Question

7．硝酸是氧化性酸，其本質是NO₃^-有氧化性，某課外實驗小組進行了下列有關NO₃^-氧化性的探究（實驗均在通風櫥中完成）．

實驗裝置	編號	溶液X	實驗現象
	實驗Ⅰ	6mol•L-1稀硝酸	電流計指針向右偏轉，銅片表面產生無色氣體，在液面上方變?yōu)榧t棕色．
	實驗Ⅱ	15mol•L-1濃硝酸	電流計指針先向右偏轉，很快又偏向左邊，鋁片和銅片表面產生紅棕色氣體，溶液變?yōu)榫G色．

（1）實驗Ⅰ中，鋁片作負（填“正”或“負”）極．液面上方產生紅棕色氣體的化學方程式是2NO+O₂=2NO₂．
（2）實驗Ⅱ中電流計指針先偏向右邊后偏向左邊的原因是Al開始作電池的負極，Al在濃硝酸中迅速生成致密氧化膜后，Cu作負極．
查閱資料：活潑金屬與1mol•L^-1稀硝酸反應有H₂和NH₄⁺生成，NH₄⁺生成的原理是產生H₂的過程中NO₃^-被還原．
（3）用如圖裝置進行實驗Ⅲ：溶液X為1mol•L^-1稀硝酸溶液，觀察到電流計指針向右偏轉．
①反應后的溶液中含NH₄⁺．實驗室檢驗NH₄⁺的方法是取少量待檢溶液于試管中，加入濃NaOH溶液，加熱，若產生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，則溶液中含NH₄⁺．
②生成NH₄⁺的電極反應式是NO₃^-+8e^-+10H⁺=NH₄⁺+3H₂O．
（4）進一步探究堿性條件下NO₃^-的氧化性，進行實驗Ⅳ：
①觀察到A中有NH₃生成，B中無明顯現象．A、B產生不同現象的解釋是Al與NaOH溶液反應產生H₂的過程中可將NO₃^-還原為NH₃，而Mg不能與NaOH．
②A中生成NH₃的離子方程式是8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O=3NH₃↑+8AlO₂^-．
（5）將鋁粉加入到NaNO₃溶液中無明顯現象，結合實驗Ⅲ和Ⅳ說明理由因為鋁與中性的硝酸鈉溶液無生成H₂的過程，NO₃^-無法被還原．

Answer 1

分析 （1）根據實驗現象可知，實驗1電流計指針向右偏轉，銅片表面產生無色氣體，在液面上方變?yōu)榧t棕色，說明在原電池中鋁作負極，發(fā)生氧化反應，銅做正極，硝酸被還原成一氧化氮，在空氣中被氧化成二氧化氮；
（2）實驗2中電流計指針先向右偏轉，很快又偏向左邊，鋁片和銅片表面產生紅棕色氣體，溶液變?yōu)榫G色，說明開始鋁是負極，同實驗1，銅表面有二氧化氮產生，很快鋁被濃硝酸鈍化，銅做負極，發(fā)生氧化反應，生成硝酸銅，溶液呈綠色，硝被還原成二氧化氮，在鋁電極產生，據此答題；
（3）溶液X為1mol•L^-1稀硝酸溶液，反應后的溶液中含NH₄⁺，說明硝酸被還原成了銨根離子，原電池中鋁做負極，銅做正極，硝酸在正極還原成銨根離子；
（4）堿性條件下鋁能與堿反應生成氫氣，氫氣有還原性，可以將硝酸根還原生成氨氣，根據電荷守恒和元素守恒可寫出離子方程式，而鎂與堿沒有反應；
（5）鋁粉在中性溶液中不產生氫氣，也就不與硝酸鈉反應，據此分析；

解答 解：（1）根據實驗現象可知，實驗1電流計指針向右偏轉，銅片表面產生無色氣體，在液面上方變?yōu)榧t棕色，說明在原電池中鋁作負極，發(fā)生氧化反應，銅做正極，硝酸被還原成一氧化氮，在空氣中被氧化成二氧化氮，反應方程式為2NO+O₂=2NO₂，
故答案為：負；2NO+O₂=2NO₂；
（2）實驗2中電流計指針先向右偏轉，很快又偏向左邊，鋁片和銅片表面產生紅棕色氣體，溶液變?yōu)榫G色，說明開始鋁是負極，同實驗1，銅表面有二氧化氮產生，很快鋁被濃硝酸鈍化，銅做負極，發(fā)生氧化反應，生成硝酸銅，溶液呈綠色，硝被還原成二氧化氮，在鋁電極產生，
故答案為：Al開始作電池的負極，Al在濃硝酸中迅速生成致密氧化膜后，Cu作負極；
（3）溶液X為1mol•L^-1稀硝酸溶液，反應后的溶液中含NH₄⁺，說明硝酸被還原成了銨根離子，原電池中鋁做負極，銅做正極，硝酸在正極還原成銨根離子，
①實驗室檢驗NH₄⁺的方法是 取少量待檢溶液于試管中，加入濃NaOH溶液，加熱，若產生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，則溶液中含NH₄⁺，
故答案為：取少量待檢溶液于試管中，加入濃NaOH溶液，加熱，若產生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，則溶液中含NH₄⁺；
②生成NH₄⁺的電極反應式是NO₃^-+8e^-+10 H⁺=NH₄⁺+3H₂O，
故答案為：NO₃^-+8e^-+10 H⁺=NH₄⁺+3H₂O；
（4）①堿性條件下鋁能與堿反應生成氫氣，氫氣有還原性，可以將硝酸根還原生成氨氣，根據電荷守恒和元素守恒可寫出離子方程式，而鎂與堿沒有反應，
故答案為：Al與NaOH溶液反應產生H₂的過程中可將NO₃^-還原為NH₃，而Mg不能與NaOH；
②堿性條件下鋁將硝酸根還原生成氨氣，反應的離子方程式為8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O=3NH₃↑+8AlO₂^-，
故答案為：8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O=3NH₃↑+8AlO₂^-；
（5）鋁粉在中性溶液中不產生氫氣，也就不與硝酸鈉反應，所以無明顯 現象，
故答案為：因為鋁與中性的硝酸鈉溶液無生成H₂的過程，NO₃^-無法被還原．

點評 本題考查原電池工作原理，題目難度中等，明確不同濃度的硝酸與鋁的反應是解答本題的關鍵，明確原電池的正負極與電解質溶液、鋁的性質、另一電極材料的活動性強弱有關．