Question

20．薛文同學(xué)通過查詢資料知道，一定濃度的硝酸與Mg反應(yīng)時，可同時得到NO₂、NO、N₂三種氣體．該同學(xué)欲用下列儀器組裝裝置來直接驗(yàn)證有NO₂、NO生成并制取氮化鎂．（假設(shè)實(shí)驗(yàn)中每步轉(zhuǎn)化均是完全的）
查閱文獻(xiàn)得知：①NO₂沸點(diǎn)為21.1℃、熔點(diǎn)為-11℃，NO沸點(diǎn)為-151℃、熔點(diǎn)為-164℃；
②鎂也能與CO₂反應(yīng)；
③氮化鎂遇水劇烈水解生成Mg（OH）₂和氨氣．

（1）實(shí)驗(yàn)中先打開開關(guān)K，通過導(dǎo)管向裝置內(nèi)通入CO₂氣體以排出裝置內(nèi)的空氣，停止通入CO₂的標(biāo)志是E中出現(xiàn)白色沉淀．
（2）為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，所選用的儀器的正確連接方式是：A→D→C→F→B→F→E，確定還原產(chǎn)物中有NO₂的現(xiàn)象是A中有紅棕色氣體產(chǎn)生（或D中出現(xiàn)有色液體），實(shí)驗(yàn)中要多次使用裝置F，第二次使用F的目的是防止水蒸氣進(jìn)入B導(dǎo)致氮化鎂水解．
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)在D中產(chǎn)生預(yù)期現(xiàn)象的同時，C中溶液顏色慢慢褪去，試寫出C中反應(yīng)的離子方程式．5NO+4H⁺+3MnO₄^-═3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O
（4）薛文同學(xué)在A中開始反應(yīng)時，馬上點(diǎn)燃B處的酒精燈，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過測試發(fā)現(xiàn)B處的產(chǎn)品純度不高，原因是裝置中充滿CO₂，而加熱時CO₂也能與Mg反應(yīng)．
（5）設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證鎂與硝酸反應(yīng)時確實(shí)有氮?dú)馍�成取少量B中反應(yīng)后的固體放入試管中，再向試管中滴加適量的水并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口處，試紙變藍(lán)．

Answer 1

分析 探究一定濃度的硝酸與Mg反應(yīng)產(chǎn)物：A三頸燒瓶中為鎂和硝酸反應(yīng)，可能得到NO₂、NO、N₂三種氣體，若二氧化氮?dú)怏w，A中有紅棕色氣體產(chǎn)生，NO₂沸點(diǎn)為21.1℃，經(jīng)過D裝置冰鹽水冷卻生成的氣體，D中出現(xiàn)有色液體，C中盛放1%的酸性高錳酸鉀，若出現(xiàn)高錳酸鉀褪色，說明有NO生成，氧化反應(yīng)為：5NO+4H⁺+3MnO₄^-═3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O，經(jīng)過裝置F進(jìn)行氣體干燥，然后進(jìn)入裝置B進(jìn)行鎂和氮?dú)獾姆磻?yīng)，再經(jīng)過裝置F，防止水蒸氣進(jìn)入B導(dǎo)致氮化鎂水解，最后用氫氧化鋇吸收尾氣．
（1）E裝置在該實(shí)驗(yàn)中為吸收尾氣裝置，實(shí)驗(yàn)中先打開開關(guān)K，通過導(dǎo)管向裝置內(nèi)通入CO₂氣體以排出裝置內(nèi)的空氣，當(dāng)E中出現(xiàn)白色沉淀，說明二氧化碳已經(jīng)充滿整個裝置；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置中的藥品及實(shí)驗(yàn)的目的確定所選用的儀器的正確連接方式，二氧化氮為紅棕色氣體，確定還原產(chǎn)物中有NO₂的現(xiàn)象是A中有紅棕色氣體產(chǎn)生（或D中出現(xiàn)有色液體），氮化鎂易水解，第二次使用F的目的是防止水蒸氣進(jìn)入B導(dǎo)致氮化鎂水解；
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)在D中產(chǎn)生預(yù)期現(xiàn)象的同時，C中溶液顏色慢慢褪去，為NO和高錳酸根離子反應(yīng)氧化還原反應(yīng)，根據(jù)質(zhì)量守恒和得失電子守恒配平；
（4）根據(jù)鎂能和二氧化碳反應(yīng)分析，鎂條與二氧化碳反應(yīng)會生成碳與氧化鎂；
（5）檢驗(yàn)氮?dú)獾纳�成，可通過檢驗(yàn)氮?dú)夂玩V反應(yīng)的產(chǎn)物氮化鎂，氮化鎂易水解生成氫氧化鎂和氨氣，根據(jù)檢驗(yàn)氨氣的存在間接檢驗(yàn)氮?dú)猓?/p>

