Question

某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)Mg和Al的性質(zhì)進(jìn)行了下列的實(shí)驗(yàn)及研究．

（1）以鎂條、鋁片為電極，稀NaOH溶液為電解質(zhì)構(gòu)成的原電池（如圖1所示）時(shí)發(fā)現(xiàn)，剛開(kāi)始時(shí)，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，鎂條做負(fù)極；但隨后很快指針又向左偏轉(zhuǎn)，鎂條表面有極少量的氣泡產(chǎn)生．
①開(kāi)始階段，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是

 

．
②隨后階段，鋁片發(fā)生的電極反應(yīng)式是

 

；則鎂電極發(fā)生的電極反應(yīng)式是

 

．
（2）經(jīng)研究測(cè)定，鎂與不同濃度的硝酸反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物的含量隨HNO₃濃度變化曲線如圖2所示，溶液中的產(chǎn)物有Mg（NO₃）₂、NH₄NO₃和H₂O．96mgMg在1L4mol?L^-1的HNO₃中完全溶解，并可收集到22.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）氣體（忽略反應(yīng)過(guò)程中HNO₃濃度的變化），該反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）①一般較活潑金屬做負(fù)極，所以鎂做負(fù)極失電子；
②生成的氫氧化鎂難溶物附著在電極表面，阻止反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，鋁成為新的負(fù)極；鎂做正極；
（2）96mg Mg與1L 4mol/L的HNO₃充分反應(yīng)，Mg的物質(zhì)的量比較少，反應(yīng)中硝酸過(guò)量，由圖象可知：n（NO）：n（N₂）：n（NO₂）：n（H₂）=5：3：1：1，同時(shí)還原產(chǎn)物還有NH₄⁺，根據(jù)Mg失去電子總數(shù)與氣體得到電子數(shù)之差，求出NH₄⁺的量，再通過(guò)原子守恒配平方程．

解答：解：（1）①鎂較活潑所以做負(fù)極，Mg失電子變成Mg²⁺，負(fù)極反應(yīng)為Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂↓，故答案為：Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂↓；
②Mg雖比Al活潑，但Mg不能與NaOH溶液反應(yīng)，而Al可與NaOH溶液反應(yīng)，故Al作負(fù)極，失電子生成Al³⁺，Al³⁺結(jié)合OH^-生成AlO₂，鎂做正極，H⁺在鎂電極上得電子生成氫氣，
故答案為：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-）；
（2）Mg與總氣體物質(zhì)的量比值為4：1，
由圖知：NO₂：H₂：N₂：NO=1：1：3：5，
寫(xiě)方程的時(shí)設(shè)NO₂、H₂、N₂、NO系數(shù)分別為1，1，3，5，Mg為40
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目：產(chǎn)生1molNO₂，轉(zhuǎn)移1mol．同理H₂：2mol，N₂：10mol，NO：3mol
因此總共轉(zhuǎn)移電子為1×1+1×2+3×10+5×3=48mol
但是40mol的Mg，轉(zhuǎn)移80mol電子，還差了32mol
所以一定是還有NH₄NO₃生成，生成1molNH₄NO₃，轉(zhuǎn)移8mol電子，現(xiàn)在有32mol電子所以是4molNH₄NO₃，
再根據(jù)N守恒，H守恒，反應(yīng)為40Mg+100HNO₃=5NO↑+H₂↑+NO₂↑+3N₂↑+4NH₄NO₃+40Mg（NO₃）₂+41H₂O，
故答案為：40Mg+100HNO₃=5NO↑+H₂↑+NO₂↑+3N₂↑+4NH₄NO₃+40Mg（NO₃）₂+41H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題（1）考查了原電池正負(fù)極電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，根據(jù)電極上得失電子來(lái)判斷正負(fù)極，然后書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式，（2）為易錯(cuò)點(diǎn)氧化還原方程式的配平，題目難度很大，要求學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)掌握比較深入，同時(shí)有比較好的數(shù)學(xué)功底．