Question

5．Mg能在NO₂中燃燒，產物為Mg₃N₂，MgO和N₂．某科學小組通過實驗驗證部分產物并探究產物的比例關系．限用如圖裝置實驗（夾持裝置省略）
資料信息：Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂+2NH₃↑
回答下列問題：
（1）利用上述裝置完成實驗，連接順序為B、B、A、GF、C（填字母序號）．
（2）連接好儀器，裝入藥品前如何檢驗裝置氣密性關閉分液漏斗活塞，將導氣管末端插入水中，對B中錐形瓶微熱，若導管口有氣泡冒出，停止加熱，導氣管中進入一段水柱，表示氣密性良好
（3）裝置A中盛裝的干燥劑可以是②④（填序號）
①濃硫酸   ②無水CaCl₂   ③堿石灰    ④五氧化二磷
（4）裝置F的作用是除去過量的二氧化氮氣體．
（5）要確定產物中有N₂生成，觀察到的實驗現象為裝置C中液面下降，D中出現水，確定產物中含有Mg₃N₂的具體實驗操作為取少量反應后的固體產物，加入到水中產生有刺激性氣味的氣體，該氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色．
（6）已知裝置E中初始加入鎂粉的質量為13.2g，在足量的NO₂中充分燃燒，實驗結束后，硬質玻璃管冷卻至室溫，稱量，測得剩余固體的質量為21.0g，產生N₂的體積為1120mL（標準狀況）．寫出玻璃管中發生反應的化學方程式：11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂．

Answer 1

分析 （1）Mg能在NO₂中燃燒，產物為Mg₃N₂、MgO和N₂，裝置B中Cu與濃硝酸反應生成的氣體NO₂，用裝置A干燥劑干燥，通入硬質玻璃管E與鎂粉發生反應，用F裝置除去多余的NO₂，裝置C和D排水法收集N₂，故連接裝置的順序為：BAEGFCD；
（2）連接好儀器，裝藥品前裝置的氣密性檢查方法是：裝置密閉后改變裝置內的壓強，看導氣管是否有氣泡冒出，停止加熱是否有液體上升設計；
（3）NO₂不能用堿性干燥劑干燥，選擇酸性或中性固體干燥劑；
（4）二氧化氮氣體不能直接排放，用氫氧化鈉吸收；
（5）確定產物中有氮氣生成的實驗現象為裝置C中收集到大量氣體，有反應Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂+2NH₃↑，故可檢驗氨氣的生成確定產物中含有Mg₃N₂；
（6）設生成Mg3N2的物質的量為xmol，MgO的物質的量為Ymol，可得到3x+y=0.55mol，100x+40y=21.0g
解得x=0.05，y=0.4，N2的物質的量為0.05mol，即得到方程．

解答 解：（1）Mg能在NO₂中燃燒，產物為Mg₃N₂、MgO和N₂，裝置B中Cu與濃硝酸反應生成的氣體NO₂，用裝置A干燥劑干燥，通入硬質玻璃管E與鎂粉發生反應，用F裝置除去多余的NO₂，裝置C和D排水法收集N₂，故連接裝置的順序為：BAEGFCD；
答案為：B；A；F；C；
（2）連接好儀器，裝藥品前裝置的氣密性檢查方法是：關閉分液漏斗活塞，將導氣管末端插入水中，對錐形瓶或B處反應管微熱，若導氣管口有氣泡，停止加熱，導氣管中進入一段水柱，表示氣密性完好；
故答案為；關閉分液漏斗活塞，將導氣管末端插入水中，對B中錐形瓶微熱，若導管口有氣泡冒出，停止加熱，導氣管中進入一段水柱，表示氣密性良好；
（3）NO₂不能用堿性干燥劑干燥，U形管裝的是固體干燥劑，所以干燥劑可以是無水CaCl₂或五氧化二磷等；
故答案為：②④；
（4），裝置F是除去過量的二氧化氮氣體，2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O；
故答案為：除去過量的二氧化氮氣體；
（5）氮氣不溶于水，如果有氮氣，則能通過排水法收集到氣體，所以確定產物中有N₂生成的實驗現象為C中試劑瓶中的水被氣體壓入燒杯D中；確定產物中含有Mg₃N₂的具體實驗操作為：少量反應后的固體產物，加入到水中產生有刺激性氣味的氣體，該氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色；
故答案為：裝置C中液面下降，D中出現水；取少量反應后的固體產物，加入到水中產生有刺激性氣味的氣體，該氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色；
（6）已知裝置E中初始加入Mg粉質量為13.2g，物質的量=13.2g÷24g/mol=0.55mol，在足量的NO₂中充分燃燒，實驗結束后，硬質玻璃管冷卻至室溫、稱量，測得硬質玻璃管中剩余固體的質量為21.0g為氮化鎂和氧化鎂，產生N₂的體積為1120mL（標準狀況）物質的量=1.12L÷22.4L/mol=0.05mol．
設生成Mg₃N₂的物質的量為xmol，MgO的物質的量為Ymol，可得到3x+y=0.55mol，100x+40y=21.0g
解得x=0.05，y=0.4，N₂的物質的量為0.05mol，
n（Mg）：n（Mg₃N₂）：n（MgO）：n（N₂）=0.55：0.05：0.4：0.05=11：1：8：1：，結合氮原子守恒NO₂前系數為4，
即得到11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂，
故答案為：11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂．

點評 本題考查了物質組成和性質的實驗探究方法和組成的測定分析，實驗基本操作和物質組成的計算是解題關鍵，題目難度中等．