【名校】化學(xué)人教版九上高效講練系列32 二氧化碳制取的研究（提高） 知識講解

PAGE二氧化碳制取的研究（提高）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.掌握實驗室制取二氧化碳的原理、裝置和操作要點。

2.了解實驗室中制取氣體的思路和方法?！疽c梳理】要點一、二氧化碳的實驗室制法1.藥品：大理石（或石灰石）、稀鹽酸。

2.反應(yīng)原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

3.發(fā)生裝置和收集裝置：（1）發(fā)生裝置：“固——液不加熱型”。氣體的發(fā)生裝置由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件決定。制取二氧化碳常用的發(fā)生裝置如下：（2）裝置連接時要注意以下兩點：

①長頸漏斗的下端管口必須插入到液面以下，否則生成的氣體會從長頸漏斗口跑掉；

②導(dǎo)氣管伸入容器內(nèi)無需太長，更不能插入到液面以下。若伸入到液面下，氣體就無法從導(dǎo)管口排出。

（3）收集裝置：氣體的收集方法由氣體的密度和氣體的溶解性決定。二氧化碳能溶于水，密度比空氣的大，通常采用向上排空氣法收集（如右圖所示）。收集時要注意將導(dǎo)管插到瓶底。4.驗滿：將燃著的木條置于集氣瓶口，如木條熄滅，則二氧化碳收集滿了。

5.檢驗：將產(chǎn)生的氣體通入澄清的石灰水中，若觀察到石灰水變渾濁，說明有CO2生成。

【要點詮釋】藥品選用應(yīng)注意的問題：

（1）不能用濃鹽酸。濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體混入二氧化碳中，導(dǎo)致所收集的二氧化碳不純。

（2）不能用硫酸。因為硫酸跟碳酸鈣反應(yīng)（H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑）生成的硫酸鈣微溶于水，它覆蓋在石灰石的表面，阻礙了石灰石與硫酸進一步接觸，使反應(yīng)難以繼續(xù)進行。

（3）不可用碳酸鈉。因為碳酸鈉是固體粉末且易溶于水，它與鹽酸反應(yīng)（Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑）速率太快，不便于控制，且碳酸鈉比石灰石價格高，不經(jīng)濟。要點二、實驗室制取二氧化碳的研究與實踐

1.化學(xué)反應(yīng)原理的確定：可以生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)有很多，例如：

（1）碳在氧氣（或空氣）中燃燒：C+O2CO2

(2)碳在高溫下還原金屬氧化物：2CuO+C2Cu+CO2↑2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑

(3)石灰石高溫分解：CaCO3CaO+CO2↑

(4)大理石（或石灰石）與稀鹽酸在常溫下反應(yīng)：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

(5)蠟燭、木柴、酒精、汽油等含碳物質(zhì)的燃燒都可產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。有二氧化碳生成的化學(xué)反應(yīng)不一定都適用于實驗室制取二氧化碳。首先要考慮可操作性，其次再考慮哪個更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。（1）和（5）雖然都能生成二氧化碳，但由于燃燒需要在氧氣（由空氣）中進行，放出大量的熱，對儀器、裝置的要求高而且復(fù)雜，燃燒后的高溫氣體收集也很困難，所以在實驗室里可操作性差；（2）和（3）需在高溫下進行，操作較復(fù)雜且消耗能。（4）方案操作簡便，故實驗室通常選用大理石（或石灰石）與稀鹽酸反應(yīng)來制取二氧化碳。

2.實驗室制取氣體裝置的確定：制取氣體的裝置包括發(fā)生裝置和收集裝置兩部分，其選擇依據(jù)如下：

（1）氣體發(fā)生裝置的選擇：由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件來確定。①若反應(yīng)物只有固體，反應(yīng)需要加熱時，應(yīng)選擇下圖A所示的實驗裝置。②若反應(yīng)物狀態(tài)為固體+液體，反應(yīng)不需要加熱時，應(yīng)選擇下圖B所示的實驗裝置。

