对人体吸入的空气和呼出的气体的探究（解析版）初二升初三化学衔接自学课

第04讲对人体吸入的空气和呼出的气体的探究【学习目标】1.通过对吸入空气和呼出气体的探究，体验提出问题、做出猜想、设计实验等科学探究过程。2.初步学习排水收集气体的方法，学会用澄清石灰水比较二氧化碳含量和用燃着木条比较氧气含量的方法。3.初步认识控制变量在初中化学实验中的应用，能依据实验事实，分析证据与假设的关系，形成结论。【基础知识】1.二氧化碳可使澄清的石灰水变浑浊，利用这一点可以检验二氧化碳的存在。白色浑浊物越多，说明气体中的二氧化碳越多。2.氧气能使带火星的木条复燃，以此可以检验氧气的存在。木条燃烧得越旺，说明氧气越充足。3.二氧化碳还可以使燃着的木条熄灭。4.空气主要是由氮气、氧气组成的，还含有二氧化碳、水蒸气等。5.如何比较吸入、呼出气体中二氧化碳、氧气和水的含量的不同呢？可用澄清石灰水比较二氧化碳的含量不同；可用带火星的木条比较氧气含量不同；可借助干燥的玻璃片比较水蒸气的含量不同。6.如何收集一瓶空气和呼出的气体呢？7.实验验证：人体吸入的空气与呼出的气体中氧气含量不同现象：盛有空气的集气瓶中无明显变化；盛有呼出气体的集气瓶中燃着的木条熄灭。结论：呼出气体中氧气的含量比空气中的少。8.实验验证：人体吸入的空气与呼出的气体中二氧化碳的含量不同现象：盛有空气的集气瓶中无明显变化；盛有呼出气体的集气瓶中的澄清的石灰水变浑浊。结论：呼出的气体中二氧化碳含量比空气中的多。9.实验验证：人体吸入的空气与呼出的气体中水蒸气的含量不同现象：呼气后玻璃片上有一层薄薄的水雾，放在空气中的玻璃片上没有。结论：呼出的气体中水分含量比空气中的多。【考点剖析】考点一：科学探究的一般步骤例1.小明在探究人体吸入空气和呼出气体有何不同时，“将呼出气体通入澄清石灰水”属于科学探究的哪一环节（）A.提出问题 B.猜想与假设 C.进行实验 D.得出结论【答案】C【解析】“将呼出气体通入澄清石灰水”是探究呼出气体和澄清石灰水反应的现象，进而判断生成的物质的特点，属于科学探究的进行实验，故选C。考点二：比较吸入空气和呼出气体成分例2.空气质量意味着生活质量。下表为某同学测量的呼吸前后气体组成的实验数据(相同状况下)，下列说法不正确的是（）物质吸入空气(体积分数/%)呼出空气(体积分数/%)氮气7875氧气2116二氧化碳0.034水蒸气abA.本实验中，水蒸气的体积分数a<bB.人的呼吸作用会消耗氧气，产生二氧化碳与水蒸气C.呼出气体的总体积与吸入空气的总体积相等D.通常情况下，氮气的化学性质不活泼，在呼吸前后体积几乎无变化【答案】C【解析】A.呼吸作用消耗O2产生CO2和H2O，呼出气体中水蒸气的体积分数大于吸入气体中水蒸气的体积分数，故选项A说法正确；B.人的呼吸作用会消耗氧气，产生二氧化碳与水蒸气，故选项B说法正确；C.人的呼吸作用会消耗氧气，产生二氧化碳与水蒸气，气体总体积增大，所以呼出气体的总体积大于吸入空气的总体积，故选项C说法不正确；D.通常情况下氮气的化学性质不活泼，且氮气不参与呼吸作用，在呼吸前后体积几乎无变化，呼出空气中氮气体积分数变小，是因为气体总体积增大，故选项D说法正确。故选C。考点三：数字化实验数据分析推理例3.小明按照如图所示连接实验装置，塑料袋中充有少量空气，一段时间后向塑料袋中吹入一定量呼出气体，利用氧气浓度传感器和二氧化碳浓度传感器测定塑料袋中气体浓度的变化，测定结果如图所示。下列说法不正确的是（）A.曲线②代表人呼出气体中CO2含量 B.35s时开始向塑料袋中呼入气体C.