Question

19．化學課上，同學們做了人體呼出的氣體使澄清石灰水變渾濁的實驗后，對呼出的氣體中主要成分及含量非常好奇，設計實驗進行探究．
【提出問題】呼出的氣體中有哪些主要成分，它們的含量是多少？
【查閱資料】
①呼出的氣體中仍含有O₂
②CO₂在飽和NaHCO₃溶液中的溶解度非常小．
【猜想與實驗】
猜想：呼出的氣體中主要成分是N₂、O₂、CO₂、水蒸氣等．
實驗I：驗證呼出的氣體中含有水蒸氣．
（1）實驗操作如圖1所示．
（2）觀察到的現象為_玻璃片表面有一層水霧，根據該現象可以判斷呼出的氣體中含有水蒸氣．
實驗II：驗證呼出的氣體中含有N₂、O₂、CO₂，并測定其含量．
同學們在老師的指導下設計了如圖2所示裝置（B是帶刻度的量氣裝置）．

（1）實驗記錄

實驗操作		主要實驗現象	實驗結論及解釋
①	先檢查裝置的氣密性， 后向裝置中加入藥品． 關閉止水夾a～f．		裝置的氣密性良好．
②	打開b、c、d，向B中吹入一定量氣體后關閉d，并冷卻到室溫．	B中液體進入到A中，B中液體減少500mL．	收集500mL氣體．
③	關閉b，打開a、e、f，用打氣筒向A中緩緩充氣，直到B中氣體剛好全部排出．	A中液體進入B中， B中氣體全部進入C中， C中水部分進入D中， D中液體為475mL．	二氧化碳能和氫氧化鈉反應
④	關閉e、f，用凸透鏡聚光引燃白磷．	白磷燃燒，產生大量白煙，放出大量熱．	呼出氣體中含有氧氣．白磷燃燒的化學方程式：4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫，打開f．	D中水部分流入C中，D中剩余液體為400mL．	白磷燃燒消耗呼出氣體中的氧氣，剩余氣體為呼出氣體中含有的N2．

（2）數據處理
呼出的氣體中主要成分的含量

	N2	O2	CO2
體積/mL	400		25
體積分數/%	80%

同學們經過3次重復實驗，確認了呼出氣體中的主要成分及其含量．
（1）該實驗設計依據的N₂性質有ABD（填字母序號）．
A．難溶于水     B．不能和NaOH溶液反應
C．無色無味的氣體     D．不能燃燒，也不支持燃燒
（2）實驗II操作⑤中，若C中氣體未完全冷卻就打開f并讀數，則所測O₂的體積分數偏小（填“偏小”、“不變”或“偏大”）

Answer 1

分析 【猜想與實踐】（2）根據所做的實驗來判斷實驗現象；
實驗記錄：③向A中充氣會使液體被重新壓回B中，從而將氣體排放到C中，而其中二氧化碳可以和氫氧化鈉發生反應，可以據此解答該題；
⑤白磷燃燒要消耗氧氣，從而會使C裝置中的壓強變小，而使D中的液體倒吸入C裝置中，可以據此填空；
數據處理：根據各步驟所消耗的氣體來計算，并完成解答；
【實驗反思】（1）根據實驗過程所設計的物質及反應條件來判斷氮氣的性質；
（2）根據氣體受熱膨脹的知識點來解答該題．

解答 解：【猜想與實踐】（2）對著玻璃呼氣會使呼出氣體中的水蒸氣遇冷而凝結成水，所以會在玻璃的表面產生一層水霧．
實驗記錄：①首先要檢查裝置的氣密性；③關閉b向A裝置中通入氣體，則會使A中的液體被壓入B裝置中，從而使B中的液面上升，而使B中的氣體被壓入C中，所以在C導管口會發現有氣泡冒出，由于氣體中含有二氧化碳，所以由于二氧化碳要和氫氧化鈉反應，但是大部分氣體不會發生反應而滯留在C裝置中，將C裝置中的液體壓入D中；
⑤白磷燃燒要消耗氧氣，從而會使C裝置中的壓強變小，而使D中的液體倒吸入C裝置中，是C裝置中的液面上升；
數據處理：根據將氣體鼓入C裝置后氣體體積減少了25mL可以知道該氣體為二氧化碳，而白磷燃燒后氣體體積剩余了400mL，結合氣體的性質可以判斷出這400mL氣體為氮氣，被消耗的體積為75mL，即氧氣的體積為75mL，進而可以求出氮氣的體積分數為：$\frac{400mL}{500mL}$×100%=80%，氧氣的體積分數為：$\frac{75mL}{500mL}$×100%=15%，二氧化碳的體積分數為：$\frac{25mL}{500mL}$×100%=5%；
【實驗反思】（1）根據實驗過程中所接觸的物質及反應條件可以知道，氮氣不能燃燒也不支持燃燒，難溶于水，并且不能和氫氧化鈉溶液反應，雖然能夠觀察出氮氣是無色氣體，但是聞不到氮氣的氣味，所以題中所給的ABD選項是正確的，故選ABD；
（2）如果C裝置沒有完全冷卻即打開止水夾f，則會由于C中溫度較高氣體受熱膨脹，而使D中液體進入到C中減少，D中剩余液體大于400mL，則所測O₂的體積分數會偏小．
故答案為：【猜想與實踐】（2）玻璃片表面有一層水霧；
實驗記錄：

實驗操作		主要實驗現象	實驗結論及解釋
①	檢查裝置的氣密性．向裝置中加入藥品．關閉止水夾a～f．	\	裝置的氣密性良好．
②	打開b、c、d，向B中吹入一定量氣體后關閉d，并冷卻到室溫．	B中液體進入到A中，B中液體減少500mL．	收集500mL氣體．
③	關閉b，打開a、e、f，用打氣筒向A中緩緩充氣，直到B中氣體剛好全部排出．	A中液體進入B中，B中氣體全部進入C中， C中水部分進入D中， D中液體為475mL．	二氧化碳能和氫氧化鈉反應
④	關閉e、f，用凸透鏡聚光引燃白磷．	白磷燃燒，產生大量白煙，放出大量熱．	呼出氣體中含有氧氣．白磷燃燒的化學方程式：4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫，打開f．	D中水部分流入C中，D中剩余液體為400mL．	呼出的氣體中含有N2．

數據處理（2）

	N2	O2	CO2
體積/mL	400	75	25
體積分數/%	80%	15%	5%

實驗反思（1）ABD；
（2）偏小．

點評 熟練掌握二氧化碳、氧氣的化學性質，能夠根據題給的實驗流程分析各步驟所發生的反應或變化，并對實驗數據進行適當的處理．