Question

7．NO₂溶于水生成HNO₃和NO，工業上利用這一反應原理制取HNO₃．
3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO    （第一次吸收）
但這一步NO₂的吸收率只有$\frac{2}{3}$，還余下$\frac{1}{3}$的NO．為了更多地吸收NO₂，工業上通常把生成的NO再次氧化為NO₂，再次用水吸收
2NO+O₂=2NO₂         （第一次通O₂）
3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO   （第二次吸收）
如此循環，可以使NO₂全部轉化為HNO₃．
現有3升NO₂，如果按上述方法進行循環氧化吸收：
（1）則第二次吸收后，NO₂的總吸收百分率為$\frac{8}{9}$（可以用分數表示，下同），第二次通入O₂的體積為$\frac{1}{6}$升，第三次吸收后還剩余NO$\frac{1}{9}$升．
（2）第n次吸收后剩余NO的體積為$\frac{1}{3{\;}^{n-1}}$升（用含n的代數式表示）．
（3）如果要使3升NO₂恰好完全轉化為HNO₃，則需通入O₂的總體積為$\frac{3}{4}$升．（所有氣體體積均在相同條件下測定）

Answer 1

分析 （1）根據現有3升NO₂，結合3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO （第一次吸收）2NO+O₂=2NO₂ （第一次通O₂）3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO （第二次吸收）進行計算；
（2）根據3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，每吸收一次剩余NO即為原來的$\frac{1}{3}$計算；
（3）將3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO （第一次吸收）2NO+O₂=2NO₂ （第一次通O₂）兩個方程式進行整合得到4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ 進行計算；

解答 解：（1）現有3升NO₂，則由3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO （第一次吸收）生產NO1L，再由2NO+O₂=2NO₂，又生成1升NO₂，再由3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO （第二次吸收），最后剩余$\frac{1}{3}$LNO，所以第二次吸收后，NO₂的總吸收百分率為$\frac{3-\frac{1}{3}}{3}$=$\frac{8}{9}$，$\frac{1}{3}$LNO第二次通入O₂繼續發生2NO+O₂=2NO₂，所以第二次通入O₂的體積為$\frac{1}{3}$L×$\frac{1}{2}$=$\frac{1}{6}$L；根據3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，每吸收一次剩余NO即為原來的$\frac{1}{3}$，所以第三次吸收后還剩余NO為$\frac{1}{3}$×$\frac{1}{3}$=$\frac{1}{9}$，故答案為：$\frac{8}{9}$，$\frac{1}{6}$，$\frac{1}{9}$；
（2）因為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，每吸收一次剩余NO即為原來的$\frac{1}{3}$，所以第n次吸收后剩余NO的體積為$\frac{1}{3{\;}^{n-1}}$，故答案為：$\frac{1}{3{\;}^{n-1}}$；
（3）將3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO （第一次吸收）2NO+O₂=2NO₂ （第一次通O₂）兩個方程式進行整合得到4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，所以要使3升NO₂恰好完全轉化為HNO₃，則需通入O₂的總體積為$\frac{1}{4}$×3L=$\frac{3}{4}$L，故答案為：$\frac{3}{4}$；

點評 本題考查化學反應方程式的計算，為高頻考點，把握發生的化學反應為解答的關鍵，注意方程式反應規律和整合是解題關鍵，題目難度中等．