Question

3．某混合气体中含有N₂、O₂、CO₂三种成分．化学兴趣小组设计下图装置测定该混合气体中N₂、O₂、CO₂的体积组成，其中B是带刻度的量气装置（V₁、V₂、V₃为相同条件下的读数）．

实验步骤：
①先按如图所示组装仪器，检查装置气密性．然后向装置中装入药品（如图所示），其中C瓶溶液上方为50mL已除尽CO₂的空气（N₂和O₂的体积比为4：1）．
②打开止水夹b、c、d，关闭止水夹a、e，向B瓶中通入N₂、O₂、CO₂的混合气体后关闭d，并冷却到室温，B中收集到V₁mL气体．
③关闭b，打开止水夹a、c、e、f，向A瓶中缓缓充气，直到B中气体刚好全部排出，此时D读数为V₂mL．
④关闭e、f，接通电源，引燃红磷，生成酸性氧化物P₂O₅．
⑤等C瓶冷却到室温，打开f最终D读数为V₃mL．
回答下列问题：
（1）装置A、B中试剂X应选用Ⅲ（填写序号）．
I．饱和Na₂CO₃溶液Ⅱ．饱和NaCl溶液Ⅲ．饱和NaHCO₃溶液Ⅳ．蒸馏水
实验室检验试剂X中主要阳离子的操作名称为焰色反应，检验主要阴离子的实验方案为取试剂X于试管中，加入氯化钙溶液，无明显现象，再加入稀盐酸，产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体（排除二氧化硫），说明原溶液中含碳酸氢根离子．
（2）C装置中红磷需稍过量的目的是消耗完C中的O₂．
（3）C瓶中NaOH溶液的作用是吸收混合气体中的CO₂；反应结束后，C瓶溶液中含有溶质的化学式为NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄．
（4）利用上述数据计算，混合气体中CO₂与O₂的体积比为（V₁-V₂）：（V₂-V₃-10）（用含V₁、V₂、V₃的代数式表示）．若步骤⑤中C瓶还未冷却到室温就打开止水夹f，立即读出量筒D的读数，这样做会使所测氧气的体积分数偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．

Answer 1

分析 （1）依据装置图中的实验原理，试剂X是要将装置B中定量量取的一定体积的气体入挤压到C、D装置，所以X试剂不能溶解N₂、O₂、CO₂三种气体中的任何一种，所以X只能是饱和NaHCO₃溶液，利用焰色反应检验钠离子，根据碳酸氢根离子与钙离子不沉淀，与酸反应能产生无色无味气体使澄清石灰水变浑的特点检验碳酸氢根离子；
（2）红磷燃烧消耗氧气，红磷过量可以充分吸收氧气；
（3）装置C中氢氧化钠溶液，吸收二氧化碳反应生成碳酸钠，氢氧化钠溶液要足量，磷与氧气反应生成五氧化二磷与氢氧化钠反应生成磷酸钠，据此答题；
（4）分析实验过程可知，V₁为呼入的气体体积，V₂为除净二氧化碳的呼入气体，V₃为氮气的体积，依据气体体积变化计算氧气和二氧化碳的体积比，若步骤⑤中C瓶还未冷却到室温就打开止水夹f，立即读出量筒D的读数，则读出的V₃偏大，据此分析．

解答 解：（1）依据装置图中的实验原理，试剂X是要将装置B中定量量取的一定体积的气体入挤压到C、D装置，所以X试剂不能溶解N₂、O₂、CO₂三种气体中的任何一种，所以X只能是饱和NaHCO₃溶液，故选Ⅲ，利用焰色反应检验钠离子，检验碳酸氢根离子的实验方案为：取试剂X于试管中，加入氯化钙溶液，无明显现象，再加入稀盐酸，产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体（排除二氧化硫），说明原溶液中含碳酸氢根离子，
故答案为：Ⅲ；焰色反应；取试剂X于试管中，加入氯化钙溶液，无明显现象，再加入稀盐酸，产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体（排除二氧化硫），说明原溶液中含碳酸氢根离子；
（2）C装置中红磷是为了燃烧消耗呼入气体中的氧气来测定气体体积分数，要过量的目的是消耗完C中的O₂，
故答案为：消耗完C中的O₂；
（3）装置C中是氢氧化钠溶液，吸收二氧化碳反应生成碳酸钠，红磷燃烧生成的五氧化二磷在溶液中反应生成磷酸钠，所以溶液中溶质为NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄，
故答案为：吸收混合气体中的CO₂；NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄；
（4）分析实验过程可知，V₁为呼入的气体体积，V₂为除净二氧化碳的呼入气体，V₃为氮气的体积，C装置中溶液上方为50ml已除尽CO₂的空气（N₂和O₂的体积比为4/1），氮气为40ml，氧气10ml，所以混合气体中CO₂的体积为V₁-V₂，O₂的体积为V₂-V₃-10，所以CO₂与O₂的体积比为（V₁-V₂）：（V₂-V₃-10），若步骤⑤中C瓶还未冷却到室温就打开止水夹f，立即读出量筒D的读数，则读出的V₃偏大，所以所测氧气的体积分数偏小，
故答案为：（V₁-V₂）：（V₂-V₃-10）；偏小．

点评 本题考查了物质组成的实验探究和实验设计方法，实验过程中的气体体积变化分析是解题关键，题目难度中等．