Question

17．四硫化钠（Na₂S₄）固体可替代红磷测定空气中氧气的体积分数，反应原理为：2Na₂S₄+O₂+2H₂O═8S↓+4NaOH．
【查阅资料】
①Na₂S₄受热时，会与空气中的水蒸气反应，生成少量有毒气体硫化氢（水溶液呈酸性，能与NaOH 溶液发生反应）．
②硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）可溶于水，常温下与NaOH、Na₂CO₃不反应．
③二氧化碳能溶于水，且能与NaOH 溶液发生反应．
【实验过程】
①取0.5g 碳酸钠（过量）、0.2g 硫粉混合后置于试管中，加热（如图1 所示，夹持装置已略去），制得Na₂S₄，反应为：4Na₂CO₃+12S+O₂═2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂．
其中蘸有浓NaOH 溶液的棉花的作用有AB（填序号）．
A．吸收生成的二氧化碳气体
B．吸收生成的硫化氢，防止污染空气
C．防止空气中二氧化碳气体进入

②冷却后，取下棉花，放置一段时间，再向该试管中加入10mL水，迅速塞紧橡胶塞，充分振荡．测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h₁（如图2 所示）．
③将该试管插入水中（如图3 所示），拔下橡胶塞，观察到试管内液面上升至液面高度不再改变，塞紧橡胶塞．将
试管取出，倒转过来，测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h₂．理论上h₂：h₁=4：5．
④按照①～③再重复实验2 次．3 次实验数据如下表所示．

	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

【解释与结论】根据第1 次实验数据，计算空气中氧气的体积分数为20.5%（结果精确到0.1%）．
【反思与评价】若实验过程②中，冷却后，取下棉花后，未放置一段时间即进行后续操
作，会影响测定结果．甲同学认为可能偏大，其理由是在制备Na₂S₄时，试管中有CO₂生成，残留的CO₂会溶解于水，被吸收，导致测定结果偏大；乙同学认为可能偏小，其理由是在制备Na₂S₄时消耗了试管中的O₂，残留了较多的N₂，同时生成的CO₂被浓氢氧化钠溶液吸收，放置时间较短，试管内不完全是空气，氧气浓度偏低，导致测定结果偏小．

Answer 1

分析 【实验过程】①根据二氧化碳和NaOH溶液反应以及Na₂S₄受热时，会与空气中的水蒸气反应，生成少量有毒气体硫化氢（水溶液呈酸性）进行解答；
③根据四硫化钠和氧气、水反应生成硫和氢氧化钠，会使得试管内压强变小以及空气中氧气约占空气体积的五分之一进行解答；
【解释与结论】根据空气中氧气的体积分数=$\frac{{h}_{1}-{h}_{2}}{{h}_{1}}$×100%进行解答；
【反思与评价】根据未放置一段时间会导致试管内的空气成分与外边的空气成分可能有差异进行解答．

解答 解：【实验过程】①二氧化碳和NaOH溶液反应生成碳酸钠和水，Na₂S₄受热时，会与空气中的水蒸气反应，生成少量有毒气体硫化氢（水溶液呈酸性），所以蘸有浓NaOH溶液的棉花的作用是吸收生成的二氧化碳气体和有毒的硫化氢气体；
③四硫化钠和氧气、水反应生成硫和氢氧化钠，会使得试管内压强变小，将该试管插入水中（如图3所示），拔下橡胶塞，观察到水进入试管内，进入水的体积约为试管内空气体积的五分之一；空气中氧气约占空气体积的五分之一，将试管取出，倒转过来，测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h₂，可以知道理论上h₁：h₂=5：4；
【解释与结论】空气中氧气的体积分数=$\frac{11.2-8.9}{11.2}$×100%=20.5%；
【反思与评价】未放置一段时间会导致试管内的空气成分与外边的空气成分可能有差异．甲同学认为可能偏大，其理由是在制备Na₂S₄时，试管中有CO₂生成，残留的CO₂会溶解于水，被吸收，导致测定结果偏大．
乙同学认为可能偏小，其理由是：在制备Na₂S₄时消耗了试管中的O₂，残留了较多的N₂，同时生成的CO₂被浓氢氧化钠溶液吸收，放置时间较短，试管内不完全是空气，氧气浓度偏低，导致测定结果偏小．
答案：
【实验过程】①AB；
③试管内液面上升至液面高度不再改变；79：100（或4：5）
【解释与结论】20.5；
【反思与评价】在制备Na₂S₄时，试管中有CO₂生成，残留的CO₂会溶解于水，被吸收，导致测定结果偏大．
在制备Na₂S₄时消耗了试管中的O₂，残留了较多的N₂，同时生成的CO₂被浓氢氧化钠溶液吸收，放置时间较短，试管内不完全是空气，氧气浓度偏低，导致测定结果偏小．

点评 本题考查了二氧化碳、碳酸钠的化学性质及有关测定空气中氧气的体积分数及注重考查学生的分析能力和基本计算能力．