Question

4．学习小组拟通过实验，探究Mg（NO₃）₂受热分解的产物．
小组猜想：ⅰ．固体产物可能有Mg（NO₂）₂、MgO、Mg₃N₂中的一种或几种
ⅱ．气体产物可能有NO₂、N₂、O₂中的一种或几种
查得相关资料：a．Mg（NO₂）₂、Mg（NO₃）₂易溶于水，MgO难溶于水．
b.2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O
c．Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑
（1）针对以上猜想，设计了如图所示实验（图中加热、夹持仪器等装置均省略）：

（2）进行实验
Ⅰ．检验上述装置气密性．
Ⅱ．称取3.7gMg（NO₃）₂固体，置入硬质玻璃管A中，打开K，通入一段时间N₂，并进行相关物质质量称量
Ⅲ．关闭K，用酒精灯持续给装置A加热，过程中各装置内溶液均未倒吸入其它装置．
Ⅳ．待Mg（NO₃）₂完全分解，装置冷却至室温，打开K，再缓慢通入一会N₂后并再称量．称得A中剩余固体质量为1.0g，B、C、D、E、F中溶液质量分别增加了2.3g、0.0g、0.1g、0.3g、0.05g．
Ⅴ．取少量剩余固体于试管中，加入适量水，未出现明显现象．
（3）回答问题
①小组预测一定有O₂生成，理由是N元素化合价降低，则一定存在化合价升高的元素，只能为氧元素失去电子生成O₂．
②N₂的电子式是，步骤Ⅱ中，通入一段时间N₂的目的是避免对分解产物O₂的检验产生干扰．
③步骤Ⅲ中，装置A内若出现了红棕色气体，其化学式是NO₂．
④装置C中若红色始终未褪，其设计的目的是验证NO₂是否被吸收干净，防止NO₂干扰后续对O₂的检验．
⑤实验中发现Mg（NO₃）₂分解时有O₂生成，其实验现象是C中红色溶液中有气泡冒出，D中溶液褪色，用化学用语解释，产生上述现象的原因是Na₂SO₃+H₂ONaHSO₃+NaOH、2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄．
⑥实验中Mg（NO₃）₂分解没有N₂生成的理由是Mg（NO₃）₂的质量与剩余固体、NO₂、O₂的质量之和相等，已符合质量守恒定律．
⑦Mg（NO₃）₂分解的化学方程式是2Mg（NO₃）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+4NO₂↑+O₂↑．
⑧装置F中溶液质量增加的原因是吸收空气进入的O₂所致．

Answer 1

分析 ①根据氧化还原反应中化合价有升高，一定也要降低角度进行判断；
②氮气分子中含有氮氮三键，最外层满足8电子稳定结构；各装置中都有氧气，避免空气中氧气干扰实验；
③根据二氧化氮为红棕色气体分析；
④二氧化氮影响氧气的检验，所以检验氧气前先必须证明二氧化氮已经除尽；
⑤若C中红色溶液中有气泡冒出，D中溶液褪色，则证明产物中有氧气；分别写出亚硫酸钠水解、亚硫酸钠被氧气氧化的方程式；
⑥根据质量守恒进行判断；
⑦根据以上分析可知，硝酸镁分解生成氧化镁、二氧化氮和氧气，据此写出反应的方程式；
⑧空气中有氧气，能够将亚硫酸钠氧化成硫酸钠导致溶液质量增加．

解答 解：①Mg（NO₃）₂受热分解生成的氮化物中，N元素的化合价降低，则一定有化合价升高的元素，根据硝酸镁的组成可知，只能为-2价的氧元素失去电子生成氧气，
故答案为：N元素化合价降低，则一定存在化合价升高的元素，只能为氧元素失去电子生成O₂；
②氮气分子中含有氮氮三键，氮原子最外层达到8电子稳定结构，其电子式为：；
步骤Ⅱ中，通入一段时间N₂，目的是用氮气排出装置中空气避免对产物氧气检验的干扰，
故答案为：；避免对分解产物O₂的检验产生干扰；
③步骤Ⅲ中，装置A内若出现了红棕色气体，则该红棕色气体为NO₂，故答案为：NO₂；
④装置D用于检验氧气，而二氧化氮能够氧化亚硫酸钠，影响了氧气的测定，所以必须用装置C验证NO₂是否被吸收干净，防止NO₂干扰后续对O₂的检验，
故答案为：验证NO₂是否被吸收干净，防止NO₂干扰后续对O₂的检验；
⑤若装置C中红色溶液中有气泡冒出，且试管D中亚硫酸钠的酚酞溶液褪色，则证明反应产物中有氧气，涉及的反应有：亚硫酸钠水解溶液呈碱性，所以滴有酚酞的溶液显示红色：Na₂SO₃+H₂O?NaHSO₃+NaOH、亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，导致溶液褪色，
故答案为：C中红色溶液中有气泡冒出，D中溶液褪色；Na₂SO₃+H₂O?NaHSO₃+NaOH、2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；
⑥称取3.7gMg（NO₃）₂固体，反应后剩余1g固体，B中增重2.3g为二氧化氮质量，D、E增重的为氧气，质量为0.4g，总质量恰好为3.7g，说明反应产物中不会有氮气生成，
故答案为：Mg（NO₃）₂的质量与剩余固体、NO₂、O₂的质量之和相等，已符合质量守恒定律；
⑦取少量剩余固体于试管中，加入适量水，未出现明显现象，说明反应产物中没有氮化镁和亚硝酸镁，只能为氧化镁，结合其它分析可知，硝酸镁分解生成氧化镁、二氧化氮气体和氧气，反应方程式为：2Mg（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案为：2Mg（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+4NO₂↑+O₂↑；
⑧装置F的作用是吸收空气中氧气，避免干扰实验测定，由于亚硫酸钠与空气中氧气反应生成硫酸钠，导致试管F中溶液质量增加，
故答案为：吸收空气进入的O₂所致．

点评 本题考查了性质实验方案的设计，题目难度中等，明确实验原理及化学实验基本操作方法为解答关键，注意掌握物质的性质及检验方法，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．