文章编号：1005－6629(2009)02－0071－02中图分类号：G632.749文献标识码：B 对于氮的氧化物（NO或NO2）或其与氧气等混合溶于水的问题，一般设计为装满气体的试管倒扣于盛满水的容器中；或是向倒扣于水槽的试管内充入以上气体。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。笔者对此类问题作出归纳例析，供大家探讨。
1NO2+H2O型或NO2+X+H2O型（其中X不与H2O反应，且不是O2）
推导依据：3NO2+H2O=2HNO3+NO，一般用差量法，即利用气体体积或物质的量反应前后变化的差值来计算。
例1.一充满NO2和NO的试管倒扣在水槽中，充分反应后，水面上升到试管1/4处，求原混合气体中和的体积比。
解析: 设气体总体积为1L，水面上升1/4，即气体总体积减小了1/4L，由
3NO2+H2O=2HNO3+NO △V
3 1 3-1=2
V(NO2) 1/4
知： V(NO2)=3/8 L，V(NO)=1-3/8=5/8L，故V(NO2) ∶V(NO)=3∶5。
问题拓展：若题给条件为标准状况，在不考虑溶质扩散的情况下，试管内所得溶液的物质的量浓度为多少？
解析: 分析知溶液为稀硝酸，要求其浓度，须知道溶质HNO3的量和试管内溶液的体积。本题中涉及反应仅为3NO2+H2O=2HNO3+NO，溶质n(HNO3)取决于参加反应的的量，溶液体积也取决于参加反应的NO2体积。每3体积NO2反应，仅得1体积NO，气体体积减小2体积，即水进入试管后得到的溶液也为2体积， 知 3L标准状况下的NO2反应得 n(HNO3)= n(NO2)= ・ = mol，故c(HNO3)=n/V= /2=1/22.4mol・L-1。推广到仅盛满NO2或NO2与N2的试管倒扣在水槽中时，最终所得溶液的浓度均为1/22.4mol・L-1。
2 NO2+O2+H2O型
推导依据：3NO2+H2O=2HNO3+NO①；2NO+O2=2NO2②，①×2+②得总反应式:4NO2+O2+2H2O=4HNO3（I）。讨论：（1）当n(NO2)∶n(O2)=4∶1时，恰好按（I）式反应，无气体剩余；（2）当n(NO2)∶n(O2)＜4∶1时，在总反应（I）的基础上，O2过量，最终剩余气体为O2；（3）当n(NO2)∶n(O2)＞4∶1时，在总反应（I）的基础上，NO2过量，再考虑反应①，最终剩余气体应为NO。
例2.容积为10mL的试管充满NO2和O2的混合气体，倒扣在水槽中，充分反应后，试管内剩余1mL气体，求原混合气体中NO2和O2各为多少毫升。
解析: 对剩余1mL气体讨论：（1）若剩余1mL气体为O2，即O2过量1mL，按（I）式4∶1反应掉(10-1)mL=9mL气体，知V(NO2)=9mL×4/5=7.2mL，V(NO2)反应=9mL×1/5=1.8 mL，V(O2)=V(O2)反应+ V(O2)剩余=(1.8+1)mL=2.8mL [或V(O2)=V总-V(NO2)=(10-7.2)mL=2.8 mL]；（2）若剩余1mL气体为NO，即NO2过量，由①式知过量的NO2为3mL，即按（I）式4∶1反应掉(10-3)mL=7mL气体，知V(O2)=7mL×1/5=1.4mL，V(NO2)反应=7mL×4/5=5.6mL， V(NO2)=V(NO2)反应 + V(NO2)过量=(5.6+3)mL=8.6mL[或V(NO2)=V总- V(O2)=(10-1.4)mL=8.6 mL]。
问题拓展：在标准状况下求以上问题中试管内所得溶液物质的量浓度。
解析: （1）当n(NO2)∶n(O2)≤4∶1时，仅发生反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3，设反应的NO2和O2分别为4L和1L， 知n(HNO3)=n(NO2)=4/22.4 mol， V(溶液)=5L， c(HNO3)= ・ =1/28mol・L-1。（2）当n(NO2)∶n(O2)＞4∶1时，发生反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3后，再考虑发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，可知1/28mol・L-1＜c(HNO3)＜1/22.4mol・L-1。
