Question

2．為提高氯化銨的經濟價值，我國化學家設計了利用氫氧化鎂熱分解氯化銨制氨氣并得到堿式氯化鎂（MgOHCl）的工藝．某同學在實驗室用如圖所示裝置制備氨氣，并測定氨分子中氮、氫原子的個數比．

實驗時，先打開開關K，用制得的氨氣排盡裝置中的空氣后再關閉K，并立即加熱氧化銅．反應完成后，黑色的氧化銅轉化為紅色的銅．
請回答下列問題：
（1）寫出用氫氧化鎂和氯化銨反應制備氨氣的化學方程式：Mg（OH）₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgOHCl+NH₃↑+H₂O．
（2）裝置B和D中的藥品相同，你認為是堿石灰（或生石灰或NaOH）．
（3）裝置E的干燥管中收集到的氣體的化學式是N₂．
（4）氫氧化鎂和氯化銨反應過程中，溫度低時固體產物中會混有氫氧化鎂雜質，溫度高時會混有氧化鎂雜質，該同學為測定堿式氯化鎂中混有的雜質成分，進行如下操作：準確稱取2，914g生成物，加入硝酸至固體完全溶解后，將溶液分成兩等份，其中一份用EDTA溶液滴定，測得Mg²⁺的質量為0.48g，另一份用1.0mol•L^-1的AgNO₃溶液滴定，消耗AgNO₃溶液的體積為18mL，則堿式氯化鎂中混有的雜質是MgO（填化學式）．
（5）根據上述實驗原理，該同學設計了一種實驗方案測定氨分子中氮和氫的原子個數比，并列出表達示為$\frac{5V}{7（{m}_{1}-{m}_{2}）}$，其中m₁是反應前氧化銅的質量，V是在標準狀況下裝置E中測出的氣體體積，則m₂表示的是氧化銅反應后剩余固體質量．

Answer 1

分析 利用氫氧化鎂熱分解氯化銨制氨氣并得到堿式氯化鎂（MgOHCl），用干燥后的氨氣還原氧化銅得氮氣和水，水被D裝置中的堿石灰吸收，用E裝置測量產生氮氣的體積，根據氧化銅中氧元素的質量等于生成的水中氧元素的質量，進而確定氫元素地質量，根據氮氣的體積計算出氮氣的物質的量，從而求出氮原子的個數，根據氫、氮的質量比可計算出物質的量之比，進而確定氮、氫原子的個數比，據此答題．

解答 解：利用氫氧化鎂熱分解氯化銨制氨氣并得到堿式氯化鎂（MgOHCl），用干燥后的氨氣還原氧化銅得氮氣和水，水被D裝置中的堿石灰吸收，用E裝置測量產生氮氣的體積，根據氧化銅中氧元素的質量等于生成的水中氧元素的質量，進而確定氫元素地質量，根據氮氣的體積計算出氮氣的物質的量，從而求出氮原子的個數，根據氫、氮的質量比可計算出物質的量之比，進而確定氮、氫原子的個數比，
（1）根據元素守恒可知，用氫氧化鎂和氯化銨反應制備氨氣的化學方程式為Mg（OH）₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgOHCl+NH₃↑+H₂O，
故答案為：Mg（OH）₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgOHCl+NH₃↑+H₂O；
（2）根據上面分析可知，裝置B和D中的藥品都是堿石灰（或生石灰或NaOH），
故答案為：堿石灰（或生石灰或NaOH）；
（3）根據上面分析可知，裝置E的干燥管中收集到的氣體是氮氣，化學式是N₂，
故答案為：N₂；
（4）準確稱取2.914g生成物，加入硝酸至固體完全溶解后，將溶液分成兩等份，其中一份用EDTA溶液滴定，測得Mg²⁺的質量為0.48g即0.02mol，另一份用1.0mol•L^-1的AgNO₃溶液滴定，消耗AgNO₃溶液的體積為18mL，則Cl^-的物質的量為0.018mol，所以在2.914g生成物中含有Mg²⁺0.04mol，Cl^-的物質的量為0.036mol，所以MgOHCl的物質的量為0.036mol，雜質的質量為2.914g-0.036×76.5g=0.16g，其中Mg²⁺的質量為（0.04-0.036）×24g=0.096g，即0.004mol，則氧元素的物質的量為$\frac{0.16-0.096}{16}$mol=0.004mol，所在在雜質中鎂元素與氧元素的物質的量之比為0.004：0.004=1：1，所以雜質為MgO，
故答案為：MgO；
（5）m₁是反應前氧化銅的質量，V是在標準狀況下裝置E中測出的氣體體積，設反應后的氣閥經銅的質量為x，則氧元素的質量為m₁-x，氧元素的物質的量為$\frac{{m}_{1}-x}{16}$，所以氫元素的物質的量為2×$\frac{{m}_{1}-x}{16}$，氮氣的物質的量為$\frac{V}{22.4}$，所以氮元素的物質的量為2×$\frac{V}{22.4}$，根據實驗原理可知，氨分子中氮和氫的原子個數比為2×$\frac{V}{22.4}$：2×$\frac{{m}_{1}-x}{16}$=$\frac{5V}{7（{m}_{1}-x）}$，與$\frac{5V}{7（{m}_{1}-{m}_{2}）}$比較可知，x即為m₂，所以m₂表示的是氧化銅反應后剩余固體質量，
故答案為：氧化銅反應后剩余固體質量．

點評 本題考查了測量物質的含量，要求學生具有分析和解決問題的能力，主要是物質探究物質組成和方法的應用，題目難度中等．