解答 解：（1）探究一定濃度的硝酸與Mg反應(yīng)產(chǎn)物，E裝置在該實(shí)驗(yàn)中為吸收尾氣裝置，實(shí)驗(yàn)中先打開開關(guān)K，通過導(dǎo)管向裝置內(nèi)通入CO₂氣體以排出裝置內(nèi)的空氣，當(dāng)E中出現(xiàn)白色沉淀，說明二氧化碳已經(jīng)充滿整個裝置，已經(jīng)全部排出裝置內(nèi)的空氣，需停止通入CO₂，
故答案為：E中出現(xiàn)白色沉淀；
（2）探究一定濃度的硝酸與Mg反應(yīng)產(chǎn)物：A三頸燒瓶中為鎂和硝酸反應(yīng)，可能得到NO₂、NO、N₂三種氣體，若二氧化氮?dú)怏w，A中有紅棕色氣體產(chǎn)生，經(jīng)過D裝置冰鹽水冷卻生成的氣體，D中出現(xiàn)有色液體，C中盛放1%的酸性高錳酸鉀，若出現(xiàn)高錳酸鉀褪色，說明有NO生成，氧化反應(yīng)為：5NO+4H⁺+3MnO₄^-═3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O，經(jīng)過裝置F進(jìn)行氣體干燥，然后進(jìn)入裝置B進(jìn)行鎂和氮?dú)獾姆磻?yīng)，再經(jīng)過裝置F，防止水蒸氣進(jìn)入B導(dǎo)致氮化鎂水解，最后用氫氧化鋇吸收尾氣，所選用的儀器的正確連接方式是：A→D→C→F→B→F→E，氮化鎂易水解，第二次使用F的目的是防止水蒸氣進(jìn)入B導(dǎo)致氮化鎂水解，
故答案為：D→C→F→B→F；防止水蒸氣進(jìn)入B導(dǎo)致氮化鎂水解；
（3）C中溶液顏色慢慢褪去，為NO和高錳酸根離子反應(yīng)氧化還原反應(yīng)，該反應(yīng)中，反應(yīng)中物質(zhì)的化合價變化：MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素化合價由+7價→+2價，一個MnO₄^-得5個電子；NO→NO₃^-，N由+2價變成+5價，一個NO分子失去3個電子，所以其最小公倍數(shù)為15，故MnO₄^-的計(jì)量數(shù)為3，NO的計(jì)量數(shù)為5，然后根據(jù)原子守恒配平其它元素，配平后的離子方程式為：5NO+4H⁺+3MnO₄^-═3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O，
故答案為：5NO+4H⁺+3MnO₄^-═3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
（4）鎂條與二氧化碳發(fā)生置換反應(yīng)，生成碳與氧化鎂，反應(yīng)為2Mg+CO₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2MgO+C，所以在A中開始反應(yīng)時，馬上點(diǎn)燃B處的酒精燈，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過測試發(fā)現(xiàn)B處的產(chǎn)品純度不高，原因是裝置中充滿CO₂，而加熱時CO₂也能與Mg反應(yīng)，
故答案為：裝置中充滿CO₂，而加熱時CO₂也能與Mg反應(yīng)；
（5）鎂與硝酸反應(yīng)時若有氮?dú)馍�成，則生成的氮?dú)夂玩V反應(yīng)生成氮化鎂，氮化鎂易水解生成氨氣，所以取少量B中反應(yīng)后的固體放入試管中，再向試管中滴加適量的水并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口處，試紙變藍(lán)，說明有氮?dú)馍�成�?br />故答案為：取少量B中反應(yīng)后的固體放入試管中，再向試管中滴加適量的水并將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口處，試紙變藍(lán)．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)產(chǎn)物的測定、對實(shí)驗(yàn)原理與裝置的理解、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，題目難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對知識的綜合考查，需要學(xué)生具有知識的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力．