Question

11．氮化鎂是一種應用范圍非常廣泛的無機化合物，它可用于制備高硬度、高熱導、抗腐蝕、抗磨損和耐高溫的其它元素的氮化物，制備特殊的陶瓷材料等．某興趣小組用鎂與氮氣反應制備氮化鎂（Mg₃N₂），并用實驗方法測定氮化鎂的純度．

資料一：氮化鎂是淺黃色粉末，極易與水反應生成氫氧化鎂沉淀和氨氣； 資料二：（NH4）2SO4+2NaNO2$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2N2↑+Na2SO4+4H2O，該反應為放熱反應； 資料三：飽和硫酸亞鐵溶液能吸收部分氧氣； 資料四：在常溫下或溫度不高的條件下鎂幾乎與水不反應．

【制備氮化鎂】制備氮化鎂的裝備示意圖如圖1：

（1）儀器a的名稱是分液漏斗，b的名稱是圓底燒瓶；
（2）D裝置的作用是吸收水蒸氣（干燥氮氣），G裝置的作用是防止空氣中的氧氣進入E裝置；能否將C、D裝置對調否（填“能”或“否”）；
（3）寫出E裝置中發(fā)生反應的化學方程式3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（4）檢查整套裝置氣密性的方法是用酒精燈微熱燒瓶，若G處導管口有氣泡產(chǎn)生，且冷卻后G處長導管內產(chǎn)生穩(wěn)定的水柱，則氣密性良好；
（5）進行實驗時先進行A（選擇“A”或“E”）處加熱，理由是排盡空氣；
（6）A處加熱片刻后，應移去酒精燈，理由是該反應放出大量熱（節(jié)約能源）．
【測定氮化鎂的含量】
（7）定性測定：
步驟一、取少量氮化鎂樣品于試管中，加足量蒸餾水，試管底部有沉淀生成，試管口聞到有刺激性氣味的氣體生成；
步驟二、棄去上層清液，加入稀鹽酸，觀察到沉淀全溶且冒氣泡．
①檢驗刺激性氣味氣體的方法是將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，若試紙變藍，則為氨氣；
②寫步驟二中產(chǎn)生氣泡的反應的化學方程式：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（8）定量測定：按如圖2裝置進行實驗．
①球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸；
②取氮化鎂樣品16克進行實驗，I裝置增重3.4克，求該樣品中氮化鎂的質量分數(shù)；62.5%
③導致該樣品中氮化鎂含量測定結果偏低的可能原因是產(chǎn)生的氨氣未能全部被吸收．

Answer 1

分析 （1）由圖中儀器結構可知，a為分液漏斗、b為圓底燒瓶解答；
（2）裝置內含有氧氣、反應生成的氣體中可能含有氮的氧化物，裝置C除去氧氣（及氮氧化物）、D干燥氮氣，防止對E裝置反應的影響；
C、D對調后無法除去水蒸氣；
（3）裝置E中氮氣與鎂反應生成二氮化三鎂；
（4）利用裝置內氣體熱脹冷縮檢驗裝置的氣密性；
（5）根據(jù)進行實驗時先進行A處加熱，為了排盡空氣解答；
（6）根據(jù)該反應放出大量熱（節(jié)約能源）解答；
（7）根據(jù)氮化鎂水解生成氫氧化鎂沉淀與氨氣，氨氣使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，據(jù)此設計證明有氮化鎂生成；若Mg有剩余，將上述反應后的上清液去掉，加入鹽酸，有氣泡生成，說明有Mg剩余解答；
（8）
①根據(jù)球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸解答；
②根據(jù)I裝置增重3.4克為氨氣的質量，利用化學方程式分析解答；
③根據(jù)致該樣品中氮化鎂含量測定結果偏低的可能原因是產(chǎn)生的氨氣未能全部被吸收解答．

解答 解：（1）由圖中儀器結構可知，a為分液漏斗、b為圓底燒瓶；
（2）濃硫酸具有吸水性，能夠吸收水蒸氣（干燥氮氣）；G裝置的作用是防止空氣中的氧氣進入E裝置；D干燥氮氣，除去水蒸氣，防止對E裝置反應的影響；C、D對調后無法除去水蒸氣，故C、D不能對調，
（3）裝置E中氮氣與鎂反應生成二氮化三鎂，反應方程式為：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（4）利用裝置內氣體熱脹冷縮檢驗裝置的氣密性，檢查裝置氣密性的方法是：微熱b，這時G中有氣泡冒出，停止加熱冷卻后，G中插在溶液里的玻璃管形成一段水柱，則氣密性良好；
（5）進行實驗時先進行A加熱，理由是排盡空氣；
（6）該反應放出大量熱（節(jié)約能源）；
（7）取少量產(chǎn)物于試管中，加入少量蒸餾水，試管底部有沉淀生成，可聞到刺激性氨味（把濕潤的紅色石蕊試紙放在管口，試紙變藍），證明產(chǎn)物中含有氮化鎂；
棄去上清液，加入鹽酸，若觀察到有氣泡產(chǎn)生，則證明產(chǎn)物中含有未反應的鎂，反應的方程式：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
（8）
①球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸；
②設樣品中氮化鎂的質量為x
Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑
100                                        34        
x                                         3.4g        
    $\frac{100}{34}=\frac{x}{3.4g}$
x=10g
該樣品中氮化鎂的質量分數(shù)=$\frac{10g}{16g}$×100%=62.5%；
③致該樣品中氮化鎂含量測定結果偏低的可能原因是產(chǎn)生的氨氣未能全部被吸收．
答案：
（1）分液漏斗；圓底燒瓶；
（2）吸收水蒸氣（干燥氮氣）； 防止空氣中的氧氣進入E裝置； 否；
（3）3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂
（4）用酒精燈微熱燒瓶，若G處導管口有氣泡產(chǎn)生，且冷卻后G處長導管內產(chǎn)生穩(wěn)定的水柱，則氣密性良好；
（5）A；  排盡空氣；
（6）該反應放出大量熱（節(jié)約能源）；
（7）①將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，若試紙變藍，則為氨氣；
②Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（8）①充分反應，防倒吸；
②62.5%；
③產(chǎn)生的氨氣未能全部被吸收．

點評 本題以氮化鎂的制備為載體，考查學生對實驗裝置的理解、元素化合物的性質、實驗方案的設計等，是對學生綜合能力的考查，需要學生基本扎實的基礎與分析問題、解決問題的能力．