Question

某化学兴趣小组查阅资料得知镁可在氮气中燃烧生成Mg₃N₂，并设计如下实验方案进行探究．
步骤1：用盛水的水槽、无底的废广口瓶、燃烧匙、蒸发皿、胶塞等装配如图所示的装置．另准备一只胶塞，其中有一根铜丝穿过，铜丝末端固定一根镁条备用．
步骤2：引燃燃烧匙中的试剂，塞好瓶塞．燃烧结束后，调节广口瓶内外液面相平．
步骤3：点燃镁条，更换胶塞，镁条继续燃烧，反应结束后，广口瓶内水面上升．
步骤4：取蒸发皿中得到的固体，加盐酸溶解．向溶液中加入过量氢氧化钠溶液，有白色沉淀生成，同时得到一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体．
（1）为除去广口瓶中的氧气，燃烧匙中最好应装入下列试剂中的（填序号）______．A．炭粉　　B．铁粉　　C．红磷
（2）“步骤2”中调节内外液面相平的方法：______
（3）写出Mg₃N₂溶于足量盐酸生成两种氯化物的化学方程式：______．
（4）某同学直接将镁条在空气中点燃，并将所得白色固体进行“步骤4”的实验，结果无气体生成，其原因是______．
（5）兴趣小组同学为比较镁和铝的金属性强弱，设计了下表中的实验方案一，请你再设计一种不同的实验方案．实验试剂和用品：镁条、铝条、0.1mol?L^-1MgCl₂溶液、0.1mol?L^-1AlCl₃溶液、0.1mol?L^-1HCl溶液、0.1mol?L^-1NaOH 溶液、pH 试纸（其他实验仪器可任选）

	实验操作	实验现象
方案一	取已除去表面氧化膜的镁条和铝条， 分别和0.1mol?L-1HCl溶液反应	均有气泡产生，镁条反应 比铝条反应更剧烈
方案二

Answer 1

解：（1）A．发生反应为：C+O₂CO₂，由方程式可知，一方面消耗O₂的体积等于生成CO₂的体积，广口瓶内液面不会上升，步骤2中就无需调节广口瓶内外液面相平．另一方面生成的CO₂可以与Mg反应，致使蒸发皿中得到的固体含有MgO．故A错误；
B．废广口瓶中的气体为空气，而铁在纯氧中可以燃烧，在空气中无法引燃．故B错误；
C．红磷在空气中燃烧，生成固体五氧化二磷，4P+5O₂2P₂O₅，除去广口瓶中的氧气，导致广口瓶内压强减小，液面上升，故C正确；
故答案为：C；
（2）由图知，无底的废广口瓶的底部与水槽底部相接，除去广口瓶内空气中的氧气后，导致广口瓶内水面上升，广口瓶外水面就下降，要调节广口瓶内外液面相平，最直接就是向水槽中加水，故答案为：向水槽中加水；
（3）Mg₃N₂由阳离子Mg²⁺和阴离子N^3-组成，溶于足量盐酸时，可看成先和水反应，生成的产物再和盐酸反应，
第一步反应Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑（H₂O电离出H⁺和OH^-，Mg²⁺和OH^-结合成Mg（OH）₂，N^3-和H⁺结合成NH₃），
第二步Mg（OH）₂和NH₃再与盐酸反应，生成MgCl₂和NH₄Cl，最后合并得总反应为Mg₃N₂+8HCl=3MgCl₂+2NH₄Cl．
故答案为：Mg₃N₂+8HCl=3MgCl₂+2NH₄Cl；
（4）步骤4中取蒸发皿中得到的固体，加盐酸溶解．向溶液中加入过量氢氧化钠溶液，有白色沉淀生成，同时得到一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体．该气体为碱性气体NH₃，说明蒸发皿中得到的固体为Mg₃N₂．如果直接将镁条在空气中点燃，空气中存在N₂、O₂、CO₂，三者都能与镁反应（N₂+3MgMg₃N₂、O₂+2Mg2MgO、CO₂+2Mg2MgO+C），但氧气比氮气活泼，氧气首先与镁反应生成MgO（与CO₂反应也是生成MgO），进行步骤4中实验时，无NH₃生成，不能使湿润红色石蕊试纸变蓝．
故答案为：氧气比氮气活泼，与镁反应生成MgO；
（5）金属性强弱依据有：①看该金属与水反应的难易，与水反应越容易，金属性越强，②看该金属与酸反应的难易，与酸反应越容易，金属性越强，③看该金属最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，碱性越强，该金属金属性越强，
在MgCl₂溶液和AlCl₃溶液中分别加NaOH 溶液至过量，发生反应MgCl₂+2NaOH═2NaCl+Mg（OH）₂↓、AlCl₃+3NaOH═3NaCl+Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，可见MgCl₂溶液中产生沉淀且不消失，
AlCl₃溶液中产生沉淀后完全溶解．说明Al（OH）₃为两性氢氧化物，得Mg（OH）₂的碱性强于Al（OH）₃的碱性，故Mg的金属性强于Al的金属性，
故答案为：在MgCl₂ 溶液和AlCl₃ 溶液中分别加NaOH 溶液至过量；MgCl₂溶液中产生沉淀且不消失，AlCl₃溶液中产生沉淀后完全溶解．
分析：（1）题意要求氧气消耗掉，同时广口瓶中压强减小液面上升，分析炭粉、铁粉、红磷与氧气的反应产物及反应条件，即可确定正确选项；
（2）通过审题、分析装置图，即可确定广口瓶内水面高于广口瓶外水面，从而采取正确方法使内外液面相平；
（3）由题意知，反应物已知，要写化学方程式关键在于确定出生成物，生成物的确定可把Mg₃N₂看成先与水反应，然后产物再与盐酸反应；
（4）掌握空气中的成分与镁反应的方程式，结合步骤4中要得到一种能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，即可确定蒸发皿中的固体应为Mg₃N₂，再进一步分析氧气和氮气与镁反应的活泼性；
（5）金属性强弱依据有：①看该金属与水反应的难易，与水反应越容易，金属性越强，②看该金属与酸反应的难易，与酸反应越容易，金属性越强，③看该金属最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，碱性越强，该金属金属性越强．根据③设计不同的实验方案．
点评：本题考查元素及其化合物，首先要熟悉物质的化学性质及化学用语，其次要认真审题，结合题目的已知条件进行分析，得出结论．