Question

19．將大試管內充滿NO₂和O₂的混合氣體，并倒扣在水槽中，最終液面上升到試管高度的$\frac{1}{2}$處，假設試若內氣體不擴散，原試管內兩種氣體的物質的量之比可能為n（O₂）：n（NO₂）=2：3，若液面上升到試管高度的$\frac{5}{6}$處，原試管內兩種氣體的物質的量之比可能為n（O₂）：n（NO₂）=1：2或1：9．

Answer 1

分析 試管中O₂和NO₂氣體按體積比1：4混合全部溶解，液體充滿試管，題中充分反應后，試管中液面高度為試管高度的$\frac{1}{2}$，說明剩余氣體為$\frac{1}{2}$，可能是剩余氧氣，也可以是剩余的二氧化氮氣體與水反應生成的一氧化氮剩余，所以設O₂體積為設混合氣體總體積為5L，則如果剩余氧氣時，O₂和NO₂按照1：4反應的混合氣體為$\frac{1}{2}$；如果剩余一氧化氮，按照O₂和NO₂氣體按體積比1：4混合全部溶解，實際剩余二氧化氮為$\frac{3}{2}$，不可能，說明剩余的氣體為氧氣；
試管中液面高度為試管高度的$\frac{5}{6}$，說明剩余氣體為 $\frac{1}{6}$，可能是剩余氧氣，也可以是剩余的二氧化氮氣體與水反應生成的一氧化氮剩余，設混合氣體總體積為6L，如果剩余氧氣時，O₂和NO₂按照1：4反應的混合氣體為 $\frac{5}{6}$；如果剩余一氧化氮，按照O₂和NO₂氣體按體積比1：4混合全部溶解，實際剩余二氧化氮 $\frac{1}{2}$，即可求出所有二氧化氮和氧氣的體積，進而求的原混合氣體中O₂和NO₂的體積比．

解答 解：①已知二氧化氮氣體和氧氣按4：1恰好全部溶于水生成硝酸，發生的反應為：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，題中試管倒扣水槽中最后試管中液面高度為試管高度的$\frac{1}{2}$，說明剩余氣體為$\frac{1}{2}$，
當剩余氣體為氧氣時，二氧化氮氣體和氧氣按4：1反應的混合氣體體積為$\frac{1}{2}$，其中二氧化氮為$\frac{2}{5}$，氧氣$\frac{1}{10}$，所以原混合氣體中氧氣共$\frac{1}{2}$+$\frac{1}{10}$=$\frac{3}{5}$，原混合氣體中O₂和NO₂的體積比為$\frac{2}{5}$：$\frac{3}{5}$=2：3；
如果剩余氣體$\frac{1}{2}$為一氧化氮，根據反應3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，則相當于剩余二氧化氮為$\frac{3}{2}$＞1，則剩余氣體不可能為NO；
②試管倒扣水槽中最后試管中液面高度為試管高度的 $\frac{5}{6}$，說明剩余氣體為 $\frac{1}{6}$，
當剩余氣體為氧氣時，二氧化氮氣體和氧氣按4：1反應的混合氣體體積為$\frac{5}{6}$，其中二氧化氮為$\frac{2}{3}$，氧氣 $\frac{1}{6}$，所以原混合氣體中氧氣共：$\frac{1}{6}$+$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$，原混合氣體中O₂和NO₂的體積比為：$\frac{1}{3}$：$\frac{2}{3}$=1：2；
如果剩余氣體$\frac{1}{6}$為一氧化氮，根據反應3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，則相當于剩余二氧化氮 $\frac{1}{2}$，二氧化氮氣體和氧氣按4：1反應的混合氣體體積為 $\frac{1}{2}$，其中二氧化氮體積應為 $\frac{1}{2}$×$\frac{4}{5}$=$\frac{2}{5}$，原混合氣體中共有二氧化氮體積為 $\frac{2}{5}$+$\frac{1}{2}$=$\frac{9}{10}$，氧氣體積為 $\frac{1}{2}$×$\frac{1}{5}$=$\frac{1}{10}$，則原混合氣體中O₂和NO₂的體積比為 $\frac{1}{10}$：$\frac{9}{10}$=1：9，
故答案為：n（O₂）：n（NO₂）=2：3；n（O₂）：n（NO₂）=1：2或1：9．

點評 本題考查了混合物的反應的計算，題目難度中等，明確發生反應的實質為解答關鍵，注意掌握討論法在化學計算中的應用方法，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．