Question

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．

【實驗資料】
①四硫化鈉（Na₂S₄）的相對分子質量為

174

，其中硫元素的質量分數為

73.6%

（結果精確到0.1%）．
②四硫化鈉受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫．
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．
【實驗過程】
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，反應為4Na₂CO₃+12S+X 

△   .

2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，X 的化學式為

O₂

，蘸有濃NaOH 溶液的棉花的作用是

吸收二氧化碳和Na₂S₄受熱產生的有毒氣體硫化氫

． 
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所求），取下橡膠塞，觀察到

有淡黃色固體產生，試管內液面上升

，塞緊橡膠塞．將試管取出，倒過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據h₂，理論上h₁：h₂=

5：4

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	11.2	11.4	11.6
h2/cm	8.9	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】（1）若實驗過程②中，取下棉花后，未放置一段時間即進行后續操作，會影響測定結果，請說明有何影響，并闡述理由：

若未放置一段時間，結果將偏小；因為第一步反應消耗了試管空氣中的氧氣，若不靜置第二步反應中氧氣含量偏低，測量結果偏小

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

0.212

克？寫出計算過程．

Answer 1

分析：【實驗資料】根據四硫化鈉的化學式可以計算出其相對分子質量和硫元素的質量分數；
【實驗過程】①根據化學反應前后原子的種類和數目不變、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=

h1-h2

h1

×100%進行解答；
【反思與評價】（1）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；
（2）根據四硫化鈉的質量結合反應的化學方程式可以計算出碳酸鈉的質量．

解答：解：【實驗資料】①四硫化鈉（Na₂S₄）的相對分子質量為：23×2+32×4=174，其中硫元素的質量分數為：

32×4

174

×100%=73.6%；
【實驗過程】①根據化學反應前后原子的種類和數目不變和4Na₂CO₃+12S+X

△   .

2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，可知X的化學式為O₂；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=

11.2-8.9

11.2

×100%=20.5%；
【反思與評價】（1）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．故填：試管內的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．
（2）設需要碳酸鈉的質量為x
4Na₂CO₃+12S+O₂

△   .

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

424

x

=

348

0.174g

                               
解得：x=0.212g  
答：理論上實驗時至少取碳酸鈉粉末0.212g．                                   
故答案為：【實驗資料】174；73.6%；
【實驗過程】O₂；吸收二氧化碳和Na₂S₄受熱產生的有毒氣體硫化氫；
有淡黃色固體產生，試管內液面上升；5：4；
【解釋與結論】20.5%；
【反思與評價】（1）若未放置一段時間，結果將偏小；因為第一步反應消耗了試管空氣中的氧氣，若不靜置第二步反應中氧氣含量偏低，測量結果偏小．
（2）0.212．

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．