Question

镁是一种很活泼的金属，常用作脱硫剂、脱氧剂．现在，某化学兴趣小组对金属镁的性质进行实验探究．他们首先在网络上查找到了一些关于金属镁的性质的方程式如下：
①2Mg+O₂

点燃

2MgO；②3Mg+N₂

点燃

Mg₃N₂；③2Mg+CO₂

点燃

2MgO+C
④Mg+H₂O

点燃

MgO+H₂↑；⑤Mg₃N₂+6H₂O

点燃

3Mg（OH）₂+2NH₃↑
完成下列填空：
现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁（Mg₃N₂）．实验装置如下（部分夹持仪器省略）．

（1）装置F的作用是

 

．通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果的影响是

 

，产生这一现象的原因是

 

．
（2）请设计一个实验，验证产物是氮化镁：

 

．
镁在电子工业中利用镁制取硅的反应为：2Mg+SiO₂

△

2MgO+Si?同时有副反应发生：2Mg+Si

△

Mg₂Si?
Mg₂Si遇盐酸迅速反应生成SiH₄（硅烷）．SiH₄在常温下是一种不稳定、易分解的气体．
（3）图（甲）是进行Mg与SiO₂反应的实验装置．由于O₂的存在对该实验有较大影响，实验中应通入X气体作为保护气．X气体应选用①CO₂、②N₂、③H₂中的

 

（选填编号）．实验开始时，必须先通入X的气体，再接通电源加热反应物，其理由是

 

；当反应引发后，切断电源，反应能继续进行，其原因是

 

．
（4）图（乙）所示装置进行的实验如下：先关闭K，使A中反应进行；加热玻璃管C，可观察到C管中发出耀眼白光，产生白烟，管壁上附着有淡黄色物质．实验完成后，将C管中固体全部加入盐酸中，有臭鸡蛋气味的气体生成．C中的Mg应放在不锈钢垫片上而不能直接接触管壁，这是因为

 

．停止实验时，先打开K，再停止滴加浓硫酸并熄灭酒精灯．橡胶气胆B在实验中的作用是

 

．C中全部反应产物有

 

（填化学式）．

Answer 1

分析：（1）根据题中信息可知Mg在空气中点燃可以和O₂、CO₂、H₂O反应，所以镁和氮气反应必须将空气中的O₂、CO₂、H₂O除去制得干燥纯净的N₂，浓硫酸作用是除去水蒸气，饱和氢氧化钠是除去空气中二氧化碳，灼热的铜粉为了除去空气中氧气；因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO₂、水蒸气等与镁反应，如果装置F中的还原铁粉没有达到反应温度时，氧气不能除尽，导致氧同镁反应，而使氮化镁中混入氧化镁；
（2）取适量产物放入试管中，滴加蒸馏水，将润湿的红色石蕊试纸靠近试管口，如果试管中的溶液出现浑浊，红色石蕊试纸变蓝，则可以证明有氮化镁生成；
（3）Mg可以与CO₂、N₂发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应；不纯的氢气燃烧会发生爆炸；Mg与SiO₂反应的条件是加热，切断电源后，反应的条件由反应放热维持；
（4）Mg与SiO₂在加热的条件下能够发生化学反应；打开K，将空气充入反应反应体系，可平衡容器内外压强，防止倒吸；浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体，二氧化硫与Mg反应，生成淡黄色固体S，臭鸡蛋气味的气体为硫化氢，因此二氧化硫与Mg反应产物为MgS．根据元素守恒可知，另外一种产物为氧化镁．

解答：解：（1）根据题中信息可知Mg在空气中点燃可以和O₂、CO₂、H₂O反应，所以镁和氮气反应必须将空气中的O₂、CO₂、H₂O除去制得干燥纯净的N₂，浓硫酸作用是除去水蒸气，饱和氢氧化钠是除去空气中二氧化碳，灼热的铜粉为了除去空气中氧气；因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO₂、水蒸气等与镁反应，如果装置F中的还原铁粉没有达到反应温度时，氧气不能除尽，导致氧同镁反应，而使氮化镁中混入氧化镁，
故答案为：除去空气中的O₂；制得的氮化镁将不纯；因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO₂、水蒸气等与镁反应；
（2）依据氮化镁和水反应生成氨气，方程式为Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂+2NH₃↑，将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，
故答案为：将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁；
（3）Mg可以与CO₂、N₂发生化学反应，3Mg+N₂

点燃

Mg₃N₂、2Mg+CO₂

点燃

2MgO+C，Mg与氢气不能发生反应，因此可用氢气作为保护气；装置中有空气，若不用氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸；Mg与SiO₂反应的条件是加热，切断电源后，反应的条件由反应放热维持，
故答案为：③； 防止加热条件下H₂与空气混合爆炸；Mg与SiO₂的反应是放热反应；
（4）Mg与SiO₂在加热的条件下能够发生化学反应，2Mg+SiO₂

△

2MgO+Si，因此C中的Mg应放在不锈钢垫片上而不能直接接触管壁；停止实验后，温度降低导致体系内部压强减小，容易发生倒吸，打开K，将空气充入反应反应体系，可平衡容器内外压强，防止倒吸；浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体，二氧化硫与Mg反应，生成淡黄色固体S，臭鸡蛋气味的气体为硫化氢，因此二氧化硫与Mg反应产物为MgS．根据元素守恒可知，另外一种产物为氧化镁，
故答案为：同在加热条件下，Mg能与玻璃中的SiO₂反应；防止C管降温时因气体压强减小，而引起D中溶液倒流；MgO、S、MgS．

点评：本题考查了物质实验室制备原理和装置选择，实验步骤的设计分析判断，物质性质的应用是解题关键，题目难度中等．