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9. 在科学实验和人体生理研究中,常常会涉及生物和化学知识的综合运用。某校科学兴趣小组通过一系列实验和现象来深入探究相关知识。
(1)实验一:肺和组织细胞间的气体交换的探究。
小明同学为了研究人体呼吸过程中气体的变化,设计了如下实验:用一个密封的袋子让小科反复呼吸自己呼出的气体,一段时间后,小科感到头晕。
①请结合所学知识解释小科感到头晕的原因:
②从人体八大系统的角度分析,在这个过程中主要涉及
(2)实验二:反复呼吸自己呼出的气体对呼吸性碱中毒的影响的探究。
呼吸性碱中毒是指由于肺通气过度,导致血液中二氧化碳分压降低,引起的以血液$\mathrm{pH}$升高为特征的酸碱平衡紊乱。
①已知该病症可以通过反复呼吸自己呼出的气体来缓解,请结合所学知识解释原因:
②右图为肺泡的结构示意图,请据图进一步说明反复呼吸自己呼出的气体是如何利用气体扩散作用来缓解呼吸性碱中毒的:
(1)实验一:肺和组织细胞间的气体交换的探究。
小明同学为了研究人体呼吸过程中气体的变化,设计了如下实验:用一个密封的袋子让小科反复呼吸自己呼出的气体,一段时间后,小科感到头晕。
①请结合所学知识解释小科感到头晕的原因:
呼出的气体中氧气含量低,二氧化碳含量高,反复吸自己呼出的气体,会导致大脑缺氧,所以会感到头晕
。②从人体八大系统的角度分析,在这个过程中主要涉及
呼吸
系统和循环
系统。(2)实验二:反复呼吸自己呼出的气体对呼吸性碱中毒的影响的探究。
呼吸性碱中毒是指由于肺通气过度,导致血液中二氧化碳分压降低,引起的以血液$\mathrm{pH}$升高为特征的酸碱平衡紊乱。
①已知该病症可以通过反复呼吸自己呼出的气体来缓解,请结合所学知识解释原因:
呼出的气体中二氧化碳含量高,与水反应产生碳酸,碳酸呈酸性可以使血液的pH值降低,缓解碱中毒
。②右图为肺泡的结构示意图,请据图进一步说明反复呼吸自己呼出的气体是如何利用气体扩散作用来缓解呼吸性碱中毒的:
吸入的气体中二氧化碳含量高,肺泡内二氧化碳浓度大于血液中二氧化碳浓度,二氧化碳从肺泡进入血液,降低血液的pH值,缓解碱中毒。
。答案
9.(1)①呼出的气体中氧气含量低,二氧化碳含量高,反复吸自己呼出的气体,会导致大脑缺氧,所以会感到头晕 ②呼吸 循环 (2)①呼出的气体中二氧化碳含量高,与水反应产生碳酸,碳酸呈酸性可以使血液的pH值降低,缓解碱中毒 ②吸入的气体中二氧化碳含量高,肺泡内二氧化碳浓度大于血液中二氧化碳浓度,二氧化碳从肺泡进入血液,降低血液的pH值,缓解碱中毒。
解析
【分析】
我们可以按照题目设问顺序逐步梳理思路：
1. 解答(1)①时，先回忆呼出气体和新鲜空气的成分差异：呼出气体氧气占比更低、二氧化碳占比更高，反复呼吸密封袋内的呼出气体，会持续消耗袋内氧气、累积二氧化碳，最终吸入的氧气不足，大脑缺氧就会引发头晕。
2. 解答(1)②时，气体的通气和肺泡交换由呼吸系统完成，交换后的氧气、代谢产生的二氧化碳需要靠循环系统运输，因此对应这两大系统。
3. 解答(2)①时，结合题目给出的呼吸性碱中毒特征：血液二氧化碳分压低、pH过高呈碱性，利用二氧化碳和水生成酸性碳酸的性质，就能推导出高浓度二氧化碳可以降低血液过高的pH，缓解碱中毒。
4. 解答(2)②时，结合气体扩散“从高浓度向低浓度移动”的规律，反复吸入高二氧化碳的气体后，肺泡内二氧化碳浓度高于血液，二氧化碳就会扩散进入血液，提升血液二氧化碳分压，降低pH，实现缓解效果。
【解析】
(1)① 密封袋内的呼出气体本身氧气含量低、二氧化碳含量高，反复呼吸该气体会持续消耗袋内剩余氧气，最终吸入的氧气无法满足大脑的供氧需求，大脑缺氧就会产生头晕的感受。
② 该过程中，肺与外界的气体交换、肺泡处的气体交换由呼吸系统完成，氧气和二氧化碳在体内的运输依靠循环系统完成，因此主要涉及这两个系统。
