Question

【題目】某研究性學習小組對Mg和Al的性質進行了下列的實驗及研究。

（1）以鎂條、鋁片為電極，稀NaOH溶液為電解質構成的原電池（如圖1所示）時發現，剛開始時，電流表指針向右偏轉，鎂條做負極；但隨后很快指針又向左偏轉，鎂條表面有極少量的氣泡產生。

①開始階段，負極發生的反應是________。

②隨后階段，鋁片發生的電極反應式是_______；則鎂電極發生的電極反應式是________。

（2）經研究測定，鎂與不同濃度的硝酸反應，生成氣體產物的含量隨HNO3濃度變化曲線如圖2所示，溶液中的產物有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（標準狀況下）氣體（忽略反應過程中HNO3濃度的變化），該反應的化學方程式是________。

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鎂較活潑所以做負極，Mg失電子變成Mg2+，負極反應為Mg+2OH－－2e－=Mg（OH）2↓；

②Mg雖比Al活潑，但Mg不能與NaOH溶液反應，而Al可與NaOH溶液反應，故Al作負極，失電子生成Al3+，Al3+結合OH-生成AlO2－，鎂做正極，H+在鎂電極上得電子生成氫氣，電極反應式分別是Al+4OH－－3e－=AlO2－+2H2O、2H++2e－=H2↑或2H2O+2e－=H2↑+2OH－；

（2）金屬鎂的物質的量是0.004mol，氣體的物質的量是0.001mol，Mg與總氣體物質的量比值為4：1，由圖知：NO2：H2：N2：NO=1：1：3：5，設NO2、H2、N2、NO系數分別為1，1，3，5，Mg為40。根據電子轉移的數目：產生1molNO2，轉移1mol。同理H2：2mol，N2：10mol，NO：3mol，因此總共轉移電子為（1×1+1×2+3×10+5×3）mol=48mol，但是40mol的Mg，轉移80mol電子，還差了32mol，所以一定是還有NH4NO3生成，生成1molNH4NO3，轉移8mol電子，現在有32mol電子，所以是4molNH4NO3，再根據N守恒，H守恒可知反應為40Mg+100HNO3=5NO↑+H2↑+NO2↑+3N2↑+4NH4NO3+40Mg（NO3）2+41H2O。