例3. 实验室用向上排空气法收集气体，若用150mL的集气瓶收集了一定的量，将集气瓶倒置于盛满水的水槽中，充分作用后残留60mL气体，将集气瓶从水槽中取出，又见瓶中气体变成红棕色，据此推知收集的NO2气体的体积为（空气按体积比N2∶O2=4∶1计，不考虑N2O4的生成）（）
A．50mL B．72mLC．78mL D．100mL
解析: 本题关键要弄清两个问题：①空气中的O2与NO2按1∶4耗完；②60mL残留气体中的成分为N2和NO，且NO由3倍的NO2与H2O反应得到。解法1：抓住在整个反应中N2是不变量，可设O2为x mL，则N2为4x mL，反应后剩余的NO为（60-4x）mL，由4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知，x mL O2要耗掉4x mL的NO2；再由3NO2+H2O=2HNO3+NO，可知需3（60-4x）mL NO2，才能生成（60-4x）mL NO。可列以下方程：4x+3（60-4x）+4x+x=150，解得x=10 mL，所以，收集到的NO2为： 4x+3（60-4x）=4×10+3（60-4×10）=100 mL。解法2：设收集到的NO2为x mL，依题意则有：x-（150-x）×1/5×4=[60-（150-x）×4/5] ×3，解得x=100 mL。答案为D。
3 NO+O2+H2O型
因为NO和O2不共存，此类问题一般设计为向倒扣在水槽中试管中先后通入NO和O2，或盛气体的容器先用隔板将NO和O2隔开，倒扣于水中后再抽开隔板。推导依据：
2NO+O2=2NO2①；
3NO2+H2O=2HNO3+NO②，
①×3+②×2得总反应式：4NO+3O2+2H2O=4HNO3（II）
讨论：（1）当n(NO)∶n(O2)=4∶3时，恰好按当（II）反应，无气体剩余；（2）当n(NO)∶n(O2)＜4∶3时，O2过量，最终剩余气体为O2； （3）当n(NO)∶n(O2)＞4∶3时， NO过量，最终剩余气体为NO。同理可推知此类型所得到的溶液浓度为一定值， c(HNO3)= ・ =1/39.2 mol・L-1。
4 NO2+NO+O2+H2O型
推导依据：4NO2+O2+2H2O=4HNO3①；4NO+3O2+2H2O②，若同时满足n(NO2)∶n1(O2)=4∶1、n(NO2)∶n2(O2)=4∶3，且n(O2)=n1(O2)+n2(O2)，即n(O2)=1/4n(NO2)+3/4n(NO)时，三种气体恰好完全反应，无气体剩余，此时所得溶液的浓度为： 1/39.2mol・L-1＜c(HNO3)＜1/28mol・L-1。若不满以上条件，则会有气体剩余，此时可考虑NO和O2反应为NO2，将整个问题转化为NO+NO2+H2O型或NO2+O2+H2O型，再用前面提到的方法去处理。或者将NO2视为NO・ O2，将整个问题转化为NO+O2+H2O型。
注意，不能仅作以下分析：3NO2+H2O=2HNO3+NO③；2NO+O2=2NO2④，③+④得总反应方程式：NO2+NO+O2+H2O=2HNO3（III）， 而认为仅当n(NO) ∶ n(NO2)∶HNO2=1∶1∶1时，三者才恰好完全反应，无气体剩余。其实反应式NO2+NO+O2+H2O→HNO3的配平系数并不止（III）式一种，原因是该总反应式中的还原剂有NO2和NO两种，比例无法确定，或者说该总反应式是①式与②式以任意比相加，由①×m+②×n均可得到。但一定符合n(O2)=1/4n(NO2)+3/4n(NO)，n(NO)∶n(NO2)∶n(O2)=1∶1∶1仅为符合条件一种。
例4. 将混合气体40mL与20mL同时通入足量水中，充分吸收后，得到同温同压下的气体5mL，求原混合气体中的体积。
解析: 最后得到的5mL气体可能是O2，也可能是NO，下面分情况讨论。
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