Question

7．有甲、乙兩位同學(xué)均想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動性順序，兩人均用鎂片和鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6mol•L^-1的H₂SO₄溶液中，乙同學(xué)將電極放入6mol•L^-1的NaOH溶液中，如圖所示．
（1）寫出甲中正極的電極反應(yīng)式2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）寫出乙電池中總反應(yīng)的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）如果甲與乙同學(xué)均認為“構(gòu)成原電池的電極材料如果都是金屬，則構(gòu)成負極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出Mg（填寫元素符號，下同）的金屬活動性更強，而乙會判斷出Al的金屬活動性更強．
（4）由此實驗，可得到如下哪些正確結(jié)論
A．利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動性順序時應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)
B．鎂的金屬活動性不一定比鋁的金屬活動性強
C．該實驗說明金屬活動性順序表已過時，已沒有使用價值
D．該實驗說明化學(xué)研究對象復(fù)雜、反應(yīng)受條件影響較大，因此應(yīng)具體問題具體分析
（5）上述實驗也反過來證明了“直接利用金屬活動性順序判斷原電池中的正、負極”這種做法不可靠（填“可靠”或“不可靠”）．如不可靠，請你提出另一個判斷原電池正、負極的可行實驗將靈敏電流表用導(dǎo)線串聯(lián)在兩極上，通過電流表的指針偏轉(zhuǎn)判斷電流方向，電流從正極流向負極 （如可靠，可不填寫）．
（6）將5.1g鎂鋁合金溶于60mL 5.0mol•L^-1H₂SO₄溶液中，完全溶解后再加入65mL 10.0mol•L^-1的NaOH溶液，得到沉淀的質(zhì)量為9.7g，繼續(xù)滴加NaOH溶液時沉淀會減少．
（1）當(dāng)加入60mL NaOH溶液時，可使溶解在硫酸的Mg²⁺和Al³⁺恰好完全沉淀．
（2）合金溶于硫酸時所產(chǎn)生的氫氣在標(biāo)準狀況下的體積為5.6L．

Answer 1

分析 甲同學(xué)依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理是Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑，乙同學(xué)依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理是2Al+2NaOH+2H₂O2NaAlO₂+3H₂↑．由于Al顯兩性，與酸堿都能發(fā)生反應(yīng)，（1）甲中鎂易失電子作負極、Al作正極，負極上鎂發(fā)生氧化反應(yīng)、正極上氫離子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）乙池中鋁易失電子作負極、鎂作正極，負極上鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）根據(jù)作負極的金屬活潑性強結(jié)合電池中的負極判斷；
（4）A．原電池正負極與電解質(zhì)溶液有關(guān)；
B．鎂的金屬性大于鋁；
C．該實驗證明說明電解質(zhì)溶液性質(zhì)選用選擇合適的介質(zhì)，不能說明金屬活動性順序過時；
D．該實驗說明化學(xué)研究對象復(fù)雜，反應(yīng)受條件影響較大，因此應(yīng)具體問題具體分析；
（5）可以通過測電流的方向來判斷原電池的正負極；
（6）所發(fā)生的反應(yīng)為：Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑，2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄，根據(jù)反應(yīng)的方程式計算．

解答 解：（1）甲中鎂易失電子作負極、Al作正極，負極上鎂發(fā)生氧化反應(yīng)、正極上氫離子發(fā)生還原反應(yīng)，負極反應(yīng)為Mg-2e^-=Mg²⁺，正極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）乙池中鋁易失電子作負極，負極上鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O，鎂作正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，總反應(yīng)為2Al+2OH^-+2H₂O=AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）甲中鎂作負極、乙中鋁作負極，根據(jù)作負極的金屬活潑性強判斷，甲中鎂活動性強、乙中鋁活動性強，
故答案為：Mg；Al；
（4）A．根據(jù)甲、乙中電極反應(yīng)式知，原電池正負極與電解質(zhì)溶液有關(guān)，故A正確；
B．鎂的金屬性大于鋁，但失電子難易程度與電解質(zhì)溶液有關(guān)，故B錯誤；
C．該實驗說明電解質(zhì)溶液性質(zhì)影響電極的正負極，不能說明金屬活動性順序沒有使用價值，故C錯誤；
D．該實驗說明化學(xué)研究對象復(fù)雜，反應(yīng)與條件有關(guān)，電極材料相同其反應(yīng)條件不同導(dǎo)致其產(chǎn)物不同，所以應(yīng)具體問題具體分析，故D正確；
故答案為：AD；
（5）上述實驗說明，“直接利用金屬活動性順序表判斷電池中的正負極”并不考可靠，最好是接一個電流計，通過觀察電流方向判斷原電池的正負極，
故答案為：不可靠；將靈敏電流表用導(dǎo)線串聯(lián)在兩極上，通過電流表的指針偏轉(zhuǎn)判斷電流方向，電流從正極流向負極；
（6）所發(fā)生的反應(yīng)為：Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑，2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄，
（1）n（H₂SO₄）=0.06L×5mol/L=0.3mol，當(dāng)硫酸中的Mg和Al恰好完全沉淀時，溶液成分為Na₂SO₄，
此時n（NaOH）=2n（H₂SO₄）=2×0.3mol=0.6mol，
所以V（NaOH）=$\frac{0.6mol}{10mol/L}$=0.06L=60ml，
故答案為：60；
（2）當(dāng)加入60mlNaOH溶液時，鎂鋁恰好沉淀，當(dāng)加入n（NaOH）=0.065L×10mol/L=0.65mol時，
NaOH過量：0.65mol-0.6mol=0.05mol，發(fā)生：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
則溶解的n（Al（OH）₃）=0.05mol，m（Al（OH）₃）=0.05mol×78g/mol=3.9g，
所以硫酸中的Mg和Al恰好完全沉淀的質(zhì)量應(yīng)為3.9g+9.7g=13.6g，
設(shè)混合物中含有xmolMg，ymolAl，則24x+27y=5.1；58x+78y=13.6，解之得：x=0.1，y=0.1，
Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑
0.1mol                0.1mol
2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
0.1mol                          0.15mol
n（H₂）=0.1mol+0.15mol=0.25mol，V（H₂）=0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案為：5.6．

點評 本題考查了探究原電池原理、混合物的計算，題目難度中等，明確原電池中各個電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意不能根據(jù)金屬的活動性強弱判斷正負極，要根據(jù)失電子難易程度確定負極，為易錯點．