Question

二氧化氮具有强氧化性，能氧化金属单质镁．某课题组探究镁和二氧化氮反应的产物．

（1）【提出假设】
他们根据氧化还原反应原理，提出如下假设一和二，请你完成假设三：
假设一：固体产物为Mg₃N₂；
假设二：固体产物为MgO；
假设三：固体产物为

 

．
（2）【理论分析】
类比镁在二氧化碳中燃烧反应，他们对镁与二氧化氮反应产物进行预测：写出镁在二氧化氮中反应的化学方程式：

 

．
（3）【设计实验】
查阅资料知：2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O他们设计实验装置（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡箔）
①乳胶管内衬锡箔的目的是

 

．
②实验开始的操作步骤是

 

．
a．打开弹簧夹K   b．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹K
c．点燃酒精灯    d．通入NO₂
③干燥管作用是

 

；B装置中试剂是

 

．
（4）【结果分析】
实验完成后，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．将固体加入到水中产生有刺激气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色．C装置中收集的单质气体体积为2240mL（标准状况）．写出玻璃管中发生反应的化学方程式：

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：（1）根据假设一：固体产物为Mg₃N₂；假设二：固体产物为MgO；得到假设三；
（2）二氧化碳与镁反应生成氧化镁和碳，据此类推，镁在二氧化氮中燃烧生成氧化镁、氮气；
（3）①二氧化氮能氧化腐蚀乳胶管；
②避免空气干扰实验，必须在加热之前排尽装置内空气，据此确定实验步骤；
③碱石灰以及氢氧化钠都可以和二氧化氮之间发生反应，据此确定装置的作用以及盛放的试剂；
（4）根据元素守恒以及质量关系进行计算各个物质的物质的量，物质的量之比等于方程式的系数之比，据此回答．

解答： 解：（1）根据假设一：固体产物为Mg₃N₂；假设二：固体产物为MgO；得到假设三：固体产物可能是氧化镁、氮化镁混合物，故答案为：MgO和Mg₃N₂；
（2）二氧化碳与镁反应生成氧化镁和碳，据此类推，得到：镁在二氧化氮中燃烧生成氧化镁、氮气，故答案为：4Mg+2NO₂

点燃  .

4MgO+N₂；
（3）①橡胶管含有碳碳双键，容易被强氧化剂二氧化氮氧化腐蚀，所以乳胶管内衬锡箔，故答案为：避免二氧化氮氧化（腐蚀）乳胶管；
②避免空气干扰实验，必须在加热之前排尽装置内空气，实验步骤为：打开弹簧夹K、通入二氧化氮、玻璃管内呈红棕色时关闭弹簧夹、加热玻璃管，故答案为：adbc；
③碱石灰以及氢氧化钠都可以和二氧化氮之间发生反应，干燥管中碱石灰用于吸收二氧化氮、B中溶液中用于吸收未反应的二氧化氮，可以选择氢氧化钠溶液，C装置用于收集氮气，故答案为：吸收二氧化氮，避免污染环境；氢氧化钠溶液；
（4）设固体产物中氧化镁的物质的量为a，氮化镁的物质的量为b．
a+3b=1.1mol，a×40g/mol+b×100g/mol=42.0g，解得：a=0.80mol，b=0.1mol，n（N₂）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，所以MgO、Mg₃N₂、N₂的物质的量之比=方程式的系数之比=8：1：1，由此根据原子守恒得出化学方程式为：11Mg+4NO₂

△   .

Mg₃N₂+8MgO+N₂，故答案为：11Mg+4NO₂

△   .

Mg₃N₂+8MgO+N₂．

点评：本题是一道物质性质的实验方案设计题，考查学生分析和解决问题的能力，难度大．