Question

某班级同学对二氧化碳的实验室制取与性质若干问题进行如下探究：
[实验一]：实验室制取二氧化碳的原料的选择，实验内容和现象记录如下

实验 操作
现象	剧烈反应，产生大量气泡，反应迅速停止	产生气泡，速率迅速减慢，反应几乎停止．	产生气泡，反应持续时间较长
分析	反应速率过快，气体不便收集	无法持续产生CO2	反应速率适中，可持续产生CO2，便于收集
结论	实验室制取二氧化碳的原料是 块状大理石和稀盐酸 ．

[实验二]：选择与设计实验发生装置
（3）写出标号仪器名称：①

试管

 ②

锥形瓶

（4）实验室制取二氧化碳的反应文字表达式为

碳酸钙+盐酸→氯化钙+水+二氧化碳

；
（5）不能用于制取二氧化碳的装置为

A

（填字母序号）；
（6）固体反应物放在

多孔隔板上

（填“多孔隔板上”或“大试管底部”）．
（7）装置C相对于装置B，在操作方面的主要优势为：

①

①使反应随时发生或停止   ②可控制反应的速率    ③可以生成更多的CO₂
（8）某学生在上述装置的基础上进行改进，又设计了下图所示的四套装置来制取CO₂，其中在制取时不能使反应随时发生或停止的装置为

B

．

[实验三]：设计收集装置，探究收集方法
（9）排空气收集时，集气瓶中导管应处的位置是

a

（填“a”或“b”）；能够检验二氧化碳是否收集满的操作方法是

Ⅱ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．

（10）用排水法收集气体之前，先要在集气瓶中装满

水

（物质），再将气体由导气管

h

（填“g”或“h”）通入．
（11）排水法收集与排空气法收集CO₂的比较（分别用体积相同的2个集气瓶收集）
资料：过量的二氧化碳使石灰水变浑浊后，还可以再反应得到澄清溶液．

比较项目	排水集气法	向上排空气集气法
收集方法可行性分析	CO2生成和从水中逸出速率远大于其溶解速率和与水反应速率	CO2密度比空气大，且 不与空气反应 ．
收集过程分析	集满现象： 集气瓶口有气泡冒出	“验满”分析：即便燃着木条熄灭，也难以确定空气完全排尽
向收集到的CO2中倒入等体积石灰水，振荡	先浑浊后变澄清所需时间较短	先浑浊后变澄清所需时间较长
由此得出结论	① 能 （填“能”或“不能”）用排水法收集CO2 ②用排水法收集的CO2纯度 高 （填“高”或“低”）

[拓展研究]：由于化学反应前后元素的种类与质量守恒．
（12）请计算，欲制取3.3g二氧化碳气体，至少需使用纯度（碳酸钙与石灰石的质量比）为75%的石灰石（杂质不能反应生成二氧化碳）多少克？（请写出计算过程）

Answer 1

分析：[实验一]：由题目给出的信息可知：实验三产生气泡，反应持续时间较长，因此速率适中（持续产生二氧化碳），便于收集气体，适合于二氧化碳的实验室制法；
[实验二]：（3）依据常用仪器回答；
（4）依据实验室制取二氧化碳的反应原理书写表达式；
（5）实验室制取二氧化碳常温即可进行，不需加热，据此回答；
（6）依据制取二氧化碳的药品的状态及装置特点分析回答；
（7）依据装置特点分析其优点；
（8）依据装置特点分析能否控制反应的发生和停止；
[实验三]：（9）排空气收集时，集气瓶中导管应接近集气瓶底部，便于排尽空气；验满气体时木条要放于瓶口；
（10）用排水法收集气体之前，先要在集气瓶中装满水，再将气体通过短管通入；
（11）从选择气体收集方法的依据和收集气体时的操作注意事项进行分析；
（12）根据二氧化碳的质量结合制取二氧化碳的方程式，及化学方程式计算的步骤：一设、二写、三找、四列、五答、六查进行解答；注意事项有：设未知数不带单位，计算过程中要带单位，结果要带单位．

解答：解：
[实验一]：由现象：产生气泡，反应持续时间较长可知，本实验速率适中（持续产生二氧化碳），便于收集气体，适合于二氧化碳的实验室制法；
故答案为：
反应速率适中，可持续产生CO₂，便于收集；块状大理石和稀盐酸；
[实验二]：（3）标号仪器是试管和锥形瓶；
故答案为：试管；锥形瓶；
（4）大理石和稀盐酸在常温下反应生成氯化钙、水和二氧化碳，反应的文字表达式是碳酸钙+盐酸→氯化钙+水+二氧化碳；
故答案为：碳酸钙+盐酸→氯化钙+水+二氧化碳；
：就能进行，故答案为：常温、固液反应；
（4）导管要伸到集气瓶的底部，故答案为：a
（5）实验室制取二氧化碳常温即可进行，不需加热，故A不能用于制取二氧化碳；
故选A；
（6）制取二氧化碳用大理石和稀盐酸，固体反应物放在隔板上，便于和盐酸分离，放在试管底部无法控制反应的发生和停止；
故答案为：多孔隔板上；
（7）装置C相对于B来说，打开夹子固液接触生成气体，夹上夹子，试管内气压增大，将液体压入长颈漏斗，固液分离，反应停止，故可使反应随时发生和停止，但无法控制反应速率；药品的量固定，则生成的二氧化碳的量也无法改变，生成二氧化碳的质量与装置没有关系；
故选①；
（8）A、试管底部有缺口，只要放入烧杯中，稀盐酸可以随时进入试管产生气体，不用时可以随时移出试管，故可以控制反应的进行；
B、虽然有带孔的塑料片，但是稀盐酸总是浸没大理石，所有无法控制反应的进行；
C、石灰石在有孔塑料片上，用气体时，打开开关，U型管的右边压强减小，稀盐酸就会浸没石灰石产生气体，不用时关闭开关，压强增大盐酸又被压到塑料片以下，控制了反应的进行；
D、原理同A，可以上下移动铜丝，就移动了有孔的塑料瓶，因此可以控制反应的进行；
故选B；
[实验三]：（9）排空气收集时，集气瓶中导管应接近集气瓶底部，便于排尽空气；检验二氧化碳是否收集满木条要放于瓶口；
故答案为：a；Ⅱ；
（10）用排水法收集气体之前，先要在集气瓶中装满水，再将气体通过短管通入，随着瓶内气压增大，将水挤压到集气瓶底部并排出；
故答案为：水；h；
（11）用排水法收集与排空气法收集CO₂进行比较（分别用体积相同的2个集气瓶收集）：能用向上排空气法收集的气体必须满足密度比空气大，不与空气发生反应等条件；用排水法收集气体时，当看到集气瓶口有气泡冒出，说明集气瓶中的水已排完，气体已收集满；通过实验分析可知，二氧化碳可用排水法或向上排空气法收集，用排水法收集二氧化碳时能看到什么时候收集满，而用向上排空气法则不能，木条熄灭瓶内也可能仍混有空气，因而用排水法收集到的二氧化碳比较纯净；
故答案为：

		不与空气发生反应
	集气瓶口有气泡冒出
	①能；②高

（12）设制取3.3g二氧化碳气体，至少需使用纯度为75%的石灰石质量为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二氧化碳气体，至少需使用纯度为75%的石灰石10g．

点评：本题是一道综合考查二氧化碳的制取、性质、收集及相关计算的题目，阅读量大，涉及面广，能很好的考查学生应用知识分析、解决问题的能力，解答时要根据实验目的结合所学知识细心分析．