4、NO₂、NO、O₂的混合气体与水反应

关系式： V_(O2)= V_(NO2)/4+ 3V_(NO)/4

特例，当V_(NO): V_(NO2)::V_(O2)=1:1:1时，混合气体全部与水反应，无气体剩余。

例4.常温下盛有10mlNO₂和10mlNO组成的混合气体的大试管倒立于水中，当缓缓通入O₂一段时间后，试管内残留2ml气体，则通入O₂体积可能为多少毫升

解析：残留2ml气体可能是NO也有可能是O₂，应予以讨论

(1)若残留气体是NO ，则转化为HNO₃的NO为10ml-2ml=8ml

则：4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

　　 4　　　 1

　　 10ml　 y

4 /10ml =1/ y 解得：y=2.5ml

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

4　　 3

8ml　 x

4/8ml =3/ x　 解得：x=6ml

共耗氧气V_(O2)=2.5ml+6ml=8.5ml

(2)若残留气体2ml是O₂，则：

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

4　　 3

10ml　 z

4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml

故通入 V_(O2)=2.5+7.5+2=12ml

答：(略)

例5．(2001春季北京、内蒙、安徽高考)关于非金属N、O、Cl、P的叙述，正确的是(　 )

A．在通常情况下其单质均为气体

B． 其单质均由双原子分子组成

C． 都属于主族元素

D．每种元素公生成一种氢化物

解析：N、O、Cl通常情况下单质为气体，且为双原子分子，而P不是，白磷为P₄分子，其中N的氢化物有NH₃、N₂H₄等，O的氧化物有H₂O、H₂O₂，所以A、B、D选项均不正确。正确答案为C。

例6．氮气与其他单质化合一般需要高温，有时还需高压等条件，但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂，这是因为(　　 )

①此反应可能是吸热反应

②此反应可能是放热反应

③此反应可能是氮分子不必先分解成为原子④此反应前可能氮分子先分解成为原子

A．①②　　 B．②④　　 C．②③　　 D．①④

解析：氮分子中存在N≡N，键能很大，非常

牢固，通常情况下很难断裂N≡N键成为氮原子与其他物质反应，如果氮分子能与这种物质容易反应，只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况；另外化学反应中放热反应一般比较容易发生。综上所述正确选项应为C选项。

例7．(2002年南京市模拟题)工业废气的氮

氧化物(如NO、NO₂等，用通式NO_x表示)是主要的大气污染物之一。为了保护环境，工业上常通入氨气与之发生如下反应：

NO_x+NH₃ 　　　N₂+H₂O

有关此反应，下列说法中错误的是(　 )

A．N₂既是氧化产物又是还原产物

B． 当x=1时，每生成2.5mol N₂，被氧化的

气体有3mol

C．当x=2时，有1mol气体被还原，转移电子4mol

D．反应通式配平表示为：

6 NO_x +4x NH₃ = (3+2x)N₂+6x H₂O

解析：分析平配平方程式得到A、D选项均正确，将x=1代入6 NO_x +4x NH₃ = (3+2x)N₂+6x H₂O中得到6NO+4NH₃=5 N₂+6H₂O 分析可知：每生成5mol，被氧化的气体有4mol(被氧化的气体为NH₃)，则每生成2.5mol N₂，被氧化的气体只有2mol。同理可推得C选项正确。所以，答案应为选项B。

例8．(1994·全国·17)已知磷酸分子

(　　　　　　　　　 )中的三个氢原子都可以跟重

水分子(D₂O)中的D原子发生氢交换。又知次磷酸(H₃PO₂)也可以跟D₂O进行氢交换，但次磷酸钠(NaH₂PO₂)却不能再跟D₂O发生氢交换。由此可推断H₃PO₂的分子结构是(　　 )

　 　　A.　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

C.　　　　　　　　　　　　　

解析：题中所给磷酸分子的结构式是给的一个信息：含氧酸中只有与O原子直接结合的H原子才可能电离出H⁺，即题中所说的与D₂O中的D原子发生氢交换。把信息迁移到H₃PO₂中，由于NaH₂PO₂不能与D₂O进行氢交换，所以H₃PO₂只是一元酸，因而其结构式中只有一个-OH，再应用O原子只能有两个共价键的基础知识，就不难推出正确选项为B。

3、NO与O₂分别通入水中

关系式：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

讨论如下：

例3.一定条件下，将等体积的NO和O₂混合于一试管中，然后将试管倒立于盛有水的水槽中，充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少？

解析： 因为混合气体中NO和O₂的体积比<4:3，则剩余气体为O₂

设混合气体中NO 的体积为x，则O₂的体积也为x

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

4　　 3

x　　 y

4/ x =3 / y　 解得：y=3x/4

剩余的O₂为x-3x/4=x/4

它与原混合气体的体积比为x/4:2x=1:8

2、NO₂和O₂ 的混合气体与水的反应

　 关系式：4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

将(2)×2-(1)得到，目的：消去中间产物NO)

讨论如下：

例2.将充满NO₂和O₂的混合气体的量筒倒置于水中，充分反应后，保持气体压强不变，水进入至量筒体积的一半处停止了，则原混合气体中NO₂和O₂的体积比是多少？

解析：NO₂和O₂的体积比不等于4:1，则需讨论NO₂和O₂分别过量时的两种情况

设混合气体的体积为1，混合气体中NO₂的体积为x，则O₂为(1- x)