（2）氣體收集裝置的選擇：依據(jù)氣體的物理性質(zhì)（是否溶解于水、密度比空氣大還是?。┖突瘜W(xué)性質(zhì)（是否與水、空氣發(fā)生反應(yīng)）來選擇。

①氣體的密度大于空氣的密度（或相對分子質(zhì)量大于29），可用向上排空氣法收集（上圖D）。

②氣體的密度小于空氣的密度（或相對分子質(zhì)量小于29），可用向下排空氣法收集（上圖E）。

③氣體不易（或難）溶于水且不與水反應(yīng)，可用排水法收集（上圖C）。

【要點詮釋】1.實驗室制取氣體的一般思路和方法：（1）首先要研究實驗室制取氣體的化學(xué)反應(yīng)原理，即選擇合適的反應(yīng)物和反應(yīng)條件（如常溫、加熱、加催化劑等），還要選擇合適的實驗裝置，研究如何驗證制得的氣體等。（2）選擇反應(yīng)時，要考慮原料易得，反應(yīng)條件要求不高，操作簡便安全，反應(yīng)速率適中，生成氣體不混入其他氣體，便于收集。（3）制取氣體的裝置包括發(fā)生裝置和收集裝置兩部分。選擇氣體發(fā)生裝置要根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件；選擇氣體的收集裝置應(yīng)考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應(yīng)。（4）驗證氣體時，實驗現(xiàn)象要明顯。

2.氧氣、二氧化碳的實驗室制法比較：氣體名稱氧氣二氧化碳反應(yīng)原理過氧化氫催化分解或高錳酸鉀受熱分解大理石（或石灰石）與稀鹽酸反應(yīng)化學(xué)方程式2H2O22H2O+O2↑2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑發(fā)生裝置（注意：加熱高錳酸鉀制氧氣時，試管口處要放一小團棉花）收集裝置檢驗方法將帶火星的木條伸入集氣瓶內(nèi)，木條復(fù)燃通入澄清的石灰水，石灰水變渾濁驗滿方法將帶火星的木條靠近集氣瓶口，木條復(fù)燃，則證明滿了將燃著的木條靠近集氣瓶口，木條熄滅，則證明滿了【典型例題】類型一、考查二氧化碳的實驗室制法1.實驗室制取二氧化碳可以選用的發(fā)生裝置是（）ABCD【答案】B

【解析】制取二氧化碳一般選用石灰石（或大理石）和稀鹽酸為原料，且反應(yīng)不需加熱，屬于“固—液反應(yīng)，不需加熱”型，故應(yīng)選B。D裝置中產(chǎn)生的氣體直接從長頸漏斗中逸出，無法收集，是一錯誤裝置?！究偨Y(jié)升華】選擇氣體發(fā)生裝置時要根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件。2.下列有關(guān)“固—液反應(yīng)，不需加熱”的氣體發(fā)生裝置合理的是（）【答案】D【解析】A中導(dǎo)氣管太長，應(yīng)稍伸出塞子即可，故A不合理；B中漏斗頸太短，C中長頸漏斗末端未伸入錐形瓶的底部，這樣生成的氣體容易從漏斗或長頸漏斗中逸出，故B、C不合理；只有D是合理的?！究偨Y(jié)升華】長頸漏斗的末端要伸入液面以下，防止生成的氣體從漏斗口逸出。3.如圖A中錐形瓶裝石灰石，長頸漏斗中注入稀鹽酸，則下列實驗不能達(dá)目的是（）A．圖A能成功制取并收集二氧化碳B．若圖B中試劑為足量澄清石灰水，則可檢驗二氧化碳

