Question

某研究性学习小组对Mg和Al的性质进行了下列的实验及研究．

（1）以镁条、铝片为电极，稀NaOH溶液为电解质构成的原电池（如图1所示）时发现，刚开始时，电流表指针向右偏转，镁条做负极；但随后很快指针又向左偏转，镁条表面有极少量的气泡产生．
①开始阶段，负极发生的反应是

 

．
②随后阶段，铝片发生的电极反应式是

 

；则镁电极发生的电极反应式是

 

．
（2）经研究测定，镁与不同浓度的硝酸反应，生成气体产物的含量随HNO₃浓度变化曲线如图2所示，溶液中的产物有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（标准状况下）气体（忽略反应过程中HNO₃浓度的变化），该反应的化学方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）①一般较活泼金属做负极，所以镁做负极失电子；
②生成的氢氧化镁难溶物附着在电极表面，阻止反应的进一步进行，铝成为新的负极；镁做正极；
（2）96mg Mg与1L 4mol/L的HNO₃充分反应，Mg的物质的量比较少，反应中硝酸过量，由图象可知：n（NO）：n（N₂）：n（NO₂）：n（H₂）=5：3：1：1，同时还原产物还有NH₄⁺，根据Mg失去电子总数与气体得到电子数之差，求出NH₄⁺的量，再通过原子守恒配平方程．

解答：解：（1）①镁较活泼所以做负极，Mg失电子变成Mg²⁺，负极反应为Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂↓，故答案为：Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂↓；
②Mg虽比Al活泼，但Mg不能与NaOH溶液反应，而Al可与NaOH溶液反应，故Al作负极，失电子生成Al³⁺，Al³⁺结合OH^-生成AlO₂，镁做正极，H⁺在镁电极上得电子生成氢气，
故答案为：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-）；
（2）Mg与总气体物质的量比值为4：1，
由图知：NO₂：H₂：N₂：NO=1：1：3：5，
写方程的时设NO₂、H₂、N₂、NO系数分别为1，1，3，5，Mg为40
根据电子转移的数目：产生1molNO₂，转移1mol．同理H₂：2mol，N₂：10mol，NO：3mol
因此总共转移电子为1×1+1×2+3×10+5×3=48mol
但是40mol的Mg，转移80mol电子，还差了32mol
所以一定是还有NH₄NO₃生成，生成1molNH₄NO₃，转移8mol电子，现在有32mol电子所以是4molNH₄NO₃，
再根据N守恒，H守恒，反应为40Mg+100HNO₃=5NO↑+H₂↑+NO₂↑+3N₂↑+4NH₄NO₃+40Mg（NO₃）₂+41H₂O，
故答案为：40Mg+100HNO₃=5NO↑+H₂↑+NO₂↑+3N₂↑+4NH₄NO₃+40Mg（NO₃）₂+41H₂O．

点评：本题（1）考查了原电池正负极电极反应式的书写，根据电极上得失电子来判断正负极，然后书写电极反应式，（2）为易错点氧化还原方程式的配平，题目难度很大，要求学生对氧化还原反应掌握比较深入，同时有比较好的数学功底．