Question

某化學興趣小組查閱資料得知鎂可在氮氣中燃燒生成Mg₃N₂，并設計如下實驗方案進行探究．
步驟1：用盛水的水槽、無底的廢廣口瓶、燃燒匙、蒸發皿、膠塞等裝配如圖所示的裝置．另準備一只膠塞，其中有一根銅絲穿過，銅絲末端固定一根鎂條備用．
步驟2：引燃燃燒匙中的試劑，塞好瓶塞．燃燒結束后，調節廣口瓶內外液面相平．
步驟3：點燃鎂條，更換膠塞，鎂條繼續燃燒，反應結束后，廣口瓶內水面上升．
步驟4：取蒸發皿中得到的固體，加鹽酸溶解．向溶液中加入過量氫氧化鈉溶液，有白色沉淀生成，同時得到一種能使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體．
（1）為除去廣口瓶中的氧氣，燃燒匙中最好應裝入下列試劑中的（填序號）______．A．炭粉　　B．鐵粉　　C．紅磷
（2）“步驟2”中調節內外液面相平的方法：______
（3）寫出Mg₃N₂溶于足量鹽酸生成兩種氯化物的化學方程式：______．
（4）某同學直接將鎂條在空氣中點燃，并將所得白色固體進行“步驟4”的實驗，結果無氣體生成，其原因是______．
（5）興趣小組同學為比較鎂和鋁的金屬性強弱，設計了下表中的實驗方案一，請你再設計一種不同的實驗方案．實驗試劑和用品：鎂條、鋁條、0.1mol?L^-1MgCl₂溶液、0.1mol?L^-1AlCl₃溶液、0.1mol?L^-1HCl溶液、0.1mol?L^-1NaOH 溶液、pH 試紙（其他實驗儀器可任選）

	實驗操作	實驗現象
方案一	取已除去表面氧化膜的鎂條和鋁條， 分別和0.1mol?L-1HCl溶液反應	均有氣泡產生，鎂條反應 比鋁條反應更劇烈
方案二

Answer 1

解：（1）A．發生反應為：C+O₂CO₂，由方程式可知，一方面消耗O₂的體積等于生成CO₂的體積，廣口瓶內液面不會上升，步驟2中就無需調節廣口瓶內外液面相平．另一方面生成的CO₂可以與Mg反應，致使蒸發皿中得到的固體含有MgO．故A錯誤；
B．廢廣口瓶中的氣體為空氣，而鐵在純氧中可以燃燒，在空氣中無法引燃．故B錯誤；
C．紅磷在空氣中燃燒，生成固體五氧化二磷，4P+5O₂2P₂O₅，除去廣口瓶中的氧氣，導致廣口瓶內壓強減小，液面上升，故C正確；
故答案為：C；
（2）由圖知，無底的廢廣口瓶的底部與水槽底部相接，除去廣口瓶內空氣中的氧氣后，導致廣口瓶內水面上升，廣口瓶外水面就下降，要調節廣口瓶內外液面相平，最直接就是向水槽中加水，故答案為：向水槽中加水；
（3）Mg₃N₂由陽離子Mg²⁺和陰離子N^3-組成，溶于足量鹽酸時，可看成先和水反應，生成的產物再和鹽酸反應，
第一步反應Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑（H₂O電離出H⁺和OH^-，Mg²⁺和OH^-結合成Mg（OH）₂，N^3-和H⁺結合成NH₃），
第二步Mg（OH）₂和NH₃再與鹽酸反應，生成MgCl₂和NH₄Cl，最后合并得總反應為Mg₃N₂+8HCl=3MgCl₂+2NH₄Cl．
故答案為：Mg₃N₂+8HCl=3MgCl₂+2NH₄Cl；
（4）步驟4中取蒸發皿中得到的固體，加鹽酸溶解．向溶液中加入過量氫氧化鈉溶液，有白色沉淀生成，同時得到一種能使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體．該氣體為堿性氣體NH₃，說明蒸發皿中得到的固體為Mg₃N₂．如果直接將鎂條在空氣中點燃，空氣中存在N₂、O₂、CO₂，三者都能與鎂反應（N₂+3MgMg₃N₂、O₂+2Mg2MgO、CO₂+2Mg2MgO+C），但氧氣比氮氣活潑，氧氣首先與鎂反應生成MgO（與CO₂反應也是生成MgO），進行步驟4中實驗時，無NH₃生成，不能使濕潤紅色石蕊試紙變藍．
故答案為：氧氣比氮氣活潑，與鎂反應生成MgO；
（5）金屬性強弱依據有：①看該金屬與水反應的難易，與水反應越容易，金屬性越強，②看該金屬與酸反應的難易，與酸反應越容易，金屬性越強，③看該金屬最高價氧化物對應水化物的堿性強弱，堿性越強，該金屬金屬性越強，
在MgCl₂溶液和AlCl₃溶液中分別加NaOH 溶液至過量，發生反應MgCl₂+2NaOH═2NaCl+Mg（OH）₂↓、AlCl₃+3NaOH═3NaCl+Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，可見MgCl₂溶液中產生沉淀且不消失，
AlCl₃溶液中產生沉淀后完全溶解．說明Al（OH）₃為兩性氫氧化物，得Mg（OH）₂的堿性強于Al（OH）₃的堿性，故Mg的金屬性強于Al的金屬性，
故答案為：在MgCl₂ 溶液和AlCl₃ 溶液中分別加NaOH 溶液至過量；MgCl₂溶液中產生沉淀且不消失，AlCl₃溶液中產生沉淀后完全溶解．
分析：（1）題意要求氧氣消耗掉，同時廣口瓶中壓強減小液面上升，分析炭粉、鐵粉、紅磷與氧氣的反應產物及反應條件，即可確定正確選項；
（2）通過審題、分析裝置圖，即可確定廣口瓶內水面高于廣口瓶外水面，從而采取正確方法使內外液面相平；
（3）由題意知，反應物已知，要寫化學方程式關鍵在于確定出生成物，生成物的確定可把Mg₃N₂看成先與水反應，然后產物再與鹽酸反應；
（4）掌握空氣中的成分與鎂反應的方程式，結合步驟4中要得到一種能使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體，即可確定蒸發皿中的固體應為Mg₃N₂，再進一步分析氧氣和氮氣與鎂反應的活潑性；
（5）金屬性強弱依據有：①看該金屬與水反應的難易，與水反應越容易，金屬性越強，②看該金屬與酸反應的難易，與酸反應越容易，金屬性越強，③看該金屬最高價氧化物對應水化物的堿性強弱，堿性越強，該金屬金屬性越強．根據③設計不同的實驗方案．
點評：本題考查元素及其化合物，首先要熟悉物質的化學性質及化學用語，其次要認真審題，結合題目的已知條件進行分析，得出結論．