Question

（本題包括1小題，共12分）

27.（11分）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)，反應原理為：2 Na₂S₄ + O₂ + 2H₂O = 8S↓+ 4 NaOH。

【實驗資料】

①四硫化鈉（Na₂S₄）的相對分子質(zhì)量為         ，其中硫元素的質(zhì)量分數(shù)為        （結(jié)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 2 Na₂S₄+ 2 Na₂S₂O₃ + 4CO₂，X 的化學式為       ，蘸有濃NaOH 溶液的棉花的作用是                                                   。

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所求），取下橡膠塞，觀察到                            

                                                          ，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(shù)據(jù)h2，理論上h1:h2＝         

④按照①～③再重復實驗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	11.2	11.4	11.6
h2/cm	8.9	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       （結(jié)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(xù)操作，會影響測定結(jié)果，請說明有何影響，并闡述理由：                               。（2分）

 （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     克？寫出計算過程（2分）

 

Answer 1

【答案】

 

【實驗資料】  174；  73.6%

【實驗過程】  O₂  ；吸收二氧化碳和Na₂S₄受熱產(chǎn)生的有毒氣體硫化氫 

有淡黃色固體產(chǎn)生，試管內(nèi)液面上升；    5 ：4

【解釋與結(jié)論】 20.5%

【反思與評價】

（1）若未放置一段時間，結(jié)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(jié)果偏小。

（2）0.212g   

【解析】

試題分析：

【實驗資料】相對分子質(zhì)量指分子中原子的相對原子質(zhì)量之和，四硫化鈉（Na₂S₄）的相對分子質(zhì)量為23×2+32×4=174。硫元素的質(zhì)量分數(shù)指化合物中硫元素質(zhì)量占整個化合物質(zhì)量的百分數(shù)。列式為：(32×4/174)×100%=73.56%，題目要求精確到0.1%，結(jié)果為73.6%。

【實驗過程】①根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應前后原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變。所以X的化學式為O₂。根據(jù)4Na₂CO₃ + 12S + X 2 Na₂S₄+ 2 Na₂S₂O₃ + 4CO₂，碳酸鈉、 硫粉混合后置于試管中，加熱會產(chǎn)生CO2，根據(jù)【 實驗資料】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。綜合可知，氫氧化鈉溶液的作用應該是吸收二氧化碳、硫化氫等氣體。

③冷卻后，試管中固體為Na₂S₄和 Na₂S₂O₃ ，再加入水，根據(jù)2 Na₂S₄ + O₂ + 2H₂O = 8S↓+ 4 NaOH可知，生成淡黃色物質(zhì)硫，試管中的空氣中的氧氣被消耗，再倒插入水中，試管中的水面會上升。所以本題答案為：有淡黃色固體產(chǎn)生，試管內(nèi)液面上升。h1實質(zhì)是空氣的體積，h2是把氧氣消耗后剩余氣體的體積，實際上主要是氮氣的體積，所以h1 ：h2=5：4

【解釋與結(jié)論】根據(jù)第1次實驗數(shù)據(jù)，氧氣體積為11.2-8.9=2.3，空氣體積為11.2，所以氧氣的體積分數(shù)為2.3/11.2×100%=20.5%

【反思與評價】

（1）若未放置一段時間，結(jié)果將偏小；因為第一步反應（碳酸鈉、 硫粉混合后置于試管中加熱）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(jié)果偏小。

（2）此題為根據(jù)化學方程式的計算。計算時依據(jù)化學方程式的含義——表示各物質(zhì)的質(zhì)量比進行計算。具體解題過程為：

解：設(shè)需要碳酸鈉的質(zhì)量為x

4Na₂CO₃ + 12S + X 2 Na₂S₄+ 2 Na₂S₂O₃ + 4CO₂

424                     348

  x                     0.174g 

 

x=0.212g

考點：化學式的計算，質(zhì)量守恒定律，根據(jù)化學方程式的計算，空氣中氧氣含量的測定，實驗設(shè)計及分析。