碳的氧化物和二氧化碳的制法

【主要內(nèi)容】

碳的氧化物

碳的化合物種類繁多，尤其是有機化合物在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著非常重要的作用。而碳的氧化物（CO和CO2）不僅與日常生活密切相關(guān)，同時也是初中化學(xué)元素化合物知識中非常重要的一部分，碳和碳的氧化物是以后學(xué)習(xí)許多化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)，初中化學(xué)的許多反應(yīng)都與碳和碳的氧化物有關(guān)。

一、二氧化碳

1．二氧化碳的物理性質(zhì)

在通常情況下，二氧化碳是無色無味的氣體，相同條件下密度比空氣大，能溶于水，1體積的水約能溶解1體積的二氧化碳，增大壓強還會溶解得更多。生產(chǎn)汽水等碳酸型飲料就是利用了二氧化碳的這一性質(zhì)。

很多實驗在證明二氧化碳的物理性質(zhì)的同時也能體現(xiàn)出二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)。如圖傾倒CO2的實驗，根據(jù)現(xiàn)象“燒杯底下的蠟燭先熄滅”，可以驗證“在相同條件下，CO2的密度比空氣大，不能燃燒，也不支持燃燒”的這一性質(zhì)。

CO2的溶解性實驗：如圖所示，在收集滿CO2的空塑料礦泉水瓶里加入適量的蒸餾水，振蕩，塑料瓶子變癟，可以證明CO2能溶于水。再加入紫色石蕊溶液，溶液變紅，加熱后又變成紫色，證明CO2溶于水的同時能與水反應(yīng)：H2O+CO2＝H2CO3；H2CO3＝H2O+CO2↑

根據(jù)教材實驗的設(shè)計：（Ⅰ）向干燥的紫色石蕊小花（紙花）噴稀醋酸；（Ⅱ）向干燥的紫色石蕊小花噴水；（Ⅲ）直接把干燥的紫色石蕊小花放入干燥的二氧化碳中；（Ⅳ）將干燥的紫色石蕊小花噴水后放入二氧化碳中；（Ⅴ）將（Ⅳ）中小花取出后小心加熱。通過觀察實驗現(xiàn)象，可以得出以下結(jié)論：

（1）石蕊是一種酸堿指示劑，遇酸變成紅色。

（2）水不能使紫色石蕊變成紅色，干燥的二氧化碳也不能使紫色石蕊變成紅色。

（3）二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊變成紅色。

（4）碳酸不穩(wěn)定，容易分解成二氧化碳和水。

2．二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)

（1）一般情況下，二氧化碳不能燃燒，也不支持燃燒，不供給呼吸。

（2）二氧化碳跟水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液變紅色。

CO2+H2O＝H2CO3（紫變紅）

碳酸不穩(wěn)定，很容易分解成水和二氧化碳，所以紅色又變成紫色，

H2CO3＝H2O+CO2↑（紅變紫）

（3）二氧化碳跟石灰水反應(yīng)：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O（澄清石灰水變渾濁）

3．二氧化碳的用途：

二氧化碳不支持燃燒，不能燃燒，且比空氣重，將二氧化碳覆蓋在燃著的物體表面，可使物體跟空氣隔絕而停止燃燒，因此二氧化碳可用于滅火，是常用的滅火劑。

在食品工業(yè)上，生產(chǎn)碳酸飲料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。

固態(tài)的二氧化碳即“干冰”，主要用作致冷劑，或用飛機在高空噴撒“干冰”，可以使空氣中水蒸氣冷凝，形成人工降雨。

用于貯藏糧食、水果、蔬菜。用二氧化碳貯藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用，可有效地防止食品中細(xì)菌、霉菌、蟲子生長，避免變質(zhì)和有害健康的過氧化物產(chǎn)生，并能保鮮和維持食品原有的風(fēng)味和營養(yǎng)成分。二氧化碳不會造成谷物中藥物殘留和大氣污染。用二氧化碳通入大米倉庫24h，能使99%的蟲子死亡。

二氧化碳用于工業(yè)制純堿和尿素，促進(jìn)植物的光合作用，用作氣體肥料等。

4．溫室效應(yīng)

