Question

10．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．某校化學研究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．

I．制備氮化鎂
【查閱資料】
①（NH₄）₂SO₄+2NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂↑+Na₂SO₄+4H₂O，該反應為放熱反應．
②飽和硫酸亞鐵溶液能吸收氧氣；稀硫酸能吸收氨氣．
③在常溫下或溫度不高的條件下鎂幾乎與水不反應．
【實驗】
制備氮化鎂的裝置示意圖如圖1
（1）D裝置的作用是吸收水蒸氣，G裝置的作用是防止空氣中氧氣進入E裝置．
（2）E裝置中發(fā)生反應 的化學方程式為3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₃N₂．
（3）實驗時先進行A（選填“A”或“E”）處加熱，理由是排盡裝置內的空氣．
II．測定氮化鎂的含量
氮化鎂是淺黃色粉末，極易與水反應生成Mg（OH）₂沉淀和NH₃，反應的化學方程式為Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑，氮化鎂（Mg₃N₂）中氮元素的化合價是-3．
（2）【定性分析】，
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．該步驟中產生氣泡的化學方程式為Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑．
【定量測定】
按如圖2實驗裝置進行實驗：
（4）取氮化鎂樣品16g進行實驗，I裝置增重3.4g，求該樣品中氮化鎂的質量分數(shù)（請寫出計算過程）．
（5）球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）裝置E中氮氣與鎂反應生成氮化鎂；
（3）根據(jù)進行實驗時先進行A處加熱，為了排盡空氣解答；
根據(jù)化學方程式的書寫方法以及化合價的計算方法來分析；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；
（4）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；
（5）根據(jù)球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸解答．

解答 解：（1）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．故填：吸收水蒸氣（或干燥氮氣）；防止空氣中氧氣進入E裝置；
（2）裝置E中氮氣與鎂反應生成氮化鎂，反應方程式為：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₃N₂；故填：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（3）進行實驗時先進行A加熱，理由是排盡空氣；
故填：A；排盡裝置內的空氣；
氮化鎂與水反應生成氫氧化鎂和氨氣，根據(jù)在化合物中正負化合價代數(shù)和為零，則 氮化鎂中氮元素的化合價為：（+2）×3+x×2=0，則x=-3，
故答案為：Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑；-3；
棄去上清液，加入鹽酸，若觀察到有氣泡產生，則證明產物中含有未反應的鎂，反應的方程式：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
故填：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（4）解：設樣品中氮化鎂的質量為X
Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑      
100                   34                        
X                     3.4g 
$\frac{100}{X}=\frac{34}{3.4g}$
X=10g
Mg₃N₂的質量分數(shù)為$\frac{10g}{16g}$×100%=62.5%
答：樣品中氮化鎂的質量分數(shù)為62.5%．
（5）球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸；
故填：充分反應，防止倒吸．

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．