Question

19．某課外活動小組實驗發(fā)現(xiàn)點燃的鎂條能在CO₂氣體中繼續(xù)燃燒，產生黑、白兩種固體，類比Mg與CO₂反應的思路對Mg與NO₂的反應進行預測并探究Mg與NO₂的反應及產物．

請回答下列問題：
（1）利用如圖裝置完成實驗，連接的順序為
（c）-a-b-（e）-（f）-i-j-h-g-d．
（2）裝置A中盛裝的干燥劑可以是②④（填序號）．
①濃硫酸   ②無水CaCl₂    ③堿石灰   ④五氧化二磷
（3）裝置E的作用是2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O（用化學方程式表示），裝置B中盛放濃硝酸的儀器名稱是分液漏斗，裝置F的作用是防止倒吸．
（4）為防止空氣干擾實驗，排凈裝置中空氣的具體實驗操作為打開N，關閉M，滴加濃硝酸，當干燥管中充滿紅棕色氣體時，關閉N．
（5）已知裝置D中初始加入的鎂粉的質量為13.2g，在足量的NO₂中充分燃燒，實驗結束后，硬質玻璃管冷卻至室溫，稱量，測得剩余固體的質量為21.0g，產生的氣體體積為1120mL（標準狀況），寫出玻璃管中發(fā)生反應的化學方程式11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂．
（6）在設計上若沒有干燥管是否可行？請解釋原因不行，因為干燥管的作用是在充滿二氧化氮氣體過程中避免污染氣體排放到空氣中污染空氣．

Answer 1

分析 （1）類比Mg與CO₂反應的思路對Mg與NO₂的反應進行預測并探究Mg與NO₂的反應及產物，利用裝置B生成二氧化氮氣體，通過裝置A干燥氣體，通過裝置D使二氧化氮和鎂粉發(fā)生反應，通過F防止倒吸，通過裝置E吸收二氧化氮氣體最后通過裝置C測定生成氣體體積，驗證生成的氣體為氮氣；
（2）裝置A中盛裝的干燥劑是干燥生成的二氧化氮氣體，不能是溶液，應為固體干燥劑且不與二氧化氮反應，NO₂不能用堿性干燥劑干燥，選擇酸性或中性固體干燥劑；
（3）二氧化氮氣體不能直接排放，用氫氧化鈉吸收，裝置E是吸收二氧化氮生成硝酸鈉和亞硝酸鈉，B中儀器分液漏斗用來添加濃硝酸，裝置F是安全瓶；
（4）為防止空氣干擾實驗，排凈裝置中空氣，利用裝置E中止水夾，關閉M打開N，使裝置充滿紅棕色氣體；
（5）設生成Mg₃N₂的物質的量為xmol，MgO的物質的量為Ymol，可得到3x+y=0.55mol，100x+40y=21.0g
解得x=0.05，y=0.4，N₂的物質的量為0.05mol，即得到方程；
（6）裝置E中 干燥管是防止空氣中氣體、水蒸氣進入，排凈空氣過程中防止二氧化氮排放到空氣中．

解答 解：（1）類比Mg與CO₂ 反應的思路對Mg與NO₂的反應進行預測并探究Mg與NO₂的反應及產物，利用裝置B生成二氧化氮氣體，通過裝置A干燥氣體，通過裝置D使二氧化氮和鎂粉發(fā)生反應，通過F防止倒吸，通過裝置E吸收二氧化氮氣體最后通過裝置C測定生成氣體體積，驗證生成的氣體為氮氣，實驗裝置連接的順序為
c-a-b-e-f-i-j-h-g-d，
故答案為：a；b；i；j；h；g；d；
（2）①濃硫酸為溶液不能用U形管干燥氣體，故①錯誤；
②無水CaCl₂ 為中性固體干燥劑，和二氧化氮不反應，可以干燥二氧化氮氣體，故②正確；
③堿石灰為氫氧化鈉和氧化鈣混合物，和二氧化氮發(fā)生反應，不能用來干燥二氧化氮，故③錯誤；
④五氧化二磷為酸性干燥劑為固體，不與二氧化氮反應，可以用來干燥二氧化氮氣體，故④正確；
故答案為：②④；
（3）裝置E是吸收二氧化氮生成硝酸鈉和亞硝酸鈉，反應的化學方程式為：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，B裝置B中盛放濃硝酸的儀器名稱是分液漏斗，用來添加濃硝酸，裝置F是安全瓶，起到防止倒吸的作用，
故答案為：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O；分液漏斗；防止倒吸；
（4）為防止空氣干擾實驗，排凈裝置中空氣，利用裝置E中止水夾，關閉M打開N，使裝置充滿紅棕色氣體，具體實驗操作為打開N，關閉M，滴加濃硝酸，當干燥管中充滿紅棕色氣體時，關閉N
故答案為：打開N，關閉M，滴加濃硝酸，當干燥管中充滿紅棕色氣體時，關閉N；
（5）已知裝置E中初始加入Mg粉質量為13.2g，物質的量=$\frac{13.2g}{24g/mol}$=0.55mol，在足量的NO₂中充分燃燒，實驗結束后，硬質玻璃管冷卻至室溫、稱量，測得硬質玻璃管中剩余固體的質量為21.0g為氮化鎂和氧化鎂，產生N₂的體積為1120mL（標準狀況）物質的量=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol．
設生成Mg₃N₂的物質的量為xmol，MgO的物質的量為Ymol，可得到3x+y=0.55mol，100x+40y=21.0g
解得x=0.05，y=0.4，N₂的物質的量為0.05mol，
n（Mg）：n（Mg₃N₂）：n（MgO）：n（N₂）=0.55：0.05：0.4：0.05=11：1：8：1：，結合氮原子守恒NO₂前系數(shù)為4，
即得到11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂，
故答案為：11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂；
（6）在設計上若沒有干燥管，在充滿二氧化氮氣體過程中二氧化氮會排放到空氣中污染環(huán)境，若沒有干燥管不行，因為干燥管的作用是在充滿二氧化氮氣體過程中避免污染氣體排放到空氣中污染空氣，
故答案為：不行，因為干燥管的作用是在充滿二氧化氮氣體過程中避免污染氣體排放到空氣中污染空氣．

點評 本題考查了物質組成和性質的實驗探究方法和組成的測定分析，實驗基本操作和物質組成的計算是解題關鍵，題目難度中等．