Question

10．氮化鎂是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的無機(jī)化合物，它可用于制備高硬度、高熱導(dǎo)、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�；瘜W(xué)研究小組用鎂與氮?dú)夥磻?yīng)制備氮化鎂（Mg₃N₂），并用實(shí)驗(yàn)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{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂↑+Na₂SO₄+4H₂O，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
②飽和硫酸亞鐵溶液能吸收氧氣；稀硫酸能吸收氨氣．
③在常溫下或溫度不高的條件下鎂幾乎與水不反應(yīng)．
【實(shí)驗(yàn)】
制備氮化鎂的裝置示意圖如圖1
（1）D裝置的作用是吸收水蒸氣，G裝置的作用是防止空氣中氧氣進(jìn)入E裝置．
（2）E裝置中發(fā)生反應(yīng) 的化學(xué)方程式為3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₃N₂．
（3）實(shí)驗(yàn)時先進(jìn)行A（選填“A”或“E”）處加熱，理由是排盡裝置內(nèi)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(yīng)生成Mg（OH）₂沉淀和NH₃，反應(yīng)的化學(xué)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(chǎn)生氣泡的化學(xué)方程式為Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑．
【定量測定】
按如圖2實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
（4）取氮化鎂樣品16g進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，I裝置增重3.4g，求該樣品中氮化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（請寫出計(jì)算過程）．
（5）球形干燥管的作用是充分反應(yīng)，防倒吸．

Answer 1

分析 （1）裝置內(nèi)含有氧氣、反應(yīng)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?dú)猓�防止對E裝置反應(yīng)的影響；
（2）裝置E中氮?dú)馀c鎂反應(yīng)生成氮化鎂；
（3）根據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時先進(jìn)行A處加熱，為了排盡空氣解答；
根據(jù)化學(xué)方程式的書寫方法以及化合價的計(jì)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(lán)，據(jù)此設(shè)計(jì)證明有氮化鎂生成；若Mg有剩余，將上述反應(yīng)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(zhì)量，利用化學(xué)方程式分析解答；
（5）根據(jù)球形干燥管的作用是充分反應(yīng)，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?dú)猓�；G裝置的作用是防止空氣中的氧氣進(jìn)入E裝置；D干燥氮?dú)�，除去水蒸氣，防止對E裝置反應(yīng)的影響．故填：吸收水蒸氣（或干燥氮?dú)猓�；防止空氣中氧氣進(jìn)入E裝置；
（2）裝置E中氮?dú)馀c鎂反應(yīng)生成氮化鎂，反應(yīng)方程式為：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₃N₂；故填：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時先進(jìn)行A加熱，理由是排盡空氣；
故填：A；排盡裝置內(nèi)的空氣；
氮化鎂與水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氨氣，根據(jù)在化合物中正負(fù)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(chǎn)生，則證明產(chǎn)物中含有未反應(yīng)的鎂，反應(yīng)的方程式：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
故填：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（4）解：設(shè)樣品中氮化鎂的質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{10g}{16g}$×100%=62.5%
答：樣品中氮化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.5%．
（5）球形干燥管的作用是充分反應(yīng)，防倒吸；
故填：充分反應(yīng)，防止倒吸．

點(diǎn)評 本題以氮化鎂的制備為載體，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)裝置的理解、元素化合物的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生基本扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析問題、解決問題的能力．