二氧化碳的制取研究
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课题 2 二氧化碳制取的研究
知识点 1:二氧化碳的实验室制法: 一)实验室制取气体的方法和思路 1. 选择合适的反应物和反应条件: 2. 选择合适的实验装置 (1)发生装置:由反应物状态及反应条件决定: 反应物是固体,需加热,制气体时则用高锰酸钾制 O2 的发生装置。 反应物是固体与液体,不需要加热,制气体时则用过氧化氢溶液制 O2 的发生装置。
反应物是固体和液体且不需加热
反应物是固体且需加热
(2)收集方法:由气体的密度及溶解性(能否溶于水,能否与水反应)决定: ①凡难溶于水或不易溶于水且不和水反应的气体均可采用排水法收集; ②凡密度比空气大的气体可采用瓶口向上排空气法收集; ③凡密度比空气小的气体可采用瓶口向下排空气法收集。
3. 验证所制得的气体,
二)二氧化碳的实验室制法 1. 药品:石灰石(或大理石)和稀盐酸 2. 原理: CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 注意: (1)不能用浓盐酸代替稀盐酸,因为浓盐酸易挥发,使制得的 CO2 不纯(混
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有氯化氢气体); (2)不能用稀硫酸代替稀盐酸,因为稀硫酸与 CaCO3 反应生成微溶于水的硫酸钙 覆盖在大理石(或石灰石)的表面,阻止反应的进行; (3)不能用 Na2CO3 或 CaCO3 代替大理石(或石灰石),因为 Na2CO3 与稀盐酸 的反应速度太快,不便于收集。 3. 装置的选择 (1)发生装置:选用与过氧化氢溶液制 O2 相同的发生装置 (2)气体收集方法:向上排空气法(因为 CO2 能溶于水,密度比空气大)
4. 验证方法:将气体通入澄清的石灰水中,如果石灰水变浑浊,则该气体为 CO2。 化学方程式:CO2 + Ca(OH)2 == CaCO3↓+ H2O 5. 验满方法:用点燃的木条,放在集气瓶口,木条熄灭。证明已集满二氧化碳气体。 ★实验室制取 CO2 的实验操作过程 (1)检查装置的气密性;(2)装入大理石,塞紧胶塞;(3)固定装置;(4)从 长颈漏斗加入稀盐酸至长颈漏斗下端管口液封;( 5)收集气体,导管一定要伸入集气 瓶底部;⑹检验是否集满。
【典型例题】 例 1:已知实验室里制取气体丙的化学方程式为:甲(固)+乙(固) 丙↑+丁,且 气体丙易溶于水,密度比空气的大,则应选用的装置和收集方法是( )
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A. 制取 CO2 的发生装置和排水法收集 B. 用 KMnO4 制取 O2 的发生装置和向上排空气法收集 C. 制取 CO2 的发生装置和向下排空气法收集 D. 用 KMnO4 制取 O2 的发生装置和排水法
收集
例 2:实验室制取二氧化碳气体,有如下图所示的仪器可供选用
请你回答下列问题: (1)制取二氧化碳气体所需的药品是 (2)收集二氧化碳气体的方法是 ; ;
(3)制取并收集二氧化碳气体所需的仪器是(用仪器的序号回 答) ; (4)检验二氧化碳气体是否收集满的方法是 (5)制取二氧化碳的化学方程式是 ; 。
例 4:实验室里常用大理石与稀盐酸反应来制取二氧化碳,某同学认真研究了课本中 的实验装置(如下图甲),对其中的气体发生装置进行了改进(如下图乙)。请回答下 列问题。
甲
乙
( 1 ) 写 出 实 验 室 里 制 取 二 氧 化 碳 的 化 学 反 应 方 程 式 ___________________________;
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( 2 ) 写 出 标 号 仪 器 的 名 称 : a________________ , b_________________ , c_____________,d____________________; (3) 说明该同学进行实验装置改进的目的: _________________________________; (4)如何检查乙装置的气密性
知识点 2:二氧化碳的工业制法: 工业上利用煅烧石灰石制取生石灰的同时,得到副产品二氧化碳。煅烧石灰石用的 “石灰窑”如图所示。把石灰石放在石灰窑里高温煅烧,在窑顶就可收集到二氧化碳。
高温煅烧石灰石:CaCO3 高温 CaO+CO2↑
【典型例题】 例 1:可生成二氧化碳的反应很多,例如:①酒精的燃烧 碳与氧化铜反应 ④高温煅烧石灰石 与稀盐酸 ⑦碳酸钙粉末与浓盐酸 的是( ) B. ⑤⑥ C. ⑥ D. 全部 ) ②木炭在空气中燃烧 ③
⑤石灰石(块状)与稀硫酸
⑥石灰石(块状)
⑧人和动物的呼吸作用,其中可用于实验室制 CO2
A. ④⑥
例 2: 欲除去热水瓶胆内壁附着的水垢 (主要成份是碳酸钙) , 可采用的办法是 ( A. 加热 B. 用砂子擦洗 C. 加稀盐酸浸洗 D. 用水洗
