17.四硫化鈉(Na
2S
4)固體可替代紅磷測定空氣中氧氣的體積分數,反應原理為:2Na
2S
4+O
2+2H
2O═8S↓+4NaOH.
【查閱資料】
①Na
2S
4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,能與NaOH 溶液發(fā)生反應).
②硫代硫酸鈉(Na
2S
2O
3)可溶于水,常溫下與NaOH、Na
2CO
3不反應.
③二氧化碳能溶于水,且能與NaOH 溶液發(fā)生反應.
【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Na
2S
4,反應為:4Na
2CO
3+12S+O
2═2Na
2S
4+2Na
2S
2O
3+4CO
2.
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,記錄數據h
1(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,倒轉過來,測量液面至橡膠塞下沿的距離,記錄數據h
2.理論上h
2:h
1=4:5.
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20.5%(結果精確到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,會影響測定結果.甲同學認為可能偏大,其理由是在制備Na
2S
4時,試管中有CO
2生成,殘留的CO
2會溶解于水,被吸收,導致測定結果偏大;乙同學認為可能偏小,其理由是在制備Na
2S
4時消耗了試管中的O
2,殘留了較多的N
2,同時生成的CO
2被濃氫氧化鈉溶液吸收,放置時間較短,試管內不完全是空氣,氧氣濃度偏低,導致測定結果偏。