Question

14．某兴趣小组为验证质量守恒定律，做了镁条在空气中燃烧的实验．
（1）请写出镁条与氧气反应的化学方程式2Mg+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO．
（2）小明发现燃烧产物的质量大于反应物镁条的质量，认为这个反应不遵循质量守恒定律．我不同意（“同意”或“不同意”）小明的观点，因为因为镁燃烧是镁与空气中氧气等的反应．
（3）小红按图1装置改进实验，验证了质量守恒定律，却发现产物中还有少量黄色固体．
提出问题：黄色固体是什么呢？
查阅资料：①氧化镁为白色固体；
②镁能与氮气剧烈反应生成黄色的氮化镁（Mg₃N₂）固体；
③氮化镁可与水剧烈反应产生氨气，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
做出猜想：黄色固体是Mg₃N₂
实验探究：请设计实验，验证猜想

实验操作	实验现象及结论
取少量黄色固体于试管中，加入适量的水，并将湿润的红色石蕊试纸放在试管口	试管中有气体产生，湿润的红色石蕊试纸变蓝．证明猜想正确

（4）为了证明镁可在氮气中燃烧生成氮化镁，小红又设计了如下方案进行验证．
步骤①：用盛水的水槽、无底的废广口瓶、燃烧匙、蒸发皿、橡皮塞等装配成如图2所示的装置；另准备一只有一根铜丝穿过的橡皮塞，铜丝末端固定一根镁条．
步骤②：引燃燃烧匙中足量的红磷，塞好橡皮塞；待充分冷却，观察
到广口瓶内水面上升的体积约占瓶内水面原上方空间的$\frac{1}{5}$左右．
步骤③：往水槽中加水使广口瓶内外水面相平；点燃镁条，迅速更换橡皮塞，镁条在广口瓶内继续燃烧，放出热量；待冷却后广口瓶内水位继续上升．
A．步骤②的目的是除尽空气中的氧气．写出红磷在氧气中燃烧的化学方程式4P+5O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
B．在步骤③“待冷却后广口瓶内水位继续上升”是由于瓶内气压小于（选填“大于”“小于”或“等于”）外界气压
C．写出镁在氮气中燃烧生成氮化镁的化学方程式3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ Mg₃N₂
反思与交流：
（5）空气中N₂的含量远大于O₂的含量，而镁条在空气中燃烧生成的MgO的质量却大于Mg₃N₂．请给出合理的解释O₂比N₂化学性质活泼．

Answer 1

分析 （1）根据镁条在空气中燃烧的化学方程式进行分析．
（2）根据质量守恒定律，在化学反应中，参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和．
（4）根据实验目的可以知道是验证氮气可以和镁反应的，所以要排除氧气干扰实验现象，据此可以完成该题的解答并写出反应的方程式；
广口瓶中的水位上升，说明瓶内外产生了压强差，可以据此答题；根据实验结论可以写出化学方程式．
（5）根据氮气的化学性质进行分析．

解答 解：（1）在点燃的条件下，镁与氧气反应生成氧化镁；
（2）所有的化学变化都遵循质量守恒定律；
（3）根据题干信息，将生成的固体物质放入水中，检验是否产生氨气；氧气具有助燃性，更容易与镁条发生化学反应；实验操作：将镁条燃烧的产物放在一只试管中，加入少量的蒸馏水，然后将一湿润的红色石蕊试纸放在试管口，观察现象；实验现象及结论：看到红色的石蕊试纸变成蓝色，说明黄色固体为氮化镁；
（4）氧气约占空气体积的五分之一，所以广口瓶内水面上升的体积约占瓶内水面原上方空间的$\frac{1}{5}$左右．
氧气可以和镁反应，所以要能够准确的判断出镁确实与氮气发生了反应，必须先排除氧气的干扰；磷和氧气点燃生成五氧化二磷，反应的方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
广口瓶中的水位上升，说明瓶内的压强小于外界大气压，由于氧气已被消耗掉，所以同时也说明了镁和氮气发生了反应；
镁在氮气中燃烧生成氮化镁的化学方程为：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Mg₃N₂．
故答案为：（1）2Mg+O₂  $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO
（2）不同意  因为镁燃烧是镁与空气中氧气等的反应．
（3）

实验操作[来源	实验现象及结论
取少量黄色固体于试管中，加入适量的水，并将湿润的红色石蕊试纸放在试管口	试管中有气体产生，湿润的红色石蕊试纸变蓝．证明猜想正确．

（4）$\frac{1}{5}$；除尽空气中的氧气；4P+5O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
 小于；  3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ Mg₃N₂
（5）O₂比N₂化学性质活泼（合理即得分）

点评 在应用质量守恒定律时，一定要分清反应物和生成物，不能忽略气体物质的质量．验证质量守恒定律，条件的控制是关键，一般用密闭容器进行实验，称量前后容器的质量变化．