例 3:两份质量相同的碳酸钙,一份与足量的盐酸反应,一份充分煅烧,它们所生成 的二氧化碳的质量 A. 一样多 C. 与盐酸反应放出的 CO2 多 B. 充分煅烧生成的 CO2 多 D. 很难确定
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﹡例 4:小强同学前往当地的石灰石矿区进行调查,他取回了若干块矿石样品,对样 品中碳酸钙的质量分数进行检测,采用如下办法:取用 8g 这种石灰石样品,把 40g 稀 盐酸分 4 次加入,测量过程所得数据见下表(已知石灰石样品中含的杂质不溶于水,不 与盐酸反应)。请计算:(化学方程式:CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑) (1)8g 石灰石样品中含有杂质多少克? (2)样品中碳酸钙的质量分数是多少? (3)下表中 m 的数值应该为
多少? 序号 第1次 第2次 第3次 第4次 加入稀盐酸质量(g) 10 10 10 10 剩余固体质量(g) 5.5 m 1.2 1.2
(4)要得到 280kgCaO,需要质量分数为 80%的石灰石多少千克?(化学方程式: CaCO3 高温==CaO+CO2↑) 【解析】此题通过不断改变所加入的稀盐酸的质量,观察剩余固体的质量来判断稀 盐酸何时不足,石灰石中 CaCO3 何时完全反应。由表中数据可知,在第三次加入 10g 盐酸后,固体剩余物质量不再减少,说明剩余的 1.2g 固体不和稀盐酸反应,应为杂质。 然后,用 8g 石灰石样品质量-杂质质量=CaCO3 质量。再除以样品质量,即可求出样 品中碳酸钙的质量分数。第三小问也可从题意得出正解,即第一次加 10g 酸时固体的质 量减少应和第二次一样, 所以第二次剩余的固体质量就是 3g。 最后一问可利用含杂质问 题的解题方法处理。 【答案】(1)8g 石灰石样品中含有杂质为 1.2g。
8g 1.2g 100% (2)样品中碳酸钙的质量分数= 8g =85%
(3)m=5.5g-(8g-5.5g)=3g (4)设需要 80%的石灰石的质量为 x CaCO3 高温==CaO+CO2↑ 100 x× 80% 56 280kg
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100 56 x 80% 280kg
x=625kg
【模拟试题】 一、填空题 1. 实验室制取二氧化碳所用的药品是________和________(或_________),收集方 法采用_________________,这是因为①_____________,②______________。验满的方 法是___________________。 2. 写出实验室制二氧化碳及实验室制氧气的化学方程式: (1) (2) (3) (4)
二、选择题 1.二氧化碳只能用向上排空气法收集的原因是 A.密度比空气大 B.密度比空气小 C.难溶 于水 ( )
D.能溶于水且 密度比空气大 ( )
2. 装修常用到大理石, 它的主要成分是 A. CaCl2 B. Ca(OH)2 C. C aCO 3 D. CaS O4
3.已知空气的平均分子质量为 29,如果 某气体的相对分子质量大于 29,则该气体的密 度就比空 气大;如果某气体的相对分子质量小于 29,则该气体的密度就比空气小。由 此推知下列气体可用向下排空气法收集的一组是 A.CO CO2 B.H2 CH4 C.O2 ) CO2 D.CO2 ( NH3 )
4. 下列四瓶气体存放方法正确的是(
5. 检验集气瓶中的 CO2 是否收集满的正确方法是( A. 向瓶内倒入澄清石灰水振荡
)
B. 在瓶口闻其气味
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C. 将带火星的木插入瓶里
D. 将燃着的木条放在瓶口
6. 实验表明, 不能用块状大理石与稀硫酸反应来制取二氧化碳气体, 而能用大理石粉末 与稀硫酸制取二氧化碳气体。由此得出的合理结论是( )
A. 能发生反应的物质之间是否发生反应,与反应条件
有关 B. 反应物之间接触面积越大,越有利于反应的进行 C. 块状大理石与大理石粉末的化学性质不同 D. 块状大理石与大理石粉末的组成不同 7. 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 8. 实验室里制取并收集二氧化碳气体时一般有以下操作步骤: ①检查装置的气密性; ② 连接装置; ③加入大理石; ④加入稀盐酸; ⑤收集; ⑥验满。 其中排列顺序正确的是 ( A. ①②③④⑤⑥ C. ②①③④⑤⑥ B. ②①④③⑤⑥ D. ②③④①⑤⑥ ) ) )
9. 要鉴别空气、O2、CO2 三瓶气体最简便的方法是( A. 将带火星的木条分别伸入集气瓶内 B. 分别通入澄清石灰水中 C. 将燃着的木条分别伸入集气瓶内 D. 测定和比较三种气体的密度
10. 为 证 明 鸡 蛋 壳 的 主 要 成 分 是 碳 酸 钙 , 可 在 鸡 蛋 壳 上 滴 加 ( ) A. 酒精 B. 水 C. 石灰水 D. 稀盐酸
