Question

10．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．某校化学研究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．

I．制备氮化镁
【查阅资料】
①（NH₄）₂SO₄+2NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂↑+Na₂SO₄+4H₂O，该反应为放热反应．
②饱和硫酸亚铁溶液能吸收氧气；稀硫酸能吸收氨气．
③在常温下或温度不高的条件下镁几乎与水不反应．
【实验】
制备氮化镁的装置示意图如图1
（1）D装置的作用是吸收水蒸气，G装置的作用是防止空气中氧气进入E装置．
（2）E装置中发生反应 的化学方程式为3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg₃N₂．
（3）实验时先进行A（选填“A”或“E”）处加热，理由是排尽装置内的空气．
II．测定氮化镁的含量
氮化镁是浅黄色粉末，极易与水反应生成Mg（OH）₂沉淀和NH₃，反应的化学方程式为Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑，氮化镁（Mg₃N₂）中氮元素的化合价是-3．
（2）【定性分析】，
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．该步骤中产生气泡的化学方程式为Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑．
【定量测定】
按如图2实验装置进行实验：
（4）取氮化镁样品16g进行实验，I装置增重3.4g，求该样品中氮化镁的质量分数（请写出计算过程）．
（5）球形干燥管的作用是充分反应，防倒吸．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）装置E中氮气与镁反应生成氮化镁；
（3）根据进行实验时先进行A处加热，为了排尽空气解答；
根据化学方程式的书写方法以及化合价的计算方法来分析；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；
（4）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；
（5）根据球形干燥管的作用是充分反应，防倒吸解答．

解答 解：（1）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．故填：吸收水蒸气（或干燥氮气）；防止空气中氧气进入E装置；
（2）装置E中氮气与镁反应生成氮化镁，反应方程式为：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg₃N₂；故填：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（3）进行实验时先进行A加热，理由是排尽空气；
故填：A；排尽装置内的空气；
氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨气，根据在化合物中正负化合价代数和为零，则 氮化镁中氮元素的化合价为：（+2）×3+x×2=0，则x=-3，
故答案为：Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑；-3；
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↑
故填：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑；
（4）解：设样品中氮化镁的质量为X
Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂+2NH₃↑      
100                   34                        
X                     3.4g 
$\frac{100}{X}=\frac{34}{3.4g}$
X=10g
Mg₃N₂的质量分数为$\frac{10g}{16g}$×100%=62.5%
答：样品中氮化镁的质量分数为62.5%．
（5）球形干燥管的作用是充分反应，防倒吸；
故填：充分反应，防止倒吸．

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．