Question

19．化学课上，同学们做了人体呼出的气体使澄清石灰水变浑浊的实验后，对呼出的气体中主要成分及含量非常好奇，设计实验进行探究．
【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在饱和NaHCO₃溶液中的溶解度非常小．
【猜想与实验】
猜想：呼出的气体中主要成分是N₂、O₂、CO₂、水蒸气等．
实验I：验证呼出的气体中含有水蒸气．
（1）实验操作如图1所示．
（2）观察到的现象为_玻璃片表面有一层水雾，根据该现象可以判断呼出的气体中含有水蒸气．
实验II：验证呼出的气体中含有N₂、O₂、CO₂，并测定其含量．
同学们在老师的指导下设计了如图2所示装置（B是带刻度的量气装置）．

（1）实验记录

实验操作		主要实验现象	实验结论及解释
①	先检查装置的气密性， 后向装置中加入药品． 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中液体进入B中， B中气体全部进入C中， C中水部分进入D中， D中液体为475mL．	二氧化碳能和氢氧化钠反应
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．	呼出气体中含有氧气．白磷燃烧的化学方程式：4P+5O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温，打开f．	D中水部分流入C中，D中剩余液体为400mL．	白磷燃烧消耗呼出气体中的氧气，剩余气体为呼出气体中含有的N2．

（2）数据处理
呼出的气体中主要成分的含量

	N2	O2	CO2
体积/mL	400		25
体积分数/%	80%

同学们经过3次重复实验，确认了呼出气体中的主要成分及其含量．
（1）该实验设计依据的N₂性质有ABD（填字母序号）．
A．难溶于水     B．不能和NaOH溶液反应
C．无色无味的气体     D．不能燃烧，也不支持燃烧
（2）实验II操作⑤中，若C中气体未完全冷却就打开f并读数，则所测O₂的体积分数偏小（填“偏小”、“不变”或“偏大”）

Answer 1

分析 【猜想与实践】（2）根据所做的实验来判断实验现象；
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；
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：【猜想与实践】（2）对着玻璃呼气会使呼出气体中的水蒸气遇冷而凝结成水，所以会在玻璃的表面产生一层水雾．
实验记录：①首先要检查装置的气密性；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；
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：$\frac{400mL}{500mL}$×100%=80%，氧气的体积分数为：$\frac{75mL}{500mL}$×100%=15%，二氧化碳的体积分数为：$\frac{25mL}{500mL}$×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，虽然能够观察出氮气是无色气体，但是闻不到氮气的气味，所以题中所给的ABD选项是正确的，故选ABD；
（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中液体进入B中，B中气体全部进入C中， C中水部分进入D中， D中液体为475mL．	二氧化碳能和氢氧化钠反应
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．	呼出气体中含有氧气．白磷燃烧的化学方程式：4P+5O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温，打开f．	D中水部分流入C中，D中剩余液体为400mL．	呼出的气体中含有N2．

数据处理（2）

	N2	O2	CO2
体积/mL	400	75	25
体积分数/%	80%	15%	5%

实验反思（1）ABD；
（2）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．