Question

20．镁是一种很活泼的金属，常用作脱硫剂、脱氧剂．在电子工业中利用镁与二氧化硅反应制取硅．
（1）甲图是进行Mg与SiO₂反应的实验装置．

Ⅰ．由于O₂的存在对该实验有较大影响，实验中应通入X气体作为保护气．X气体应选用①CO₂、②N₂、③H₂中的③（填物质的化学式）．
Ⅱ．实验开始时必须先通气体X，再接通电源加热反物．其理由是赶尽空气，防止加热条件下H₂与空气混合爆炸；当反应引发后，切断电源，反应能继续进行，其原因是Mg与SiO₂的反应是放热反应．
（2）乙图所示装置进行的实验如下：先关闭K，使A中反应进行，加热玻璃管C，可观察到C管中发出耀眼白光，产生白烟，管壁上附着有淡黄色物质．实验完成后将C管中固体全部加入盐酸中，有臭鸡蛋气味的气体生成．请回答：
①C中全部产物有MgO、S、MgS；
②本实验先使A中反应进行，再加热C装置，其目的是赶尽空气，防止空气氧化镁粉；
③停止实验时，先打开K，再停止滴加浓硫酸，熄灭酒精灯．橡胶气胆B在实验中的作用是防止C管降温时因气体压强减小而引起D中溶液的倒流．
④C中的Mg应放在不锈钢垫片上而不能直接接触管壁，请用化学方程式解释原因2Mg+SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+Si．

Answer 1

分析 （1）Ⅰ．Mg可以与CO₂、N₂发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应；
Ⅱ．（不纯的氢气燃烧会发生爆炸；Mg与SiO₂反应的条件是加热，切断电源后，反应的条件由反应放热维持；
（2）①浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体，二氧化硫与Mg反应，生成淡黄色固体S，臭鸡蛋气味的气体为硫化氢，因此二氧化硫与Mg反应产物为MgS．根据元素守恒可知，另外一种产物为氧化镁；
②Mg能与空气中的氧气、氮气及二氧化碳反应，C中发生反应前需要除去装置内的空气；
③打开K，将空气充入反应反应体系，可平衡容器内外压强，防止倒吸；
④玻璃的主要成分含有二氧化硅，Mg也能和二氧化硅反应生成氧化镁和硅，结合原子守恒，写出此反应的化学方程式．

解答 解：（1）Ⅰ．Mg可以与CO₂、N₂发生化学反应，3Mg+N₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Mg₃N₂、2Mg+CO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO+C，Mg与氢气不能发生反应，因此可用氢气作为保护气，故选③；
Ⅱ．装置中有空气，若不用氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸；Mg与SiO₂反应的条件是加热，切断电源后，反应的条件由反应放热维持，
故答案为：防止加热条件下H₂与空气混合爆炸；Mg与SiO₂的反应是放热反应；
（2）①浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体，二氧化硫与Mg反应，生成淡黄色固体S，臭鸡蛋气味的气体为硫化氢，因此二氧化硫与Mg反应产物为MgS．根据元素守恒可知，另外一种产物为MgO，
故答案为：MgO、S、MgS；
②在加热C装置前，需要使A中反应进行，这样可以利用SO2除去装置内的空气，防止镁与空气中的氧气、氮气及二氧化碳反应，故答案为：赶尽空气，防止空气氧化镁粉；
③停止实验后，温度降低导致体系内部压强减小，容易发生倒吸，打开K，将空气充入反应反应体系，可平衡容器内外压强，防止倒吸，
故答案为：防止C管降温时因气体压强减小，而引起D中溶液倒流；
④Mg与玻璃中的二氧化硅在高温下反应的化学方程式为2Mg+SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+Si，故答案为：2Mg+SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2MgO+Si．

点评 本题考查了物质实验室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关键，题目难度中等．