5.2二氧化碳的实验室制法

5.2二氧化碳的实验室制法知识知识导航知识精讲知识精讲选择试剂稀盐酸与块状的石灰石或大理石（主要成分均为碳酸钙）【特别提醒】利用稀盐酸与块状石灰石或大理石反应来制取二氧化碳，因反应速率适中，原料廉价易得，便于气体收集。不用浓盐酸与块状石灰石反应。因为浓盐酸挥发性强，会使制得的CO2中混有HCl气体，使CO2不纯。不用稀硫酸与块状石灰石反应。因为稀硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙，覆盖在石灰石的表面，阻止反应继续进行。不用稀盐酸与碳酸钠粉末或纯碳酸钙反应。因为碳酸钠粉末或纯碳酸钙与稀盐酸反应速率过快，产生的气体不便于收集。反应原理CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑。【方法点拨】反应原理可分为两步表示：（1）CaCO3+2HCl==CaCl2+H2CO3（2）碳酸不稳定，易分解成二氧化碳和水：H2CO3==CO2↑+H2O发生装置选择依据：反应物的状态和反应条件。选择装置：实验室制取CO2所用反应物是固体和液体，反应条件是常温，属于固液常温型，发生装置与双氧水和二氧化锰制取O2的装置相似，如下表所示：装置装置特点简易装置，可制取少量气体使用长颈漏斗，便于添加液体（长颈漏斗下端管口应伸入液面下，防止气体逸出）添加了多孔塑料板和止水夹，可控制反应的发生和停止使用分液漏斗，除了便于添加液体外，还能通过活塞控制滴液的快慢，便于控制反应速率收集装置选择依据：气体的密度和溶解性。选择装置：CO2能溶于水且能与水反应，不宜用排水法；CO2密度比空气大，只能用向上排空气法，如图所示。导管伸入集气瓶时，末端必须插到集气瓶底，便于排净集气瓶内的空气，使收集的CO2更纯净。制取CO2的实验操作步骤查：连接仪器、检查装置的气密性装：将石灰石或大理石装入锥形瓶内，并塞紧橡皮塞定：将装置固定好加：从长颈漏斗加入稀盐酸至浸没漏斗下端收：收集气体验：检验气体是否收集满4.CO2气体的检验与验满（1）检验：将气体通入澄清石灰水，若澄清石灰水变浑浊，证明该气体是CO2（2）验满：将燃着的木条靠近收集二氧化碳的集气瓶口，若木条熄灭，证明CO2已收集满制取气体的一般思路制取气体的发生装置装置类型发生装置注意事项固体+固体∆→气体（固体加热型）①试剂平铺在试管底部；②试管口略向下倾斜，以免冷凝水倒流引起试管炸裂；③铁夹夹在距试管口1/4~1/3处；=4\*GB3④导管不能伸入试管中太长，否则不利于气体排出。固体+液体→气体（固液常温型）①长颈漏斗的末端必须插入液面以下，防止生成的气体从长颈漏斗口逸出；②导管不能伸入试管中太长，否则不利于气体排出。制取气体的收集装置排水法：凡不易溶于水且不与水反应的气体均可以用排水法收集，如收集H2、O2等。排水法收集的气体较纯净。排空气法：密度与空气密度相差较大且不与空气中任何一种成分反应的气体均可以用排空气法收集。排空气法收集的气体较干燥。①向上排空气法：所收集的气体的密度大于空气的平均密度，如CO2、O2等。②向下排空气法：所收集的气体的密度小于空气的平均密度，如H2等。能力拓展能力拓展考法01实验室制取二氧化碳的原理利用数据传感技术可以形象地比较不同形状的碳酸钙与稀盐酸反应的速率。倾斜锥形瓶，使试管内的稀盐酸流入瓶中与碳酸钙发生反应，测得瓶内气压随时间的变化如图所示。下列有关说法正确的是（）A.碳酸钙粉末产生的CO2质量多B.块状碳酸钙产生的CO2质量多C.对比分析a、b点可知，曲线①表示粉末状碳酸钙与稀盐酸反应D.