第3章 微专题(五) 氮氧化物与O2、H2O反应的计算 （Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学必修第一册（鲁科版）

[学科素养]　通过氮氧化物与O2、H2O反应原理的分析和探究建立氮氧化物与O2、H2O反应计算的模型，形成证据推理与模型认知的核心素养。 一、计算依据 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO① 2NO＋O2===2NO2② 由方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③ 由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④ 二、计算类型 1．NO2和O2溶于水的计算 　将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体，则原混合气体中O2的体积和剩余的2 mL的气体分别是(　　) A．1.2 mL，NO B．2.4 mL，O2 C．3.5 mL，O2 D．4 mL，NO [解析]　解此题依据的化学反应原理为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，设O2的体积为x。剩余的气体有两种可能：①若剩余O2，则V剩＝x－(12 mL－x)＝2 mL，解得x＝4 mL，B、C不正确。②若剩余NO，则V剩＝[(12 mL－x)－4x]＝2 mL，解得x＝1.2 mL，D不正确。 [答案]　A NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。 其计算如下表： x＝ 0＜x＜ x＝ x＞ 反应情况 O2过量，剩余气体为O2 恰好完全反应 NO2过量，剩余气体为NO [变式训练] 1．将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，将量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5 mL。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是(　　) A．9∶1 B．18∶7 C．41∶9 D．1∶1 解析　NO2和O2与水的反应属于循环反应，可简化为：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，对该反应来说，若NO2剩余，则实际是NO，由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知，剩余NO气体是5 mL，说明剩余的NO2为5 mL×3＝15 mL，其余的35 mL气体中V(NO2)∶V(O2)＝4∶1，则混合气体中氧气的体积为35 mL×＝7 mL，二氧化氮的体积为50 mL－7 mL＝43 mL，则原混合气体中NO2和O2体积比为43 mL∶7 mL＝43∶7；若剩余气体是O2，则反应的45 mL中V(NO2)∶V(O2)＝4∶1，原混合气体中二氧化氮的体积为45 mL×＝36 mL，氧气为50 mL－36 mL＝14 mL，原混合气体中NO2和O2体积比为36 mL∶14 mL＝18∶7。 答案　B 2．NO和O2溶于水的计算 　一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的(　　) A. B． C. D． [解析]　由于相同条件下NO和O2等体积，则二者等物质的量，当二者溶于水时，发生反应 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4 mol　3 mol 设初始时NO和O2的物质的量均为4 mol，则4 mol NO反应掉3 mol O2，还剩余1 mol O2，则剩余O2为原气体总体积的。 [答案]　C NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 其计算如下表： x＝ 0＜x＜ x＝ x＞ 反应情况 O2过量，剩余气体为O2 恰好反应，无气体剩余 NO过量，剩余气体为NO [变式训练] 2．如图所示，当向试管内通入21 mL O2时，最后试管中的液面仍在原来的位置，则原试管中NO体积为(　　) A．6 mL B．12 mL C．16 mL D．18 mL 解析　据题意可推知反应后试管内气体为O2，且其体积与原NO体积相同。因发生反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，设原试管中NO为x mL，则反应后试管中剩余O2也有x mL，根据反应方程式有4∶3＝x∶(21－x)，解得x＝12。 答案　B 3．NO、NO2和O2通入水中的计算 　有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是(　　) A．1∶1∶2 B．4∶3∶2 C．4∶16∶13 D．4∶3∶4 [解析]　反应后容器中仍充满溶液，说明没有气体剩余，根据反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3进行判断。若NO2为1体积，NO为1体积，则消耗体积O2，故NO2、NO和O2的体积比为1∶1∶1，A项不符合题意；若NO2为4体积，NO为3体积，则消耗体积O2，B项不符合题意；同理可得出C项符合题意，D项不符合题意。 [答案]　C (1)可先由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO求出生成NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，再按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3进行分析计算。 (2)先由反应2NO＋O2===2NO2求出生成NO2的体积，再加上原混合气体中NO2的体积，再按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行分析计算。 (3)有关NO、NO2、O2混合气体与H2O反应后剩余气体的问题，因NO2与H2O反应，NO与O2反应，所以剩余的气体只可能为NO或O2中的一种，绝对不会剩余NO2。　 [变式训练] 3．将充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中，然后通入m mL O2，若m<n，则充分反应后，量筒内剩余的气体体积为(　　) A．3(m－n) mL B．(m＋n) mL C．(m－n) mL D． mL 解析　发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故NO与NO2按1∶1混合的总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3，充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中，然后通入m mL O2，由于m<n，故按总反应进行，NO2有剩余，剩余NO2的体积为n mL－m mL＝(n－m) mL，再发生3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故生成NO的体积为(n－m) mL。 