Question

15．我国是世界镁资源大国，全球市场的镁有80%以上从中国出口．从上世纪80年代中期开始，上海交通大学丁文江教授率领的课题组就开始从事镁合金及其应用的研究．经过10多年的研究，课题组通过同时加入几种金属元素，开发了一种性能良好的镁合金，使镁在汽车、航天、航空、机械制造、军事等产业中应用迅猛发展．
（1）元素镁在周期表中的位置第三周期第ⅡA族．
（2）某研究性学习小组以镁条、铝片为电极和不同的电解质溶液构成原电池，探究构成的原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：

①以1mol/L NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池（如图1所示），负极发生的电极反应式是Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O．
②若以浓硝酸溶液代替1mol/L NaOH溶液为电解质构成原电池，正极发生的电极反应式是NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂↑+H₂O；
（3）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．某同学拟用1.8g镁与100mL硝酸反应制取纯净的二氧化氮，硝酸的物质的量浓度至少为13mol/L．
（4）盐N₂H₆Cl₂的性质与NH₄Cl类似，是离子化合物，写出足量金属镁加入盐N₂H₆Cl₂溶液中产生H₂的化学方程式Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）镁是12号元素，核外有三个电子层，最外层电子数是2，据此判断；
（2）①在碱性溶液中铝活泼，所以负极铝发生氧化反应，生成偏铝酸盐；
②铝在浓硝酸中发生钝化，所以正极上硝酸中+5价的氮发生还原反应；
（3）根据图象可知当硝酸浓度大于10.0mol/L时，气体产物只有NO₂，问的是至少多少，所以就是镁反应完的时候硝酸的浓度刚好是10mol/L，剩余硝酸的物质的量为10×0.1=1mol，从而求硝酸的物质的量浓度；
（4）足量金属镁加入盐N₂H₆Cl₂的溶液中产生H₂的化学方程式为：Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑．

解答 解；（1）镁是12号元素，核外有三个电子层，最外层电子数是2，所以镁位于周期表中第三周期第ⅡA族，
故答案为：第三周期第ⅡA族；
（2）Mg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；
②铝在浓硝酸中发生钝化，所以正极上硝酸中+5价的氮发生还原反应，电极反应式为：NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂↑+H₂O，故答案为：NO₃^-+e^-+2H⁺=NO₂↑+H₂O；
（3）这个要考虑反应的产物要求是NO₂，而生成NO和N₂的硝酸的浓度是10mol/l，所以要求1.8gMg完全反应时，硝酸的浓度依然是不会生成NO的浓度，即大于10mol/L，问的是至少多少，所以就是镁反应完的时候硝酸的浓度刚好是10mol/L，剩余硝酸的物质的量为10×0.1=1mol．而反应过程中消耗的硝酸为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，原有硝酸的总量为：1+0.3=1.3mol
所以，硝酸的浓度为$\frac{1.3}{0.1}$=13mol/L，故答案为：13mol/L；
（4）足量金属镁加入盐N₂H₆Cl₂的溶液中产生H₂的化学方程式为：Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑，
故答案为：Mg+N₂H₆Cl₂=MgCl₂+N₂H₄+H₂↑或Mg+N₂H₆Cl₂+2H₂O=MgCl₂+N₂H₄•2H₂O+H₂↑．

点评 本题考查了化学方程式的书写，题目难度较大，准确把握图象给出信息、熟知硝酸的性质、氧化还原反应得失电子守恒是解题关键．