Question

19．将大试管内充满NO₂和O₂的混合气体，并倒扣在水槽中，最终液面上升到试管高度的$\frac{1}{2}$处，假设试若内气体不扩散，原试管内两种气体的物质的量之比可能为n（O₂）：n（NO₂）=2：3，若液面上升到试管高度的$\frac{5}{6}$处，原试管内两种气体的物质的量之比可能为n（O₂）：n（NO₂）=1：2或1：9．

Answer 1

分析 试管中O₂和NO₂气体按体积比1：4混合全部溶解，液体充满试管，题中充分反应后，试管中液面高度为试管高度的$\frac{1}{2}$，说明剩余气体为$\frac{1}{2}$，可能是剩余氧气，也可以是剩余的二氧化氮气体与水反应生成的一氧化氮剩余，所以设O₂体积为设混合气体总体积为5L，则如果剩余氧气时，O₂和NO₂按照1：4反应的混合气体为$\frac{1}{2}$；如果剩余一氧化氮，按照O₂和NO₂气体按体积比1：4混合全部溶解，实际剩余二氧化氮为$\frac{3}{2}$，不可能，说明剩余的气体为氧气；
试管中液面高度为试管高度的$\frac{5}{6}$，说明剩余气体为 $\frac{1}{6}$，可能是剩余氧气，也可以是剩余的二氧化氮气体与水反应生成的一氧化氮剩余，设混合气体总体积为6L，如果剩余氧气时，O₂和NO₂按照1：4反应的混合气体为 $\frac{5}{6}$；如果剩余一氧化氮，按照O₂和NO₂气体按体积比1：4混合全部溶解，实际剩余二氧化氮 $\frac{1}{2}$，即可求出所有二氧化氮和氧气的体积，进而求的原混合气体中O₂和NO₂的体积比．

解答 解：①已知二氧化氮气体和氧气按4：1恰好全部溶于水生成硝酸，发生的反应为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，题中试管倒扣水槽中最后试管中液面高度为试管高度的$\frac{1}{2}$，说明剩余气体为$\frac{1}{2}$，
当剩余气体为氧气时，二氧化氮气体和氧气按4：1反应的混合气体体积为$\frac{1}{2}$，其中二氧化氮为$\frac{2}{5}$，氧气$\frac{1}{10}$，所以原混合气体中氧气共$\frac{1}{2}$+$\frac{1}{10}$=$\frac{3}{5}$，原混合气体中O₂和NO₂的体积比为$\frac{2}{5}$：$\frac{3}{5}$=2：3；
如果剩余气体$\frac{1}{2}$为一氧化氮，根据反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，则相当于剩余二氧化氮为$\frac{3}{2}$＞1，则剩余气体不可能为NO；
②试管倒扣水槽中最后试管中液面高度为试管高度的 $\frac{5}{6}$，说明剩余气体为 $\frac{1}{6}$，
当剩余气体为氧气时，二氧化氮气体和氧气按4：1反应的混合气体体积为$\frac{5}{6}$，其中二氧化氮为$\frac{2}{3}$，氧气 $\frac{1}{6}$，所以原混合气体中氧气共：$\frac{1}{6}$+$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$，原混合气体中O₂和NO₂的体积比为：$\frac{1}{3}$：$\frac{2}{3}$=1：2；
如果剩余气体$\frac{1}{6}$为一氧化氮，根据反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，则相当于剩余二氧化氮 $\frac{1}{2}$，二氧化氮气体和氧气按4：1反应的混合气体体积为 $\frac{1}{2}$，其中二氧化氮体积应为 $\frac{1}{2}$×$\frac{4}{5}$=$\frac{2}{5}$，原混合气体中共有二氧化氮体积为 $\frac{2}{5}$+$\frac{1}{2}$=$\frac{9}{10}$，氧气体积为 $\frac{1}{2}$×$\frac{1}{5}$=$\frac{1}{10}$，则原混合气体中O₂和NO₂的体积比为 $\frac{1}{10}$：$\frac{9}{10}$=1：9，
故答案为：n（O₂）：n（NO₂）=2：3；n（O₂）：n（NO₂）=1：2或1：9．

点评 本题考查了混合物的反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握讨论法在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．