Question

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．

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．【实验资料】①四硫化钠（Na2S4）的相对分子质量为______，其中硫元素的质量分数为______（结果精确到0.1%）．②四硫化钠受热时，会与空气中的水蒸气反应，生成少量有毒气体硫化氢．③NaOH溶液呈碱性，可吸收硫化氢、二氧化碳、二氧化硫等酸性气体④硫代硫酸钠（Na2S2O3）可溶于水，常温下与NaOH溶液不反应．【实验过程】①取碳酸钠、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+X △ . 2Na2S4+2Na2S2O3+4CO2，X 的化学式为______，蘸有浓NaOH 溶液的棉花的作用是______． 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所求），取下橡胶塞，观察到______，塞紧橡胶塞．将试管取出，倒过来，测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h2，理论上h1：h2=______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 11.2 11.4 11.6 h2/cm 8.9 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______（结果精确到0.1%）．【反思与评价】（1）若实验过程②中，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，请说明有何影响，并阐述理由：______．（2）若要保证实验的效果，至少需要生成四硫化钠（Na2S4）0.174g，则理论上实验时至少取碳酸钠粉末______克？写出计算过程．

Answer 1

【实验资料】①四硫化钠（Na₂S₄）的相对分子质量为：23×2+32×4=174，其中硫元素的质量分数为：

32×4

174

×100%=73.6%；
【实验过程】①根据化学反应前后原子的种类和数目不变和4Na₂CO₃+12S+X

△   .

2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，可知X的化学式为O₂；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=

11.2?8.9

11.2

×100%=20.5%；
【反思与评价】（1）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．故填：试管内的空气成分与外边的空气成分可能有差异．
（2）设需要碳酸钠的质量为x
4Na₂CO₃+12S+O₂

△   .

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

424

x

=

348

0.174g

                               
解得：x=0.212g  
答：理论上实验时至少取碳酸钠粉末0.212g．                                   
故答案为：【实验资料】174；73.6%；
【实验过程】O₂；吸收二氧化碳和Na₂S₄受热产生的有毒气体硫化氢；
有淡黄色固体产生，试管内液面上升；5：4；
【解释与结论】20.5%；
【反思与评价】（1）若未放置一段时间，结果将偏小；因为第一步反应消耗了试管空气中的氧气，若不静置第二步反应中氧气含量偏低，测量结果偏小．
（2）0.212．