Question

鎂在空氣中燃燒除生成MgO外，還可能生成Mg₃N₂．某校化學(xué)興趣小組的同學(xué)利用鎂在空氣中燃燒后的固體（不含單質(zhì)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究其組成．
（1）甲組同學(xué)取一定量燃燒后的固體投入水中，得到了一種能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，該氣體的化學(xué)式為

 

，說明固體中含有Mg₃N₂，生成該氣體的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

．
（2）乙組同學(xué)為測定Mg₃N₂含量，用圖示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分反應(yīng)后再加熱A，其中濃硫酸的作用是

 

，對A加熱的目的是

 

．已知加入的固體質(zhì)量為4.0g，最終C裝置增重ag，則固體中含Mg₃N₂

 

g（用含a的式子表示）．
（3）丙組有的同學(xué)認(rèn)為乙組同學(xué)的測定結(jié)果偏高，理由是

 

．有的同學(xué)認(rèn)為乙組同學(xué)的測定結(jié)果偏低，理由是

 

．
丙組同學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)，他們將乙組同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到的難溶固體進(jìn)行過濾、洗滌、干燥，并灼燒固體至恒重，測得其質(zhì)量為4.08g．上述過程中，洗滌沉淀的操作是

 

．鎂在空氣中燃燒后生成的固體中Mg₃N₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．
（4）有一種用銨鹽與含鎂礦石混合煅燒制取氧化鎂的方法，解決了現(xiàn)有方法存在的原料成本高、項(xiàng)目投資大、能耗高、副產(chǎn)品不好用等問題，其原理是將含鎂礦石粉（含氧化鎂）與銨鹽混合，經(jīng)過煅燒、水溶、過濾，得到粗鎂鹽溶液，并回收煅燒產(chǎn)生的氨．寫出用固體（NH₄）₂SO₄與含鎂礦石粉煅燒的化學(xué)反應(yīng)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體是氨氣；氮化鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氨氣，據(jù)此分析方程式；
（2）濃硫酸具有酸性，能吸收堿性氣體氨氣，氨氣易溶于水，加熱抑制氨氣溶解，根據(jù)N原子守恒計(jì)算氮化鎂質(zhì)量；
（3）濃硫酸具有吸水性，能吸收水蒸氣而導(dǎo)致測定結(jié)果偏高；
部分NH₃滯留在裝置內(nèi)沒有完全被濃硫酸吸收，從而造成結(jié)果偏低；
洗滌操作方法為：向過濾器中的沉淀上加蒸餾水至完全浸沒沉淀，待水全部流出后，重復(fù)操作；
根據(jù)Mg原子守恒計(jì)算氮化鎂質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算氮化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（4）高溫下，MgO和（NH₄）₂SO₄反應(yīng)生成MgSO₄、NH₃和H₂O，據(jù)此書寫反應(yīng)方程式．

解答： 解：（1）能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體是NH₃；氮化鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氨氣，反應(yīng)方程式為Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑，
故答案為：NH₃； Mg₃N₂+6H₂O=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑；
（2）氨氣屬于堿性氣體，濃硫酸具有酸性，所以可以用濃硫酸吸收NH₃，則濃硫酸的作用是吸收氨氣；
氨氣極易溶于水，升高溫度抑制氨氣溶解，所以加熱能將裝置A中反應(yīng)生成的氨氣全部驅(qū)趕到裝置C中，從而減少實(shí)驗(yàn)誤差；
C裝置吸收的是氨氣，根據(jù)N原子守恒得Mg₃N₂----2NH₃，設(shè)氮化鎂的質(zhì)量為x，
Mg₃N₂----2NH₃，
100      34
x        ag
100：34=x：ag
x=

100×ag

34

=

50a

17

g，
故答案為：吸收生成的NH₃；將裝置A中反應(yīng)產(chǎn)生的NH₃全部驅(qū)趕到裝置C中；

50a

17

；
（3）濃硫酸具有吸水性，能吸收水蒸氣而導(dǎo)致測定結(jié)果偏高，加熱A能導(dǎo)致氨氣中含有水蒸氣，空氣中含有水蒸氣，所以NH₃中的水蒸氣以及外部空氣中的水蒸氣都可能進(jìn)入C裝置而被濃硫酸吸收，造成結(jié)果偏高；
部分NH₃滯留在裝置內(nèi)導(dǎo)致沒有完全被濃硫酸吸收，從而造成結(jié)果偏低；
洗滌操作方法為：向過濾器中的沉淀上加蒸餾水至完全浸沒沉淀，待水全部流出后，重復(fù)操作2-3次；
燃燒后的固體中含MgO和Mg₃N₂兩種物質(zhì)，Mg₃N₂與水反應(yīng)生成Mg（OH）₂，經(jīng)灼燒，固體最終全部變成MgO，
設(shè)氮化鎂的質(zhì)量為m，
Mg₃N₂→3MgO△m（固體增重）
100g       20g
m         0.08g
100g：20g=m：0.08g，
m（Mg₃N₂）=

100g×0.08g

20g

=0.4g
故鎂在空氣中燃燒后生成的固體中Mg₃N₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

0.4g

4.0g

×100%=10%，
故答案為：C裝置的兩側(cè)無干燥裝置，NH₃中的水蒸氣以及外部空氣中的水蒸氣都可能進(jìn)入C裝置而被濃硫酸吸收，造成結(jié)果偏高；可能有部分NH₃滯留在裝置內(nèi)沒有完全被濃硫酸吸收，從而造成結(jié)果偏低；向過濾器中的沉淀上加蒸餾水至完全浸沒沉淀，待水全部流出后，重復(fù)操作2～3次；10%；
（4）高溫下，MgO和（NH₄）₂SO₄反應(yīng)生成MgSO₄、NH₃和H₂O，所以該反應(yīng)方程式為：（NH₄）₂SO₄+MgO

高溫  .

MgSO₄+2NH₃↑+H₂O，故答案為：（NH₄）₂SO₄+MgO

高溫  .

MgSO₄+2NH₃↑+H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，明確物質(zhì)的性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是誤差分析，要根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置分析誤差，同時(shí)考查學(xué)生分析問題的縝密性，題目難度中等．