Question

4．由二氧化氮、氨、氧气组成的混合气体，在标准状况下占有的体积是22.4L．通过量酸充分吸收后，溶液质量增加了35.8g，气体体积缩小至2.24L（已折算成标准状况）．试通过计算求出原混合气体中各气体的体积．

Answer 1

分析 根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出原混合气体及最后剩余气体的物质的量；剩余的气体可能为氧气，也可能为NO；当剩余气体为NO时，氧气完全反应，设氨气的物质的量是xmol，氧气是ymol，二氧化氮的物质的量为4y+0.3；当剩余气体为氧气时，二氧化氮完全反应，设原混合气体中氨气、二氧化氮的物质的量分别为x、y，则氧气的总物质的量为：$\frac{1}{4}$y+0.1；再分别根据混合气体总物质的量、稀硫酸溶液增加质量列式计算即可．

解答 解：标准状况下22.4L气体的物质的量为：$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，
最后得到的2.24L气体的物质的量为0.1mol，0.1mol气体可能为氧气，也可能为NO，
当剩余0.1mol气体为NO时，氧气和NO₂溶于水的方程式为4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，过量的NO₂发生反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，所以过量的NO₂是0.3mol；稀硫酸增加的质量包括氨气和参加反应的NO₂和氧气的质量之和，原气体总共1mol，若设氨气的物质的量是xmol，氧气是ymol，
则：x+y+4y+0.3=1、17x+4y×46+32y+0.3×46-0.1×30=35.8g，
解得：x=0.2、y=0.1，所以NO₂的物质的量是：4y+0.3mol=0.7mol；
所以原混合气体最后氨气的体积为：22.4L/mol×0.2mol=4.48L；二氧化氮体积为：22.4L/mol×0.7mol=15.68L；氧气体积为：22.4L/mol×0.1mol=2.24L；
当剩余的0.1mol气体为氧气时，二氧化氮完全反应生成硝酸，氧气和NO₂溶于水的方程式为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，设原混合气体中氨气、二氧化氮的物质的量分别为x、y，则氧气的总物质的量为：$\frac{1}{4}$y+0.1，则：x+y+$\frac{1}{4}$y+0.1=1、17x+46y+$\frac{1}{4}$y×32=35.8，
解得：x=0.11mol、y=0.63mol，则氧气的总物质的量为：$\frac{1}{4}$y+0.1mol=0.26mol，
所以原混合气体最后氨气的体积为：22.4L/mol×0.11mol=2.464；二氧化氮体积为：22.4L/mol×0.63mol=14.112L；氧气体积为：22.4L/mol×0.26mol=5.824L；答：原混合气体中氨气、二氧化氮、氧气的体积分别为：4.48L、15.68L、2.24L或2.464L、14.112L、5.824L．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确最后剩余气体组成及发生反应实质为解答关键，注意掌握讨论法在化学计算最后的应用，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．