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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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【原创】我的第二课堂·课题6.2 二氧化碳制取的研究  

2010-12-03 20:19:48|  分类: 我的第二课堂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【原创】我的第二课堂·课题6.2 二氧化碳制取的研究 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

第六单元 课题2  二氧化碳制取的研究

 

知识点:

1.掌握实验室制取二氧化碳的原理。

2.掌握实验室气体发生装置和收集装置确定的原理。

3.掌握实验室制二氧化碳的实验装置和操作。

4.能独立完成制取二氧化碳的实验。

 

课文详解:

一、实验室制取二氧化碳的原理。

 

1.反应的选择

实验室制取气体的影响因素很多,但首先需要考虑的是反应的速率。太快不易控制,时间无法保证。除此,还要考虑实验装置是否简单,操作是否简捷,收集到的气体是否纯净,反应是否安全,对环境是否友好,原料来源是否方便……

生成二氧化碳的反应很多。以下列举几例:

石灰石(或大理石)和稀盐酸;

石灰石(或大理石)和稀硫酸;

石灰石(或大理石)和浓盐酸;

纯碱(Na2CO3)和稀盐酸(或稀硫酸);

纯碱(Na2CO3)和醋酸(食醋的主要成分);

蛋壳和稀盐酸;

陈旧的水泥块和稀盐酸(或稀硫酸);

木炭的燃烧;

木炭还原氧化铜;

……

我们可以通过实验对以上反应进行验证,验证的结果如下:

石灰石(或大理石)和稀盐酸反应,产生大量气体,速率平稳,易于控制;结论:可以用于实验室制取二氧化碳。

石灰石(或大理石)和稀硫酸反应,开始有气体产生,但一会儿后反应就停止了;(原因:生成了不易溶于水的硫酸钙CaSO4覆盖在碳酸钙的表面,阻止了反应的进一步发生。)结论:不合适用于实验室制取二氧化碳。

石灰石(或大理石)和浓盐酸反应,气体发生的速率太快,不易控制;嗅一下收集到的气体,还有一股刺激生气味,说明收集到的气体不仅有二氧化碳,还有浓盐酸中挥发出来的氯化氢气体,从而导致收集到的二氧化碳气体不纯。结论:不适用于实验室制取二氧化碳。

纯碱(Na2CO3)和稀盐酸(或稀硫酸)反应,反应太快,很短的时间就反应完毕,产生大量气泡,甚至能冲出反应容器;结论:不适合用于实验室制取二氧化碳。

纯碱(Na2CO3)和醋酸(食醋的主要成分)反应,产生少量气泡,反应速率太慢;结论:不适合用于实验室制取二氧化碳。

蛋壳和稀盐酸反应,产生大量气体,速率平稳;同时有产生很多黑色泡沫;这是由于蛋壳中除含有碳酸钙外,还含有一定量的蛋白质等有机物,反应时产生大量悬浮性物质形成泡沫,同时产生硫化氢等少量有害气体。结论:不适合用于实验室制取二氧化碳。

陈旧的水泥块和稀盐酸反应,产生大量气体,速率平稳,同时产生大量黑色泡沫,气体略带刺激性气味;陈旧的水泥块的主要成分是碳酸钙,但还含量其他物质,这些物质与酸反应时易产生泡沫,同时生成一些有害气体。结论,也不适合用于实验室制取二氧化碳。

木炭燃烧,能产生二氧化碳,但不便收集;结论:不适合用于实验室制取二氧化碳。

木炭还原氧化铜,能产生二氧化碳,但速率太慢,几乎收集不到二氧化碳。结论:不适合用于实验室制取二氧化碳。

2.反应原理

石灰石(或大理石,主要成分都是碳酸钙)与稀盐酸反应,首先生成氯化钙和碳酸。

CaCO32HCl === CaCl2H2CO3

碳酸很不稳定,立即分解成二氧化碳和水。

H2CO3 === H2OCO2

将两个化学方程式合并,得如下总的化学方程式:

CaCO3 === CaCl2H2OCO2

注意:化学方程式相加是有很严格的条件的,在我们不了解可否相加的情况下,不要随意将两个化学方程式相加。

【延伸】石灰石(或大理石)与稀硫酸反应很快停止,是因为碳酸钙与硫酸反应,生成了不易溶于水的硫酸钙,覆盖在石灰石(或大理石)的表面,将反应物隔离,使反应自动终止。

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CaCO3H2SO4 === CaSO4↓+H2OCO2

    纯碱与酸酸(CH3COOH)也可以反应,只是反应速率太慢,不合适用于实验室制取二氧化碳,但可以用于家庭小实验。如图1,在口杯中铺一层纯碱粉末,倒入适量食醋。有气泡放出,蜡烛一会儿后熄灭。该实验证明,纯碱与醋酸可以反应,生成二氧化碳。

Na2CO32CH3COOH === 2CH3COONaH2OCO2

 

二、实验室制取气体装置的确定

 

