专题7 微专题(三) 氮的氧化物和水的反应计算（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中化学必修第二册【精讲精练】苏教版

[问题导引] 1．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置(夹持装置已省略)，并检查装置的气密性，实验前用排水法收集NO。 (1)打开止水夹a，推动注射器活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是什么？写出产生此现象的化学方程式。 (2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象是什么？利用化学方程式解释产生这种现象的原因是什么？ (3)假设烧瓶内充有100 mL NO，通入多少O2才能使水充满试管？ 提示　(1)首先观察到的现象是烧瓶中的气体由无色变为红棕色，反应的化学方程式为2NO＋O2===2NO2。 (2)摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中的红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸到烧瓶内，导致烧瓶中液面上升。 (3)已知：2NO＋O2===2NO2　①，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　②，由反应的化学方程式：①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管，故需通入75 mL O2。 2．若将NO和O2按照1∶1的体积比充入烧瓶中，将烧瓶倒置于盛有水的水槽中，是否有物质剩余？若有剩余，剩余的气体体积占原烧瓶体积的几分之几？ 提示　有剩余，。根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，可知有氧气剩余，由剩余气体的体积公式可得：＝＝＝。 3．NO2是酸性氧化物吗？工业生产硝酸时，能否将NO2完全转化为硝酸？写出转化过程的总反应化学方程式。 提示　NO2不属于酸性氧化物，原因是NO2与水反应生成HNO3和NO，NO2与HNO3中氮元素的化合价不同，因此NO2不是HNO3对应的酸性氧化物。工业生产硝酸时，通入过量O2，可以把NO2完全转化为HNO3。 化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO① 2NO＋O2===2NO2② 由①×2＋②得总化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。 [方法总结] 1．氮的氧化物溶于水的计算规律 (1)相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　a 2NO＋O2===2NO2　b 由化学方程式a×2＋b得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　c 由化学方程式a×2＋b×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　d (2)氮的氧化物溶于水的四种类型 ①NO2：NO2溶于水时仅涉及反应a，剩余气体为NO； ②NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应c。NO2和O2的量的关系见下表： x＝ 0＜x＜ x＝ x＞ 反应情况 O2过量 并剩余 恰好完 全反应 NO2过量又发生 反应a，剩余NO ③NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应d，NO和O2的量的关系见下表： x＝ 0＜x＜ x＝ x＞ 反应情况 O2过量 并剩余 恰好完 全反应 NO过量 并剩余 ④NO、NO2和O2三种气体通入水中 先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再计算。 2．氮的氧化物溶于水的计算技巧 电子守恒法：当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。 1．对于反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，下列说法正确的是(　　) A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2 B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2 C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂 D．在反应中若有3 mol NO2参与反应时，有1 mol电子发生转移 解析　该反应中N元素的化合价由＋4价变为＋5价和＋2价，所以生成硝酸的二氧化氮是还原剂，其计量数是2，生成NO的二氧化氮是氧化剂，其计量数是1，所以氧化剂和还原剂的物质的量、质量之比都是1∶2，A正确；该反应中氧化产物是硝酸，还原产物是NO，所以氧化产物和还原产物的物质的量之比是2∶1，B错误；该反应中N元素的化合价由＋4价变为＋5价和＋2价，所以二氧化氮既是氧化剂又是还原剂，水中各元素化合价都不变，所以既不是氧化剂又不是还原剂，C错误；根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应可知，该反应转移2 mol电子，消耗3 mol NO2，在反应中若有3 mol NO2参与反应时，有2 mol电子发生转移，D错误。 答案　A 2．相同状况下，将分别盛满如下体积比的混合气体的四支相同的试管倒立于水槽中，最后试管内液面上升的高度最高的是(　　) A．V(NO2)∶V(O2)＝2∶1 B．V(NO)∶V(O2)＝2∶1 C．V(N2)∶V(O2)＝2∶1 D．V(NO2)∶V(NO)∶V(O2)＝1∶1∶1 解析