Question

某班級同學對二氧化碳的實驗室制取與性質若干問題進行如下探究：
[實驗一]：實驗室制取二氧化碳的原料的選擇，實驗內容和現象記錄如下

實驗 操作
現象	劇烈反應，產生大量氣泡，反應迅速停止	產生氣泡，速率迅速減慢，反應幾乎停止．	產生氣泡，反應持續時間較長
分析	反應速率過快，氣體不便收集	無法持續產生CO2	反應速率適中，可持續產生CO2，便于收集
結論	實驗室制取二氧化碳的原料是 塊狀大理石和稀鹽酸 ．

[實驗二]：選擇與設計實驗發生裝置
（3）寫出標號儀器名稱：①

試管

 ②

錐形瓶

（4）實驗室制取二氧化碳的反應文字表達式為

碳酸鈣+鹽酸→氯化鈣+水+二氧化碳

；
（5）不能用于制取二氧化碳的裝置為

A

（填字母序號）；
（6）固體反應物放在

多孔隔板上

（填“多孔隔板上”或“大試管底部”）．
（7）裝置C相對于裝置B，在操作方面的主要優勢為：

①

①使反應隨時發生或停止   ②可控制反應的速率    ③可以生成更多的CO₂
（8）某學生在上述裝置的基礎上進行改進，又設計了下圖所示的四套裝置來制取CO₂，其中在制取時不能使反應隨時發生或停止的裝置為

B

．

[實驗三]：設計收集裝置，探究收集方法
（9）排空氣收集時，集氣瓶中導管應處的位置是

a

（填“a”或“b”）；能夠檢驗二氧化碳是否收集滿的操作方法是

Ⅱ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．

（10）用排水法收集氣體之前，先要在集氣瓶中裝滿

水

（物質），再將氣體由導氣管

h

（填“g”或“h”）通入．
（11）排水法收集與排空氣法收集CO₂的比較（分別用體積相同的2個集氣瓶收集）
資料：過量的二氧化碳使石灰水變渾濁后，還可以再反應得到澄清溶液．

比較項目	排水集氣法	向上排空氣集氣法
收集方法可行性分析	CO2生成和從水中逸出速率遠大于其溶解速率和與水反應速率	CO2密度比空氣大，且 不與空氣反應 ．
收集過程分析	集滿現象： 集氣瓶口有氣泡冒出	“驗滿”分析：即便燃著木條熄滅，也難以確定空氣完全排盡
向收集到的CO2中倒入等體積石灰水，振蕩	先渾濁后變澄清所需時間較短	先渾濁后變澄清所需時間較長
由此得出結論	① 能 （填“能”或“不能”）用排水法收集CO2 ②用排水法收集的CO2純度 高 （填“高”或“低”）

[拓展研究]：由于化學反應前后元素的種類與質量守恒．
（12）請計算，欲制取3.3g二氧化碳氣體，至少需使用純度（碳酸鈣與石灰石的質量比）為75%的石灰石（雜質不能反應生成二氧化碳）多少克？（請寫出計算過程）

Answer 1

分析：[實驗一]：由題目給出的信息可知：實驗三產生氣泡，反應持續時間較長，因此速率適中（持續產生二氧化碳），便于收集氣體，適合于二氧化碳的實驗室制法；
[實驗二]：（3）依據常用儀器回答；
（4）依據實驗室制取二氧化碳的反應原理書寫表達式；
（5）實驗室制取二氧化碳常溫即可進行，不需加熱，據此回答；
（6）依據制取二氧化碳的藥品的狀態及裝置特點分析回答；
（7）依據裝置特點分析其優點；
（8）依據裝置特點分析能否控制反應的發生和停止；
[實驗三]：（9）排空氣收集時，集氣瓶中導管應接近集氣瓶底部，便于排盡空氣；驗滿氣體時木條要放于瓶口；
（10）用排水法收集氣體之前，先要在集氣瓶中裝滿水，再將氣體通過短管通入；
（11）從選擇氣體收集方法的依據和收集氣體時的操作注意事項進行分析；
（12）根據二氧化碳的質量結合制取二氧化碳的方程式，及化學方程式計算的步驟：一設、二寫、三找、四列、五答、六查進行解答；注意事項有：設未知數不帶單位，計算過程中要帶單位，結果要帶單位．

