Question

10．現擬在實驗室里利用空氣和鎂粉為原料制取少量純凈的氮化鎂（Mg₃N₂）．已知實驗中可能會發生下列反應：
①2Mg+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO；  ②3Mg+N₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₃N₂；  ③2Mg+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+C；
④Mg+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂↑；  ⑤Mg₃N₂+6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑．
可供選擇的裝置和藥品如圖所示（鎂粉、還原鐵粉均已干燥；裝置內所發生的反應是完全的；整套裝置的末端與干燥管相連）．

回答下列問題：
（1）在設計實驗方案時，除裝置A、E外，還應選擇的裝置（填字母代號）BDF，
其目的分別是（可不填滿）：
選擇B，目的是目的是除氣流中的水蒸汽，避免反應④發生；
選擇D，目的是目的是除去空氣中的CO₂，避免反應③發生；
選擇F，目的是目的是除去空氣中的氧氣，避免反應①發生；
選擇無，目的是無．
（2）連接并檢查實驗裝置的氣密性．實驗開始時，打開自來水的開關，將空氣從5升的空氣儲氣瓶壓入反應裝置，則氣流流經導管的順序是（填字母代號）：i→j→h→g→d→c→k→l→a→b．
（3）通氣后，如果同時點燃A、F裝置的酒精燈，對實驗結果有何影響？制得的氮化鎂不純，原因是因為A裝置沒有排完空氣前就加熱會使空氣中的氧氣、CO₂、水蒸氣等與鎂反應生成其他物質．
（4）請設計一個實驗，驗證產物是氮化鎂：將產物取少量置于試管中，加入適量水并加熱．將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口，若試紙變藍，則說明產物中含有Mg₃N₂，若試紙不變藍，則不含有Mg₃N₂．

Answer 1

分析 本題是在實驗室里利用空氣和鎂粉為原料制取少量純凈的氮化鎂，為了保證產品的純度，需要除去空氣中的氧氣、二氧化碳及水氣，分別利用還原鐵粉、氫氧化鈉溶液及濃硫酸完成，產品的檢驗可利用氮化鎂的性質⑤來設計實驗操作，據此可作答；
（1）根據題中信息可知Mg在空氣中點燃可以和O₂、CO₂、H₂O反應，所以鎂和氮氣反應必須將空氣中的O₂、CO₂、H₂O除去制得干燥純凈的N₂，濃硫酸作用是除去水蒸氣，濃氫氧化鈉是除去空氣中二氧化碳，灼熱的鐵粉為了除去空氣中氧氣（2）根據鎂和氮氣反應必須除去空氣中的水蒸氣、氧氣和二氧化碳除，先除去二氧化碳雜質氣體然后除去水蒸氣，最后除去氧氣解答；
（3）根據沒有排完空氣就加熱會讓空氣中的氧氣、氮氣和水與鎂反應生成其他物質；
（4）取適量產物放入試管中，滴加蒸餾水，將潤濕的紅色石蕊試紙靠近試管口，如果試管中的溶液出現渾濁，紅色石蕊試紙變藍，則可以證明有氮化鎂生成．

解答 解：（1）根據題中信息可知Mg在空氣中點燃可以和O₂、CO₂、H₂O反應，所以鎂和氮氣反應必須將空氣中的O₂、CO₂、H₂O除去制得干燥純凈的N₂，濃硫酸作用是除去水蒸氣，濃氫氧化鈉是除去空氣中二氧化碳，灼熱的鐵粉為了除去空氣中氧氣；
故答案為：B，目的是除氣流中的水蒸汽，避免反應④發生；D，目的是除去空氣中的CO₂，避免反應③發生；F，目的是除去空氣中的氧氣，避免反應①發生；
（2）除去水蒸氣選用濃硫酸，除去氧氣用能與空氣中氧氣反應的物質即可，除去二氧化碳用氫氧化鈣溶液吸收，但要先除去二氧化碳再干燥然后除去氧氣，故答案為：h→g→d→c→k→l→a→b；
（3）A沒有排完空氣就加熱會讓空氣中的氧氣、氮氣和水與鎂反應生成其他物質，
故答案為：制得的氮化鎂不純；因為A裝置沒有排完空氣前就加熱會使空氣中的氧氣、CO₂、水蒸氣等與鎂反應生成其他物質；
（4）依據氮化鎂和水反應生成氨氣，方程式為 Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂+2NH₃↑，將產物取少量置于試管中，加入適量水，將潤濕的紅色石蕊試紙置于試管口，如果能夠看到潤濕的紅色石蕊試紙變藍，則說明產物是氮化鎂，
故答案為：將產物取少量置于試管中，加入適量水，將潤濕的紅色石蕊試紙置于試管口，如果能夠看到潤濕的紅色石蕊試紙變藍，則說明產物是氮化鎂，若試紙不變藍，則不含有Mg₃N₂．

點評 本題考查了物質制備原理和裝置選擇，實驗步驟的設計分析判斷、物質性質的應用是解題的關鍵，題目難度中等．