Question

11．氮化镁是一种应用范围非常广泛的无机化合物，它可用于制备高硬度、高热导、抗腐蚀、抗磨损和耐高温的其它元素的氮化物，制备特殊的陶瓷材料等．某兴趣小组用镁与氮气反应制备氮化镁（Mg₃N₂），并用实验方法测定氮化镁的纯度．

资料一：氮化镁是浅黄色粉末，极易与水反应生成氢氧化镁沉淀和氨气； 资料二：（NH4）2SO4+2NaNO2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2N2↑+Na2SO4+4H2O，该反应为放热反应； 资料三：饱和硫酸亚铁溶液能吸收部分氧气； 资料四：在常温下或温度不高的条件下镁几乎与水不反应．

【制备氮化镁】制备氮化镁的装备示意图如图1：

（1）仪器a的名称是分液漏斗，b的名称是圆底烧瓶；
（2）D装置的作用是吸收水蒸气（干燥氮气），G装置的作用是防止空气中的氧气进入E装置；能否将C、D装置对调否（填“能”或“否”）；
（3）写出E装置中发生反应的化学方程式3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（4）检查整套装置气密性的方法是用酒精灯微热烧瓶，若G处导管口有气泡产生，且冷却后G处长导管内产生稳定的水柱，则气密性良好；
（5）进行实验时先进行A（选择“A”或“E”）处加热，理由是排尽空气；
（6）A处加热片刻后，应移去酒精灯，理由是该反应放出大量热（节约能源）．
【测定氮化镁的含量】
（7）定性测定：
步骤一、取少量氮化镁样品于试管中，加足量蒸馏水，试管底部有沉淀生成，试管口闻到有刺激性气味的气体生成；
步骤二、弃去上层清液，加入稀盐酸，观察到沉淀全溶且冒气泡．
①检验刺激性气味气体的方法是将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，则为氨气；
②写步骤二中产生气泡的反应的化学方程式：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（8）定量测定：按如图2装置进行实验．
①球形干燥管的作用是充分反应，防倒吸；
②取氮化镁样品16克进行实验，I装置增重3.4克，求该样品中氮化镁的质量分数；62.5%
③导致该样品中氮化镁含量测定结果偏低的可能原因是产生的氨气未能全部被吸收．

Answer 1

分析 （1）由图中仪器结构可知，a为分液漏斗、b为圆底烧瓶解答；
（2）装置内含有氧气、反应生成的气体中可能含有氮的氧化物，装置C除去氧气（及氮氧化物）、D干燥氮气，防止对E装置反应的影响；
C、D对调后无法除去水蒸气；
（3）装置E中氮气与镁反应生成二氮化三镁；
（4）利用装置内气体热胀冷缩检验装置的气密性；
（5）根据进行实验时先进行A处加热，为了排尽空气解答；
（6）根据该反应放出大量热（节约能源）解答；
（7）根据氮化镁水解生成氢氧化镁沉淀与氨气，氨气使湿润的红色石蕊试纸变蓝，据此设计证明有氮化镁生成；若Mg有剩余，将上述反应后的上清液去掉，加入盐酸，有气泡生成，说明有Mg剩余解答；
（8）
①根据球形干燥管的作用是充分反应，防倒吸解答；
②根据I装置增重3.4克为氨气的质量，利用化学方程式分析解答；
③根据致该样品中氮化镁含量测定结果偏低的可能原因是产生的氨气未能全部被吸收解答．

解答 解：（1）由图中仪器结构可知，a为分液漏斗、b为圆底烧瓶；
（2）浓硫酸具有吸水性，能够吸收水蒸气（干燥氮气）；G装置的作用是防止空气中的氧气进入E装置；D干燥氮气，除去水蒸气，防止对E装置反应的影响；C、D对调后无法除去水蒸气，故C、D不能对调，
（3）装置E中氮气与镁反应生成二氮化三镁，反应方程式为：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（4）利用装置内气体热胀冷缩检验装置的气密性，检查装置气密性的方法是：微热b，这时G中有气泡冒出，停止加热冷却后，G中插在溶液里的玻璃管形成一段水柱，则气密性良好；
（5）进行实验时先进行A加热，理由是排尽空气；
（6）该反应放出大量热（节约能源）；
（7）取少量产物于试管中，加入少量蒸馏水，试管底部有沉淀生成，可闻到刺激性氨味（把湿润的红色石蕊试纸放在管口，试纸变蓝），证明产物中含有氮化镁；
弃去上清液，加入盐酸，若观察到有气泡产生，则证明产物中含有未反应的镁，反应的方程式：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
（8）
①球形干燥管的作用是充分反应，防倒吸；
②设样品中氮化镁的质量为x
Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑
100                                        34        
x                                         3.4g        
    $\frac{100}{34}=\frac{x}{3.4g}$
x=10g
该样品中氮化镁的质量分数=$\frac{10g}{16g}$×100%=62.5%；
③致该样品中氮化镁含量测定结果偏低的可能原因是产生的氨气未能全部被吸收．
答案：
（1）分液漏斗；圆底烧瓶；
（2）吸收水蒸气（干燥氮气）； 防止空气中的氧气进入E装置； 否；
（3）3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Mg₃N₂
（4）用酒精灯微热烧瓶，若G处导管口有气泡产生，且冷却后G处长导管内产生稳定的水柱，则气密性良好；
（5）A；  排尽空气；
（6）该反应放出大量热（节约能源）；
（7）①将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，则为氨气；
②Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（8）①充分反应，防倒吸；
②62.5%；
③产生的氨气未能全部被吸收．

点评 本题以氮化镁的制备为载体，考查学生对实验装置的理解、元素化合物的性质、实验方案的设计等，是对学生综合能力的考查，需要学生基本扎实的基础与分析问题、解决问题的能力．