答案　D 1．(2024·重庆期中)将盛8 mL一氧化氮和18 mL二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中，通入一定量的氧气，完全反应后，剩余气体体积为2 mL，且该气体不支持燃烧，则充入的氧气的体积为(　　) A．6 mL B．9 mL C．10 mL D．12 mL 解析　将NO和NO2混合气体倒置于水中，通入一定量的氧气，发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，完全反应后，剩余气体体积为2 mL，且该气体不支持燃烧，可知剩余2 mL气体为NO，以此来解答。 由题意可知，剩余2 mL气体为NO，则参加反应的NO为6 mL，结合4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知，消耗的氧气为6 mL×＝4.5 mL；结合4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，消耗的氧气为18 mL×＝4.5 mL，则充入的氧气的体积为4.5 mL＋4.5 mL＝9 mL。 答案　B 2．在一定条件下，将6体积的NO2(不考虑N2O4)和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的O2充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为(　　) ①3体积　②4体积　③5体积　④5.5体积　⑤2体积 A．③ B．⑤ C．④或⑤ D．②或⑤ 解析　本题的解题关键是在于正确理解剩余的1.5体积气体的成分。剩余气体可能是一氧化氮，也有可能是氧气。若是一氧化氮，则氧气全部反应，根据反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，可知二氧化氮完全反应用掉了1.5体积氧气，剩余3体积的氧气应该被一氧化氮消耗，根据反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，可知与氧气反应的一氧化氮得体积为4体积，则原先一氧化氮的总体积为5.5体积；若剩余的为氧气，则此过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积，根据反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，可知一氧化氮的体积是2体积。 答案　C 3．(2024·四川成都期末)硝酸工业生产中的尾气(主要成分为NO2和NO)可用纯碱溶液吸收，相关的化学反应如下： 2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2 NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2 现用10 L纯碱溶液吸收硝酸工业尾气，产生22.4 L(标准状况)CO2时，测得吸收液中NaNO3的浓度为0.05 mol·L－1。若不考虑吸收过程中溶液体积变化，则吸收液中NaNO2的物质的量浓度为(　　) A．0.05 mol·L－1 B．0.10 mol·L－1 C．0.15 mol·L－1 D．0.20 mol·L－1 解析　根据碳原子守恒可知，n(Na2CO3)＝n(CO2)＝＝1 mol，根据钠离子守恒可知n(NaNO2)＋n(NaNO3)＝2n(Na2CO3)，所以n(NaNO2)＝2n(Na2CO3)－n(NaNO3)＝2 mol－0.05 mol·L－1×10 L＝1.5 mol，则吸收液中NaNO2的物质的量浓度为＝0.15 mol·L－1。 答案　C 4．将4 mol NO2气体依次通入下列三个分别装有足量的①NaHCO3饱和溶液；②浓H2SO4；③Na2O2的装置后，用排水法把残留气体收集起来，则收集到的气体(同温、同压下测定)是(　　) A. mol O2 B. mol NO2和 mol O2 C. mol NO D. mol O2 解析　4 mol NO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液，首先NO2气体与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，反应中生成 mol NO、 mol HNO3，硝酸再与碳酸氢钠溶液发生反应HNO3＋NaHCO3===NaNO3＋CO2↑＋H2O，反应中生成 mol CO2，从饱和碳酸氢钠溶液出来的气体为 mol NO、 mol CO2及水蒸气，再通过浓硫酸干燥，出来的气体为 mol NO、 mol CO2，气体通过过氧化钠，过氧化钠与二氧化碳发生反应2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2，反应生成 mol O2，氧气与一氧化氮发生反应2NO＋O2===2NO2，反应中 mol NO消耗 mol O2，生成 mol NO2，故从过氧化钠出来的气体最终为 mol O2、 mol NO2，最后用排水法收集，发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， mol NO2消耗O2为 mol× ＝ mol，故最终剩余的氧气为 mol－ mol＝ mol，故最终收集到的气体是 mol O2，综上所述，选A。 答案　A 5．将盛有氮气和二氧化氮混合气体的试管(试管容积为V L)倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积变为a L。请回答下列问题： (1)该混合气体倒立于水中发生反应的化学方程式是____________________________。 (2)若a＝V，则原混合气体中氮气与二氧化氮的体积之比是________。 (3)结合第(2)小题，向a L气体中通入氧气至试管中刚好只有一种气体时，停止通入氧气。 ①试管中最终剩余的气体是________，其体积是________ L。 ②该过程中总反应的化学方程式是___________________________________________。 解析　根据反应前后气体体积差量计算。混合气体倒立于水中后体积减少V L，由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知二氧化氮的体积为×V L＝V L，氮气的体积为V L－V L＝V L，原混合气体氮气与二氧化氮体积比为1∶3。a L原混合气体溶于水通入氧气时，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，最后剩余一种气体为氮气，其体积为V L。 答案　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (2)1∶3 (3)①N2　V　②4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 学科网（北京）股份有限公司 $