C．圖C用于干燥二氧化碳，則氣體應(yīng)a進b出D．圖D可用于證明二氧化碳密度比空氣大且能滅火【思路點撥】實驗室通常用大理石或石灰石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳，反應(yīng)不需要加熱，大理石和石灰石的主要成分是碳酸鈣，能和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；二氧化碳能溶于水，密度比空氣大，不能燃燒，不支持燃燒，能使澄清石灰水變渾濁?！敬鸢浮緼【解析】A、圖A能成功制取二氧化碳，由于沒有集氣瓶，因此不能收集二氧化碳，該裝置不能達(dá)到實驗?zāi)康?；B、若圖B中試劑為足量澄清石灰水，則可檢驗二氧化碳，該裝置能夠達(dá)到實驗?zāi)康?；C、圖C用于干燥二氧化碳，則氣體應(yīng)a進b出，該裝置能夠達(dá)到實驗?zāi)康?；D、D中，能夠觀察到蠟燭由下往上依次熄滅，說明二氧化碳的密度比空氣大，不能燃燒，不支持燃燒，該裝置能夠達(dá)到實驗?zāi)康?。故選A?！究偨Y(jié)升華】合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)。4．現(xiàn)用大理石和稀鹽酸制取二氧化碳?xì)怏w（如下圖所示）：

（1）寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）下圖是制取二氧化碳的裝置圖，指出圖中小試管A的作用。

（3）怎樣判斷集氣瓶中已集滿二氧化碳?xì)怏w。

【答案】

（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

（2）液封，防止二氧化碳?xì)怏w從長頸漏斗中逸出

（3）將一燃著的木條伸到集氣瓶口，若木條火焰熄滅，則氣體已集滿

【解析】

（1）大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳的化學(xué)方程式是CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。

（2）小試管的作用是使長頸漏斗的末端形成液封，防止生成的二氧化碳?xì)怏w逸出。

（3）CO2的驗滿是將燃著的小木條放在瓶口，若木條熄滅，則證明已滿了。

【總結(jié)升華】實驗室制備CO2氣體的反應(yīng)原理、發(fā)生裝置和收集裝置的選擇、檢驗及驗滿方法、注意事項等是中考考查的重要知識點。舉一反三：【變式1】某研究性學(xué)習(xí)小組欲利用下列裝置進行相關(guān)氣體制取的探究，請你分析并填空。（1）寫出圖中儀器a、b的名稱a，b。（2）實驗室制取二氧化碳的化學(xué)方程式是。應(yīng)選擇的氣體發(fā)生裝置是，氣體收集裝置是。（3）實驗室加熱高錳酸鉀制取氧氣的化學(xué)方程式是，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置是，若用盛滿水的F裝置收集氧氣，應(yīng)從導(dǎo)管（填①或②）通入?！敬鸢浮浚?）試管、集氣瓶（2）CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑BD（3）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑A②【變式2】請根據(jù)下圖所示實驗裝置圖回答有關(guān)問題。

（1）請?zhí)顚憳?biāo)號儀器的名稱：①，②；

（2）實驗室中用過氧化氫溶液與二氧化錳混合制取氧氣時，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置為（填寫裝置代號，下同），將藥品加入裝置前，應(yīng)進行的操作是；

（3）實驗室用石灰石和稀鹽酸制取二氧化碳?xì)怏w時，應(yīng)選用的收集裝置是；用該裝置收集的氣體所具有的物理性質(zhì)是，制取二氧化碳?xì)怏w時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

【答案】

（1）酒精燈試管（2）B檢驗裝置的氣密性

（3）D氣體的密度大于空氣的密度CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

【變式3】下列四個裝置都能制取二氧化碳，其中能隨時控制反應(yīng)的發(fā)生和停止的是（）A．①②④B．①③④C．①②③D．②④【答案】D【解析】①雖然有止水夾可以控制的導(dǎo)出使錐形瓶內(nèi)的氣壓增大，將將稀鹽酸部分壓入長頸漏斗，但是稀鹽酸總是浸沒大理石，所以無法控制反應(yīng)的停止。②干燥管只要放入燒杯中，稀鹽酸可以隨時進入干燥管產(chǎn)生氣體，不用時可以隨時移出干燥管使反應(yīng)停止，