Question

15．某科学兴趣小组查阅资料得知镁可在氮气中燃烧生成氮化镁（Mg₃N₂），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，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．回答下列问题：
（1）步骤2的目的是除去广口瓶中的氧气，便于观察实验现象．
（2）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．
（3）根据上述实验和你所学的知识，请写出镁在空气中燃烧时的文字表达式：镁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$氧化镁、镁+氮气$\stackrel{点燃}{→}$氮化镁
（4）氮化镁（Mg₃N₂）中，氮元素的化合价为-3．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（3）根据实验结论可以写出文字表达式进行解答；
（4）根据化合物中各元素的化合价的代数和为0进行解答．

解答 解：（1）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；
（2）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；
（3）根据实验现象可以判断镁在空气中可以和氧气及氮气发生反应，所以可以写出这两个反应的文字表达式分别为：镁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$氧化镁；镁+氮气$\stackrel{点燃}{→}$氮化镁；
（4）氮化镁（Mg₃N₂）中，镁元素的化合价为+2价，所以氮元素的化合价为-3价．
故答案为：（1）除去广口瓶中的氧气，便于观察实验现象；
（2）小于；
（3）镁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$氧化镁、镁+氮气$\stackrel{点燃}{→}$氮化镁；
（4）-3．

点评 本题属于信息题的考查，可以依据题目提供的信息结合磷燃烧，镁的燃烧等相关的知识进行分析得出结论，难度不大．