第六单元 碳和碳的氧化物 课题2 二氧化碳制取的研究（讲学）
课标定位
1、了解实验室中制取二氧化碳的反应原理
2、探究实验室中制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳 3、了解实验室中制取气体的思路和方法
知识梳理
核心知识归纳 1.实验室制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分。确定气体发生装置时应考虑的因素有反应物的状态和反应条件;确定气体收集装置时应考虑的因素是气体的性质,包括气体的密度和溶解性。 2.密度比空气大的气体可用向上排空气法收集,密度比空气小的气体可用向下排空气法收集,不易溶于水且不与水发生反应的气体可用排水法收集。 3.实验室制取二氧化碳常用大理石(或石灰石)与稀盐酸,反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。 4.二氧化碳的检验方法为向集气瓶中倒入澄清石灰水,振荡,看石灰水是否变浑浊;验满方法为将燃着的木条放在集气瓶口处,如果木条熄灭,证明已满。
知识点一、制取二氧化碳 知识在线 1.实验药品:大理石(或石灰石)和稀盐酸。
2.实验仪器和其他用品:锥形瓶(或试管、广口瓶等)、双孔橡皮塞(或单孔橡皮塞)、导管、长颈漏斗(或分液漏斗)、集气瓶、玻璃片、火柴、澄清石灰水。
3.实验原理:CaCO3+2HCl4.实验装置(如图所示)。
CaCl2+H2O+CO2↑。
5.实验步骤:①组装仪器装置(如图所示);②检验装置的气密性;③向锥形瓶中加入石灰石,然后堵上橡皮塞;④从长颈漏斗倒入适量的稀盐酸;⑤收集二氧化碳;⑥验满二氧化碳。
6.收集方法: 向上排空气法(二氧化碳密度比空气大,且能溶于水)。 7.检验方法:倒入澄清石灰水,振荡,看石灰水是否变浑浊。
8.验满方法:将燃着的木条放在集气瓶口处,如果木条熄灭,证明已满。 9.放置方法:盖上玻璃片,然后瓶口向上正放在桌面上。
易错警示
(1)不能用稀硫酸,因为稀硫酸与石灰石反应会生成微溶于水的硫酸钙,覆盖在大理石表面,阻碍反应继续进行。
(2)不能用浓盐酸,因为浓盐酸具有强烈挥发性,会挥发出大量的氯化氢气体,使制得的二氧化碳气体不纯净。
(3)不能用碳酸钠粉末或纯的碳酸钙粉末,它们与酸反应太剧烈不利于气体收集。
归纳拓展
(1) 实验室制取二氧化碳气体的发生装置基本有以下几种(如图所示):
A装置:最简易的装置,伸入试管内的导管稍露出橡皮塞。伸入集气瓶内的导管要接近瓶底。 B装置:为随时向反应装置内加注液体,常加装长颈漏斗,但长颈漏斗下端管口必须伸入液面以下,导气管刚露出橡皮塞。
C装置:分液漏斗可通过调节活塞控制液体的滴加速度,来调节反应速率的快慢。 D装置:启普发生器。
反应容器也可由以下仪器来代替(如下图):
(2)氧气和二氧化碳实验室制法的比较(如下表): 2KClO32KMnO4气体发生装置 收集方法 检验方法 入集气瓶内,木条复燃 将带火星的木条靠近 验满方法 集气瓶口,木条复燃 气瓶口,木条熄灭 荡,石灰水变浑浊 将燃着的木条靠近集 排水法或向上排空气法 将带火星的木条伸 向上排空气法 通入澄清石灰水,振 氧 气 2KCl+3O2↑ K2MnO4+MnO2+O2↑ 二氧化碳 反应原理 CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ 考题再现 【考题示例】
如图中的A~F是实验室制备某些常见气体的装置示意图。 (1)实验室制备CO2的化学方程式为 。可用的发生装置有 (填字母)。 (2)装置E或F相对于装置C在操作方面的优势为 。 (3)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): 比较项目 收集方法可行性分析 其溶解和与水反应的速率 集满现收集过程分析 象: 条移近容器口火焰熄灭,也难以满与否较难确定。即便用燃着木且 “验满”分析:因气体无色,故集排水法 CO2气体生成和从水面逸出的速率远大于向上排空气法 CO2密度比空气大,证明空气完全排尽 向收集到CO2的集气瓶内倒入等体积适量澄清石灰水,并振荡 由上述实验可得结论 【答案】(1)CaCO3+2HCl
① ;② CaCl2+H2O+CO2↑;B、C、D、E、F 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 (2)便于控制反应的发生或停止
(3)不与空气成分反应;集气瓶内液面下降至瓶口,且有气泡从瓶口逸出;①排水法集满二氧化碳现象明显或操作方便;②排水法收集到的二氧化碳气体浓度较大或纯度较高
【解析】(1)实验室是利用大理石或石灰石跟稀盐酸反应来制取二氧化碳的,根据反应物为CaCO3 和HCl,生成物为CaCl2、H2O、CO2可写出化学方程式;然后根据反应物的状态和反应条件确定发生装置可为B、C、D、E、F。(2)装置E或F可以随时控制反应的发生或停止。(3)由于二氧化碳的密度比空气大,且不与空气成分反应可用向上排空气法收集;根据集气瓶中液面的下降情况及是否有气泡冒出确定是否已收集满二氧化碳,利用排水法收集二氧化碳操作简便,便于观察是否收集满了,同时收集的二氧化碳纯度较高。
