Question

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）实验操作如图所示。

（2）观察到的现象为________，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下图所示装置（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	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500 mL。	收集500 mL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475 mL。	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，产生大量白烟，放出大量热。	呼出的气体中含有O2。
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温，打开f。	________，D中剩余液体为400 mL。	呼出的气体中含有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
体积分数/%

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。

（实验反思）

（1）该实验设计依据的N₂性质有　　　　　　　　　（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（填“偏小”、“不变”或“偏大”）。

Answer

【解析】

【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：【解析】
【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：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，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：

×100%=80%，氧气的体积分数为：

×100%=15%，二氧化碳的体积分数为：

×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，即氧气会小于100mL．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：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．

呼出的气体中含有O2．

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．

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．