1.复习氧气制取装置 

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        用高锰酸钾制取氧气时,由于高锰酸钾是固体,且反应需要加热,就必须用试管和酒精灯,且试管口稍向下倾斜;而用过氧化氢制取氧气时,反应开始时加入的物质是过氧化氢和二氧化锰,是固体和液体,反应不需要加热,故不需要使用酒精灯,且反应容器可以用其他仪器替代。

由于氧气不易溶于水,且与水不发生化学反应,可以用排水法收集;因为氧气密度比空气大,还可以用向上排空气法收集。

2.实验室制取气体装置的确定

影响气体制取装置的因素有很多。对于发生装置而言,一般有反应物状态(固态、液态或气态)和反应条件(是否加热、是否加催化剂等)。

收集装置是由所制得气体的物理性质(主要是密度与溶解性)决定的。不易溶于水,且不与水反应的气体,可用排水集气法收集;密度比空气大(其相对分子质量大于29),且不与空气成分反应的气体,可用向上排空气法收集;密度小于空气(其相对分子质量小于29),且不与空气成分反应的气体,可用向下排空气法收集。

3.实验室制二氧化碳装置的选择

实验室用石灰石(或大理石)和稀盐酸反应制二氧化碳,反应物是固体与液体,可用类似于过氧化氢制取氧气的发生装置;二氧化碳密度比空气大,可用向上排空气法收集;二氧化碳能溶于水,不宜用排水法收集。

探究实验提供了如下实验仪器:

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                                  图2

用图2中的仪器可组装出多种制取二氧化碳的装置。首先我们要考虑到,制取二氧化碳时使用的反应器是不需要加热的,故可用多种仪器替代,大试管、平底烧瓶、锥形瓶,甚至饮料瓶、牛奶瓶等日常生活中的容器,只要能塞上塞子导出气体即可。为了不使反应过早发生,可以用长颈漏斗添加稀盐酸。当然,不用长颈漏斗反应也可以进行的。平时,我们还可以用注射器代替长颈漏斗。

二氧化碳的收集装置只有一种:向上排空气法收集。

下图是参考的制取装置,同学们还可以开动脑筋,发挥想象,组装出更多的二氧化碳制取装置。

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3

三、实验室制取二氧化碳

实验室制取二氧化碳一般使用图4所示的装置;

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                 图4                                      5

用该装置需要注意的是:

为了防止产生的二氧化碳气体从长颈漏斗中散逸到空气中,长颈漏斗必须液封(下端插入液面以下);

检查装置的气密性的方法可以不同,一般采用的方法是,先在锥形瓶中加入适量的水,将长颈漏斗液封,再用弹簧夹夹住橡胶管,向长颈漏斗中注入水,水面不下降,则装置气密性完好。

用该装置制取二氧化碳时,先在锥形瓶中加入石灰石(或大理石),装置好装置,再从长颈漏斗中添加稀盐酸。

还可以用图5所示的简易装置来制取二氧化碳。使用该装置的操作步骤是(如图6):

 【原创】我的第二课堂·课题6.2 二氧化碳制取的研究 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 6

检查装置的气密性:将导气管伸入盛有水的烧杯(或水槽)中,手握试管(如果气温较高,如春夏秋季,最好双手握住试管),观察到导管末端有气泡放出,则证明装置气密性完好。

先在试管中添加几块石灰石(或大理石,用镊子),再倒入适量的稀盐酸,立即塞上塞子。

用向上排空气法收集二氧化碳气体。

验满:用燃着的木条,放在集气瓶口部位,若木条熄灭,则证明二氧化碳已经收集满。

 

【课后习题指导】

1.实验室里制取二氧化碳的反应原理是 CaCO3+2HCl === CaCl2H2OCO2(用化学方程式表示);收集二氧化碳的方法 向上排空气法 ,因为 二氧化碳密度比空气大,能溶于水 ;检验二氧化碳的方法是将气体通入澄清石灰水中,观察石灰水是否浑浊

【原创】我的第二课堂·课题6.2 二氧化碳制取的研究 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

2.右边实验室制取二氧化碳的装置图有哪些错误?为什么?

【答】图中存在以下错误:

长颈漏斗没有液封;

伸入锥形瓶内的导气管太长,有碍二氧化碳的导出;

收集方法错误,应该用向上排空气法收集,瓶口向上正立在实验台上。

正确的装置图,参见本文图4

3.写出下列物质间转化的化学方程式。其中,哪些属于化合反应?哪些属于分解反应?

CO2 【原创】我的第二课堂·课题6.2 二氧化碳制取的研究 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂CO2­

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CaCO32HCl === CaCl2H2OCO2

H2CO3 === H2OCO2

2CO2 【原创】我的第二课堂·课题6.2 二氧化碳制取的研究 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂­­2CO

4.足量的稀盐酸与250 g碳酸钙反应,生成二氧化碳的质量是多少?

解:设生成二氧化碳的质量为x

        CaCO32HCl === CaCl2H2OCO2

          100                         44

           250 g                       x

        10044250 gx

        解得:x110 g

答:可制得二氧化碳110 g

 

 

 

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