11. 集气瓶被誉为“万能瓶”,如下图装置是其中的一种。当被收集的气体从 a 口进入 时,瓶内空气从 b 口排出,相当于向上排空气法收集气体。现若将被收集的气体从 b 口 进入,则它可收集的气体为: ①H2 ②O2 ③CO2 ( )
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A. 只有①
B. 只有①和② C. 只有③
D. ①②③均可
三、实验题 1. 实验室制取二氧化碳的装置如图所示。回答下列问题:
(1)带有标号的仪器名称 a (2)指出装置图中的明显错误: ① ② ③
b
c
; ; 。
2. 在化学实验室开放日,老师拿出两瓶无标签的试剂,分别是固体和液体,他取少量试 剂在试管中混合,立即产生一种无色气体。同学们对此气体展开了一系列探究。 (1)如果推测此气体是二氧化碳,验证它的实验方案如下: 猜想 此气体可能是 CO2 产 生 此 气 体 的 化 学 方 程 式 可 能 是 实验步骤 现象与结论
_____________________________________________; (2)若想制取该气体,采用的发生装置可选取下图中的______________________, 收集装置应选用______________(填序号); (3) 如用下图中 F 装置收集该气体, 气体应由____________端导入 (填 “a” 或 “b” ) 。
A
B
C
D
E
F 、
3. (1) 实验室用大理石与酸制二氧化碳, 使用的酸是 浓硫酸、稀硫酸),其化学方程式为
(浓盐酸、 稀盐酸
(2)若设计一种由活塞可以开闭导管的装置,使达到活塞随开随产生 CO2 气体, 随关随停止出 CO2 气体的要求,请从下面仪器中选用一些最起码的仪器完成这种设计:
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①按装置自上而下的安排顺序应选用的仪器是 ② 是 这 套 装 置 能 随 开 随 。 用 , 随 关
。 随 停 的 原 因
四、计算题 1. 含杂质 10%的石灰石 200 克和足量的盐酸反应(杂质不反应),可以生成标准状 况下的二氧化碳多少升?(标准状况下 CO2 密度为 1.997g/L) 2. 某学生为了测定一种以碳酸钙为摩擦剂的牙膏中碳酸钙的含量, 用烧杯称取这种牙 膏膏体 100.0 克,向烧杯中逐渐加入稀盐酸至不再有气体放出(除碳酸钙外,这种牙膏 中的其他物质不与盐酸反应生成气体),共用去盐酸 200.0 克。反应完毕后称得烧杯内 物质的质量为 278.0 克。(所有质量数据均不含烧杯质量)。请你计算:这种牙膏中碳 酸钙的质量分数?
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【试题答案】
一、填空题 1. 稀盐酸 石灰石或大理石 向上排空气法 比空气重 能溶于水
将燃着的木条放在集气瓶口,若木条的火焰熄灭,证明已收集满。 2. 制二氧化碳:CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ 制氧气: 2H2O2
MnO 2
2H2O+ O2 ↑
2KClO3 2 2KCl 3O 2
2KMnO4
加热
MnO
K2MnO4 + MnO2 + O2↑
二、选择题 4. B 5. D 6. B 7. D 8. C 9. C 10. D 11. A
三、实验题 1.(1)a 锥形瓶 b 长颈漏斗 c 集气瓶
(2)①用浓盐酸和石灰石制二氧化碳错误 ②长颈漏斗下端管口未插入液面以下 ③导管没有伸入到接近集气瓶底部且集气瓶口应与外界相通 2. (1) 猜想 实验步骤 将产生的气体通入澄清石灰 水中 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ (2)B E (3)a CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O ②活塞开放,气体导出,酸液上升与 CaCO3 接触而反应生成 CO2 ;活塞关 现象与结论 如澄清石灰水变浑浊, 证明是 二氧化碳
3. (1)稀盐酸 (2)① FDA
闭,CO2 不导出而使内部压强加大,把酸液压下脱离 CaCO3 而使反应停止
四、计算题 1. 39.66L 2. 解:根据质量守恒定律先求出产生气体的质量。 CO2=100g+200g-278g=22g
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设含碳酸钙的质量为 x CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O 100 x 100:44=xg:22g 44 22g x=50
CaCO3%=50g/100g× 100%=50% 答:这种牙膏中碳酸钙的质量分数为 50%。
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