Question

甲同学通过查询资料知道，一定浓度的硝酸与镁反应时，可得到二氧化氮、一氧化氮、氮气三种气体。该同学用下列仪器组装装置来直接验证有二氧化氮、一氧化氮生成并制取氮化镁 (假设实验中每步转化均是完全的) 。查阅文献得知：

①二氧化氮沸点为21.1  ℃、熔点为－11 ℃，一氧化氮沸点为－151 ℃、熔点为－164 ℃；

②镁也能与二氧化碳反应；

③氮化镁遇水反应生成氢氧化镁和氨气。

（1）实验中先打开开关K，通过导管向装置内通入二氧化碳气体以排出装置内的空气，停止通入二氧化碳的标志是________________________________。

（2）为实现上述实验目的，所选用的仪器的正确连接方式是A→____________→E，确定还原产物中有二氧化氮的现象是______________________________________，实验中要多次使用装置F，第二次使用F的目的是______________________________________________。

（3）实验过程中，发现在D中产生预期现象的同时，C中溶液颜色慢慢褪去，试写出C中反应的离子方程式：________________________________。

（4）甲同学在A中开始反应时，马上点燃B处的酒精灯，实验结束后通过测试发现B处的产品纯度不高，原因是______________________________________。

（5）设计一种实验方案，验证镁与硝酸反应时确实有氮气生成：__________________________。

Answer

E中出现白色沉淀 D→C→F→B→F A中有红棕色气体产生(或D中出现有色液体) 防止水蒸气进入B导致氮化镁水解 5NO＋4H＋＋3MnO4-===3Mn2＋＋5NO3-＋2H2O 装置中充满CO2，而加热时CO2也能与Mg反应 取少量B中反应后的固体放入试管中，再向试管中滴加适量的水并将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口处，试纸变蓝

【解析】

探究一定浓度的硝酸与Mg反应产物：A三颈烧瓶中为镁和硝酸反应，可能得到NO2、NO、N2三种气体，若产生二氧化氮气体，A中有红棕色气体产生，NO2沸点为21.1℃，经过D装置冰盐水冷却生成的气体，D中出现有色液体，C中盛放1%的酸性高锰酸钾，若出现高锰酸钾褪色，说明有NO生成，经过装置F进行气体干燥，然后进入装置B进行镁和氮气的反应，再经过装置F，防止水蒸气进入B导致氮化镁水解，最后用氢氧化钡吸收尾气，据此解答。

(1)探究一定浓度的硝酸与Mg反应产物，E装置在该实验中为吸收尾气装置，实验中先打开开关K，通过导管向装置内通入CO2气体以排出装置内的空气，当E中出现白色沉淀，说明二氧化碳已经充满整个装置，已经全部排出装置内的空气，需停止通入CO2；

(2)探究一定浓度的硝酸与Mg反应产物：A三颈烧瓶中为镁和硝酸反应，可能得到NO2、NO、N2三种气体，若有二氧化氮气体产生，A中有红棕色气体产生，经过D装置冰盐水冷却生成的气体，D中出现有色液体，C中盛放1%的酸性高锰酸钾，若出现高锰酸钾褪色，说明有NO生成，反应为：5NO+4H++3MnO4-＝3Mn2++5NO3-+2H2O，经过装置F进行气体干燥，然后进入装置B进行镁和氮气的反应，再经过装置F，防止空气中的水蒸气进入B导致氮化镁水解，最后用氢氧化钡吸收尾气，所选用的仪器的正确连接方式是：A→D→C→F→B→F→E，氮化镁易水解，第二次使用F的目的是防止空气中的水蒸气进入B导致氮化镁水解；

(3)C中溶液颜色慢慢褪去，为NO和高锰酸根离子发生的氧化还原反应，该反应中物质的化合价变化：MnO4-→Mn2+，Mn元素化合价由+7价→+2价，一个MnO4-得5个电子；NO→NO3-，N由+2价变成+5价，一个NO分子失去3个电子，所以其最小公倍数为15，故MnO4-的计量数为3，NO的计量数为5，然后根据原子守恒配平其它元素，配平后的离子方程式为5NO+4H++3MnO4-＝3Mn2++5NO3-+2H2O；

(4)镁条与二氧化碳发生置换反应，生成碳与氧化镁，反应为2Mg+CO22MgO+C，所以在A中开始反应时，马上点燃B处的酒精灯，实验结束后通过测试发现B处的产品纯度不高，原因是装置中充满CO2，而加热时CO2也能与Mg反应；

(5)镁与硝酸反应时若有氮气生成，则生成的氮气和镁反应生成氮化镁，氮化镁易水解生成氨气，所以取少量B中反应后的固体放入试管中，再向试管中滴加适量的水并将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口处，试纸变蓝，则检验到氨气，说明镁和硝酸反应有氮气生成。