Question

4．某学习小组拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁（Mg₃N₂）．查阅资料可知Mg、Mg₃N₂能发生如下反应：
①2Mg+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO；    ②3Mg+N₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₃N₂；      ③2Mg+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+C
④Mg+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂↑　　   ⑤Mg₃N₂+6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑
实验中所用的装置和药品如图所示（镁粉、还原铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连）．回答下列问题：

（1）连接并检查实验装置的气密性，实验开始时，将空气通入实验装置，则气流流经装置的顺序是D→C→B→A（填装置序号）．D装置中发生反应的化学方程式为CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
（2）通气后，应向点燃B（填“A”或“B”）装置的酒精灯，如果同时点燃A、B装置的酒精灯，对实验结果有何影响？制得的氮化镁不纯．
（3）设计一个实验，验证产物是氮化镁：

实验操作和实验现象	实验结论
将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝	产物是氮化镁

（4）思维拓展：空气中N₂的含量远大于O₂的含量，而镁条在空气正燃烧生成的MgO的质量却远大于Mg₃N₂的质量，请给出合理的解释O₂比N₂化学性质活泼．

Answer 1

分析 （1）根据题中信息可知Mg在空气中点燃可以和O₂、CO₂、H₂O反应，所以镁和氮气反应必须将空气中的O₂、CO₂、H₂O除去制得干燥纯净的N₂，浓硫酸作用是除去水蒸气，浓氢氧化钠是除去空气中二氧化碳，灼热的铁粉为了除去空气中氧气（2）根据镁和氮气反应必须除去空气中的水蒸气、氧气和二氧化碳除，先除去二氧化碳杂质气体然后除去水蒸气，最后除去氧气解答；
（2）根据没有排完空气就加热会让空气中的氧气、氮气和水与镁反应生成其他物质；
（3）取适量产物放入试管中，滴加蒸馏水，将润湿的红色石蕊试纸靠近试管口，如果试管中的溶液出现浑浊，红色石蕊试纸变蓝，则可以证明有氮化镁生成．
（4）根据氮气的化学性质进行分析．

解答 解：（1）根据题中信息可知Mg在空气中点燃可以和O₂、CO₂、H₂O反应，所以镁和氮气反应必须将空气中的O₂、CO₂、H₂O除去制得干燥纯净的N₂，浓硫酸作用是除去水蒸气，浓氢氧化钠是除去空气中二氧化碳，灼热的铁粉为了除去空气中氧气；除去水蒸气选用浓硫酸，除去氧气用能与空气中氧气反应的物质即可，除去二氧化碳用氢氧化钙溶液吸收，但要先除去二氧化碳再干燥然后除去氧气，故答案为：D→C→B→A；二氧化碳和氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
（2）通气后，应向点燃B装置的酒精灯，如果同时点燃A、B装置的酒精灯，A没有排完空气就加热会让空气中的氧气、氮气和水与镁反应生成其他物质，制得的氮化镁不纯；
（3）依据氮化镁和水反应生成氨气，方程式为 Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂+2NH₃↑，将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁；
（4）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却远多于Mg₃N₂，因为O₂比N₂化学性质活泼．
答案：
（1）D→C→B→A；CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
（2）B；制得的氮化镁不纯；
（3）

实验操作和实验现象	实验结论
将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝	产物是氮化镁

（4）O₂比N₂化学性质活泼．

点评 本题考查了物质制备原理和装置选择，实验步骤的设计分析判断、物质性质的应用是解题的关键，题目难度中等．