Question

7．固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂．某学习小组以Mg（NO₃）₂为研究对象，拟通过实验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想：
甲：Mg（NO₂）₂、NO₂、O₂乙：MgO、NO₂、O₂  丙：Mg₃N₂、O₂丁：MgO、NO₂、N₂
（1）实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是不符合氧化还原反应原理（或只有化合价降低，无化合价升高）．
查阅资料得知：2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O
针对甲、乙、丙猜想，设计如图所示的实验装置（图中加热、夹持仪器等均省略）：

（2）实验过程
①仪器连接后，放入固体试剂之前，如何检查装置气密性关闭k，微热硬质玻璃管A，观察到E中有气泡连续放出，停止加热后，有一段水柱回流入导管内，表明装置气密性良好．
②称取Mg（NO₃）₂固体3.79g置于A中，加热前通入N₂以驱尽装置内的空气，其目的是避免对产物O₂的检验产生干扰；关闭K，用酒精灯加热时，正确操作是先移动酒精灯预热硬质玻璃管然后将酒精灯固定在硬质═璃管中固体部位下加热．
③观察到A 中有红棕色气体出现，C、D 中未见明显变化．
④待样品完全分解，A 装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.0g
⑤取少量剩余固体于试管中，加入适量水，未见明显现象．
（3）实验结果分析讨论
①根据实验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想乙是正确的．
②根据D 中无明显现象，一位同学认为不能确认分解产物中有O₂，因为若有O₂，D中将发生氧化还原反应：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄（填写化学方程式），溶液颜色会褪去；小组讨论认定分解产物中有O₂存在，未检侧到的原因是O₂在通过装置B时已参与反应（或其它合理答案）．
③小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善，需改进装置进一步研究．

Answer 1

分析 实验探究Mg（NO₂）₂热分解的产物：实验前需要检验装置的气密性，连接仪器后，关闭k，微热硬质玻璃管A，观察到E中有气泡连续放出，证明装置气密性良好，加热前通入N₂，利用氮气提供惰性环境，避免空气成分干扰，装置A：Mg（NO₂）₂热分解，装置B：A中出现的红棕色气体和浓氢氧化钠反应，2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，吸收二氧化氮，装置C：检验二氧化氮是否除尽，检验氨气存在，装置D：检验氧气存在，装置E：尾气吸收，防止空气中进入装置．
（1）选项中都涉及N元素的化合价的变化，为氧化还原反应，应满足氧化剂和还原剂得失电子数目相等，以此解答；
（2）①设法使装置内外形成气压差是气密性检查的常用手段，该题可利用封闭气体的热胀冷缩进行气密性检验；
②甲、乙、丙中都有氧气，避免空气中氧气干扰；根据加热试管的操作要求完成；
（3）①根据硝酸镁的反应现象结合固体质量差量法进行计算，确定固体的分解方式；
②D中亚硫酸钠具有还原性，能够和氧气反应生成硫酸钠，溶液褪色；二氧化氮和水和氧气生成硝酸，会消耗氧气．

解答 解：（1）Mg（NO₂）₂中氮元素化合价为+5价，而丁：MgO、NO₂、N₂，由于产物中氮元素NO₂（+4价）、N₂（0价），无其它化合价变化，为化合价只有降低情况，没有升高，不满足氧化还原反应的特征，
故答案为：不符合氧化还原反应原理（或只有化合价降低，无化合价升高）；
（2）①该实验连接仪器后，利用封闭气体受热体积膨胀进行检验装置的气密性，方法为：关闭k，微热硬质玻璃管A，观察到E中有气泡连续放出，证明装置气密性良好，
故答案为：①关闭k，微热硬质玻璃管A，观察到E 中有气泡连续放出，停止加热后，有一段水柱回流入导管内，表明装置气密性良好；
②由于甲乙丙猜想中产物都有氧气，没有氮气，用氮气排出装置中空气避免对产物氧气检验的干扰，集中加热前先预热硬质试管，然后固定在管中固体部位下加热，
故答案为：避免对产物O₂的检验产生干扰；移动酒精灯预热硬质玻璃管；
（3）①硝酸镁分解，红棕色气体是二氧化氮，镁元素不会还是硝酸镁形式，所以甲错误，称取Mg（NO₃）₂固体3.7g即0.025mol置于A中，测得剩余固体的质量为1.0g，则固体减少的质量是2.7g，硝酸镁的分解反应为：2Mg（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2 MgO+4NO₂↑+O₂↑，乙正确，
故答案为：乙；
②亚硫酸钠和氧气的反应，反应方程式是：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，小组讨论认定分解产物中有O₂存在，未检测到的原因是，二氧化氮和水和氧气生成硝酸：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，即O₂在通过装置B时已参与反应，
故答案为：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄；O₂在通过装置B时已参与反应（或其它合理答案）．

点评 本题探究硝酸镁分解产物，提出假想，通过实验验证，涉及了化学方程式的书写、基本实验操作的考查等，本题难度中等，有利于提高学生运用所学知识的能力及化学实验能力．