知识点二、实验室制取气体的装置的确定 知识在线 实验室中制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分。 1.气体发生装置的选择
(1)固体加热制取气体时可选用下图所示装置,如:加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气、加热高锰酸钾制取氧气等。
(2)固体和液体反应且不需加热制取气体时可选用下图所示装置,如:过氧化氢与二氧化锰制取氧气、石灰石(或大理石)与稀盐酸反应制取二氧化碳等。
2.气体收集装置的选择
(1)排水集气法:收集难溶或微溶于水,且不跟水发生反应的气体,如氢气、氧气、一氧化碳、甲烷等,见图中的a。
(2)向上排空气法:用于收集密度比空气大且不跟空气成分反应的气体,如二氧化碳、氧气等,见图中的b。
(3)向下排空气法:用于收集密度比空气小且不跟空气成分反应的气体,如氢气、甲烷等,见图中的c。
拓展延伸
气体的实验室制取方法和思路为:首先要研究合适的反应物和反应条件(如加热、常温、加催化剂等),还要选择合适的实验装置,并需验证所制得的气体。
考题再现 【考题示例】
下图是实验室常用的仪器。
(1)图甲中仪器A的名称为 。
(2)实验室制取二氧化碳需要选择下列药品中的 (填字母)。 A.大理石 B.纯碱 C.稀盐酸 D.稀硫酸
(3)组装二氧化碳的发生和收集装置时,除选择仪器A和B外,还要从图甲中选择的仪器有 (填字母)。
(4)上述装置还可用于制某气体,制取该气体的化学方程式为 ;若要制取干燥气体,发生装置应与图乙装置中的 (填“a”或“b”)连接。 【答案】(1)锥形瓶 (2)A、C (3)C、D、G (4)2H2O2
2H2O+O2↑;a
【解析】实验室制取二氧化碳应选择大理石(或石灰石)和稀盐酸,不能选择纯碱,因为纯碱为粉末状固体,和稀盐酸反应速率快,不易控制;不能选择稀硫酸,因为稀硫酸与大理石(或石灰石)反应生成微溶物CaSO4,覆盖
在固体表面,阻止反应的进一步进行;也不能选择浓盐酸,因为浓盐酸易挥发产生HCl气体,使制得的CO2气体不纯。由于CO2能溶于水,故收集CO2气体时应采用向上排空气法,故导管应选择G而不是F,还应选择C、D。发生装置的特点是固体+液体不加热制气体,收集装置的特点是用向上排空气法收集气体,故还可用于实验室用二氧化锰催化过氧化氢溶液分解制氧气,化学方程式为2H2O2管出”。
2H2O+O2↑,干燥气体时应“长管进,短
走近中考
1、【2018年山东省泰安市中考化学试题】实验室制取气体选择收集方法时，下列气体性质不需考虑的是( )
A．密度 B．可燃性 C．溶解性 D．能否与水反应 【答案】B
【解析】A、实验室制取气体选择收集方法时，需要考虑气体的密度，收集气体的密度大于空气密度时，可用向上排空气法；收集气体的密度小于空气的密度时，可向下排空气法，不符合题意；B、实验室制取气体选择收集方法时，不需考虑气体的可燃性，符合题意；C、实验室制取气体选择收集方法时，需要考虑气体的溶解性，难溶于水或不易溶于水的气体，可用排水法收集，不符合题意；D、实验室制取气体选择收集方法时，需要考虑气体能否与水反应，与水反应的气体不能用排水法收集，不符合题意。故选B。 2、【2018年江西省中考化学试题】利用下列装置进行实验室气体制取，有关说法正确的是( )
A．装置A可用于加热固体制气体 B．B．装置B可随时控制反应的发生与停止 C．装置C只能用于收集密度比空气小的气体
D．装置D用于排空气法收集氢气时，气体进入的导气管口是______ 【答案】 A b
【解析】A、装置A可用于加热固体制气体正确，正确；B、装置B不能控制反应的发生与停止，也不可以控制反应的速率，只能随时向反应容器中添加试剂，错误；C、装置C只能用于收集难溶于水或不易溶于水的气体，错误。故选A。D、装置D用于排空气法收集氢气时，气体进入的导气管口是b，因为氢气的密度比空气小。
跟踪短训
1．实验室制取二氧化碳气体应选用的仪器是( )。
A．长颈漏斗、集气瓶、水槽、导气管 B．集气瓶、试管、水槽、导气管
C．酒精灯、广口瓶、集气瓶、长颈漏斗 D．广口瓶、集气瓶、长颈漏斗、带导管的橡皮塞 【答案】D
【解析】实验室制取二氧化碳不用加热，所以不要酒精灯；不能用排水法收集，所以也不要水槽。 2、根据如图所示装置，回答有关问题:
（1）装置B中，仪器X的名称为__________________；
（2）实验室用大理石和稀盐酸来制取二氧化碳，则选取的发生装置为____(填字母序号); （3）若用装置C收集氧气，则氧气应从______(填“m”或“n”)端导管口通入；
（4）利用实验室制取二氧化碳的发生装置，还可以制取初中化学常见的气体是______(填化学式，任写一种)。 【答案】 长颈漏斗 B n H2或O2
【解析】（1）装置B中，仪器X的名称为长颈漏斗；（2）实验室用大理石和稀盐酸来制取二氧化碳，则选取得发生装置为B，固体和液体反应不需要加热制取气体。（3）若用装置C收集气体，则氧气应从n端导管口通入，氧气密度比空气大。（4）利用实验室制取二氧化碳的发生装置，还可以制取初中化学常用的气体是H2或O2。
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