Question

【題目】甲同學通過查詢資料知道，一定濃度的硝酸與鎂反應時，可得到二氧化氮、一氧化氮、氮氣三種氣體。該同學用下列儀器組裝裝置來直接驗證有二氧化氮、一氧化氮生成并制取氮化鎂 (假設實驗中每步轉化均是完全的) 。查閱文獻得知：

①二氧化氮沸點為21.1 ℃、熔點為－11 ℃，一氧化氮沸點為－151 ℃、熔點為－164 ℃；

②鎂也能與二氧化碳反應；

③氮化鎂遇水反應生成氫氧化鎂和氨氣。

（1）實驗中先打開開關K，通過導管向裝置內通入二氧化碳氣體以排出裝置內的空氣，停止通入二氧化碳的標志是________________________________。

（2）為實現(xiàn)上述實驗目的，所選用的儀器的正確連接方式是A→____________→E，確定還原產物中有二氧化氮的現(xiàn)象是______________________________________，實驗中要多次使用裝置F，第二次使用F的目的是______________________________________________。

（3）實驗過程中，發(fā)現(xiàn)在D中產生預期現(xiàn)象的同時，C中溶液顏色慢慢褪去，試寫出C中反應的離子方程式：________________________________。

（4）甲同學在A中開始反應時，馬上點燃B處的酒精燈，實驗結束后通過測試發(fā)現(xiàn)B處的產品純度不高，原因是______________________________________。

（5）設計一種實驗方案，驗證鎂與硝酸反應時確實有氮氣生成：__________________________。

Answer 1

【答案】（1）E中出現(xiàn)白色沉淀（2）D→C→F→B→F

A中有紅棕色氣體產生(或D中出現(xiàn)有色液體) 防止水蒸氣進入B導致氮化鎂水解

（3）5NO＋4H＋＋3Mn===3Mn2＋＋5N＋2H2O

（4）裝置中充滿CO2，而加熱時CO2也能與Mg反應

（5）取少量B中反應后的固體放入試管中，再向試管中滴加適量的水并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口處，試紙變藍

【解析】

探究一定濃度的硝酸與Mg反應產物：A三頸燒瓶中為鎂和硝酸反應，可能得到NO2、NO、N2三種氣體，若產生二氧化氮氣體，A中有紅棕色氣體產生，NO2沸點為21.1℃，經過D裝置冰鹽水冷卻生成的氣體，D中出現(xiàn)有色液體，C中盛放1%的酸性高錳酸鉀，若出現(xiàn)高錳酸鉀褪色，說明有NO生成，經過裝置F進行氣體干燥，然后進入裝置B進行鎂和氮氣的反應，再經過裝置F，防止水蒸氣進入B導致氮化鎂水解，最后用氫氧化鋇吸收尾氣，據(jù)此解答。

（1）探究一定濃度的硝酸與Mg反應產物，E裝置在該實驗中為吸收尾氣裝置，實驗中先打開開關K，通過導管向裝置內通入CO2氣體以排出裝置內的空氣，當E中出現(xiàn)白色沉淀，說明二氧化碳已經充滿整個裝置，已經全部排出裝置內的空氣，需停止通入CO2；

（2）探究一定濃度的硝酸與Mg反應產物：A三頸燒瓶中為鎂和硝酸反應，可能得到NO2、NO、N2三種氣體，若有二氧化氮氣體產生，A中有紅棕色氣體產生，經過D裝置冰鹽水冷卻生成的氣體，D中出現(xiàn)有色液體，C中盛放1%的酸性高錳酸鉀，若出現(xiàn)高錳酸鉀褪色，說明有NO生成，反應為：5NO+4H++3MnO4-＝3Mn2++5NO3-+2H2O，經過裝置F進行氣體干燥，然后進入裝置B進行鎂和氮氣的反應，再經過裝置F，防止空氣中的水蒸氣進入B導致氮化鎂水解，最后用氫氧化鋇吸收尾氣，所選用的儀器的正確連接方式是：A→D→C→F→B→F→E，氮化鎂易水解，第二次使用F的目的是防止空氣中的水蒸氣進入B導致氮化鎂水解；

（3）C中溶液顏色慢慢褪去，為NO和高錳酸根離子發(fā)生的氧化還原反應，該反應中物質的化合價變化：MnO4-→Mn2+，Mn元素化合價由+7價→+2價，一個MnO4-得5個電子；NO→NO3-，N由+2價變成+5價，一個NO分子失去3個電子，所以其最小公倍數(shù)為15，故MnO4-的計量數(shù)為3，NO的計量數(shù)為5，然后根據(jù)原子守恒配平其它元素，配平后的離子方程式為5NO+4H++3MnO4-＝3Mn2++5NO3-+2H2O；

（4）鎂條與二氧化碳發(fā)生置換反應，生成碳與氧化鎂，反應為2Mg+CO22MgO+C，所以在A中開始反應時，馬上點燃B處的酒精燈，實驗結束后通過測試發(fā)現(xiàn)B處的產品純度不高，原因是裝置中充滿CO2，而加熱時CO2也能與Mg反應；

（5）鎂與硝酸反應時若有氮氣生成，則生成的氮氣和鎂反應生成氮化鎂，氮化鎂易水解生成氨氣，所以取少量B中反應后的固體放入試管中，再向試管中滴加適量的水并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口處，試紙變藍，則檢驗到氨氣，說明鎂和硝酸反應有氮氣生成。