(2)① 呼吸性碱中毒的核心特点是血液pH过高，呼出的气体中二氧化碳含量远高于新鲜空气，二氧化碳进入人体后可与血液中的水反应生成呈酸性的碳酸，能够降低过高的血液pH，从而缓解碱中毒症状。
② 根据气体扩散的原理，气体会从浓度高的区域向浓度低的区域移动，反复呼吸自己呼出的气体时，吸入的气体二氧化碳浓度高，使肺泡内的二氧化碳浓度高于肺泡外毛细血管血液中的二氧化碳浓度，二氧化碳就会从肺泡扩散进入血液，提升血液中的二氧化碳分压，降低血液的pH值，最终缓解呼吸性碱中毒。
【答案】
(1)①呼出的气体中氧气含量低,二氧化碳含量高,反复吸自己呼出的气体,会导致大脑缺氧,所以会感到头晕
②呼吸；循环
(2)①呼出的气体中二氧化碳含量高,与水反应产生碳酸,碳酸呈酸性可以使血液的pH值降低,缓解碱中毒
②吸入的气体中二氧化碳含量高,肺泡内二氧化碳浓度大于血液中二氧化碳浓度,二氧化碳从肺泡进入血液,降低血液的pH值,缓解碱中毒
【知识点】
呼吸气体成分变化；气体扩散作用；酸碱平衡调节
【点评】
本题是生物与化学结合的跨学科综合题，既考察了人体呼吸相关的基础生理知识点，又结合了二氧化碳的化学性质、酸碱平衡的相关内容，要求学生将所学知识迁移到陌生的生理场景中，用基础原理解释实际现象，对学生的综合应用能力有一定的考察作用。
【难度系数】
0.6
我们可以按照题目设问顺序逐步梳理思路：
1. 解答(1)①时，先回忆呼出气体和新鲜空气的成分差异：呼出气体氧气占比更低、二氧化碳占比更高，反复呼吸密封袋内的呼出气体，会持续消耗袋内氧气、累积二氧化碳，最终吸入的氧气不足，大脑缺氧就会引发头晕。
2. 解答(1)②时，气体的通气和肺泡交换由呼吸系统完成，交换后的氧气、代谢产生的二氧化碳需要靠循环系统运输，因此对应这两大系统。
3. 解答(2)①时，结合题目给出的呼吸性碱中毒特征：血液二氧化碳分压低、pH过高呈碱性，利用二氧化碳和水生成酸性碳酸的性质，就能推导出高浓度二氧化碳可以降低血液过高的pH，缓解碱中毒。
4. 解答(2)②时，结合气体扩散“从高浓度向低浓度移动”的规律，反复吸入高二氧化碳的气体后，肺泡内二氧化碳浓度高于血液，二氧化碳就会扩散进入血液，提升血液二氧化碳分压，降低pH，实现缓解效果。
【解析】
(1)① 密封袋内的呼出气体本身氧气含量低、二氧化碳含量高，反复呼吸该气体会持续消耗袋内剩余氧气，最终吸入的氧气无法满足大脑的供氧需求，大脑缺氧就会产生头晕的感受。
② 该过程中，肺与外界的气体交换、肺泡处的气体交换由呼吸系统完成，氧气和二氧化碳在体内的运输依靠循环系统完成，因此主要涉及这两个系统。
(2)① 呼吸性碱中毒的核心特点是血液pH过高，呼出的气体中二氧化碳含量远高于新鲜空气，二氧化碳进入人体后可与血液中的水反应生成呈酸性的碳酸，能够降低过高的血液pH，从而缓解碱中毒症状。
② 根据气体扩散的原理，气体会从浓度高的区域向浓度低的区域移动，反复呼吸自己呼出的气体时，吸入的气体二氧化碳浓度高，使肺泡内的二氧化碳浓度高于肺泡外毛细血管血液中的二氧化碳浓度，二氧化碳就会从肺泡扩散进入血液，提升血液中的二氧化碳分压，降低血液的pH值，最终缓解呼吸性碱中毒。
【答案】
(1)①呼出的气体中氧气含量低,二氧化碳含量高,反复吸自己呼出的气体,会导致大脑缺氧,所以会感到头晕
②呼吸；循环
(2)①呼出的气体中二氧化碳含量高,与水反应产生碳酸,碳酸呈酸性可以使血液的pH值降低,缓解碱中毒
②吸入的气体中二氧化碳含量高,肺泡内二氧化碳浓度大于血液中二氧化碳浓度,二氧化碳从肺泡进入血液,降低血液的pH值,缓解碱中毒
【知识点】
呼吸气体成分变化；气体扩散作用；酸碱平衡调节
【点评】
本题是生物与化学结合的跨学科综合题，既考察了人体呼吸相关的基础生理知识点，又结合了二氧化碳的化学性质、酸碱平衡的相关内容，要求学生将所学知识迁移到陌生的生理场景中，用基础原理解释实际现象，对学生的综合应用能力有一定的考察作用。
【难度系数】
0.6
