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氮的氧化物溶于水的计算方法

发表时间:2022/12/22 16:58:25  作者:王摩尔  浏览次数:3322  
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对有关氮的氧化物溶于水的计算,同学们在学习中往往感到困难。其原因是这一溶解过程是通过循环往复的变化才达到平衡的。但仔细分析可知:这些过程所涉及的化学反应不外乎就是下面两个:3NO2+H2O=2HNO3+NO…..①

2NO+O2=2NO2…………②

所以,解答这类习题的关键就在对这两个方程的处理上。解答时可以采用消中间量法,将其中与前后反应相关的中间量消去,得到一总的反应式即可简便地解题。为此,本文就谈谈利用总反应式解答这类习题的方法。

一、总反应式的推导

按照混和气体的种类可以分两大类。一类是互不反应的两种气体混和溶于水,如N2和NO2、NO和NO2等,由于它们之间并不发生反应,因此,解这类习题时是比较简单的,不需对方程式进行合并,故本文不打算再赘述。另一类是相互要发生反应,如NO和O2;NO2和O2;NO、NO2和O2的混和气等,其情况就比较复杂,下面着重讨论如下:

1.NO和O2混和溶于水

此时可将前述①式×2,②式×3,将NO2从反应体系中消掉,即得总反应式:

3NO2+H2O=2HNO3+NO ×2

+) 2NO+O2=2NO2 ×3

————————————————

4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ③

2.NO2和O2混和溶于水

此时,NO2与水反应生成的NO是反应的中间产物,照第1种办法处理,将①式x2与②式合并即得总反应式:

4NO2+O2+2H2O=4HNO3..④

3.NO、NO2和O2混和溶于水

这时的情况就更复杂,一般可将①、②两式相加即得总反应式: NO+NO2+O2+H2O=2HNO3….⑤

运用上述五个反应式,即可方便地进行有关氮的氧化物的计算习题的解答。

二、总反应式的应用

1.判断反应体系中气体间量的关系

(1)由③式可知:

①当 VNO∶VO2= 4∶3 时,两种气体恰好完全反应,此时体系中没有气体剩余。

②当 VNO∶VO2< 4∶3 时,O2过量,剩余为气体O2。

③当 VNO∶VO2> 4∶3 时,NO过量,剩余气体为NO。

(2)由④式可知:

①当VNO2∶VO2= 4∶1时,二者恰好完全反应,体系中没有气体剩余。

②当VNO2∶VO2< 4∶1时,O2过量,剩余气体为O2。

③当VNO2∶VO2> 4∶1时,NO2过量,剩余气体为NO2与水反应生成的NO,其体积为剩余NO2体积的1/3。

(3)由③式知:

①当VNO∶VNO2∶VO2<1∶1∶1时,反应无气体剩余。

②当VNO∶VNO2∶VO2≠1∶1∶1时,则需根据具体情况判断。一般氧气不足时,剩余气体为NO。

2.利用总反应式巧解习题。

例1 在一定条件下,将等体积的NO和O2的混和气体充满一大试管,并将试管倒扣在水中,分反应后剩余何种气体,其体积。

解:设NO和O2的体积分别为V毫升,参加反应的O2体积为X毫升,由③式

4NO+3O2+H2O=4HNO3

4 ……….3

V ……….V

∵VNO ∶VO2 <4∶3

∴O2过量

则参加反应的O2为:

x=3V/4 (毫升)

∴剩余O2的体积为:

V-3V/4=V/4 (毫升)

例2将装满24毫升氧气和二氧化氮的试管倒扣在水中,过一段时间反应完全后,试管内还剩有5毫升气体,求原混和气体中NO2和O2各为多少毫升?

解:剩余的5毫升气体可能是O2,也可能是NO,因此,这类题常需讨论解答,其答案亦有两个。

(1)若剩余的5毫升气体为O2,设体系中O2的体积为x毫升,则NO2为(24-x)毫升,参加反应的O2为(x-5)毫升。由④式得:

4NO2+O2+2H2O=4HNO3

4 ………..1

(24-x) (x-5)

4∶(24-x)=1∶(x-5)

解得:x=8.8(毫升)

∴VNO2=24-8.8=15.2(毫升)

(2)若剩余的5毫升气体为NO,设生成这些NO需要y毫升NO2与水反应,则由①式得:

3NO2+H2O=2HNO3+NO

3 ………………………………..1

y ………………………………..5

3∶y=1∶5

解得: y=15(毫升)

又设参加反应的O2为Z毫升,则与水反应的NO2的体积为

(24-15-Z)=(9-Z)毫升,

由④式得:

4NO2 + O2+2H2O=4HNO3

4 ………….1

(9-Z)……. Z

4∶(9-Z)=1∶Z

解得:Z=1.8(毫升)

∴VNO2=24-1.8=22.2(毫升)

例3 在相同条件下把6毫升NO2和5毫升NO混和后,充入一大试管里,然后把试管倒置放入盛水的大水槽里,再向空虚试管内通入5毫升O2,待反应完毕后,问有无气体剩余?是什么气体?体积是多少?

解一、直接解答。

由⑤式

NO+NO2+O2+H2O=2HNO3

∵ VHNO3 ∶ VNO2 :VO2

=5∶6∶5

=1∶1.2∶1

∴ NO2气体过量,而过量的NO2将与水反应生成NO,所以,剩余的气体为NO,其体积为:

1×1/3=0.3(毫升)

解二、分步解答

(1)设NO2与水反应生成x毫升NO,由①式

3NO2+H2O=2HNO3+NO

3 ………………………………..1

6 ………………………………..x

3∶6=1∶x

解得:x=2(毫升)

∴体系中NO的总体积为:

5+2=7(毫升)

(2)设与O2反应的NO为y毫升,由③式

4NO+3O2+2H2O=4HNO3

4 ……….3

y ……….5

4∶y=3∶5

解得:y=6.67(毫升)

∴剩余的NO体积为:

7-6.67=0.33(毫升)

由上述分析可见,对解氮的氧化物与O2混和溶于水的问题,通过巧妙合并有关反应方程式,完全可以达到快速、简捷、准确地解答问题的目的。

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