Question

12．已知氮元素有多种化合价，如：-3、0、+1、+2、+3、+4、+5．
（1）下表是硝酸与某种金属M在某些条件下反应所得还原产物的关系：

硝酸	硝酸浓度大于10mol/L	硝酸浓度为6.6～10mol/L、加热	硝酸浓度为6.6～10mol/L
还原产物	NO2	NO2	NO2
硝酸	硝酸浓度为0.1～6.6mol/L、加热	硝酸浓度0.1～6.6mol/L	硝酸浓度0.1mol/L
还原产物	NO	NO2、N2	NH4NO3

通过分析上表，金属锌与某浓度的硝酸反应时，若无气体产生，则此化学反应中被还原的硝酸与参加反应的硝酸物质的量之比是1：10．
（2）以氨作为燃料的固体氧化物（含有O^2-，接触面可让O^2-通过）燃料电池，具有全固态结构、能量效率高、无污染等特点，另外氨气含氢量高，不含碳，易液化，方便运输和贮存，是很好的氢源载体．其工作原理如图所示
①负极为a（选填“a”或“b”）．
②该电池工作时的总反应为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．
③固体氧化物作为电池工作的电解质，O^2-移动方向为由电极b向电极a移动（选填“由电极a向电极b”或“由电极b向电极a”）．
④该电池工作时，在图中所给的接触面上发生的电极反应为：2NH₃+3O^2--6e^-=N₂+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）金属锌与某浓度的硝酸反应时，若无气体产生，应生成硝酸锌和硝酸铵，依据元素化合价变化和电子守恒计算得到；
（2）①根据无污染的特点可知反应为2NH₃+3O₂=N₂+6H₂O，通入氨气的一极为负极；
②以氨作为燃料的固体氧化物（含有O^2-，接触面可让O^2-通过）燃料电池，具有全固态结构、能量效率高、无污染等特点，说明氨气和氧气反应生成氮气和水；
③阴离子向负极移动；
④负极发生氧化反应，氨气被氧化生成氮气，结合电荷守恒和电子守恒书写电极反应；

解答 解：（1）由表中数据可知，硝酸浓度或温度不同，硝酸的含有产物不同，金属锌与某浓度的硝酸反应时，无气体产生，应生成硝酸锌和硝酸铵，反应的方程式为4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+NH₄NO₃+H₂O，可知反应中被还原的硝酸与 参加反应的硝酸物质的量之比是1：10，
故答案为：1：10；
（2）①根据无污染的特点可知反应为2NH₃+3O₂=N₂+6H₂O，通入氨气的一极为负极，a为负极，b为正极，故答案为：a；
②根据无污染的特点可知反应为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，故答案为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O；
③通入氨气的一极为负极，阴离子向负极移动，即由电极b向电极a移动，故答案为：由电极b向电极a移动；
④在接触面上发生的反应为负极反应，氨气被氧化生成氮气，电极方程式为2NH₃+3O ^2--6e^-=N₂+3H₂O，
故答案为：2NH₃+3O^2--6e^-=N₂+3H₂O；

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应的计算，硝酸的性质以及电化学知识，综合考查学生的分析能力和计算能力，为高考高频考点和常见题型，难度中等，注意电极方程式的书写．