Question

四硫化鈉（Na₂S₄）固體可替代紅磷測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，反應(yīng)原理為：2Na₂S₄+O₂+2H₂O═8S↓+4NaOH．

【實(shí)驗(yàn)資料】
①四硫化鈉（Na₂S₄）的相對(duì)分子質(zhì)量為

174

，其中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

73.6%

（結(jié)果精確到0.1%）．
②四硫化鈉受熱時(shí)，會(huì)與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，生成少量有毒氣體硫化氫．
③NaOH溶液呈堿性，可吸收硫化氫、二氧化碳、二氧化硫等酸性氣體④硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可溶于水，常溫下與NaOH溶液不反應(yīng)．
【實(shí)驗(yàn)過程】
①取碳酸鈉、硫粉混合后置于試管中，加熱（如圖1所示，夾持裝置已略去），制得Na₂S₄，反應(yīng)為4Na₂CO₃+12S+X 

△   .

2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，X 的化學(xué)式為

O₂

，蘸有濃NaOH 溶液的棉花的作用是

吸收二氧化碳和Na₂S₄受熱產(chǎn)生的有毒氣體硫化氫

． 
②冷卻后，取下棉花，放置一段時(shí)間，再向該試管中加入10ml水，迅速塞緊橡膠塞，充分振蕩，測(cè)量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h₁（如圖2所示）
③將該試管插入水中（如圖3所求），取下橡膠塞，觀察到

有淡黃色固體產(chǎn)生，試管內(nèi)液面上升

，塞緊橡膠塞．將試管取出，倒過來，測(cè)量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h₂，理論上h₁：h₂=

5：4

④按照①～③再重復(fù)實(shí)驗(yàn)2次．3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示．

	第1次	第2次	第3次
h1/cm	11.2	11.4	11.6
h2/cm	8.9	9.1	9.2

【解釋與結(jié)論】根據(jù)第1次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為

20.5%

（結(jié)果精確到0.1%）．
【反思與評(píng)價(jià)】（1）若實(shí)驗(yàn)過程②中，取下棉花后，未放置一段時(shí)間即進(jìn)行后續(xù)操作，會(huì)影響測(cè)定結(jié)果，請(qǐng)說明有何影響，并闡述理由：

若未放置一段時(shí)間，結(jié)果將偏小；因?yàn)榈谝徊椒磻?yīng)消耗了試管空氣中的氧氣，若不靜置第二步反應(yīng)中氧氣含量偏低，測(cè)量結(jié)果偏小

．
（2）若要保證實(shí)驗(yàn)的效果，至少需要生成四硫化鈉（Na₂S₄）0.174g，則理論上實(shí)驗(yàn)時(shí)至少取碳酸鈉粉末

0.212

克？寫出計(jì)算過程．

Answer 1

分析：【實(shí)驗(yàn)資料】根據(jù)四硫化鈉的化學(xué)式可以計(jì)算出其相對(duì)分子質(zhì)量和硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
【實(shí)驗(yàn)過程】①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目不變、二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)以及Na₂S₄受熱時(shí)，會(huì)與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性）進(jìn)行解答；
③根據(jù)四硫化鈉和氧氣、水反應(yīng)生成硫和氫氧化鈉，會(huì)使得試管內(nèi)壓強(qiáng)變小以及空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一進(jìn)行解答；
【解釋與結(jié)論】根據(jù)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)=

h1-h2

h1

×100%進(jìn)行解答；
【反思與評(píng)價(jià)】（1）根據(jù)未放置一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)四硫化鈉的質(zhì)量結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式可以計(jì)算出碳酸鈉的質(zhì)量．

解答：解：【實(shí)驗(yàn)資料】①四硫化鈉（Na₂S₄）的相對(duì)分子質(zhì)量為：23×2+32×4=174，其中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

32×4

174

×100%=73.6%；
【實(shí)驗(yàn)過程】①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目不變和4Na₂CO₃+12S+X

△   .

2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，可知X的化學(xué)式為O₂；二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，Na₂S₄受熱時(shí)，會(huì)與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性），所以蘸有濃NaOH溶液的棉花的作用是吸收生成的二氧化碳?xì)怏w和有毒的硫化氫氣體；
③四硫化鈉和氧氣、水反應(yīng)生成硫和氫氧化鈉，會(huì)使得試管內(nèi)壓強(qiáng)變小，將該試管插入水中（如圖3所示），拔下橡膠塞，觀察到水進(jìn)入試管內(nèi)，進(jìn)入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一；空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一，將試管取出，倒轉(zhuǎn)過來，測(cè)量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h₂，可以知道理論上h₁：h₂=5：4；
【解釋與結(jié)論】空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)=

11.2-8.9

11.2

×100%=20.5%；
【反思與評(píng)價(jià)】（1）未放置一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．故填：試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．
（2）設(shè)需要碳酸鈉的質(zhì)量為x
4Na₂CO₃+12S+O₂

△   .

2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂
424                348                       
x                 0.174g

424

x

=

348

0.174g

                               
解得：x=0.212g  
答：理論上實(shí)驗(yàn)時(shí)至少取碳酸鈉粉末0.212g．                                   
故答案為：【實(shí)驗(yàn)資料】174；73.6%；
【實(shí)驗(yàn)過程】O₂；吸收二氧化碳和Na₂S₄受熱產(chǎn)生的有毒氣體硫化氫；
有淡黃色固體產(chǎn)生，試管內(nèi)液面上升；5：4；
【解釋與結(jié)論】20.5%；
【反思與評(píng)價(jià)】（1）若未放置一段時(shí)間，結(jié)果將偏��；因?yàn)榈谝徊椒磻?yīng)消耗了試管空氣中的氧氣，若不靜置第二步反應(yīng)中氧氣含量偏低，測(cè)量結(jié)果偏小．
（2）0.212．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了二氧化碳、碳酸鈉的化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)及注重考查學(xué)生的分析能力和基本計(jì)算能力．