Question

5．氮化镁（Mg₃N₂）是一种黄绿色粉末，可用于制造特殊陶瓷材料、催化剂等，可由金属镁和纯净的氮气反应制得，某化学兴趣小组同学利用如图所示装置来制备少量的Mg₃N₂．

已知Mg₃N₂易与水反应，有关反应方程式为Mg₃N₂+6H₂O═3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑．
回答下列问题：
（1）装置A中反应容器的名称为锥形瓶．
（2）装置B中的试剂为碱石灰，装置F的作用是防止空气中水蒸气进入硬质玻璃管E中．
（3）装置C、E均需要加热，应先加热C，理由是使C中产生的氮气排出E中的空气．
（4）装置C中的现象是黑色的氧化铜逐渐变红，有关反应的化学方程式为2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O．
（5）若C中NH₃的转化率不高，易产生的问题是D中发生倒吸现象，解决方法是在C、D之间加上一个缓冲瓶．
（6）若实验结束后，将装置E中固体全部取出，称量为ag，向其中依次加入足量的稀盐酸和NaOH溶液，充分反应后过滤、洗涤、干燥，最后得沉淀bg，则产品中氮化镁的质量分数为$\frac{a-\frac{12}{29}b}{0.28a}$．

Answer 1

分析 （1）由装置A中反应容器为锥形瓶；
（2）（3）A装置制备氨气，B中碱石灰干燥氨气，C中氨气与CuO反应生成制备氮气，D中浓硫酸干燥氮气，E装置中氮气与Mg反应生成氮化镁，加热条件下装置中氧气与Mg反应生成MgO，应下用氮气排尽装置内空气后再制备氮化镁，F防止空气中水蒸气进入硬质玻璃管E，避免氮化镁发生水解；
（4）装置C中的现象是黑色的氧化铜逐渐变红，说明生成Cu，氨气被氧化生成氮气，还还生成水；
（5）D中浓硫酸会吸收氨气，可能发生倒吸；
（6）最终达到沉淀bg为氢氧化镁的质量，根据Mg元素守恒计算产品中Mg元素质量，再计算N元素质量，根据N原子守恒计算氮化镁的质量，进而计算产品中氮化镁的质量分数．

解答 解：（1）由装置A中反应容器为锥形瓶，故答案为：锥形瓶；
（2）A装置制备氨气，B中碱石灰干燥氨气，C中氨气与CuO反应生成制备氮气，D中浓硫酸干燥氮气，E装置中氮气与Mg反应生成氮化镁，加热条件下装置中氧气与Mg反应生成MgO，应下用氮气排尽装置内空气后再制备氮化镁，F防止空气中水蒸气进入硬质玻璃管E，避免氮化镁发生水解，
故答案为：碱石灰；防止空气中水蒸气进入硬质玻璃管E中；
（3）装置C、E均需要加热，应先加热C后加热E，理由是：使C中产生的氮气排出E中的空气，防止生成氧化镁，
故答案为：C；使C中产生的氮气排出E中的空气；
（4）装置C中的现象是黑色的氧化铜逐渐变红，说明生成Cu，氨气被氧化生成氮气，还还生成水，反应方程式为：2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O，
故答案为：2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O；
（5）若C中NH₃的转化率不高，D中浓硫酸会吸收氨气，容易发生倒吸，解决方法是：在C、D之间加上一个缓冲瓶，
故答案为：D中发生倒吸现象；在C、D之间加上一个缓冲瓶．
（6）最终达到沉淀bg为氢氧化镁的质量，根据Mg元素守恒，产品中Mg元素质量为bg×$\frac{24}{58}$，则产品中N元素质量为（a-$\frac{24}{58}$b）g，根据N原子守恒，氮化镁的质量分数为[$\frac{（a-\frac{24}{58}b）g}{14g/mol}$×$\frac{1}{2}$×100g/mol]÷ag=$\frac{a-\frac{12}{29}b}{0.28a}$，
故答案为：$\frac{a-\frac{12}{29}b}{0.28a}$．

点评 本题考查物质制备实验、物质含量测定等，关键是对制备原理与各装置的理解，注意制备中避免水解及杂质生成，题目综合考查学生对知识的迁移运用、分析能力、实验能力等，掌握元素化合物性质与实验制备原则．