人呼出气体中CO2含量高于O2 D.人呼出气体中N2含量和空气一样【答案】C【解析】A.呼吸作用消耗氧气，呼出二氧化碳，由图可知，曲线②从35s开始上升，故曲线②代表人呼出气体中CO2含量，说法正确；B.由图可知，35s时，气体的浓度开始变化，说明35s时开始向塑料袋中呼入气体，说法正确；C.由图可知，二氧化碳浓度逐渐增大，待趋于稳定时，二氧化碳的浓度为25000ppm，即2.5%，而趋于稳定时，氧气的浓度约为18%，故呼出气体中氧气含量高于二氧化碳，说法错误；D.呼吸作用中氮气没有参与反应，故呼出气体中氮气含量和空气一样，说法正确。故选C。考点四：控制变量在初中化学实验中的应用例4.用下图所示方法探究吸入空气和呼出气体的不同，下列叙述正确的是A.通过实验1可以得出呼出气体中的CO2含量比空气中的高B.实验2中在呼出气体中燃着的木条比在空气中燃着的木条燃烧时间长C.通过实验2可以得出呼出气体中的CO2含量比空气中的高D.通过实验2可以得出呼出气体中的O2含量比空气中的低【答案】D【解析】A.二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，只向呼出的气体中滴加石灰水，不能说明呼出气体中CO2比吸入空气中含量高，应做对比实验，故选项实验得出的结论不正确；B.呼出气体中氧气含量比空气中少，燃着的木条在空气中燃烧时间比在呼出气体中长，故选项实验得出的结论不正确；C.实验2可以得出氧气含量的相对大小，不能得出二氧化碳含量多少，故选项实验得出的结论不正确；D.氧气能支持燃烧，氧气含量越多，燃烧越旺；分别向盛有空气和呼出气体的集气瓶中伸入燃着的木条，燃着的木条在空气中继续燃烧，在呼出气体中立即熄灭，说明空气中的氧气含量高于呼出气体，故选项实验得出的结论正确。故选D。【过关检测】1.为了探究薯片袋中充入的气体是什么，将气体收集在集气瓶中，滴入石灰水振荡后没有变浑浊，将烧燃烧的木条伸入瓶中，木条熄灭，这是科学实验探究中的（）A.作出猜想 B.设计实验 C.进行实验 D.得出结论【答案】C【解析】科学探究的环节包括：提出问题、作出猜想、设计实验、进行实验、得出结论；将气体收集在集气瓶中，滴入石灰水振荡后没有变浑浊，将烧燃烧的木条伸入瓶中，木条熄灭，这是科学实验探究中的进行实验，故选C。82.小丽同学以“我们所穿的衣服是什么面料”为题，进行了一系列探究活动：（1）找出自己穿过的几件衣服进行观察、对比，同时还做了一张表格，从衣服商标上摘录了面料的种类。（2）到服装厂了解制造衣服常用的面料，并收集了几种面料的下脚料。（3）在空气中分别点燃几种不同的面料，观察并记录它们燃烧的现象。（4）归纳概括得出所穿衣服用的是什么面料。在以上探究活动中，没有涉及的科学方法有（）A.文献法 B.观察法 C.实验法 D.调查法【答案】A【解析】从找自己的衣服观察、对比，属于观察法；到服装厂了解，属于调查法；点燃不同面料，记录燃烧现象，属于实验法，则没有涉及的学科方法是文献法，故选A。3.市场上的防晒霜都宣称可以防晒。暑假期间，我市某学校学生外出徒步旅行，准备借此机会做一个关于某品牌防晒霜的实验，看它是否有效。其中四位同学的实验方案如下表，你认为最合理的方案是（）实验人实验方案A一只手背上涂上防晒霜，另一只手不涂。一天后，比较两只手背的灼伤程度B第一天手背涂上防晒霜，第二天不涂。比较这两天被灼伤的程度C在同学的手背上涂上防晒霜，自己不涂。一天后，比较自己手背与同学手背被灼伤的程度D手心上涂上防晒霜，手背上不涂。一天后，比较手心与手背被灼伤的程度【答案】A【解析】A.