对比分析c、d点可知，相同的气压时，块状碳酸钙需要时间短【答案】C【详解】最终曲线①、②的气压相等，说明最终产生的CO2质量相等，故A、B均错误；对比分析a、b点可知，曲线①单位时间内气压大，说明单位时间内产生的气体多，反应速率快。曲线①表示粉末状碳酸钙与稀盐酸反应，故C正确；对比分析c、d点可知，相同的气压时，碳酸钙粉末所需的时间短，故D错误。故选C。考法02实验室制取二氧化碳的装置甲、乙、丙是某同学设计的三套制取二氧化碳的发生装置，对三套装置分析不正确的是A.甲装置此时容器内右侧大气压大于外界大气压B.此时甲装置中的止水夹M处于打开状态C.乙装置N处添加止水夹可以与甲装置具有相同功能D.丙装置具有可控制反应进行或停止的功能【答案】B【解析】A、根据图示可知，左侧液面高于右侧液面，说明右侧压强大于外界大气压，故正确；B、此时甲装置中固体与液体分离，说明止水夹M处于关闭状态，故不正确；C、乙装置N处添加止水夹具有甲装置具有的功能，关闭止水夹装置内压强增大，固液分离，能使反应停止，打开止水夹，固液接触，反应发生，故正确；D、丙装置可以通过粗铜丝控制石灰石与稀盐酸接触或脱离，可以控制反应的发生和停止，故正确；故选B。考法03实验室制取气体的一般思路氨气（NH3）是一种无色、极易溶于水的气体。在实验室加热氯化铵和熟石灰两种固体的混合物可制取氨气，则该实验可选用的发生装置和收集方法正确的是（）A.与加热分解KClO3制氧气的发生装置相同，用向下排空气法收集B.与加热分解KClO3制氧气的发生装置相同，用向上排空气法收集C.与实验室制取二氧化碳的发生装置相同，用排水法收集D.与实验室制取二氧化碳的发生装置相同，用向下排空气法收集【答案】A【详解】在实验室加热氯化铵和熟石灰两种固体的混合物可制取氨气，属于固体加热型。与加热分解KClO3制氧气的发生装置相同，实验室常用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，发生装置应选项固－液常温型，与制取氨气的发生装置不同。氨气的相对分子质量为17，小于29，密度比空气的小，可用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，不能用排水法收集。故选A。考法04万能瓶的使用一氧化氮是汽车尾气中的一种大气污染物，它是无色气体，难溶于水、密度比空气略大，在空气中能与氧气迅速反应生成红棕色的二氧化氮。在实验室中，收集一氧化氮时可选用的收集方法是A．B．C．D．【答案】B【详解】A、一氧化氮的密度比空气略大，在空气中能与氧气迅速反应生成红棕色的二氧化氮，不能选择排空气法收集，不符合题意；B、一氧化氮难溶于水，且一氧化氮的密度比水小，可以选择该装置收集，且应“短进长出”，符合题意；C、一氧化氮的密度比空气略大，在空气中能与氧气迅速反应生成红棕色的二氧化氮，不能选择排空气法收集，不符合题意；D、一氧化氮的密度比空气略大，在空气中能与氧气迅速反应生成红棕色的二氧化氮，不能选择排空气法收集，不符合题意。故选B。分层提分分层提分题组A基础过关练1．实验室利用石灰石和稀盐酸反应制取CO2，不需要选用的仪器是A．锥形瓶B．导管C．集气瓶D．酒精灯【答案】D【详解】A.实验室用稀盐酸和石灰石制取二氧化碳，属于“固液常温型”，可以使用锥形瓶，故不符合题意；B.实验室用稀盐酸和石灰石制取二氧化碳，收集二氧化碳一定用到导管，故不符合题意；C.实验室用稀盐酸和石灰石制取二氧化碳，需要用集气瓶收集二氧化碳，故不符合题意；D.实验室用稀盐酸和石灰石制取二氧化碳，反应不需要加热，不需要使用酒精灯，故符合题意，故选D。2．大理石和稀盐酸在启普发生器中反应，关闭活塞后固液脱离接触的原因是（

