初中化学九上(精讲)第6单元 课题2二氧化碳制取的研究
展开课题2 二氧化碳制取的研究
答案：
(1)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑ (2)将生成的气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，证明气体是二氧化碳 (3)口 (4)熄灭 (5)反应物的状态 (6)反应条件 (7)密度 (8)是否溶于水，是否与水反应
1．实验室制取二氧化碳的反应原理
(1)药品
大理石(或石灰石)和稀盐酸
大理石或石灰石的主要成分是碳酸钙，化学式是CaCO3。
(2)反应原理
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2CO3
碳酸钙 氯化钙 碳酸
碳酸不稳定，容易分解生成二氧化碳和水。
H2CO3===H2O＋CO2↑
总的化学方程式是：
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
释疑点 实验室制取CO2时不用稀硫酸、浓盐酸的原因 ①实验室制取二氧化碳不用稀硫酸，因为稀硫酸与石灰石反应生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在石灰石表面，阻碍石灰石与硫酸接触，使反应中断。②不用浓盐酸。浓盐酸易挥发出氯化氢气体，导致二氧化碳不纯。
【例1】在实验室里制取二氧化碳气体，可选择的药品是( )
A．碳酸钠粉末与浓盐酸
B．块状石灰石与稀硫酸
C．石灰石
D．块状大理石和稀盐酸
解析：
A | × | 碳酸钠粉末与浓盐酸反应过快，且浓盐酸易挥发，碳酸钠价格贵 |
B | × | 不能用稀硫酸，因为反应生成的硫酸钙会阻止反应继续进行 |
C | × | 高温分解石灰石是二氧化碳的工业制法 |
D | √ | 反应速率适中，易于操作和收集，是合适的药品 |
答案：D
2．制取气体的一般思路
(1)制取装置的选择
实验室制取气体的装置包括发生装置和收集装置。发生装置主要由反应物的状态、反应条件决定，收集装置主要考虑生成气体的物理性质(溶解性、密度大小)。
(2)发生装置的选择
装置 | 反应类型 | 反应条件 | 举例 |
固体＋固 体(加热)型 | 加热 | KMnO4 制O2 | |
固体＋液 体(常温)型 | 不加热 | H2O2制O2， 制CO2 |
(3)收集装置的选择
装置 | 收集方法 | 气体性质 | 举例 |
排水法 | 不易溶于水，不与水反应 | O2、H2 | |
向上排 空气法 | 密度比空气大，不与空气反应 | O2、CO2 | |
向下排 空气法 | 密度比空气小，不与空气反应 | H2 |
点技巧 判断气体的密度比空气的大还是小的方法 空气的平均相对分子质量为29。如果某气体的相对分子质量大于29，则这种气体的密度比空气大；如果小于29，则密度比空气小。
【例2】下图是A～E的仪器装置示意图。
(1)在实验室里，装置A一般用于制取反应物状态为__________、反应条件为____________的气体；装置B一般用于制取反应物状态为____________、反应条件为__________的气体。装置C、D、E都是用来收集气体的实验装置，用装置C收集气体的方法叫____________；用装置D收集气体的方法叫__________；用装置E收集气体的方法叫____________。
(2)实验室常用氯化铵(NH4Cl)晶体和熟石灰[Ca(OH)2]粉末混合加热来制取氨气，同时生成氯化钙和水。
①写出上述制取氨气反应的化学方程式____________________。
②实验时应该选取上述____________(填写字母)作为制取氨气的发生装置。
③根据下表提供的数据分析，实验时收集氨气应选用上述装置__________(填写字母)而不用__________装置，其原因是____________。
气体 | 空气 | 氧气 | 氢气 | 氨气 | 二氧化碳 |
密度/ (g·L－1) | 1.29 | 1.43 | 0.09 | 0.77 | 1.98 |
溶解度/L | — | 0.031 | 0.018 | 680 | 0.88 |
解析：实验室制取氨气，是用氯化铵晶体和熟石灰粉末混合后加热制取，故选装置B制气。从题给的数据分析，氨气极易溶于水，1 L水可以溶解680 L氨气，故不能用排水集气法；氨气的密度小于空气的密度，故可用向下排空气集气法来收集。
答案：(1)固态和液态 常温 固态和固态 加热 排水集气法 向上排空气集气法 向下排空气集气法 (2)①2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋CaCl2 ②B ③E C和D 氨气的密度比空气的密度小，而且氨气极易溶于水
3．实验室制取二氧化碳
(1)发生装置：实验室制取二氧化碳是固体和液体反应，不需加热，因此可任意选择下列发生装置：
