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
【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。
②硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可溶于水，常溫下與NaOH溶液不反應。
③NaOH溶液可吸收硫化氫和二氧化碳。
【實驗過程】

①取0．5g碳酸鈉、0．2g硫粉混合后置于試管中，加入（如圖①所示，夾持裝置已略去），制得Na₂S₄，反應為：4Na₂CO₃+12S+X2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，X的化學式為      ；
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              ，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h₂，記錄數據h₂。理論上h₂：h₁=          ；
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        ％（結果精確到0．1％）；   
【反思與評價】實驗過程①中濃NaOH溶液的作用是                        ；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，測定結果          （填“偏大”、“偏小”或“無影響”），理由是：                                   。（2分）

Answer 1

實驗過程①O₂；③試管內液面上升； 4：5（79：100）
解釋與結論：20．9％
反思與評價：吸收二氧化碳和硫化氫氣體；偏小；氧氣沒有完全消耗

解析試題分析：①根據質量守恒定律的微觀解釋，在化學反應前后，原子的種類、數目、質量均保持不變，可以推知X的化學式為O₂， ③在圖1中，碳酸鈉、硫粉、氧氣發生反應生成了Na₂S₄，冷卻后，取下棉花，放置一段時間，外面的進入試管內，此時再向該試管中加入10mL水，迅速塞緊橡膠塞，充分振蕩，發生了反應：2Na₂S₄+O₂+2H₂O=8S↓+4NaOH，即充分地將試管內空氣中的氧氣完全消耗了，使得試管內的氣體減少了將近1/5（即空氣中氧氣體積分數），壓強也減少，這時將該試管插入水中（如圖③所示），拔下橡膠塞，自然觀察到：試管內液面上升，由于消耗了1/5的氧氣，所以水面上升1/5，只剩下4/5， 所以h₂：h₁=4：5
解釋與結論：根據第1次實驗數據，h₁=11．0，h₂=8．7，所以消耗氧氣的體積=11．0-8．7=2．3，空氣中氧氣的體積分數=2．3/11．0×100%=20．9%
反思與評價：由于反應中會生成二氧化碳，且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，所以濃NaOH溶液的作用是吸收二氧化碳和硫化氫氣體，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，溫度沒有冷卻下來，在受熱的情況下，生成的Na₂S₄會與空氣中的水蒸氣反應，使得Na₂S₄的量大大減少，這樣就不能完全消耗的氧氣
考點：空氣中氧氣含量的探究