镁与氮气反应实验的设计

1．设计意图

　　

　　在空气中直接点燃镁条，由于氧气比氮气活泼，观察不到镁与氮气反应的现象，产物中也检验不出氮化镁。如何利用空气中的氮气来证明镁能与氮气反应生成氮化镁？笔者经过设计并反复实验，发现笔者所用方法简单，能观察到镁与氧气、氮气反应的不同现象（见表1），比较方便地验证氮化镁的生成，还有利于加强学生的感性认识，进一步开放学生思维，培养学生探究精神。

　　

　　表1

　　

　　氧气

　　

　　氮气

　　

　　燃烧激烈程度

　　

　　剧烈

　　

　　缓和

　　

　　发光强弱程度

　　

　　耀眼的白光

　　

　　红光

　　

　　反应产物

　　

　　MgO

　　

　　Mg3N2

　　

　　热量

　　

　　迅速放出大量的热

　　

　　放热

　　

　　2．仪器、药品

　　

　　仪器：水槽、钟罩（内径15cm、容积约为2300ml）、家用保鲜薄膜袋、单孔塞、粗铜丝、小试管、蒸发皿（直径9.3cm）

　　

　　药品：镁条、蒸馏水、红色石蕊试纸

　　

　　3．仪器装置

　　

　　4．步骤、现象

　　

　　4.1如图一所示，将一蒸发皿浮于水面，通过燃烧的红磷除去钟罩内的氧气，待充分冷却，观察到钟罩内的水面上升了其容积的1/5，得到了较为纯净的氮气。（为节约上课演示时间，此步骤可预先完成）。

　　

　　4.2往水槽内慢慢注水，使钟罩内外水面持平。

　　

　　4.3在一单孔塞上固定一家用保鲜薄膜袋，另一端插入一粗铜丝，铜丝下端悬挂一约25cm长绕成螺旋状的光亮的镁条。

　　

　　4.4点燃镁条，同时拔出插有燃烧匙的塞子，立刻将燃烧着的镁条伸入钟罩内，并塞紧单孔塞(如图二所示)。可观察到镁条与刚混入的少量氧气剧烈反应，冒出大量的白烟，发出耀眼的白光，放出的热使钟罩内的气体体积迅速膨胀，一会儿光的强度在减弱，变成了红光。

　　

　　4.5燃烧停止后，钟罩内的水面立刻上升，上端的内壁出现淡黄色粉未（氮化镁升华所致）。

　　

　　4.6打开单孔塞，移走钟罩，把蒸发皿内的灰分转移至小试管内，加入1ml蒸馏水，在试管口平放一湿润的红色石蕊试纸，加热到沸腾，可观察到红色石蕊试纸变蓝。反应方程式为：Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2↓+2NH3↑。

　　

　　5．注意事项与问题讨论

　　

　　5.1镁条要过量、光亮、双层且绕成螺旋状，方便伸入钟罩内。

　　

　　5.2钟罩口内颈用双面胶粘少许耐火棉，防止燃烧匙、镁焰直接与它接触。

　　

　　5.3在蒸发皿中直接检验氨，不便于氨的聚集。

　　

　　5.4镁条在罩内空气中点燃时间过长，温度高，有利于与氮气的反应，但气体膨胀大，会引起钟罩的晃动；点燃时间过短，温度低，则出现红光的时间也短。

　　

　　5.5也可用单孔塞、乳胶管、止水夹来控制气体体积的膨胀。打开止水夹，伸入点燃的镁条，看到导气管内有大量的白烟冒出，关闭止水夹，可避免钟罩的晃动。用气球来控制，则不妥，膨胀的气体会从水下逸出钟罩，引起钟罩较大的晃动，并浸没蒸发皿。

　　

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