氮氧化物溶于水的相關計算

高超

摘 要 對于氮氧化物溶于水的問題， 一般設計為裝滿氣體的容器（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充入以上氣體。此類問題經常涉及多步反應或循環反應，許多學生解決此類問題時往往頭緒不清，束手無策。筆者根據題目所求的物理量，將常見題目分為兩類：氧氣體積類、物質的量濃度類，分別舉例分析如下。

關鍵詞 氮氧化物 溶于水 計算

中圖分類號：G632.749文獻標識碼：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，充分反應后，量筒內剩余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生反應：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，設參加如上反應消耗的氧氣為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4NO2+O2+2H2O=4HNO3消耗的氣體總體積為12mL-6mL=6mL，設反應消耗的氧氣為y，則消耗的NO2為4y，則有：5y=6mL，y=1.2mL，即此時氧氣為1.2mL。

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

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

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

2物質的量濃度類

例3：在標準狀況下，將NO2和O2按4：1體積比充滿干燥試管，把試管倒置于水中，試管內液體逐漸上升，假設試管內溶液不擴散，求最終試管內溶液里溶質的物質的量濃度。

解析：設燒瓶的體積為V L，由4NO2+O2+2H2O=4HNO3知NO2和O2恰好完全反應，所以最終液體充滿整支試管，溶液的體積為VL，NO2的物質的量為4/5 VL ？2.4 L·mol-1=V/28 mol。根據氮原子守恒，硝酸的物質的量即為NO2的物質的量。所以硝酸的物質的量濃度為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，則計算結果如圖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”，則計算結果如圖1左上（右上）所示。

例4：在標準狀況下，將O2和NO2按1：2體積比充滿干燥燒瓶，把燒瓶倒置于水中，瓶內液體逐漸上升，假設燒瓶內溶液不擴散，最終燒瓶內溶液里溶質的物質的量濃度為（）

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的物質的量為2/3 VL ？2.4 L·mol-1=1/33.6 mol，所以硝酸的物質的量濃度為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，則最終燒瓶內溶液里溶質的物質的量濃度為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，則最終燒瓶內溶液里溶質的物質的量濃度仍為1/39.2 mol·L-1。