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《氮的氧化物与氧气和水反应的计算》教案

一、相关反应原理

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①

2NO＋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

二、常见的类型

1．NO2气体(或NO2与NO、N2等气体)溶于水

NO2或NO2与NO、N2等气体的混合气体溶于水时仅涉及反应①，可利用气体体积变化差值进行计算：V剩＝eq\f(1,3)V(NO2)或V剩＝V(其他气体)原＋eq\f(1,3)V(NO2)。

2．NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：

x＝eq\f(V?NO2?,V?O2?)

0xeq\f(4,1)

x＝eq\f(4,1)

xeq\f(4,1)

反应情况

O2过量，剩余气体为O2

恰好完全反应，无气体剩余

NO2过量，又发生反应①，只剩余NO

3.NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：

x＝eq\f(V?NO?,V?O2?)

0xeq\f(4,3)

x＝eq\f(4,3)

xeq\f(4,3)

反应情况

O2过量，剩余O2

恰好完全反应，无气体剩余

NO过量，剩余NO

4.NO、NO2和O2通入水中的计算

(1)可先求出NO2和H2O反应生成的NO的体积，然后按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3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4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行分析计算；若转化后无O2剩余，则按关系式法计算。

(3)有关NO、NO2、O2混合气体与H2O反应后剩余气体的问题，因NO2与H2O反应，NO与O2反应，所以剩余的气体只可能为NO或O2中的一种，绝对不会剩余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”从组成上均相当于“N2O5”的组成，也就是N、O的原子个数比符合2∶5时，氮的氧化物和氧气均无剩余，这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析：

N(N)∶N(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＜2∶5，O2剩余,＝2∶5，恰好完全反应,＞2∶5，剩余NO))

2．电子守恒法

对于“NO＋NO2＋O2＋H2O”型，当反应后，无气体剩余，则N均被氧化为＋5价(存在于HNO3中)，O被还原为－2价(存在于HNO3中)，得失电子情况如下：

NO2－e－→HNO3，NO－3e－→HNO3，O2＋4e－→HNO3。

根据得失电子守恒知，n(NO2)＋3n(NO)＝4n(O2)。因实际应用中，气体量通常用体积表示，由阿伏加德罗定律推论知，同温同压下气体体积比等于气体物质的量比。故又有V(NO2)＋3V(NO)＝4V(O2)。

上述公式具有广泛的适用性，若体系中没有NO，则V(NO)＝0，由此有V(NO2)＝4V(O2)；当体积中没有NO2时，则有3V(NO)＝4V(O2)。若将有关物质的已知量代入上述公式后能使等式成立，则气体恰好反应完全；若不能使等式成立，则数值较大的一侧对应的物质过量。应注意的是，无论何种体系，最终剩余的气体不可能是NO2。

1．有一充有20mLNO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2体积比为(气体体积均在相同状况下测得)()

A．2∶3B．3∶2C．1∶4D．4∶1

答案A

解析二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应，所以，剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V，则：

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO气体体积减少

312

V20mL－12mL＝8mL

所以V＝eq\f(3×8mL,2)＝12mL，即二氧化氮的体积为12mL，则原混合气体中一氧化氮的体积为20mL－12mL＝8mL，则原混合气体中NO和NO2体积比为8mL∶12mL＝2∶3。

2．在标准状况下，将O2和NO2按1∶4的体积比充满干燥烧瓶，把烧瓶倒置于水中，瓶内液体逐渐上升，假设烧瓶内溶液不扩散，最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为()

A.eq\f(1,14)mol·L－1 B.eq\f(4,5)mol·L－1

C.eq\f(1,28)mol·L－1 D.eq\f(1,42)mol·L－1

答案C

解析设烧瓶的体积为VL，由4NO2＋O2＋2H2O===4