）A．溶液体积减小 B．稀盐酸浓度减小C．容器内气压增大 D．空气的压强增大【答案】C【分析】大理石主要成分是碳酸钙，和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳。【详解】关闭活塞后，二氧化碳不能导出，随着二氧化碳不断增多，气压增大，在气压的作用下，液面下降，导致固液脱离接触。故选C。题组B能力提升练1．某校化学兴趣小组利用如图装置对气体的制取进行探究，下列说法正确的是A．该装置可以制取氧气B．收集氢气应从导管m进入C．发生装置可以控制反应速率D．用碳酸钙和稀硫酸在实验室制取二氧化碳【答案】A【详解】A、该装置可以用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，故说法正确；B、用向下排空气法收集氢气，从n管进氢气，故说法错误；C、有分液漏斗的装置可以控制反应速率，而此装置中是长颈漏斗，故说法错误；D、用大理石或石灰石和稀盐酸在实验室制取二氧化碳，故说法错误。故选A。2.实验室制备并收集二氧化碳，按下表进行实验，取等质量的同种大理石加入足量酸中(杂质不与酸反应)，产生二氧化碳气体随时间变化曲线如图所示，下列说法错误的是实验编号药品Ⅰ块状大理石、10%H2SO4溶液Ⅱ块状大理石、7%HCl溶液Ⅲ大理石粉末、7%HCl溶液A．实验Ⅲ对应的如图变化曲线为甲B．实验Ⅱ和Ⅲ对比，说明影响反应速率的因素是固体的颗粒大小C．实验Ⅰ和Ⅱ对比，说明影响反应速率的因素是酸的浓度D．实验Ⅱ和Ⅲ完全反应后，产生二氧化碳的质量是相等的【答案】C【详解】A．大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，由于碳酸钙和硫酸反应生成硫酸钙微溶，则会包裹在大理石表面，使反应不能继续，即丙为实验Ⅰ，由于实验Ⅲ中的大理石是粉末状的，反应的速率最快，所以实验Ⅲ对应的如图变化曲线为甲，说法正确；B．Ⅱ和Ⅲ中选择酸都是7%HCl溶液，Ⅱ中是块状大理石，Ⅲ中是大理石粉末，实验Ⅱ和Ⅲ对比，说明影响反应速率的因素是固体的颗粒大小，说法正确；C．实验Ⅰ和Ⅱ中所用酸的种类不同，没有可比性，说法错误；D．由图象可知，实验Ⅱ和Ⅲ完全反应后，产生二氧化碳的质量是相等的，说法正确。故选C。题组C培优拔尖练1.下列探究影响化学反应速率因素的实验中，实验方案正确的是选项影响因素实验方案A接触面积将1g块状石灰石和20mL10%的稀盐酸、1g粉末状石灰石与20mL10%的稀硫酸混合，比较产生气泡的快慢B催化剂种类将0.5g二氧化锰、1g氧化铁分别与10mL6%的过氧化氢溶液混合，比较产生气泡的快慢C反应物的种类分别将木炭在空气中、氧气中燃烧，比较反应的剧烈程度D反应物的性质分别用酒精灯加热表面积相同的镁片和铁片，比较在空气中能否被点燃A.A B.B C.C D.D【答案】D【分析】根据探究型实验方案设计知，设计实验方案探究影响化学反应速率因素时，只有其中一项是变量，其他因素保持相同才能进行判断，据此判断选项的正误。【解析】A、实验方案将1g块状石灰石和20mL10%的稀盐酸、1g粉末状石灰石与20mL10%的稀硫酸混合，该方案中石灰石的接触面积和酸的种类不同，出现了两个变量，不符合控制变量法的要求，故A选项实验方案错误；B、实验方案将0.5g二氧化锰、1g氧化铁分别与10mL6%的过氧化氢溶液混合，该方案中催化剂的质量和种类不同，出现了两个变量，不符合控制变量法的要求，故B选项实验方案错误；C、实验方案分别将木炭在空气中、氧气中燃烧，该方案中的变量是氧气的浓度，而不是反应物的种类，故C选项实验方案错误；D、实验方案分别用酒精灯加热表面积相同的镁片和铁片，该方案中铁片和镁片的性质不同，变量为反应物的性质，故D选项实验方案正确。