Question

4．學習小組擬通過實驗，探究Mg（NO₃）₂受熱分解的產物．
小組猜想：ⅰ．固體產物可能有Mg（NO₂）₂、MgO、Mg₃N₂中的一種或幾種
ⅱ．氣體產物可能有NO₂、N₂、O₂中的一種或幾種
查得相關資料：a．Mg（NO₂）₂、Mg（NO₃）₂易溶于水，MgO難溶于水．
b.2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O
c．Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑
（1）針對以上猜想，設計了如圖所示實驗（圖中加熱、夾持儀器等裝置均省略）：

（2）進行實驗
Ⅰ．檢驗上述裝置氣密性．
Ⅱ．稱取3.7gMg（NO₃）₂固體，置入硬質玻璃管A中，打開K，通入一段時間N₂，并進行相關物質質量稱量
Ⅲ．關閉K，用酒精燈持續給裝置A加熱，過程中各裝置內溶液均未倒吸入其它裝置．
Ⅳ．待Mg（NO₃）₂完全分解，裝置冷卻至室溫，打開K，再緩慢通入一會N₂后并再稱量．稱得A中剩余固體質量為1.0g，B、C、D、E、F中溶液質量分別增加了2.3g、0.0g、0.1g、0.3g、0.05g．
Ⅴ．取少量剩余固體于試管中，加入適量水，未出現明顯現象．
（3）回答問題
①小組預測一定有O₂生成，理由是N元素化合價降低，則一定存在化合價升高的元素，只能為氧元素失去電子生成O₂．
②N₂的電子式是，步驟Ⅱ中，通入一段時間N₂的目的是避免對分解產物O₂的檢驗產生干擾．
③步驟Ⅲ中，裝置A內若出現了紅棕色氣體，其化學式是NO₂．
④裝置C中若紅色始終未褪，其設計的目的是驗證NO₂是否被吸收干凈，防止NO₂干擾后續對O₂的檢驗．
⑤實驗中發現Mg（NO₃）₂分解時有O₂生成，其實驗現象是C中紅色溶液中有氣泡冒出，D中溶液褪色，用化學用語解釋，產生上述現象的原因是Na₂SO₃+H₂ONaHSO₃+NaOH、2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄．
⑥實驗中Mg（NO₃）₂分解沒有N₂生成的理由是Mg（NO₃）₂的質量與剩余固體、NO₂、O₂的質量之和相等，已符合質量守恒定律．
⑦Mg（NO₃）₂分解的化學方程式是2Mg（NO₃）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+4NO₂↑+O₂↑．
⑧裝置F中溶液質量增加的原因是吸收空氣進入的O₂所致．

Answer 1

分析 ①根據氧化還原反應中化合價有升高，一定也要降低角度進行判斷；
②氮氣分子中含有氮氮三鍵，最外層滿足8電子穩定結構；各裝置中都有氧氣，避免空氣中氧氣干擾實驗；
③根據二氧化氮為紅棕色氣體分析；
④二氧化氮影響氧氣的檢驗，所以檢驗氧氣前先必須證明二氧化氮已經除盡；
⑤若C中紅色溶液中有氣泡冒出，D中溶液褪色，則證明產物中有氧氣；分別寫出亞硫酸鈉水解、亞硫酸鈉被氧氣氧化的方程式；
⑥根據質量守恒進行判斷；
⑦根據以上分析可知，硝酸鎂分解生成氧化鎂、二氧化氮和氧氣，據此寫出反應的方程式；
⑧空氣中有氧氣，能夠將亞硫酸鈉氧化成硫酸鈉導致溶液質量增加．

解答 解：①Mg（NO₃）₂受熱分解生成的氮化物中，N元素的化合價降低，則一定有化合價升高的元素，根據硝酸鎂的組成可知，只能為-2價的氧元素失去電子生成氧氣，
故答案為：N元素化合價降低，則一定存在化合價升高的元素，只能為氧元素失去電子生成O₂；
②氮氣分子中含有氮氮三鍵，氮原子最外層達到8電子穩定結構，其電子式為：；
步驟Ⅱ中，通入一段時間N₂，目的是用氮氣排出裝置中空氣避免對產物氧氣檢驗的干擾，
故答案為：；避免對分解產物O₂的檢驗產生干擾；
③步驟Ⅲ中，裝置A內若出現了紅棕色氣體，則該紅棕色氣體為NO₂，故答案為：NO₂；
④裝置D用于檢驗氧氣，而二氧化氮能夠氧化亞硫酸鈉，影響了氧氣的測定，所以必須用裝置C驗證NO₂是否被吸收干凈，防止NO₂干擾后續對O₂的檢驗，
故答案為：驗證NO₂是否被吸收干凈，防止NO₂干擾后續對O₂的檢驗；
⑤若裝置C中紅色溶液中有氣泡冒出，且試管D中亞硫酸鈉的酚酞溶液褪色，則證明反應產物中有氧氣，涉及的反應有：亞硫酸鈉水解溶液呈堿性，所以滴有酚酞的溶液顯示紅色：Na₂SO₃+H₂O?NaHSO₃+NaOH、亞硫酸鈉被氧化生成硫酸鈉：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，導致溶液褪色，
故答案為：C中紅色溶液中有氣泡冒出，D中溶液褪色；Na₂SO₃+H₂O?NaHSO₃+NaOH、2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；
⑥稱取3.7gMg（NO₃）₂固體，反應后剩余1g固體，B中增重2.3g為二氧化氮質量，D、E增重的為氧氣，質量為0.4g，總質量恰好為3.7g，說明反應產物中不會有氮氣生成，
故答案為：Mg（NO₃）₂的質量與剩余固體、NO₂、O₂的質量之和相等，已符合質量守恒定律；
⑦取少量剩余固體于試管中，加入適量水，未出現明顯現象，說明反應產物中沒有氮化鎂和亞硝酸鎂，只能為氧化鎂，結合其它分析可知，硝酸鎂分解生成氧化鎂、二氧化氮氣體和氧氣，反應方程式為：2Mg（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案為：2Mg（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+4NO₂↑+O₂↑；
⑧裝置F的作用是吸收空氣中氧氣，避免干擾實驗測定，由于亞硫酸鈉與空氣中氧氣反應生成硫酸鈉，導致試管F中溶液質量增加，
故答案為：吸收空氣進入的O₂所致．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計，題目難度中等，明確實驗原理及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，注意掌握物質的性質及檢驗方法，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．