Question

【题目】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。96 mg Mg在1 L 4molL﹣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

【答案】 Mg+2OH－－2e－=Mg（OH）2↓ Al+4OH－－3e－=AlO2－+2H2O 2H++2e－=H2↑（或2H2O+2e－=H2↑+2OH－） 40Mg+100HNO3=5NO↑+H2↑+NO2↑+3N2↑+4NH4NO3+40Mg（NO3）2+41H2O

【解析】

（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↓；

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，电极反应式分别是Al+4OH－－3e－=AlO2－+2H2O、2H++2e－=H2↑或2H2O+2e－=H2↑+2OH－；

（2）金属镁的物质的量是0.004mol，气体的物质的量是0.001mol，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，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）mol=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守恒可知反应为40Mg+100HNO3=5NO↑+H2↑+NO2↑+3N2↑+4NH4NO3+40Mg（NO3）2+41H2O。