Question

实验室用向上排空气法收集NO₂气体．若用90mL容器收集一定量的NO₂后，将容器倒置于盛满水的水槽中，充分作用后，容器中残留40mL气体．据此可知，收集气体时排出容器的空气体积约为（空气中N₂和O₂按体积比4：1计，不计其他气体）                                                                                 （　　）

• A、68.8mL
• B、50mL
• C、40mL
• D、18.8mL

Answer 1

考点：氮的氧化物的性质及其对环境的影响

专题：计算题,元素及其化合物

分析：可能发生的反应为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，试管中O₂和NO₂气体按体积比1：4混合全部溶解，若剩余气体为氧气，根据4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，设参加反应的NO₂气体体积为X，求出参加此反应的O₂，求出收集气体时排出容器的空气体积；
若为NO，先根据4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃求剩余二氧化氮体积，然后根据3NO₂+H₂O=2HNO₃+2NO求出过量的NO₂，进而计算总的NO₂的体积，据此解答．

解答： 解：NO₂和O₂与水的反应属于循环反应，可简化为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，对该反应来说，若O₂剩余，设参加反应的NO₂气体体积为X，
4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，
X    

1

4

X
90mL-X-

1

4

X=40mL，解得X=40mL则原混合气体中二氧化氮的体积为40mL，即收集气体时排出容器的空气体积约为40mL，
若NO₂剩余，则实际是NO，由3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO可知，容器中残留40mL气体，说明剩余的为NO和空气中的氮气，设参加反应的O₂气体体积为Y，空气中N₂和O₂按体积比4：1计，剩余氮气为4Y，
4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，3NO₂ +H₂O=2HNO₃+NO
4Y   Y           （90mL-4Y-Y-4Y）  

1

3

（90mL-9Y）                

1

3

（90mL-9Y）+4Y=40mL，解得Y=10mL，则原混合气体中二氧化氮的体积为4Y+（90mL-4Y-Y-4Y）=40mL，即收集气体时排出容器的空气体积约为40mL，说明剩余只有氮气，二氧化氮和氧气恰好反应，综上C符合以上两种情况．
故选C．

点评：本题考查了氮氧化物的性质、混合物有关计算，题目难度中等，关键是分析剩余气体的成分，再根据反应的方程式计算，试题培养了学生的分析及化学计算能力．