Question

7．固體硝酸鹽加熱易分解且產物較復雜．某學習小組以Mg（NO3）2為研究對象，擬通過實驗探究其熱分解的產物，提出如下4種猜想：
甲：Mg（NO₂）₂、NO₂、O₂    乙：Mg0、N0₂、0₂    丙：Mg₃N₂、O₂    丁：MgO、NO₂、N₂
（1）實驗前討論時，甲直接認定丁猜想不成立，理由是不符合氧化還原反應原理．
查閱資料得知：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O針對甲、乙、丙猜想，設計如圖所示的實驗裝置（圖中加熱、夾持儀器等均省略）：

（2）實驗過程：
①如何檢查裝置的氣密性連接儀器后，關閉k，微熱硬質玻璃管A，觀察到E中有氣泡連續放出，證明裝置氣密性良好．
②稱取Mg（NO₃）₂固體3.7g置于A中，加熱前通入N₂一段時間后關閉K，用酒精燈加熱．
③觀察到A中有紅棕色氣體出現，C、D中未見明顯變化，于是大家排除猜想丙；同學戊提出丙
中有物質溶于水能與水發生復分解反應，根據此現象也排除丙，請幫戊寫出支持其觀點的化學方程式Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑．
④待樣品完全分解，A裝置冷卻至室溫、稱量，測得剩余固體的質量為l.0g
（3）實驗結果分析討論：
①根據實驗和剩余固體的質量經分析可初步確認猜想乙是正確的．
②根據D中無明顯現象，一位同學認為不能確認分解產物中有O₂，因為若有O₂，D中將發生氧化還原反應生成Na₂SO₄（填寫化學式），溶液顏色會褪去；小組討論認定分解產物中有O₂存在，未檢測到的原因是4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃（用化學方程式表示），B、C裝置中均盛放NaOH但作用不一樣．C中滴有酚酞NaOH的作用是檢驗二氧化氮是否除盡，便于D中檢驗產物氧氣
③小組討論后達成的共識是上述實驗設計仍不完善，需改進裝置進一步研究．

Answer 1

分析 實驗探究Mg（NO₂）₂熱分解的產物：實驗前需要檢驗裝置的氣密性，連接儀器后，關閉k，微熱硬質玻璃管A，觀察到E中有氣泡連續放出，證明裝置氣密性良好，加熱前通入N₂，利用氮氣提供惰性環境，避免空氣成分干擾，裝置A：Mg（NO₂）₂熱分解，裝置B：A中出現的紅棕色氣體和濃氫氧化鈉反應，2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，吸收二氧化氮，裝置C：檢驗二氧化氮是否除盡，檢驗氨氣存在，裝置D：檢驗氧氣存在，裝置E：尾氣吸收，防止空氣中進入裝置．
（1）選項中都涉及N元素的化合價的變化，為氧化還原反應，應滿足氧化劑和還原劑得失電子數目相等，以此解答；
（2）①設法使裝置內外形成氣壓差是氣密性檢查的常用手段，該題可利用封閉氣體的熱脹冷縮進行氣密性檢驗；③丙：Mg₃N₂、O₂，氮化鎂和水反應生成氫氧化鎂和氨氣；
（3）①根據硝酸鎂的反應現象結合固體質量差量法進行計算，確定固體的分解方式；
②D中亞硫酸鈉具有還原性，能夠和氧氣反應生成硫酸鈉，溶液褪色；二氧化氮和水和氧氣生成硝酸，C中滴有酚酞NaOH，能檢驗二氧化氮是否除盡，便于D中檢驗產物氧氣．

解答 解：（1）Mg（NO₂）₂中氮元素化合價為+5價，而丁：MgO、NO₂、N₂，由于產物中氮元素NO₂（+4價）、N₂（0價），無其它化合價變化，為化合價只有降低情況，沒有升高，不滿足氧化還原反應的特征，
故答案為：不符合氧化還原反應原理；
（2）①該實驗連接儀器后，利用封閉氣體受熱體積膨脹進行檢驗裝置的氣密性，方法為：關閉k，微熱硬質玻璃管A，觀察到E中有氣泡連續放出，證明裝置氣密性良好，
故答案為：連接儀器后，關閉k，微熱硬質玻璃管A，觀察到E中有氣泡連續放出，證明裝置氣密性良好；
③氮化鎂和水反應生成氨氣、氫氧化鎂，反應的化學方程式為：Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑，
故答案為：Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑；
（3）①硝酸鎂分解，紅棕色氣體是二氧化氮，鎂元素不會還是硝酸鎂形式，所以甲錯誤，稱取Mg（NO₃）₂固體3.7g即0.025mol置于A中，測得剩余固體的質量為1.0g，則固體減少的質量是2.7g，硝酸鎂的分解反應為：2Mg（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2 MgO+4NO₂↑+O₂↑，乙正確，
故答案為：乙；
②亞硫酸鈉和氧氣的反應，反應方程式是：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，小組討論認定分解產物中有O₂存在，未檢測到的原因是，二氧化氮和水和氧氣生成硝酸：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，C中滴有酚酞NaOH的作用是：檢驗二氧化氮是否除盡，便于D中檢驗產物氧氣，
故答案為：Na₂SO₄；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃；檢驗二氧化氮是否除盡，便于D中檢驗產物氧氣．

點評 本題探究硝酸鎂分解產物，提出假想，通過實驗驗證，涉及了化學方程式的書寫、基本實驗操作的考查等，本題難度中等，有利于提高學生運用所學知識的能力及化學實驗能力．