Question

【题目】因二氧化碳能溶于水，并能与水反应生成碳酸，所以二氧化碳一般不用排水法收集。

二氧化碳气体究竟能否用排水法收集呢？某化学兴趣小组利用如图1所示的两套装置进行了深入地探究。

请写出石灰石与稀盐酸反应的化学方程式：______。

（定性实验）实验后，装置Ⅱ水槽中的液体应该呈酸性，向此液体中滴加紫色石蕊试液溶液颜色会变为______。但是取几次实验后的液体样品，滴加紫色石蕊试液，均无明显变色现象。对此你认为可能的原因是______。

（定量实验）采用数字化实验测定排水法和向上排空气法收集的二氧化碳纯净度的差异。因实验设备有限，本实验通过氧气传感器测出收集气体中残留的氧气（来自于空气），推算出空气的含量，再求出CO2的含量。请填写下列表格中相应的空白（精确到1%即可）：

	测得氧气含量	推算出CO2含量	结论
排空气法	6.6%	69%	排水法收集到的二氧化碳更纯净
排水法	4.2%	______

通过实验可知，若对CO2纯度要求较高，应该使用排水法收集二氧化碳。

（实验反思）利用装置I和装置Ⅱ收集到的二氧化碳都会混有少量空气，原因是______。

（交流讨论）证明排水法比排空气法所收集的二氧化碳气体纯度更高，还有什么方法？向两集气瓶中分别加入相同体积、相同浓度的澄清石灰水振荡，观察______。

（拓展应用）利用传感器对二氧化碳性质再探究。

步骤1：如图2所示装置的气密性良好，三瓶250mL的烧瓶内收集满CO2气体，三个注射器内各装有等体积的液体（分别是水、饱和石灰水、氢氧化钠浓溶液）。连接好装置和压强传感器。氟化钠和牙齿长得碳酸钙反应生成氟化钙保护层，使牙齿和酸性物质接触面积小，反应的碳酸钙少

步骤2：三位同学同时迅速将注射器内等体积的液体（水、饱和石灰水、氢氧化钠浓溶液）注入各自烧瓶中，关闭活塞。

步骤3：一段时间后，同时振荡烧瓶。观察传感器定量实时地传回烧瓶内气压变化形成的图象情况如图3所示。

（查阅资料）氢氧化钙微溶于水氢氧化钠易溶于水均可与二氧化碳发生反应。

（1）导致曲线AB段气压增大的主要原因是：注射器中液体加入烧瓶中时速度太快，而反应程度较小，导致压强______。

（2）图中曲线1中______段气压的变化是由于充分振荡烧瓶导致的。

（3）利用现有的装置，在不使用其他试剂的情况下，请你写出除振荡烧瓶外继续降低E点的操作方法______（或抽气等）。

（4）曲线2与曲线3差异较大的原因是饱和石灰水浓度太低（氢氧化钙微溶于水）影响了______。

Answer 1

【答案】CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 红色 二氧化碳在水中溶解度较小 80% 锥形瓶中的空气随二氧化碳气体进入集气瓶 向两集气瓶中分别加入相同体积、相同浓度的澄清石灰水振荡，观察变浑浊的程度 突然增大 CD 使烧瓶内物质冷却 二氧化碳的吸收

【解析】

石灰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；反应的化学方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；

[定性实验]酸性溶液能使紫色的石蕊试液变红色；而取几次实验后的液体样品，滴加紫色石蕊试液，均无明显变色现象，这可能是由于二氧化碳在水中溶解度较小造成的；

[定量实验]设总体积是100mL，氧气含有4.2%，所以氧气是4.2mL，则空气体积是：4.2mL÷21%=20mL，所以空气的体积分数是20%，则二氧化碳是80%；

[实验反思]利用装置I和装置II收集到的二氧化碳都会混有少量空气，原因是装置本身含有空气；

[交流讨论]证明排水法比排空气法所收集的二氧化碳气体纯度更高，可以选择如下方法向两集气瓶中分别加入相同体积、相同浓度的澄清石灰水振荡，观察变浑浊的程度；

[拓展应用]（1）注射器中液体加入烧瓶中时速度太快，而反应程度较小，导致压强突然增大，所以曲线AB段气压增大；

（2）振荡烧瓶会加快二氧化碳的溶解，所以图中曲线1中CD段气压的变化是由于充分振荡烧瓶导致的；

（3）使烧瓶内物质冷却，温度降低压强也会减小或抽气也会造成压强减小；

（4）曲线3表示了装置内的气压减小最大，所以是二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应，生成了碳酸钠和水；曲线2与曲线3差异较大的原因是氢氧化钙微溶于水，饱和氢氧化钙溶液中含有氢氧化钙的量很少，影响了二氧化碳的吸收。