Question

某研究性學習小組對Mg和Al的性質(zhì)進行了下列的實驗及研究．

（1）以鎂條、鋁片為電極，稀NaOH溶液為電解質(zhì)構成的原電池（如圖1所示）時發(fā)現(xiàn)，剛開始時，電流表指針向右偏轉，鎂條做負極；但隨后很快指針又向左偏轉，鎂條表面有極少量的氣泡產(chǎn)生．
①開始階段，負極發(fā)生的反應是

 

．
②隨后階段，鋁片發(fā)生的電極反應式是

 

；則鎂電極發(fā)生的電極反應式是

 

．
（2）經(jīng)研究測定，鎂與不同濃度的硝酸反應，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（標準狀況下）氣體（忽略反應過程中HNO₃濃度的變化），該反應的化學方程式是

 

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Answer 1

分析：（1）①一般較活潑金屬做負極，所以鎂做負極失電子；
②生成的氫氧化鎂難溶物附著在電極表面，阻止反應的進一步進行，鋁成為新的負極；鎂做正極；
（2）96mg Mg與1L 4mol/L的HNO₃充分反應，Mg的物質(zhì)的量比較少，反應中硝酸過量，由圖象可知：n（NO）：n（N₂）：n（NO₂）：n（H₂）=5：3：1：1，同時還原產(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，再通過原子守恒配平方程．

解答：解：（1）①鎂較活潑所以做負極，Mg失電子變成Mg²⁺，負極反應為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，而Al可與NaOH溶液反應，故Al作負極，失電子生成Al³⁺，Al³⁺結合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，
寫方程的時設NO₂、H₂、N₂、NO系數(shù)分別為1，1，3，5，Mg為40
根據(jù)電子轉移的數(shù)目：產(chǎn)生1molNO₂，轉移1mol．同理H₂：2mol，N₂：10mol，NO：3mol
因此總共轉移電子為1×1+1×2+3×10+5×3=48mol
但是40mol的Mg，轉移80mol電子，還差了32mol
所以一定是還有NH₄NO₃生成，生成1molNH₄NO₃，轉移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．

點評：本題（1）考查了原電池正負極電極反應式的書寫，根據(jù)電極上得失電子來判斷正負極，然后書寫電極反應式，（2）為易錯點氧化還原方程式的配平，題目難度很大，要求學生對氧化還原反應掌握比較深入，同時有比較好的數(shù)學功底．