氮化鎂的實驗室簡易制備方法

代冬梅+丁偉

摘要：闡述了由鎂粉與空氣里的氮氣反應制備氮化鎂的實驗設計和原理。針對該傳統實驗流程過于繁瑣、所需時間較長、不適宜在課堂展示等不足進行了改進。實踐表明，改進后的實驗操作簡便，現象明顯，適于課堂演示，有利于激發學生的學習興趣。

關鍵詞：氮化鎂；氮氣；鎂；實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）3–0050–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

中學化學在講授鎂元素的相關知識時，給學生介紹了鎂在空氣中燃燒的相關反應，即分別與氧氣、氮氣、二氧化碳的反應。通過學習學生對氧化鎂的生成反應往往比較熟悉，但對氮化鎂的生成卻很陌生。因此，在化學興趣實驗課上展示氮化鎂的制備及其性質是必要的。筆者根據實驗原理設計了實驗方案，探討了設計實驗的可行性和有效性，并針對實驗效果進行了改進。

1 實驗原理及改進的提出

鎂和氮氣可以直接反應生成氮化鎂，氮化鎂是黃色固體[1]，可以較明顯地區別于其他物質的生成。因此該實驗檢驗標準就是：（1）觀察有無黃色固體生成；（2）取產物與水反應，若有氣體生成則用紅色濕潤石蕊試紙檢驗。若試紙變藍，說明有堿性的氨氣生成，則可推測產物中有氮化鎂。

實驗藥品：鎂粉和氮氣。中學實驗室有鎂粉，但沒有氮氣瓶。根據《化工辭典》[2]解釋，地面附近干燥空氣中成分如下（體積百分率）：氧20.93；氮78.10；氬0.93；二氧化碳0.028；其他（氪、氖、氙、甲烷等）0.002。

由于空氣中的氧氣和二氧化碳均要與鎂反應，因此在使用前需要除掉氧氣和二氧化碳。

一般做法是：用氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，用鐵粉除去氧氣，用濃硫酸干燥，最后將剩余氣體（氮氣）通入裝有鎂粉的硬質玻璃管并加熱，觀察記錄現象。很多有關氮化鎂制備的實驗也是這樣做的[3]。筆者在實驗室按照這個方案進行了實驗，結果并不理想：沒有得到黃色固體，在產物中加水，產生的氣體能使潤濕的紅色石蕊試紙變藍，說明只有極少量的氮化鎂生成。而且該流程過于繁瑣，所需時間較長，不適宜在課堂展示。于是筆者對該實驗進行了簡化和改進。

2 實驗用品

帶鐵圈的鐵架臺1個、酒精燈1盞、石棉網1張、燒杯（500mL）1個、燒杯（50mL）1個、火柴1盒、紅色石蕊試紙若干、鎂粉、鎂條

3 實驗裝置

示意圖見圖1。

4 實驗步驟

（1）取5g鎂粉平鋪在石棉網上（厚約2mm）。

（2）用點燃的鎂條引燃鎂粉。

（3）待鎂粉引燃后，立即用燒杯蓋住鎂粉，使鎂粉與外界空氣近乎隔離。

（4）將燃燒生成物取少量置于試管中，加入適量水，將潤濕的紅色石蕊試紙置于試管口，觀察試紙是否變色。

5 實驗現象及分析

見圖2、圖3、圖4。可觀察到：鎂粉表層燃燒，有火星，生成白色固體（MgO）；燃燒面逐漸蔓延擴大，最后所有鎂粉呈紅熱狀，燒杯壁很燙，反應放出大量的熱；燒杯中有大量的白煙生成；反應結束冷卻后，產物呈塊狀，表層呈白色（MgO），白色固體表層下有大量黃色固體生成，還有少量黑色粉末（未反應完全的鎂粉）；向產物中加入水后，有大量氣泡生成，并有刺激性氣味，潤濕的紅色石蕊試紙變藍。

由于氧氣比氮氣活潑，反應開始時，鎂粉先與燒杯中活潑的氧氣反應，生成白色的氧化鎂（MgO）。燒杯中的氧氣反應完之后，過量的鎂粉繼續和氮氣反應，由于反應放出大量的熱，使反應物呈紅熱狀。該反應很快，燒杯可以起到一定的阻隔空氣交換的作用，間接提高了燒杯中氮氣的濃度，使盡可能多的鎂粉與氮氣反應，確保反應的主要產物是Mg3N2。反應結束后有較多的Mg3N2（黃色固體）生成。

6 改進后的優點

（1）操作簡便，實驗條件要求不高，現象明顯，適于課堂演示。

（2）安全性易于保證。

（3）可重復性強，試驗幾乎都可以成功。

（4）產物量大，原料利用率較高。

參考文獻：

[1]吳孫富.鎂條與鎂粉燃燒實驗的比較及有關應用[J].中學化學，2004，（2）.

[2]王箴.化工辭典（第四版）[M].北京：化學工業出版社，2000.

[3] 2008年普通高等學校招生全國統一考試（海南卷）第16題.