Question

17．四硫化鈉（Na₂S₄）固體可替代紅磷測定空氣中氧氣的體積分數，反應原理為：2Na₂S₄+O₂+2H₂O═8S↓+4NaOH．
【查閱資料】
①Na₂S₄受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性，能與NaOH 溶液發(fā)生反應）．
②硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可溶于水，常溫下與NaOH、Na₂CO₃不反應．
③二氧化碳能溶于水，且能與NaOH 溶液發(fā)生反應．
【實驗過程】
①取0.5g 碳酸鈉（過量）、0.2g 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，反應為：4Na₂CO₃+12S+O₂═2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂．
其中蘸有濃NaOH 溶液的棉花的作用有AB（填序號）．
A．吸收生成的二氧化碳氣體
B．吸收生成的硫化氫，防止污染空氣
C．防止空氣中二氧化碳氣體進入

②冷卻后，取下棉花，放置一段時間，再向該試管中加入10mL水，迅速塞緊橡膠塞，充分振蕩．測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據h₁（如圖2 所示）．
③將該試管插入水中（如圖3 所示），拔下橡膠塞，觀察到試管內液面上升至液面高度不再改變，塞緊橡膠塞．將
試管取出，倒轉過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據h₂．理論上h₂：h₁=4：5．
④按照①～③再重復實驗2 次．3 次實驗數據如下表所示．

	第1次	第2次	第3次
h1/cm	11.0	11.4	11.6
h2/cm	8.7	9.1	9.2

【解釋與結論】根據第1 次實驗數據，計算空氣中氧氣的體積分數為20.5%（結果精確到0.1%）．
【反思與評價】若實驗過程②中，冷卻后，取下棉花后，未放置一段時間即進行后續(xù)操
作，會影響測定結果．甲同學認為可能偏大，其理由是在制備Na₂S₄時，試管中有CO₂生成，殘留的CO₂會溶解于水，被吸收，導致測定結果偏大；乙同學認為可能偏小，其理由是在制備Na₂S₄時消耗了試管中的O₂，殘留了較多的N₂，同時生成的CO₂被濃氫氧化鈉溶液吸收，放置時間較短，試管內不完全是空氣，氧氣濃度偏低，導致測定結果偏�。�

Answer 1

分析 【實驗過程】①根據二氧化碳和NaOH溶液反應以及Na₂S₄受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性）進行解答；
③根據四硫化鈉和氧氣、水反應生成硫和氫氧化鈉，會使得試管內壓強變小以及空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一進行解答；
【解釋與結論】根據空氣中氧氣的體積分數=$\frac{{h}_{1}-{h}_{2}}{{h}_{1}}$×100%進行解答；
【反思與評價】根據未放置一段時間會導致試管內的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異進行解答．

解答 解：【實驗過程】①二氧化碳和NaOH溶液反應生成碳酸鈉和水，Na₂S₄受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，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氣體和有毒的硫化氫氣體；
③四硫化鈉和氧氣、水反應生成硫和氫氧化鈉，會使得試管內壓強變小，將該試管插入水中（如圖3所示），拔下橡膠塞，觀察到水進入試管內，進入水的體積約為試管內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，倒轉過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據h₂，可以知道理論上h₁：h₂=5：4；
【解釋與結論】空氣中氧氣的體積分數=$\frac{11.2-8.9}{11.2}$×100%=20.5%；
【反思與評價】未放置一段時間會導致試管內的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．甲同學認為可能偏大，其理由是在制備Na₂S₄時，試管中有CO₂生成，殘留的CO₂會溶解于水，被吸收，導致測定結果偏大．
乙同學認為可能偏小，其理由是：在制備Na₂S₄時消耗了試管中的O₂，殘留了較多的N₂，同時生成的CO₂被濃氫氧化鈉溶液吸收，放置時間較短，試管內不完全是空氣，氧氣濃度偏低，導致測定結果偏小．
答案：
【實驗過程】①AB；
③試管內液面上升至液面高度不再改變；79：100（或4：5）
【解釋與結論】20.5；
【反思與評價】在制備Na₂S₄時，試管中有CO₂生成，殘留的CO₂會溶解于水，被吸收，導致測定結果偏大．
在制備Na₂S₄時消耗了試管中的O₂，殘留了較多的N₂，同時生成的CO₂被濃氫氧化鈉溶液吸收，放置時間較短，試管內不完全是空氣，氧氣濃度偏低，導致測定結果偏小．

點評 本題考查了二氧化碳、碳酸鈉的化學性質及有關測定空氣中氧氣的體積分數及注重考查學生的分析能力和基本計算能力．