Question

【題目】氮化鎂是一種應用范圍非常廣泛的無機化合物，它可用于制備高硬度、高熱導、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。某校化學研究小組用鎂與氮氣反應制備氮化鎂（Mg3N2），并用實驗方法測定氮化鎂的純度。
I．制備氮化鎂
【查閱資料】
①(NH4)2SO4+2NaNO2 2N2↑+Na2SO4+4H2O，該反應為放熱反應。
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。
【實驗】
制備氮化鎂的裝置示意圖如下

（1）D裝置的作用是 ， G裝置的作用是。
（2）E裝置中發生反應的化學方程式為。
（3）實驗時先進行（選填“A”或“E”）處加熱，理由是。
（4）II．測定氮化鎂的含量
氮化鎂是淺黃色粉末，極易與水反應生成Mg(OH)2沉淀和NH3 ， 反應的化學方程式為 ， 氮化鎂（Mg3N2）中氮元素的化合價是。
（5）【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。該步驟中產生氣泡的化學方程式為。
（6）【定量測定】按下圖實驗裝置進行實驗
：
取氮化鎂樣品16g進行實驗，I裝置增重3.4g，求該樣品中氮化鎂的質量分數（請寫出計算過程）。
（7）球形干燥管的作用是。

Answer 1

【答案】
（1）吸收水蒸氣（或干燥氨氣）,防止空氣中氧氣進入E裝置
（2）3Mg+N2 Mg3N2
（3）A,排盡裝置內的空氣
（4）Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑,-3
（5）Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
（6）解：取氮化鎂樣品16g進行實驗，I裝置增重3.4g。稀硫酸能吸收氨氣，故I裝置增重的質量即為氮化鎂與水反應生成的氨氣的質量。氨氣中氮元素的質量=3.4g×14／17 ×100% =2.8g ；根據質量守恒定律化學反應前后元素的質量不變，即氮化鎂中氮元素的質量為2.8g，

那么氮化鎂的質量=2.8g÷28／100 ×100% =10g

該樣品中氮化鎂的質量分數=10g／16g ×100% =62.5%

（7）充分反應,防止倒吸
【解析】（1）D裝置中的濃硫酸，濃硫酸具有吸水性，能做干燥劑，故是起吸收水蒸汽的作用；空氣中含有氧氣，氧氣能與鎂反應，故G裝置的主要作用是防止空氣中氧氣進入E裝置；
（2）鎂與氮氣在點燃的條件生成氮化鎂，即E裝置中發生反應的化學方程式為：3Mg+N2 Mg3N2；
（3）由于裝置中含有氧氣，氧氣能與氮氣反應，故要先加熱A裝置，目的是排盡裝置內的空氣，以免發生干擾；

II．測定氮化鎂的含量：根據描述可知氮化鎂與水反應生成Mg(OH)2沉淀和NH3，故反應的化學方程式表示為：Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑；根據“在化合物中，正負化合價的代數和為零”的原則，已知鎂的化合價為+2價， 設氮元素的化合價為x，則（+2）×3+2x =0，解得x= -3 ；

【定性分析】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，可知生成了氨氣；棄去上層清液，加入稀鹽酸，觀察到沉淀全溶且冒氣泡。根據質量守恒定律化學反應前后元素的種類不變可知，由于氮化鎂中不含碳元素，故不可能生成碳酸鎂。先加入稀鹽酸發生了氣泡，故沉淀一定是鎂，鎂與稀鹽酸反應生成氯化鎂和氫氣：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑；

【定量測定】球形干燥管的主要作用是使稀硫酸與氨氣充分反應，并可起防止倒吸的作用。

（1）裝置內含有氧氣、反應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干燥氮氣，防止對E裝置反應的影響；裝置G防止空氣中氧氣進入E裝置;（2）裝置E中氮氣與鎂反應生成氮化鎂；（3）進行實驗時先進行A處加熱，為了排盡空氣，防止鎂和空氣發生反應；（4）
氮化鎂和水是反應物，生成了Mg(OH)2沉淀和NH3，據此書寫化學方程式；在化合物中，正負化合價的代數和為零；根據氮化鎂水解生成氫氧化鎂沉淀與氨氣，氨氣使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，據此設計證明有氮化鎂生成；若Mg有剩余，將上述反應后的上清液去掉，加入鹽酸，有氣泡生成，說明有Mg剩余解答；（4）根據I裝置增重3.4克為氨氣的質量，利用化學方程式分析解答；（5）根據球形干燥管的作用是充分反應，防倒吸解答．