(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?jǐn)?shù),反應(yīng)原理為:2 Na2S4 + O2 + 2H2O = 8S↓+ 4 NaOH。
【實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?shù)為 (結(jié)果精確到0.1%)。
②四硫化鈉受熱時(shí),會與空氣中的水蒸氣反應(yīng),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(yīng)。
【實(shí)驗(yàn)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(yīng)為4Na2CO3 + 12S + X 2 Na2S4+ 2 Na2S2O3 + 4CO2,X 的化學(xué)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(shí)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(fù)實(shí)驗(yàn)2次.3次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為 (結(jié)果精確到0.1%)。
【反思與評價(jià)】(1)若實(shí)驗(yàn)過程②中,取下棉花后,未放置一段時(shí)間即進(jìn)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(shí)驗(yàn)的效果,至少需要生成四硫化鈉(Na2S4)0.174g ,則理論上實(shí)驗(yàn)時(shí)至少取碳酸鈉粉末 克?寫出計(jì)算過程(2分)
【實(shí)驗(yàn)資料】 174; 73.6%
【實(shí)驗(yàn)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(jià)】
(1)若未放置一段時(shí)間,結(jié)果將偏。灰?yàn)榈谝徊椒磻?yīng)消耗了試管空氣中的氧氣,若不靜置第二步反應(yīng)中氧氣含量偏低,測量結(jié)果偏小。
(2)0.212g
【解析】
試題分析:
【實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?shù)指化合物中硫元素質(zhì)量占整個(gè)化合物質(zhì)量的百分?jǐn)?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(shí)驗(yàn)過程】①根據(jù)質(zhì)量守恒定律,反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變。所以X的化學(xué)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(shí)驗(yàn)資料】②四硫化鈉受熱時(shí),會與空氣中的水蒸氣反應(yīng),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(yīng)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(shí)質(zhì)是空氣的體積,h2是把氧氣消耗后剩余氣體的體積,實(shí)際上主要是氮?dú)獾捏w積,所以h1 :h2=5:4
【解釋與結(jié)論】根據(jù)第1次實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?shù)為2.3/11.2×100%=20.5%
【反思與評價(jià)】
(1)若未放置一段時(shí)間,結(jié)果將偏;因?yàn)榈谝徊椒磻?yīng)(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(yīng)中氧氣含量偏低,測量結(jié)果偏小。
(2)此題為根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算。計(jì)算時(shí)依據(jù)化學(xué)方程式的含義——表示各物質(zhì)的質(zhì)量比進(jìn)行計(jì)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(diǎn):化學(xué)式的計(jì)算,質(zhì)量守恒定律,根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算,空氣中氧氣含量的測定,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析。
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