三、实验探究题
18. 某化学兴趣小组欲用家用制氧机制取“富氧空气”并开展相关探究，进行以下实验。
【查阅资料】通常情况下人体吸入气体和呼出气体的成分如下：
（1）氮气在呼吸过程中没有参与化学反应，说明氮气的性质
不活泼
（填“活泼”或“不活泼”）。
（2）根据上表数据分析Y
＜
（填“＞”“＝”或“＜”）78。
【实验测定】测定“富氧空气”中氧气的含量。
“沸石分子筛”能将氮气等分子吸附，是家用制氧机的关键部件。通过控制按钮，利用变压吸附技术，获得不同浓度的富氧空气，为该制氧过程的示意图。
用图3装置测定“富氧空气”中氧气的含量（集气瓶中“富氧空气”的体积为150 mL，底部残留少量水，燃烧匙内有足量红磷），操作如下：
Ⅰ. 往量筒内加入适量水，读出量筒内水的体积为$V_1=60\ \mathrm{mL}$。
Ⅱ. 用电点火装置点燃红磷，充分反应。
Ⅲ. 冷却至室温后打开止水夹，待右侧量筒内液面不再变化时，排出气球中的气体，调节两边液面在同一水平面上，读出量筒内水的体积为$V_2=18\ \mathrm{mL}$。
（3）实验前，用排水法收集“富氧空气”，气体应从图2中的管
b
（填“a”或“b”）通入。
（4）操作Ⅱ中红磷燃烧的符号表达式为$\mathrm{P} + \mathrm{O}_2 \xrightarrow{\mathrm{点燃}} \mathrm{P}_2\mathrm{O}_5$。
（5）本次实验测得“富氧空气”中氧气的含量为
28%
。
【拓展延伸】“温控保鲜”和“气调保鲜”是两类食品保鲜技术，它们通过降低温度和改变气体成分，达到抑制储藏物细胞呼吸的目的。如下图所示是工业上用膜分离技术实现“气调保鲜”的流程。
（6）冰箱中常用的是“气调保鲜”，在空气分离后，进入冰箱保鲜室内的气体是
富氮空气
（填“富氧空气”或“富氮空气”）。
（7）“富氧空气”中氧气和其他气体的体积比可能是
A
（填字母）。
A. $1:3$ B. $1:4$ C. $1:5$ D. $1:6$
解析：
【分析】
1. 氮气未参与呼吸反应，说明其化学性质稳定，即不活泼；
2. 人体呼吸消耗氧气，生成二氧化碳和水，氮气不参与反应，因此呼出气体中氮气的体积分数小于吸入气体的78%，故Y＜78；
3. 排水法收集气体时，气体密度小于水，应从短管通入，将水从长管排出，因此气体从b管通入；
4. 测定氧气含量时，量筒内减少的水的体积等于消耗氧气的体积，结合集气瓶体积计算氧气含量；
5. 气调保鲜需抑制细胞呼吸，呼吸需要氧气，因此应选用氧气含量低的富氮空气；
6. 富氧空气的氧气含量高于空气中的21%，计算各选项氧气比例，选出符合要求的选项。
【解析】
（1）氮气在呼吸过程中未参与化学反应，说明氮气的化学性质不活泼，故填“不活泼”；
（2）人体吸入气体中氮气体积分数为78%，呼吸消耗氧气，氮气不参与反应，因此呼出气体中氮气体积分数减小，故Y＜78；
（3）排水法收集气体时，气体密度小于水，应从短管（b管）通入，水从长管排出，故填“b”；
（5）实验中，量筒内减少的水的体积即为消耗氧气的体积：$V(\ce{O2})=V_1-V_2=60\ \mathrm{mL}-18\ \mathrm{mL}=42\ \mathrm{mL}$，集气瓶体积为150 mL，因此氧气含量为$\frac{42\ \mathrm{mL}}{150\ \mathrm{mL}}×100\%=28\%$；
（6）气调保鲜需抑制细胞呼吸，呼吸需要氧气，因此进入保鲜室的气体应减少氧气，选用富氮空气（氮气化学性质稳定，可抑制呼吸），故填“富氮空气”；
（7）富氧空气的氧气体积分数高于空气的21%，各选项中：A选项氧气体积分数为$\frac{1}{1+3}×100\%=25\%＞21\%$，符合；B为20%，C约16.7%，D约14.3%，均低于或等于空气的氧气体积分数，故填“A”。
【答案】
(1)不活泼 (2)＜ (3)b (4)$\ce{P + O_{2} \xrightarrow{点燃} P_{2}O_{5}}$ (5)28% (6)富氮空气 (7)A
【知识点】
空气的组成、氧气含量的测定、气体的性质
【点评】
本题结合家用制氧和食品保鲜的实际情境，考查空气成分、氧气含量测定等基础知识点，需要学生结合实验操作和数据进行分析，注重知识的应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