由于采取要两只手背一只涂抹、一只不涂抹防晒霜进行对比实验，对比实验的影响因素基本一致，所获得的实验结果较为科学，故该实验方案最为合理；B.由于采不同时间涂抹，会由于时间因素控制不当天气的变化成为对比实验的不同因素，实验结果不具有科学性，故该方案不合理；C.由于采取不同实验者，会因个人的体质因素不同，而让对比实验因影响因素不同不具有科学性，故该方案不合理；D.由于采取不同部位的皮肤进行对比实验，使对比实验的影响因素不同，而让对比实验因影响因素的不同不具有科学性，故该方案不合理。故选A。4.下列关于“蜡烛燃烧”、“人体吸入的空气和呼出气体的探究”叙述中，正确的说法是（）A.观察到有水和二氧化碳生成B.蜡烛熄灭时，产生白烟是化学变化C.证明人呼出的气体中含有较多的二氧化碳D.证明人呼出的气体中含较多的二氧化碳【答案】C【解析】A.在燃烧蜡烛的火焰上方放一个干冷烧杯，观察到的现象是烧杯内壁出现水珠，只能判断生成了水，故A不符合题意；B.蜡烛熄灭时，产生的白烟可以被点燃，说明白烟是石蜡的固体小颗粒，是石蜡蒸汽遇冷形成的石蜡固体小颗粒，是物理变化，不是化学变化，故B不符合题意；C.因为二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，所以分别向空气和呼出的气体中加入澄清的石灰水，可以根据澄清石灰水变浑浊的情况来判断二氧化碳含量的多少，故C符合题意；D.因为氧气支持燃烧具有助燃性，氮气和二氧化碳都不支持燃烧，所以将燃烧的木条伸入集气瓶内只能检验是否含有氧气，不能检验出是否含有二氧化碳，也不能证明人呼出的气体中含较多的二氧化碳，故D不符合题意。故选C。5.在擦玻璃时，人们时常向玻璃“哈气”，再擦会使玻璃擦得更干净，这说明与空气相比，人体呼出的气体中含有较多的（）A.CO2 B.N2 C.H2O D.O2【答案】C【解析】人呼吸时把空气中的氧气转化为二氧化碳，同时从体内带出水蒸气，呼出气体中水蒸气含量较高；在擦玻璃时，人们时常向玻璃上“哈气”，再擦会更干净，因为呼出气体中的水蒸气冷凝在玻璃上，这说明与空气相比，人体呼出的气体中含有较多的水蒸气。故选：C。6.在“人吸入的空气和呼出的气体有什么不同”的实验探究中，下列说法不正确的是（）A.呼出的气体中体积分数含量最多的是氮气B.证明呼出气体含氧气少的证据是：空气能使燃着的木条燃烧更旺，而呼出气体不行C.证明呼出气体含水蒸气多的证据是：呼出的气体在玻璃上结下水珠D.呼出气体中二氧化碳的含量高于吸入气体的二氧化碳含量【答案】B【解析】A.空气中含量最多的气体为氮气，而氮气不能被人体吸收，则呼出的气体中体积分数含量最多的是氮气，该选项说法正确；B.证明呼出气体含氧气少的证据是：燃着的木条在空气中正常燃烧，但在呼出气体中会很快熄灭，空气不能使燃着的木条燃烧更旺，该选项说法不正确；C.呼出的气体在玻璃上结下水珠，空气中的玻璃上无明显现象，说明呼出气体含水蒸气较多，该选项说法正确；D.呼出气体中二氧化碳的含量高于吸入气体中二氧化碳含量，该选项说法正确，故选B。7.小明进行“人体呼出气体中的CO2是否比吸入的空气中CO2含量多”的探究实验。实验操作及观察到的现象如图所示，那么小明得出的结论正确的是（）A.空气中不含二氧化碳B.人体呼出气体中的二氧化碳含量最大C.人体呼出气体中不含有氧气D.人体呼出气体中含有的二氧化碳比空气中的二氧化碳含量多【答案】D【解析】在澄清石灰水中通入二氧化碳气体，反应生成碳酸钙沉淀变浑浊。人体呼出的气体能使石灰水变浑浊，说明气体中含有较多的二氧化碳，量是不是最大、是否不含氧气等不能确定。