2.实验室制取二氧化碳，下列做法可行的是A.用镊子夹取块状石灰石固体B.将鼻子凑到瓶口闻酸液的气味C.将用剩的酸液倒回原瓶D.用稀硫酸与块状石灰石反应制取二氧化碳【答案】A【详解】A、根据实验室固体药品的取用：颗粒、块状则用镊子夹；实验室制取二氧化碳，用镊子夹取块状石灰石固体，选项A正确；B、根据实验室取用药品时应注意的“三不”是：不能用手接触药品；不能尝任何药品的味道；不能把鼻孔凑到容器口去闻药品的气味。可知：将鼻子凑到瓶口闻酸液的气味错误，选项B错误；C、根据实验室用剩的药品要做到“三不一要“：不放回原瓶；不随丢弃；不拿出实验室；要放入指定容器。将用剩的酸液倒回原瓶，做法错误，选项C错误；D、根据稀硫酸与块状石灰石反应生成微溶于水的硫酸钙，会覆盖在大理石表面，使反应难于继续进行，选项D错误。故选A课后巩固练习1．运用化学知识，开展科学探究。【探究一】海洋封存是实现“碳中和”的途径之一，其原理是利用在水等溶剂中的溶解性来吸收，某小组开展如下探究。(1)活动一：在水和食盐水（模拟海水）中的溶解情况时间/h00.56122448排水法时体积/mL10098.585.5776659排食盐水时体积/mL100999390.58988由上表数据分析：a．能用排水法收集的理由是。b．相同条件下，等体积水和食盐水吸收更多的是（填“水”或“食盐水”）。(2)活动二：探究植物油隔离对在水中溶解情况的影响(3)活动三：深度探究“活动二”中的溶解情况①用图3表示无植物油隔离时，量筒内气体中存在的分子的微观示意图。请参照图3的表示方式，在图4方框中画出有植物油隔离时，量筒内植物油和水中存在的分子的微观示意图（也可以画在横线上，植物油分子用表示）。②为检验有植物油隔离时是否会进入水中，请设计实验方案：。【答案】(1)二氧化碳溶于水的速度远小于二氧化碳产生的速度水(2)有植物油隔离的情况下，可以减少二氧化碳在水中的溶解【详解】（1）a．根据表格数据分析可知，二氧化碳溶于水的速度远小于二氧化碳产生的速度，所以能用排水法收集CO2。故填：二氧化碳溶于水的速度远小于二氧化碳产生的速度。b．根据表格数据分析可知，相同条件下，等体积水和食盐水吸收CO2更多的是水。故填：水。（2）根据图2分析可知，有植物油隔离的情况下，可以减少二氧化碳在水中的溶解。②由于二氧化碳进入水中，二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸使紫色石蕊溶液变红，所以设计实验方案如下：取少量量筒中的水，滴入紫色石蕊溶液，若溶液变红，证明有植物油隔离时，二氧化碳会进入水中，若无现象，则证明有植物油隔离时，二氧化碳不会进入水中。故填：取少量量筒中的水，滴入紫色石蕊溶液，若溶液变红，证明有植物油隔离时，二氧化碳会进入水中，若无现象，则证明有植物油隔离时，二氧化碳不会进入水中。2．如图是某饮料的配料表，在学习完“二氧化碳的性质”后，某学习小组的同学对该饮料中逸出的气体产生了兴趣，进行了如下探究。【提出问题】打开瓶盖，逸出的是什么气体？【作出猜想】该气体可能是二氧化碳。【查阅资料】酸能使紫色石蕊溶液变红，柠檬酸是一种常见的酸。【实验探究】(1)甲同学：取适量澄清石灰水于小烧杯中，用注射器抽取饮料瓶中气体注入澄清石灰水中。观察到，从而得出瓶中逸出的气体的确是二氧化碳，写出发生反应的化学方程式。(2)乙同学：将一支燃着的小木条放在打开的饮料瓶瓶口，观察到小木条熄灭，也得出了相同的结论。学习小组中的其他同学立即否定了乙同学的方案，原因是。(3)丙同学：取适量该饮料于试管中，滴加紫色石蕊溶液，