Question

如图所示：在B水槽中装有500 mL水，容积为a mL的试管A充满了NO₂和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a mL。

（1）将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，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)。

Answer

3NO2+H2O===2HNO3+NO 1∶2 3∶1 无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体

【解析】

（1）将A倒插入B水槽中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，根据化合价变化判断氧化剂、还原剂及其质量之比；根据气体体积减小量，利用差量法计算二氧化氮的体积，进而计算NO的体积，体积之比等于物质的量之比；

（2）剩余NO，持续通入氧气，会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，据此分析实验现象；

（3）根据氮元素守恒可知n（HNO3）=n（NO2）+n（NO），再根据c=n/V计算所得硝酸的浓度。

（1）将A倒插入B水槽中，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮气体，反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO，该反应中,二氧化氮中+4价N元素被氧化成+5价的硝酸，同时被还原成+2价的一氧化氮，则3mol二氧化氮参与反应，作氧化剂被还原的二氧化氮为1mol，作还原剂被氧化的有2mol，因此氧化剂与还原剂的质量之比为1:2；充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)试管A倒插入B水槽中，充分反应后试管A中余下气体的体积为0.5a mL，设NO为ymL，NO2为xmL，则

3NO2+H2O=2HNO3+NO

3 1

x x/3

因此y+x/3=0.5a，又因为x+y=a，解x=0.75a，y=0.25a，相同条件下体积之比是物质的量之比，因此原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为3：1；

（2）剩余NO，持续通入氧气会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，无色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体，因此本题正确答案是：无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体；

（3）根据氮元素守恒可知水槽中生成硝酸的物质的量为n（HNO3）=n（NO2）+n（NO）=a/22400 mol，故硝酸的浓度为c(HNO3)=a/22400 mol÷0.5L=a/11200 mol/L。