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        氮氧化物溶于水的相關(guān)計(jì)算

        2020-10-09 02:09:29高超
        科教導(dǎo)刊·電子版 2020年20期

        高超

        摘 要 對(duì)于氮氧化物溶于水的問題, 一般設(shè)計(jì)為裝滿氣體的容器(試管或燒瓶)倒扣于盛滿水的容器中;或是向倒扣于水槽的容器內(nèi)充入以上氣體。此類問題經(jīng)常涉及多步反應(yīng)或循環(huán)反應(yīng),許多學(xué)生解決此類問題時(shí)往往頭緒不清,束手無策。筆者根據(jù)題目所求的物理量,將常見題目分為兩類:氧氣體積類、物質(zhì)的量濃度類,分別舉例分析如下。

        關(guān)鍵詞 氮氧化物 溶于水 計(jì)算

        中圖分類號(hào):G632.749文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        1氧氣體積類

        例1:將12 mL NO2和O2的混合氣體通入倒置于水槽且裝滿水的量筒中,充分反應(yīng)后,量筒內(nèi)剩余2mL氣體,則原混合氣體中O2的體積可能是()

        A.1.2 mL B.2.4 mL C.3.6 mL D.4.0 mL

        解析 NO2和O2混合氣體的試管倒立于水中發(fā)生反應(yīng):4NO2+O2+2H2O=4HNO3最后剩余的2mL氣體可能為氧氣(氧氣過量),也可能是NO氣體(NO2過量)。

        (1)若剩余氣體為O2,設(shè)參加如上反應(yīng)消耗的氧氣為x,則消耗的NO2為4x,即:5x=12mL-2mL=10mL,解得:x=2mL.則氧氣的總量為:2mL+2mL=4mL;

        (2)若剩余氣體為NO氣體,則有3NO2+H2O=2HNO3+NO,說明過量的NO2為2mL?=6mL,反應(yīng)4NO2+O2+2H2O=4HNO3消耗的氣體總體積為12mL-6mL=6mL,設(shè)反應(yīng)消耗的氧氣為y,則消耗的NO2為4y,則有:5y=6mL,y=1.2mL,即此時(shí)氧氣為1.2mL。

        例2:在一定溫度和壓強(qiáng)下,將一個(gè)容積為30 mL的試管充滿NO2后,倒置于一個(gè)盛水的水槽中,當(dāng)試管內(nèi)液面上升至一定高度不再變化時(shí),相同條件下再通入O2,若要使試管內(nèi)液面仍保持在原高度,則應(yīng)通入O2體積為(? ? ?)

        A.7.5 mL B.15 mL C.17.5 mL D.21 mL

        解析 由反應(yīng)3NO2+H2O=2HNO3+NO可知,30 mL NO2與水反應(yīng)后生成10 mL NO,通入O2后將發(fā)生反應(yīng):4NO+3O2+2H2O=4HNO3,10 mL NO完全反應(yīng),需通入O2的體積為10 mL?/4=7.5 mL,若要使試管內(nèi)液面仍保持在原高度,通入的O2需與10 mL NO完全反應(yīng)后仍剩余10 mL,故應(yīng)通入O2的體積為7.5 mL+10 mL=17.5 mL 。

        2物質(zhì)的量濃度類

        例3:在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,將NO2和O2按4:1體積比充滿干燥試管,把試管倒置于水中,試管內(nèi)液體逐漸上升,假設(shè)試管內(nèi)溶液不擴(kuò)散,求最終試管內(nèi)溶液里溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度。

        解析:設(shè)燒瓶的體積為V L,由4NO2+O2+2H2O=4HNO3知NO2和O2恰好完全反應(yīng),所以最終液體充滿整支試管,溶液的體積為VL,NO2的物質(zhì)的量為4/5 VL ?2.4 L·mol-1=V/28 mol。根據(jù)氮原子守恒,硝酸的物質(zhì)的量即為NO2的物質(zhì)的量。所以硝酸的物質(zhì)的量濃度為V/28 mol 鱒L=1/28 mol·L-1≈0.036mol·L-1。

        問題拓展:若將例3中“將NO2和O2按4:1體積比充滿干燥試管”改為“將NO和O2按4:3體積比充滿干燥試管”,其余條件不變,則計(jì)算結(jié)果如圖1左下所示。若將題目改為“試管中充滿NO2(NO),倒置于水槽中,分別往試管中通入氧氣,至液體恰好充滿整支試管”,則計(jì)算結(jié)果如圖1左上(右上)所示。

        例4:在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,將O2和NO2按1:2體積比充滿干燥燒瓶,把燒瓶倒置于水中,瓶?jī)?nèi)液體逐漸上升,假設(shè)燒瓶?jī)?nèi)溶液不擴(kuò)散,最終燒瓶?jī)?nèi)溶液里溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為()

        A.1/14 mol·L-1 B.4/5 mol·L-1

        C.1/28 mol·L-1D.1/42 mol·L-1

        解析:設(shè)燒瓶的體積為V L,由4NO2+O2+2H2O=4HNO3又O2和NO2的體積比為1:2(O2過量),知NO2的體積為2/3 VL,參加反應(yīng)的氧氣的體積為2/3 VL?=1/6VL,所以最終溶液的體積為2/3 VL+1/6VL=5/6 VL,NO2的物質(zhì)的量為2/3 VL ?2.4 L·mol-1=1/33.6 mol,所以硝酸的物質(zhì)的量濃度為1/33.6 mol ?/6 VL=1/28 mol·L-1。

        問題拓展:若將例4中“將O2和NO2按1:2體積比充滿干燥燒瓶”改為“將O2和NO按1:2體積比(O2不足)充滿干燥燒瓶”,其余條件不變,則最終燒瓶?jī)?nèi)溶液里溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為1/39.2 mol·L-1。若改為“將O2和NO按1:1體積比(NO不足)充滿干燥燒瓶”,其余條件不變,則最終燒瓶?jī)?nèi)溶液里溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度仍為1/39.2 mol·L-1。

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