Question

14．Mg能在NO₂中燃烧，产物为Mg₃N₂、Mg0和N₂．某科学小组通过实验验证反应产物并探究产物的比例关系．
资料信息：2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O；Mg₃N₂+6H₂0═3Mg（OH）₂+2NH₃↑，限用如下装置实验（夹持装置省略，部分仪器可重复使用）

（1）装置连接的顺序为B→A→E→A→F→C→D（填字母序号）．
（2）下列描述正确的是BC（填写序号）．
A．浓硝酸需保存在棕色试剂瓶中，其目的是放置其挥发
B．连接好仪器，装入药品前需要检验装置气密性
C．装置A中盛装的药品可以为无水CaCl₂
D．装置F中NaOH可以用Ca（OH）₂代替，装置D可用量筒代替
（3）写出浓硝酸与铜反应的离子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2H₂O+NO₂↑．
（4）验证产物中存在Mg₃N₂的具体实验操作为取少量反应后的固体产物，加入到水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色．
（5）假设实验结束后装置F中的溶质只有NaNO₃和NaNO₂，则溶液中的离子浓度由大到小的顺序为（已知HNO₂为弱酸）：Na⁺＞NO₃^-＞NO₂^-＞OH^-＞H⁺．
（6）已知装置E中初始加入Mg粉质量为26.4g，在足量的NO₂中充分燃烧，实验结束后，硬质管冷却至室温、称量，测得硬质管玻璃管中剩余固体的质量为42.0g，产生N₂的体积为2240mL（标准状况），写出玻璃管中发生反应的化学方程式：11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂．

Answer 1

分析 （1）Mg能在NO₂中燃烧，产物为Mg₃N₂、Mg0和N₂，装置B中Cu与浓硝酸反应生成的气体NO₂，用装置A干燥剂干燥，通入硬质玻璃管E与镁粉发生反应，用F装置除去多余的NO₂，装置C和D排水法收集N₂，为防止F中的水份进入装置使氮化镁水解，在F装置前也要连A装置干燥，据此判断连接装置的顺序；
（2）A．浓硝酸需保存在棕色试剂瓶中，是由于浓硝酸见光或受热易分解；
B．该实验是有气体参加的，所以连接好仪器，装入药品前需要检验装置气密性；
C．装置A的目的主要是吸收二氧化氮气体中的水份，所以A中盛装的药品可以为无水CaCl₂；
D．氢氧化钙的溶解度比较小，能吸收的二氧化氮比较少，据此判断；
（3）浓硝酸与铜反应生成二氧化氮、硝酸铜和水，据此书写离子方程式；
（4）取少量反应后的固体产物，加入到水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色，确定产物中有氮气生成的实验现象为装置C中收集到大量气体；
（5）装置F中的溶质只有NaNO₃和NaNO₂，且它们的物质的量比为1：1，HNO₂为弱酸，所以亚硝酸根离子发生水解，溶液呈碱性，即氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，据此判断；
（6）已知装置E中初始加入Mg粉质量为13.2g，物质的量=$\frac{26.4g}{24g/mol}$=1.1mol，在足量的NO₂中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为42.0g为氮化镁和氧化镁，产生N₂的体积为2240mL（标准状况）物质的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
设生成Mg₃N₂的物质的量为xmol，MgO的物质的量为Ymol，可得到3x+y=1.1mol，100x+40y=42.0g解得x=0.1，y=0.8，N₂的物质的量为0.1mol，据此计算出反应中各物质的物质的量之比，再利用氮原子守恒NO₂前系数；

解答 解：（1）Mg能在NO₂中燃烧，产物为Mg₃N₂、Mg0和N₂，装置B中Cu与浓硝酸反应生成的气体NO₂，用装置A干燥剂干燥，通入硬质玻璃管E与镁粉发生反应，用F装置除去多余的NO₂，装置C和D排水法收集N₂，为防止F中的水份进入装置使氮化镁水解，在F装置前也要连A装置干燥，故连接装置的顺序为：BAEAFCD，
故答案为：B、A、A、F、C；
（2）A．浓硝酸需保存在棕色试剂瓶中，是由于浓硝酸见光或受热易分解，故A错误；
B．该实验是有气体参加的，所以连接好仪器，装入药品前需要检验装置气密性，故B正确；
C．装置A的目的主要是吸收二氧化氮气体中的水份，所以A中盛装的药品可以为无水CaCl₂，故C正确；
D．氢氧化钙的溶解度比较小，能吸收的二氧化氮比较少，所以不能用氢氧化钙代替氢氧化钠，故D错误；
故选BC；
（3）浓硝酸与铜反应生成二氧化氮、硝酸铜和水，反应的离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2H₂O+NO₂↑，
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2H₂O+NO₂↑；
（4）取少量反应后的固体产物，加入到水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色，确定产物中有氮气生成的实验现象为装置C中收集到大量气体，证明为生成的氮气，
故答案为：取少量反应后的固体产物，加入到水中产生有刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色；
（5）装置F中的溶质只有NaNO₃和NaNO₂，且它们的物质的量比为1：1，HNO₂为弱酸，所以亚硝酸根离子发生水解，溶液呈碱性，即氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，所以溶液中的离子浓度由大到小的顺序为Na⁺＞NO₃^-＞NO₂^-＞OH^-＞H⁺，
故答案为：Na⁺＞NO₃^-＞NO₂^-＞OH^-＞H⁺；
（6）已知装置E中初始加入Mg粉质量为26.4g，物质的量=$\frac{26.4g}{24g/mol}$=1.1mol，在足量的NO₂中充分燃烧，实验结束后，硬质玻璃管冷却至室温、称量，测得硬质玻璃管中剩余固体的质量为42.0g为氮化镁和氧化镁，产生N₂的体积为2240mL（标准状况）物质的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol．
设生成Mg₃N₂的物质的量为xmol，MgO的物质的量为Ymol，可得到3x+y=1.1mol，100x+40y=42.0g
解得x=0.1，y=0.8，N₂的物质的量为0.1mol，
n（Mg）：n（Mg₃N₂）：n（MgO）：n（N₂）=1.1：0.1：0.8：0.1=11：1：8：1：，结合氮原子守恒NO₂前系数为4，即得到11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂，
故答案为：11Mg+4NO₂=Mg₃N₂+8MgO+N₂；

点评 本题考查了物质组成和性质的实验探究方法和组成的测定分析，实验基本操作和物质组成的计算是解题关键，题目难度中等．