(1)假定原混合气体中V_(NO2)：(O2)<4：1

　　 4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

　　 4　　 1　　

　　 x　　 y

4/x=1/y 解得y=x/4

剩余的O₂：(1-x)-x/4=1/2 解得x=2/5

V_(NO2):V_(O2)=2/5:(1-2/5)=2:3

(2) 假定原混合气体中V_(NO2):V_(O2)>4:1

4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

4　　 1

y　　 (1-x)

4/ y =1/(1-x) 解得：y=4(1-x)

暂时剩余NO₂：1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4

由反应式：3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO可知

最后剩余NO ：(5x-4)/3

由(5x-4)/3=1/2得 x=11/10(不合题意，舍去)

小结： NO₂和O₂的混合气体与水反应时，当剩余气体的体积大于原混合气体体积的1/3时，只有一个条件：V_(NO2):V_(O2)>4:1(此结论由同学们自行证明)

1、NO(N₂)、NO₂混合气体与水反应

例1． 将20ml充满NO和NO₂的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10ml，求原混合气体中NO和NO₂ 各占多少毫升？

解析：NO不与水反应，NO₂与水反应时每一体积的NO₂会生成1/3体积的NO ，所以剩余的气体为未参加反应的NO 和生成的NO

解法一：设原混合气体中含NO₂ xml ，

则含NO(20-x)ml

　　　 3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO

　　　　 3　　　　　　　　 1

　　　　 x　　　　　　　　 y

3/x=1/y解之得：y=x/3

由题意得：(20-x)+x/3=10 解得x=15ml

则原NO的体积 20-15=5ml

答：(略)

解法二： (差量法)设原混合气体中含NO₂气体xml

　3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO　 △V

　 3　　　　　　　　　　　 (3-1)

x　　　　　　　　　 　　(20-10)

　 3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml

答：(略)

3．例题精讲

有关NO、NO₂、O­₂的混合气体和水反应的计算

基本反应 ： 2NO+O₂=2NO₂------------------(1)

　　　　　　 3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO------(2)

3．磷酸与碱反应的规律：

=1∶1时生成NaH₂PO₄

=1∶2时生成Na₂HPO₄

=1∶3时生成Na₃PO₄

介于1∶1和1∶2之间，则生成

NaH₂PO₄和Na₂HPO₄的混合物

介于1∶2和1∶3之间，则生成Na₂HPO₄和Na₃PO₄的混合物。

2．在氮族元素中氮和其它元素比较，有很大的特殊性，它的主要化合价有－3、+1、+2、+3、+4、+5等多种氮元素能以不同的价态与氧结合，可以形成多种氧化物：N₂O、NO、N₂O₃、N₂O₄、NO₂、N₂O₅。在这些氧化物中NO₂和N₂O₄可以通过非氧化还原反应相互转化：2NO₂　　 N₂O₄。

有关氮的氧化物知识应注意：

①NO是一种无色无味气体，能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒。接触空气后立即被氧化为NO₂而变红棕色，收集NO气体必须用排水集气法。实验室中制NO气体是铜与硝酸反应：

3Cu+8HNO₃=3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

NO在神经信号传递、血压生理调控、血流量控制、免疫调节、抵抗感染等方面起到了重要作用，被称为“明星分子”或“信使分子”(2004年高考理综27小题)。

②NO₂是一种红棕色、具有剌激性气味、有毒的气体。它与水反应，而易溶于水：

3NO₂+2H₂O=2HNO₃+NO↑

在反应中NO₂既是氧化剂又是还原剂。

在NO₂中，因N的价态较高，它的氧化性较强，NO₂能氧化SO₂、KI等物质：

NO₂+SO₂=SO₃+H₂O

NO₂+2KI=2KNO₂+I₂(NO₂能使湿润的淀粉KI试纸为蓝)

③ 隐含反应2NO₂　　 N₂O₄的应用：

在实验测定NO₂、N₂O₄的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到NO₂气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑此反应。

1．氮族元素最外层电子都是5个，主要显+5、+3、－3价。本族元素形成的+3、－3价化合物中其原子已达到稳定结构，如NH₃、PCl₃、BiCl₃、Mg₃N₂。

2．原理、规律、疑难剖析：

4．磷及其化合物的性质

(1)磷单质的化学性质和用途

4P+5O₂　　　 2P₂O₅

2P+3Cl₂　　　 2PCl₃(l)

2P+3Cl₂　　　 2PCl₅(s)

用途：制高纯度磷酸、红磷用于制农药、安全火柴、白磷制造燃烧弹和烟幕弹。

(2)磷的化合物

①P₂O₅：极易溶于水，是较好的干燥剂(吸湿性很强)能与水作用：

P₂O₅+H₂O(冷)=2HPO₃(剧毒)

P₂O₅+3H₂O(热)=2H₃PO₄(无毒)

②H₃PO₄：无色晶体，与水任意比例互溶，有吸湿性，可作干燥剂，属非氧化性酸，沸点高。

化学性质：具有酸的通性，是三元中强酸，是一种高沸点酸。能与碱中和、与NaBr、NaI作用。

③磷酸盐：

溶解性：磷酸二氢盐均易溶于水，溶液呈酸性；磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外不溶于水。

相互转化：

磷酸盐　　　　 磷酸一氢盐　　　　 磷酸二氢盐