量等于NaOH物质的量）
6、A；（只要设进入容器的溶液体积为升(标况)，再观察1mol该气体转化为溶质的物质的量是否也是1mol，该类问题都可明明白白作答。

）
7、NO2 ; O2 ; NH3
解析：剩余气体遇空气不变色，只能是O2 ,为 mol，NH3被全吸收。

设混合其中NH3的物质的量为x、被吸收的O2 物质的量为y、则NO2物质的量为4y
X+5y= 17x+32y+46×4y=
解以上方程组即可。

8、B；（详见第1题解析）
9、BD；（该题有两种可能情况：①剩余气体为O2，即反应的5a/6 mL中，V(NO2) ：V(O2)=4：
1,选B；②O2不足则剩余a/6 mL NO,∵3 NO2~1 NO,即有3a/6 mL的NO2没有消耗O2，实际消耗了O2的为3a/6 mL，且按V(NO2) ：V(O2 )=4：1进行，选D。

）
10．VCO2=8mL VO2= mL[∵4 NO～3 O2，∴消耗O2总量为×3/4 =（ml）,设原混合气体中O2为xml，CO2为yml，又∵CO2与过量Na2O2反应时，2 CO2～1 O2，∴有y/2+x=; x+y=]。