Question

15．我國是世界鎂資源大國，全球市場的鎂有80%以上從中國出口．從上世紀(jì)80年代中期開始，上海交通大學(xué)丁文江教授率領(lǐng)的課題組就開始從事鎂合金及其應(yīng)用的研究．經(jīng)過10多年的研究，課題組通過同時加入幾種金屬元素，開發(fā)了一種性能良好的鎂合金，使鎂在汽車、航天、航空、機(jī)械制造、軍事等產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用迅猛發(fā)展．
（1）元素鎂在周期表中的位置第三周期第ⅡA族．
（2）某研究性學(xué)習(xí)小組以鎂條、鋁片為電極和不同的電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，探究構(gòu)成的原電池究竟誰是負(fù)極，發(fā)生怎樣的電極反應(yīng)，進(jìn)行了如下實驗：

①以1mol/L NaOH溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成的原電池（如圖1所示），負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式是Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O．
②若以濃硝酸溶液代替1mol/L NaOH溶液為電解質(zhì)構(gòu)成原電池，正極發(fā)生的電極反應(yīng)式是NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂↑+H₂O；
（3）經(jīng)研究測定，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．某同學(xué)擬用1.8g鎂與100mL硝酸反應(yīng)制取純凈的二氧化氮，硝酸的物質(zhì)的量濃度至少為13mol/L．
（4）鹽N₂H₆Cl₂的性質(zhì)與NH₄Cl類似，是離子化合物，寫出足量金屬鎂加入鹽N₂H₆Cl₂溶液中產(chǎn)生H₂的化學(xué)方程式Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）鎂是12號元素，核外有三個電子層，最外層電子數(shù)是2，據(jù)此判斷；
（2）①在堿性溶液中鋁活潑，所以負(fù)極鋁發(fā)生氧化反應(yīng)，生成偏鋁酸鹽；
②鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化，所以正極上硝酸中+5價的氮發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）根據(jù)圖象可知當(dāng)硝酸濃度大于10.0mol/L時，氣體產(chǎn)物只有NO₂，問的是至少多少，所以就是鎂反應(yīng)完的時候硝酸的濃度剛好是10mol/L，剩余硝酸的物質(zhì)的量為10×0.1=1mol，從而求硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（4）足量金屬鎂加入鹽N₂H₆Cl₂的溶液中產(chǎn)生H₂的化學(xué)方程式為：Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑．

解答 解；（1）鎂是12號元素，核外有三個電子層，最外層電子數(shù)是2，所以鎂位于周期表中第三周期第ⅡA族，
故答案為：第三周期第ⅡA族；
（2）Mg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；
②鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化，所以正極上硝酸中+5價的氮發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂↑+H₂O，故答案為：NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂↑+H₂O；
（3）這個要考慮反應(yīng)的產(chǎn)物要求是NO₂，而生成NO和N₂的硝酸的濃度是10mol/l，所以要求1.8gMg完全反應(yīng)時，硝酸的濃度依然是不會生成NO的濃度，即大于10mol/L，問的是至少多少，所以就是鎂反應(yīng)完的時候硝酸的濃度剛好是10mol/L，剩余硝酸的物質(zhì)的量為10×0.1=1mol．而反應(yīng)過程中消耗的硝酸為X
Mg+4HNO₃=Mg（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
24    4
1.8   x
$\frac{24}{1.8}=\frac{4}{x}$，解得：x=0.3mol
因此，原有硝酸的總量為：1+0.3=1.3mol
所以，硝酸的濃度為$\frac{1.3}{0.1}$=13mol/L，故答案為：13mol/L；
（4）足量金屬鎂加入鹽N₂H₆Cl₂的溶液中產(chǎn)生H₂的化學(xué)方程式為：Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑，
故答案為：Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑或Mg+N₂H₆Cl₂+2H₂O=MgCl₂+N₂H₄•2H₂O+H₂↑．

點評 本題考查了化學(xué)方程式的書寫，題目難度較大，準(zhǔn)確把握圖象給出信息、熟知硝酸的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)得失電子守恒是解題關(guān)鍵．