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(shù)，反應(yīng)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(yīng)，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(yīng)）．
②硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可溶于水，常溫下與NaOH、Na₂CO₃不反應(yīng)．
③二氧化碳能溶于水，且能與NaOH 溶液發(fā)生反應(yīng)．
【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(yīng)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(shù)據(jù)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(nèi)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(zhuǎn)過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h₂．理論上h₂：h₁=4：5．
④按照①～③再重復(fù)實驗2 次．3 次實驗數(shù)據(jù)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(jié)論】根據(jù)第1 次實驗數(shù)據(jù)，計算空氣中氧氣的體積分數(shù)為20.5%（結(jié)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(jié)果．甲同學(xué)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(dǎo)致測定結(jié)果偏大；乙同學(xué)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(nèi)不完全是空氣，氧氣濃度偏低，導(dǎo)致測定結(jié)果偏�。�

Answer 1

分析 【實驗過程】①根據(jù)二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)以及Na₂S₄受熱時，會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，會使得試管內(nèi)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(jié)論】根據(jù)空氣中氧氣的體積分數(shù)=$\frac{{h}_{1}-{h}_{2}}{{h}_{1}}$×100%進行解答；
【反思與評價】根據(jù)未放置一段時間會導(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行解答．

解答 解：【實驗過程】①二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，Na₂S₄受熱時，會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氣體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，會使得試管內(nèi)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(nèi)，進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數(shù)=$\frac{11.2-8.9}{11.2}$×100%=20.5%；
【反思與評價】未放置一段時間會導(dǎo)致試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．甲同學(xué)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(dǎo)致測定結(jié)果偏大．
乙同學(xué)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(nèi)不完全是空氣，氧氣濃度偏低，導(dǎo)致測定結(jié)果偏�。�
答案：
【實驗過程】①AB；
③試管內(nèi)液面上升至液面高度不再改變；79：100（或4：5）
【解釋與結(jié)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(dǎo)致測定結(jié)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(nèi)不完全是空氣，氧氣濃度偏低，導(dǎo)致測定結(jié)果偏�。�

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