高超

摘 要 对于氮氧化物溶于水的问题， 一般设计为装满气体的容器（试管或烧瓶）倒扣于盛满水的容器中;或是向倒扣于水槽的容器内充入以上气体。此类问题经常涉及多步反应或循环反应，许多学生解决此类问题时往往头绪不清，束手无策。笔者根据题目所求的物理量，将常见题目分为两类：氧气体积类、物质的量浓度类，分别举例分析如下。

关键词 氮氧化物 溶于水 计算

中图分类号：G632.749文献标识码：A

1氧气体积类

例1：将12 mL NO2和O2的混合气体通入倒置于水槽且装满水的量筒中，充分反应后，量筒内剩余2mL气体，则原混合气体中O2的体积可能是（）

A.1.2 mL B.2.4 mL C.3.6 mL D.4.0 mL

解析 NO2和O2混合气体的试管倒立于水中发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3最后剩余的2mL气体可能为氧气（氧气过量），也可能是NO气体（NO2过量）。

（1）若剩余气体为O2，设参加如上反应消耗的氧气为x，则消耗的NO2为4x，即：5x=12mL-2mL=10mL，解得：x=2mL.则氧气的总量为：2mL+2mL=4mL;

（2）若剩余气体为NO气体，则有3NO2+H2O=2HNO3+NO，说明过量的NO2为2mL？=6mL，反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3消耗的气体总体积为12mL-6mL=6mL，设反应消耗的氧气为y，则消耗的NO2为4y，则有：5y=6mL，y=1.2mL，即此时氧气为1.2mL。

例2：在一定温度和压强下，将一个容积为30 mL的试管充满NO2后，倒置于一个盛水的水槽中，当试管内液面上升至一定高度不再变化时，相同条件下再通入O2，若要使试管内液面仍保持在原高度，则应通入O2体积为（     ）

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

解析 由反应3NO2+H2O=2HNO3+NO可知，30 mL NO2与水反应后生成10 mL NO，通入O2后将发生反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，10 mL NO完全反应，需通入O2的体积为10 mL？/4=7.5 mL，若要使试管内液面仍保持在原高度，通入的O2需与10 mL NO完全反应后仍剩余10 mL，故应通入O2的体积为7.5 mL+10 mL=17.5 mL 。

2物质的量浓度类

例3：在标准状况下，将NO2和O2按4：1体积比充满干燥试管，把试管倒置于水中，试管内液体逐渐上升，假设试管内溶液不扩散，求最终试管内溶液里溶质的物质的量浓度。

解析：设烧瓶的体积为V L，由4NO2+O2+2H2O=4HNO3知NO2和O2恰好完全反应，所以最终液体充满整支试管，溶液的体积为VL，NO2的物质的量为4/5 VL ？2.4 L·mol-1=V/28 mol。根据氮原子守恒，硝酸的物质的量即为NO2的物质的量。所以硝酸的物质的量浓度为V/28 mol 鱒L=1/28 mol·L-1≈0.036mol·L-1。

问题拓展：若将例3中“将NO2和O2按4：1体积比充满干燥试管”改为“将NO和O2按4：3体积比充满干燥试管”，其余条件不变，则计算结果如图1左下所示。若將题目改为“试管中充满NO2（NO），倒置于水槽中，分别往试管中通入氧气，至液体恰好充满整支试管”，则计算结果如图1左上（右上）所示。

例4：在标准状况下，将O2和NO2按1：2体积比充满干燥烧瓶，把烧瓶倒置于水中，瓶内液体逐渐上升，假设烧瓶内溶液不扩散，最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为（）

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：设烧瓶的体积为V L，由4NO2+O2+2H2O=4HNO3又O2和NO2的体积比为1：2（O2过量），知NO2的体积为2/3 VL，参加反应的氧气的体积为2/3 VL？=1/6VL，所以最终溶液的体积为2/3 VL+1/6VL=5/6 VL，NO2的物质的量为2/3 VL ？2.4 L·mol-1=1/33.6 mol，所以硝酸的物质的量浓度为1/33.6 mol ？/6 VL=1/28 mol·L-1。

问题拓展：若将例4中“将O2和NO2按1：2体积比充满干燥烧瓶”改为“将O2和NO按1：2体积比（O2不足）充满干燥烧瓶”，其余条件不变，则最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为1/39.2 mol·L-1。若改为“将O2和NO按1：1体积比（NO不足）充满干燥烧瓶”，其余条件不变，则最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度仍为1/39.2 mol·L-1。