Question

常温常压下，将盛有20 mL NO₂和O₂的混合气体的大试管倒立在水槽中，水面上升至一定位置后不再变化，此时还有3 mL气体，则原混合气体中的NO₂的体积可能是

A．17.8 mL      B．14.8 mL       C．12.6 mL        D．12.4 mL

Answer

A

【解析】

试题分析：常温常压下，将盛有20 mL NO2和O2的混合气体的大试管倒立在水槽中，发生反应：4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3，水面上升至一定位置后不再变化，此时还有3 mL气体，这3ml气体可能是O2，页可能是NO，若是O2，则反应消耗气体的体积是17mL，根据反应方程式4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3中气体转化关系可知在原混合气体中NO2的体积是V（NO2）=4/5×17mL=13.6mL；若剩余气体是NO，由于NO是反应3NO2+ H2O == 2HNO3+ NO产生，相当于过量NO2的体积是9mL，发生反应4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3中反应的气体的体积是11mL，其中NO2的体积是4/5×11mL=8.8mL，则在原气体中含有NO2的总体积是9mL+8.8mL=17.8 mL。因此选项A符合题意。

【考点定位】考查氮的氧化物与氧气的混合气体与水反应的计算的知识。

【名师点睛】在氮元素的氧化物的化学计算中经常遇到混合气体通入水中，计算原混合气体的成分或计算反应产生的溶液的物质的量浓度的计算的知识。若将盛有NO2和O2的混合气体的大试管倒立在水槽中，首先发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应产生的NO与氧气发生反应：2NO+O2=2NO2，再继续发生前一个反应，循环往复无限次，若最终完全转化为硝酸，可以将第一个式子扩大2倍与第二个式子相加可得总反应方程式：4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3，这时气体完全转化为硝酸，根据氮元素守恒可知n（HNO3）=n（NO2），利用NO2在原混合气体中占的比例得到硝酸的物质的量，结合物质的量浓度定义式得到硝酸的浓度。若反应后剩余气体，该气体可能是O2、NO，若是氧气，用总体积减去过量的氧气的体积的发生反应4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3的气体的体积，根据反应的气体体积关系可得NO2、O2的体积；在原气体中含的NO2就是反应消耗的NO2；O2为反应消耗的和剩余的两部分的和；若为NO，相当于过量NO2，其体积要根据3NO2+ H2O == 2HNO3+ NO计算产生NO的 NO2的体积，用总的体积减去过量的NO2的体积，得到发生反应4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3的气体的体积，计算其中的NO2再加上过量的NO2的体积就是原混合气体中含有NO2的体积。若开始是NO、O2的混合气体通入水中发生反应的总反应方程式：4NO2+3O2+ 2H2O == 4HNO3，若二者恰好完全反应，则n（NO）:n（O2）=4:3；若剩余气体，可能是氧气，也可能是NO，分开讨论，用总混合气体的体积减去过量的气体的体积得到发生反应4NO2+3O2+ 2H2O == 4HNO3的气体的体积，用各自占的比例计算反应的NO、O2的体积，若NO过量，原混合气体中NO的体积为反应的NO与剩余的NO体积和，O2就是反应的气体的体积；若O2过量，则原混合气体中NO的体积就是反应的NO的体积；O2的体积是反应的氧气与剩余的氧气的体积和。因此要掌握混合气体通入水中的反应变化规律，会进行有关的化学计算。