题目内容

将盛有amol NO₂和bmol NO（标准状况下）混合气体的试管倒扣于事先盛有水的水槽中，再通入b mol O₂，充分反应后试管里剩余的气体的成分及物质的量取决于a与b的关系，则下列判断正确的是
①若余NO，则a＜b，且剩余气体的物质的量为 $数学公式$
②若余O₂，则a＜b，且剩余气体的物质的量为 $数学公式$
③若无气体剩余，则a=b，且所得溶液的物质的量浓度为 $数学公式$ mol．L^-1．

A.
只有①正确
B.
只有②正确
C.
①②③都不正确
D.
①②③都正确

B
分析：①若余NO，有如下情况：Ⅰ、只发生反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，
Ⅱ、发生反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
Ⅲ、发生反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，NO有剩余；
据此讨论计算判断；
②、若余O₂，发生4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，且NO₂、NO完全反应，用a、b表示需要氧气的物质的量，再结合氧气的物质的量确定关系，计算剩余氧气的物质的量；
③、若无气体剩余，发生4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，用a、b表示需要氧气的物质的量，再结合氧气的物质的量确定关系，根据N元素守恒n（HNO₃）=n（NO）+n（NO₂），溶液体积等于NO、NO₂的体积之和，根据n= $\text{[math]}$ 计算硝酸的浓度．
解答：①若余NO，有如下情况：
Ⅰ、只发生反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，则：4bmol=amol，即a=4b，NO未反应，剩余NO为bmol；
Ⅱ、发生反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，则：4bmol＜amol，即a＜4b，与水反应的NO₂为（a-4b）mol
剩余NO为bmol+ $\text{[math]}$ （a-4b）mol= $\text{[math]}$ （a-b）mol；
Ⅲ、发生反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，则NO₂需要的氧气为 $\text{[math]}$ amol，与NO反应的氧气为bmol- $\text{[math]}$ amol，NO完全反应需要氧气为 $\text{[math]}$ bmol，由于NO剩余，故 $\text{[math]}$ bmol＞bmol- $\text{[math]}$ amol，整理a＞b，
（b- $\text{[math]}$ a）mol氧气反应掉NO为 $\text{[math]}$ （b- $\text{[math]}$ a）mol，故剩余NO为bmol- $\text{[math]}$ （b- $\text{[math]}$ a）mol= $\text{[math]}$ （a-b）mol；
故①错误；
②、若余O₂，发生4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，且NO₂、NO完全反应，则NO₂需要的氧气为 $\text{[math]}$ amol，NO需要氧气为 $\text{[math]}$ bmol，故为 $\text{[math]}$ amol+ $\text{[math]}$ bmol＜bmol，整理的a＜b，剩余气体为bmol-（ $\text{[math]}$ amol+ $\text{[math]}$ bmol）= $\text{[math]}$ （b-a）mol，故②正确
；
③、若无气体剩余，发生4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，则NO₂需要的氧气为 $\text{[math]}$ amol，NO需要氧气为 $\text{[math]}$ bmol
故为 $\text{[math]}$ amol+ $\text{[math]}$ bmol=bmol，整理的a=b，根据N元素守恒n（HNO₃）=n（NO）+n（NO₂）=（a+b）mol，溶液体积等于NO、NO₂的体积之和为（a+b）mol×22.4L/mol=22.4（a+b），硝酸的浓度为 $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ mol/L，故③错误；
故选B．
点评：本题考查物质的量的有关计算，注意要分情况进行讨论，难度较大．