在石灰水中通入空气，无明显变化，有可能空气中不含二氧化碳或量很少，不能和石灰水反应生成沉淀变浑浊，但一定可以确定：人体呼出的气体中含有的二氧化碳一定比空气中的二氧化碳含量多。故选：D。8.区分一瓶空气和一瓶人呼出的气体，下列方案中不能成功的是（）A.分别闻两瓶气体的气味 B.向其中分别插入燃着的小木条C.向其中分别滴入等量的澄清石灰水 D.将点燃的蜡烛分别伸入两个集气瓶中【答案】A【解析】A.空气和呼出气体都是无色无味的气体，则不能通过闻两瓶气体的气味区分空气和呼出气体，故不能区分；B.由于空气中氧气含量高于呼出气体中氧气含量，则可以通过燃着的小木条区分，在空气中继续燃烧一会再熄灭，而在呼出气体中则熄灭，故能区分；C.由于呼出气体中二氧化碳的含量高于空气中二氧化碳含量，则可以通过滴加等量的澄清石灰水，在呼出气体中澄清石灰水变浑浊，而在空气中则无明显变化，故能区分；D.由于空气中氧气含量高于呼出气体中氧气含量，则可以通过点燃的蜡烛区分，在空气中继续燃烧一会再熄灭，而在呼出气体中则熄灭，故能区分；故选A。9.如图把氧气、二氧化碳、水蒸气(测湿度)探头放入食品保鲜袋中，开始采集数据，然后向袋内吹入气体。采集的数据经处理如图，下列说法错误的是（

）A.曲线X表示二氧化碳，曲线Z表示的是氧气B.通过实验探究，呼出气体中氧气的含量比吸入空气中的氧气含量降低C.200s时没有被测定的气体所占的总体积分数为76.66%D.Y的体积分数在60s之后逐渐减小的原因是水蒸气冷凝【答案】A【解析】A.由于呼出气体中二氧化碳和水蒸气增多，氧气减少，表示二氧化碳体积分数变化的是Z，曲线ⅹ表示氧气，故A错误；B.人体的新陈代谢需要消耗氧气，同时产生二氧化碳，因此呼出气体中所含的氧气的含量比人体吸入空气中氧气含量低，故B正确；C.由图示可知：200s时未采集数据的所有气体，总体积分数为1-17.17%-3.67%-2.50%=76.66%，故C正确；11.用排水法收集一瓶人体呼出的气体的操作顺序为（）①把盛满水的集气瓶连同玻璃片一起倒立在水槽内;②在水下立即用玻璃片将集气瓶的瓶口盖好,然后取出集气瓶放在桌上③将集气瓶盛满水,用玻璃片先盖住瓶口的一部分,然后推动玻璃片将瓶口全部盖住④将饮水管小心地插入集气瓶内,并向集气瓶内缓缓吹气,直到集气瓶充满呼出的气体A.①②③④B.②③①④C.③①④②D.④③②①【答案】C【解析】用排水法收集一瓶人体呼出的气体，首先将集气瓶盛满水,用玻璃片先盖住瓶口的一部分,然后推动玻璃片将瓶口全部盖住，将集气瓶内空气排尽，然后把盛满水的集气瓶连同玻璃片一起倒立在水槽内，将饮水管小心地插入集气瓶内,并向集气瓶内缓缓吹气,直到集气瓶充满呼出的气体，然后在水下立即用玻璃片将集气瓶的瓶口盖好,然后取出集气瓶放在桌上。故操作顺序为：③①④②。故选C。12.为验证人体呼出的气体中二氧化碳的含量比空气中多（下列四个选项的瓶内均装有澄清石灰水）。某同学规范操作先从左侧的玻璃管口吸气，看到澄清石灰水没有明显的变化，再从右侧的玻璃管口吹气，看到澄清石灰水变浑浊。下列装置符合题意的是（）A. B. C. D.【答案】C【解析】某同学规范操作先从左侧的玻璃管口吸气，应从短导管吸气，否则石灰水会吸入口中。再从右侧的玻璃管口吹气，看到澄清石灰水变浑浊，应从长导管吹气，二氧化碳充分与石灰水接触，看到澄清石灰水变浑浊。观察图示C符合要求。故选C。13.下图是“对人体吸入空气和呼出的气体的探究”实验中的主要现象。请根据图示回答下列问题。（1）写出仪器的名称：