大氣中的二氧化碳?xì)怏w能像溫室的玻璃或塑料薄膜那樣，使地面吸收的太陽光的熱量不易散失，從而使全球變暖，這種現(xiàn)象叫溫室效應(yīng)。

溫室效應(yīng)的危害性后果是：

①冰川融化和海平面上升。事實上，冰川融化已經(jīng)開始，發(fā)展下去，海面將升高，一些沿海城市將被海水淹沒；

②頻繁、嚴(yán)重的旱災(zāi)；

③更多更厲害的沙塵暴；

④更頻繁更厲害的颶風(fēng)；

⑤更頻繁更嚴(yán)重的森林火災(zāi)；

⑥野生動物瀕臨滅絕。

能產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體不只是二氧化碳，還有甲烷、氟里昂等氣體。

二、二氧化碳的制取

1．實驗室制取二氧化碳的反應(yīng)原理

實驗室常用大理石或石灰石與稀鹽酸反應(yīng)制?。?/p>

CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑

注意：

（1）石灰石跟稀硫酸反應(yīng)，開始有氣體產(chǎn)生，過一會兒氣泡逐漸減少，以至反應(yīng)停止。

（2）碳酸鈉跟稀鹽酸反應(yīng)十分劇烈，迅速產(chǎn)生大量氣體。石灰石跟稀鹽酸反應(yīng)比碳酸鈉緩和，也能生成大量氣體。

（3）用硫酸代替鹽酸跟石灰石反應(yīng)，雖能產(chǎn)生二氧化碳，但是生成的硫酸鈣微溶于水。它會覆蓋在塊狀石灰石表面，阻止碳酸鈣跟硫酸接觸。而碳酸鈉跟鹽酸反應(yīng)速率太快，生成的二氧化碳不容易收集。因此，實驗室里通常是用石灰石跟稀鹽酸反應(yīng)來制取二氧化碳的。

2．實驗室制取二氧化碳的裝置

（1）實驗室制取氣體的裝置是根據(jù)所需藥品的狀態(tài)，反應(yīng)條件來確定的。制取二氧化碳的反應(yīng)物石灰石（或大理石）是塊狀固體，鹽酸是液體，反應(yīng)是在常溫下進(jìn)行的，不需要加熱。反應(yīng)前可以將固體置于錐形瓶中，液體在制取時從長頸漏斗中注入，液體與固體接觸時生成的氣體經(jīng)導(dǎo)氣管導(dǎo)入集氣瓶中。裝置，可以用于過氧化氫溶液和二氧化錳制氧氣、稀硫酸和鋅粒制氫氣以及用于稀鹽酸和石灰石制二氧化碳，根據(jù)所用收集裝置D確定只能用于收集密度大于空氣的氣體二氧化碳或氧氣。（3）為保證能夠順利收集氣體，實驗前必須檢查裝置氣密性。高錳酸鉀制取氧氣的操作順序可以概括為七個字“查、裝、定、點、收、離、熄”，對應(yīng)選項為fdbeca。（4）氯化銨和氫氧化鈣都是固體，反應(yīng)還需加熱，因此選擇B裝置作為氣體的發(fā)生裝置；因為氨氣易溶于水，所以不能用排水法收集，又因為氨氣密度比空氣小，所以應(yīng)該選擇向下排空氣法收集，即選E裝置。

本題答案：

（1）酒精燈

（2）

①二氧化碳（或氧氣）

②CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（或2H2O22H2O+O2↑）。

（3）①檢查裝置的氣密性，②fdbeca。

（4）BE。

2．化學(xué)興趣小組的同學(xué)們在實驗室發(fā)現(xiàn)一些黑色粉末，是做“碳還原氧化銅”的實驗時剩余的藥品，于是對其成分進(jìn)行探究。

【猜想與實驗設(shè)計】小紅猜測：黑色粉末是CuO。她設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置。

【實驗步驟】取適量該粉末放入玻璃管中，打開K通入CO，排盡空氣后加熱。

【實驗現(xiàn)象】現(xiàn)象A裝置黑色粉末逐漸變成紅色B裝置澄清石灰水變渾濁【實驗結(jié)論】該黑色粉末是CuO。B裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

【評價與反思】

（1）小蕓認(rèn)為該實驗裝置存在安全隱患，需要改進(jìn)的是_______________________；小蕓還認(rèn)為小紅的實驗結(jié)論是有欠缺的，她認(rèn)為該黑色粉末的成分是_____________________，理由是_______________。

（2）小紅經(jīng)過反思，改進(jìn)了實驗并確認(rèn)了黑色粉末的成分。請?zhí)顚懴卤?。實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論

【分析】本題的考查側(cè)重于實驗方案的評價和反思。

首先是對裝置的安全進(jìn)行評價：因為實驗使用了有毒氣體一氧化碳，因此必須考慮殘余一氧化碳的處理，所以應(yīng)該增加尾氣處理裝置，如可以在尾氣出口增加一個燃著的酒精燈。

其次是對實驗結(jié)論的評價與反思：小紅所檢驗的黑色固體來自于“碳還原氧化銅”，因此黑色粉末還有可能是碳。小紅的實驗“黑色粉末變紅”可以證明所檢驗的黑色固體中確實有氧化銅，但是并不能確定有碳。解決方案：1.可以直接加熱黑色粉末，將產(chǎn)生的氣體通過澄清石灰水檢驗，如果還能產(chǎn)生二氧化碳就說明黑色粉末中存在碳。2.還可以進(jìn)行定量實驗，可以先稱量黑色粉末的質(zhì)量，然后將黑色粉末在空氣中灼燒，因為如果黑色粉末中有碳就會和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，而氧化銅質(zhì)量不會改變，如果粉末質(zhì)量減輕就可以判斷黑色粉末中有碳，若質(zhì)量不變則黑色粉末是氧化銅。

本題答案：

【實驗結(jié)論】Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O

（1）增加尾氣處理裝置一定含氧化銅，也可能是混有炭粉的氧化銅含有炭粉的氧化銅也能出現(xiàn)同樣的實驗現(xiàn)象

（2）實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論①