Question

化学课上，同学们对人体呼出的气体中的主要成分及含量非常好奇，设计了如下实验进行相关的探究．
【提出问题】呼出的气体中有哪些主要成分？它们的含量是多少？
【查阅资料】①呼出的气体中仍含有O₂；
②CO₂难溶于饱和NaHCO₃溶液；
③氢氧化钠[化学符号为NaOH]与氢氧化钙[化学符号为Ca（OH）₂]的化学性质相似，能与二氧化碳反应生成可溶性的碳酸钠和水．
【假设与猜想】呼出的气体中主要成分是N₂、O₂、CO₂、水蒸气等．
【设计方案并实验】实验I：定性检验呼出的气体中含有CO₂、O₂和水蒸气．

实验操作	主要实验现象	实验结论
		呼出的气体中含有CO2
		呼出的气体中含有O2
		呼出的气体中含有水蒸气

实验Ⅱ：定量测定呼出的气体中N₂的含量．
同学们在老师的指导下设计了如图所示装置（B是带刻度的量气装置）．

实验操作		主要实验现象	实验结论及解释
①	检查装置的气密性． 向装置中加入药品． 关闭止水夹a～f．		装置的气密性良好．
②	打开b、c、d，向B中吹入一定量气体后关闭d，并冷却到室温．	B中液体进入到A中，B中液体减少500mL．	收集500mL气体．
③	关闭b，打开a、e、f，用打气筒向A中缓缓充气，直到B中气体刚好全部排出．	，D中液体为475mL．	反应的化学方程式为   ．
④	关闭e、f，用凸透镜聚光引燃白磷．	白磷燃烧，   ．	反应的化学方程式为   ．
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温，打开f．	D中的液体部分进入C中，D中剩余液体为400mL．	呼出的气体中含有N2，且氮气的体积分数为   %．

【实验反思】
（1）该实验设计依据的N₂性质有

 

（填字母序号）．
A．不能与白磷发生反应             B．难溶于水
C．不能和NaOH溶液反应           D．不能燃烧，也不支持燃烧
E．无色无味的气体                  F．相同条件下，密度比空气的密度小
（2）若上述实验所测O₂的体积分数偏小．结合实验具体情况分析其可能原因是

 

．

Answer 1

考点：吸入空气与呼出气体的比较,常见气体的检验与除杂方法

专题：科学探究

分析：【设计方案并实验】实验I：根据二氧化碳可使澄清的石灰水变浑浊，氧气支持燃烧，水蒸气遇冷凝结分析．
实验Ⅱ：
（2）实验记录：③向A中充气会使液体被重新压回B中，从而将气体排放到C中，而其中二氧化碳可以和氢氧化钠发生反应，可以据此解答该题；
④根据白磷燃烧的现象分析解答；
⑤白磷燃烧要消耗氧气，从而会使C装置中的压强变小，而使D中的液体倒吸入C装置中，可以据此填空；
数据处理：根据各步骤所消耗的气体来计算，并完成解答；
【实验反思】（1）根据实验过程所设计的物质及反应条件来判断氮气的性质；
（2）根据气体受热膨胀的知识点来解答该题．

解答：解：【设计方案并实验】实验I：
二氧化碳可使澄清的石灰水变浑浊，所以呼出的气体中含有CO₂，集气瓶中石灰水变浑浊；
氧气支持燃烧，所以呼出的气体中含有O₂，集气瓶中的蜡烛能够继续燃烧；
水蒸气遇冷凝结，所以呼出的气体中含有水蒸气，干冷的玻璃片上有水雾．
故答案为：

实验操作	主要实验现象	实验结论
	澄清石灰石变浑浊	呼出的气体中含有CO2
	燃着的蜡烛能够继续燃烧	呼出的气体中含有O2
	干冷的玻璃片上有水雾	呼出的气体中含有水蒸气

实验Ⅱ：（2）实验记录：③关闭b向A装置中通入气体，则会使A中的液体被压入B装置中，从而使B中的液面上升，而使B中的气体被压入C中，所以在C导管口会发现有气泡冒出，由于气体中含有二氧化碳，所以由于二氧化碳要和氢氧化钠反应，但是大部分气体不会发生反应而滞留在C装置中，将C装置中的液体压入D中；
④白磷燃烧产生大量白烟，放出大量热，反应的方程式是：4P+5O₂

点燃  .

2P₂O₅．
⑤白磷燃烧要消耗氧气，从而会使C装置中的压强变小，而使D中的液体倒吸入C装置中，是C装置中的液面上升；
数据处理：根据将气体鼓入C装置后气体体积减少了25mL可以知道该气体为二氧化碳，而白磷燃烧后气体体积剩余了400mL，结合气体的性质可以判断出这400mL气体为氮气，被消耗的体积为75mL，即氧气的体积为75mL，进而可以求出氮气的体积分数为：

400mL

500mL

×100%=80%，氧气的体积分数为：

75mL

500mL

×100%=15%，二氧化碳的体积分数为：

25mL

500mL

100%=5%；
【实验反思】（1）根据实验过程中所接触的物质及反应条件可以知道，氮气不能燃烧也不支持燃烧，难溶于水，并且不能和氢氧化钠溶液反应．故选ABCD；
（2）如果C装置没有完全冷却即打开止水夹f，则会由于C中温度较高气体受热膨胀，而使D中液体进入到C中减少，D中剩余液体大于400mL，则所测O₂的体积分数会偏小．
故答案为：【猜想与实践】（2）玻璃片表面有一层水雾
实验记录：

实验操作		主要实验现象	实验结论及解释
①	检查装置的气密性．向装置中加入药品．关闭止水夹a～f．	\	装置的气密性良好．
②	打开b、c、d，向B中吹入一定量气体后关闭d，并冷却到室温．	B中液体进入到A中，B中液体减少500mL．	收集500mL气体．
③	关闭b，打开a、e、f，用打气筒向A中缓缓充气，直到B中气体刚好全部排出．	A中液面下降，B中液面上升至最高，C中左侧导管口有气泡产生，且C中液面下降，液体沿导管流入D中，D中液体为475mL．	反应的化学方程式为  CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O．
④	关闭e、f，用凸透镜聚光引燃白磷．	白磷燃烧，产生大量白烟，放出大量热．	4P+5O2  点燃  .   2P2O5．
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温，打开f．	D中液体倒吸入C瓶中，C瓶中液面上升，D中剩余液体为400mL．	呼出的气体中含有N2，且氮气的体积分数为80%

实验反思（1）ABCD；
（2）如果C装置没有完全冷却即打开止水夹f，则会由于C中温度较高气体受热膨胀，而使D中液体进入到C中减少，D中剩余液体大于400mL，则所测O₂的体积分数会偏小．

点评：熟练掌握二氧化碳、氧气的化学性质，能够根据题给的实验流程分析各步骤所发生的反应或变化，并对实验数据进行适当的处理．