解答：解：
[實驗一]：由現象：產生氣泡，反應持續時間較長可知，本實驗速率適中（持續產生二氧化碳），便于收集氣體，適合于二氧化碳的實驗室制法；
故答案為：
反應速率適中，可持續產生CO₂，便于收集；塊狀大理石和稀鹽酸；
[實驗二]：（3）標號儀器是試管和錐形瓶；
故答案為：試管；錐形瓶；
（4）大理石和稀鹽酸在常溫下反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，反應的文字表達式是碳酸鈣+鹽酸→氯化鈣+水+二氧化碳；
故答案為：碳酸鈣+鹽酸→氯化鈣+水+二氧化碳；
：就能進行，故答案為：常溫、固液反應；
（4）導管要伸到集氣瓶的底部，故答案為：a
（5）實驗室制取二氧化碳常溫即可進行，不需加熱，故A不能用于制取二氧化碳；
故選A；
（6）制取二氧化碳用大理石和稀鹽酸，固體反應物放在隔板上，便于和鹽酸分離，放在試管底部無法控制反應的發生和停止；
故答案為：多孔隔板上；
（7）裝置C相對于B來說，打開夾子固液接觸生成氣體，夾上夾子，試管內氣壓增大，將液體壓入長頸漏斗，固液分離，反應停止，故可使反應隨時發生和停止，但無法控制反應速率；藥品的量固定，則生成的二氧化碳的量也無法改變，生成二氧化碳的質量與裝置沒有關系；
故選①；
（8）A、試管底部有缺口，只要放入燒杯中，稀鹽酸可以隨時進入試管產生氣體，不用時可以隨時移出試管，故可以控制反應的進行；
B、雖然有帶孔的塑料片，但是稀鹽酸總是浸沒大理石，所有無法控制反應的進行；
C、石灰石在有孔塑料片上，用氣體時，打開開關，U型管的右邊壓強減小，稀鹽酸就會浸沒石灰石產生氣體，不用時關閉開關，壓強增大鹽酸又被壓到塑料片以下，控制了反應的進行；
D、原理同A，可以上下移動銅絲，就移動了有孔的塑料瓶，因此可以控制反應的進行；
故選B；
[實驗三]：（9）排空氣收集時，集氣瓶中導管應接近集氣瓶底部，便于排盡空氣；檢驗二氧化碳是否收集滿木條要放于瓶口；
故答案為：a；Ⅱ；
（10）用排水法收集氣體之前，先要在集氣瓶中裝滿水，再將氣體通過短管通入，隨著瓶內氣壓增大，將水擠壓到集氣瓶底部并排出；
故答案為：水；h；
（11）用排水法收集與排空氣法收集CO₂進行比較（分別用體積相同的2個集氣瓶收集）：能用向上排空氣法收集的氣體必須滿足密度比空氣大，不與空氣發生反應等條件；用排水法收集氣體時，當看到集氣瓶口有氣泡冒出，說明集氣瓶中的水已排完，氣體已收集滿；通過實驗分析可知，二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集，用排水法收集二氧化碳時能看到什么時候收集滿，而用向上排空氣法則不能，木條熄滅瓶內也可能仍混有空氣，因而用排水法收集到的二氧化碳比較純凈；
故答案為：

		不與空氣發生反應
	集氣瓶口有氣泡冒出
	①能；②高

（12）設制取3.3g二氧化碳氣體，至少需使用純度為75%的石灰石質量為x
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
 100                 44
 x75%                3.3g      

100

x75%

=

44

3.3g

解得  x=10g
答：制取3.3g二氧化碳氣體，至少需使用純度為75%的石灰石10g．

點評：本題是一道綜合考查二氧化碳的制取、性質、收集及相關計算的題目，閱讀量大，涉及面廣，能很好的考查學生應用知識分析、解決問題的能力，解答時要根據實驗目的結合所學知識細心分析．