谈重点 制取CO2的不同装置 A装置为简易装置，不便于加液体；B、C装置使用了长颈漏斗，便于添加液体，使用B、C装置时应注意，长颈漏斗下端管口应伸入液面以下，防止产生的气体从长颈漏斗逸出；D装置使用了分液漏斗，便于加液体，还可以利用活塞控制滴液的快慢，便于控制反应速率。
(2)收集装置：二氧化碳能溶于水，所以不能用排水法收集，其密度比空气大，所以只能采用向上排空气法收集。如图。
(3)实验步骤
①组装仪器；②检查装置的气密性；③将大理石或石灰石放入反应容器内；④塞紧双孔塞；⑤由长颈漏斗加稀盐酸；⑥用向上排空气法收集。
(4)检验
通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊，证明是二氧化碳。
(5)验满、存放
将燃着的木条放于瓶口，若木条熄灭证明已集满。收集满二氧化碳的集气瓶要用玻璃片盖住并正放在桌面上。
【例3】如图所示是制取并收集二氧化碳的装置。
(1)当发生装置连接好后，接着进行的实验步骤是__________________________。
(2)实验时应怎样加试剂？___________________________________________________。
(3)收集气体时，导管为什么要伸入集气瓶底部？__________________________。
(4)长颈漏斗的下端要伸到液面以下，原因是__________________________。
解析：制取气体以前，先检查装置是否漏气，装药品时先加固体，再加液体；为了防止产生的CO2从长颈漏斗逸出，长颈漏斗下端必须插到液面以下。用排空气法收集气体时，导管伸到集气瓶底部便于将瓶中空气排尽。
答案：(1)检查装置的气密性 (2)先向锥形瓶中加入大理石或石灰石，再从长颈漏斗处加入稀盐酸 (3)便于排尽集气瓶内的空气，收集到纯CO2 (4)防止产生的CO2从长颈漏斗逸出
4．比较O2、CO2的实验室制法
比较 | O2 | CO2 |
发生 装置 | ||
收集 装置 | ||
实验 原理 | 药品① 方程式③ | 药品② 方程式④ |
检验 方法 | 带火星的木条放入瓶内 | 通入澄清石灰水 |
验满 方法 | 带火星的木条放在瓶口 | 燃着的木条放在瓶口 |
注：①：过氧化氢与二氧化锰；
高锰酸钾；氯酸钾与二氧化锰
②石灰石(或大理石)与稀盐酸
③2KClO32KCl＋3O2↑；
2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑；
2H2O22H2O＋O2↑
④CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
【例4】(实验综合题)实验室制取气体所需装置如下图所示。
请回答以下问题：
(1)装置中标“a”的仪器名称是______________。
(2)用高锰酸钾制取氧气时，所选用的发生装置是__________(填字母序号，下同)，收集装置是C或____________________。
(3)用大理石与稀盐酸制取二氧化碳时，所选用的发生装置是__________________，其反应的化学方程式为______________________。该装置还可用于制氧气，其反应的化学方程式为________________________。
解析：本题考查实验室制取气体时，实验装置的选择。发生装置的选择考虑反应物状态和反应条件，如反应物是固体，反应需要加热，用A装置；反应物是固体和液体，反应不需要加热，用B装置。收集装置的选择一般考虑气体的性质，如果气体不易溶于水，也不与水反应，首先考虑用排水法；若不能用排水法，密度比空气大的，用向上排空气法；密度比空气小的，用向下排空气法。
答案：(1)集气瓶 (2)A D (3)B CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑ 2H2O22H2O＋O2↑
5．实验室制取气体时应考虑哪些因素
(1)选择反应速度适中、价格便宜、来源广泛、污染少、实验安全，所制气体纯净或易分离的药品。例如，实验室制取二氧化碳时，不用浓盐酸制取，因易挥发；不用碳酸钠制取，因其价格贵且反应太快；不用稀硫酸制取，因其与石灰石反应生成微溶物硫酸钙，使反应难以继续进行。
(2)选择原理科学、节能、操作简便的反应。例如，高温分解石灰石也能产生二氧化碳，但需消耗燃料，不节能，且操作麻烦，不适合实验室制取。
【例5】(探究题)下列反应都能生成二氧化碳：
①人和动物的呼吸作用
②木炭在空气中燃烧
③蜡烛燃烧
④碳和氧化铜反应
⑤石灰石(块状)与硫酸
⑥碳酸钙粉末与稀盐酸
⑦石灰石(块状)与浓盐酸
⑧石灰石(块状)与稀盐酸
其中可用于实验室制CO2的是( )
A．⑥⑧ B．⑧
C．⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧
解析：⑥反应太快，不易收集；⑦用浓盐酸制取，得到的二氧化碳不纯，混有从发生装置中挥发出来的氯化氢气体，故不选A、C、D；⑧反应符合实验室制取气体选用药品的原则，故选B。
答案：B
