Question

16．在CO₂复习课上，小组合作激发了师生学习的热情：
（一）老师设计了如图所示的实验装置，既可用于制取CO₂，又可用于探究CO₂性质．
说明：
1、装置Ⅰ中盛放的药品是石灰石和稀盐酸．
2、装置Ⅲ中在小试管外壁贴有4片试纸：其中两端的两片用紫色石蕊溶液润湿，中间两片用紫色石蕊溶液浸过并晒干．
（1）实验时，打开K₁，关闭K₂，可用来制备CO₂．Ⅰ中反应的化学式表达式为CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，检验Ⅱ中气体收集满的方法是将燃着的木条放至导管口a处，木条熄灭说明收集满．
（2）实验时，关闭K₁，打开K₂，可用于探究CO₂的性质．实验时Ⅲ中出现的现象是干燥试纸无变化，湿润试纸由下至上依次变红，有关反应的化学式表达式为CO₂+H₂O═H₂CO₃，该实验说明CO₂具有的性质是密度比空气大、能与水反应．
（二）同学们把一瓶CO₂气体（排空气法收集，并已验满）倒扣在盛水的水槽中，有的小组没有观察到水压入瓶中，有的小组观察到少量水压入瓶中．针对课堂中出现的现象，化学小组的同学在课外进行了探究．
【提出问题】按教材的说法“1体积水大约能溶解1体积CO₂”，水槽中的水足够把集气瓶中的CO₂气体全部溶解，为什么集气瓶中的水面不上升或上升很少呢？
【作出猜想】
1、排空气法收集到的CO₂气体可能不纯．
2、CO₂溶于水需要时间较长．
3、…
【进行实验】小组同学分别用排空气法和排水法各收集2瓶CO₂，重复图B实验，在不同时间测得压入的水量占集气瓶容积的百分数，数据见表1．
（已知：CO₂在饱和碳酸氢钠溶液中溶解度很小）
表1     24小时内CO₂溶解情况

气体样本	1	2	3	4
收集方法	向上排空气法	向上排空气法	排水法	排水法
2小时	13.7%	15.0%	15.3%	15.1%
24小时	35.7%	56.3%	94.2%	93.6%

【得出结论】
课堂中同学们没有观察到预期实验现象的原因是时间短，排空气法收集的气体不纯．
【实验反思】
该实验引发了同学们对向上排空气法收集CO₂的纯度及CO₂收集方法的思考．
（1）向上排空气法收集CO₂的纯度．
小组同学用容积为150mL 的集气瓶，装入部分水，留一定量的空气，用CO₂排出这些水．用此法收集到占空气体积分数不同的CO₂气体，再将燃着的木条伸入集气瓶中，观察是否熄灭．试验不同浓度的CO₂使燃着的木条熄灭的情况，实验结果见表 2．
表2  占空气体积分数不同的CO₂使燃着的木条熄灭情况

	实验1	实验2	实验3	实验4
集气瓶中预留水的体积	60mL	45mL	42mL	39mL
CO2的体积分数	40%	30%	X	26%
燃着的木条状况	灭	灭	灭	不灭

上表中X的值为28%．
（2）排水法和向上排空气法收集气体所需时间对照
小组同学分4组用排水法和排空气法分别收集1瓶（集气瓶容积相同）CO₂气体，记录所需时间，如表3所示．
表3 排水法和向上排空气法收集1瓶气体所需时间对照

	1	2	3	4
排水法	35“	43“	43“	43“
排空气法	1'57“	1'15“	1'4“	1'12“

①每次收集气体时，需要反应开始一段时间后再收集，其原因是排出装置内的空气．
②综合上述实验，请你对CO₂的两种收集方法做出评价：排水法比排空气法收集的气体纯度高且收集时间短．

Answer 1

分析 （1）根据方程式的书写方法和二氧化碳的性质来回答本题；（2）根据酸能使湿润的石蕊试纸变红和结合二氧化碳的性质来考虑本题；
【作出猜想】根据探究过程分析要探究的问题从而推出猜想，进行分析；
【进行实验】根据实验室制二氧化碳的反应，写出化学方程式；
【得出结论】根据实验现象和数据进行分析；
【实验反思】根据实验数据，以及制取和收集气体的注意事项进行分析

解答 解：（1）反应物是碳酸钙和盐酸，生成物是氯化钙、水、二氧化碳，用观察法配平即可，二氧化碳后面标上上升符号；由于二氧化碳既不能燃烧，也不支持燃烧，所以将燃着的木条放至导管口a处，木条熄灭，说明收集满；
（2）因为酸能使湿润的石蕊试纸变红，并且二氧化碳与水反应生成碳酸，所以湿润试纸变红，干燥的不变红，又因为二氧化碳密度比空气大，所以最下面的试纸先变红，上边的后变红，写方程式时反应物是二氧化碳和水，生成物是碳酸已经平了，把短线改成等号就行，通过这一实验现象能说明二氧化碳的密度比空气大，能与水反应生成碳酸．
故答案为：（1）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；将燃着的木条放至导管口a处，木条熄灭说明收集满（2）干燥试纸无变化，湿润试纸由下至上依次变红；CO₂+H₂O═H₂CO₃；密度比空气大，能与水反应；
【作出猜想】根据探究过程可以看出，要探究在不同时间测得压入的水量占集气瓶容积的百分数所以可以推知猜想，故猜想2：CO₂溶于水需要时间较长；
【进行实验】实验室用碳酸钙和稀盐酸制二氧化碳，化学方程式为：CaCO₃+2HCl═CaCl₂ +CO₂↑+H₂O；
【得出结论】从实验数据可以看出，时间越长溶解越充分，时间越短溶解越少，收集的气体不纯，所以没有观察到预期实验现象；
【实验反思】从实验数据可以看出，42mL/150mL×100%=28%；收集气体时，需要反应开始一段时间后再收集，目的是排出装置内的空气，防止气体不纯；从实验数据可以看出排水法比排空气法收集的气体纯度高且收集时间短；
故答案为：【作出猜想】CO₂溶于水需要时间较长；
【得出结论】时间短，排空气法收集的气体不纯；
【实验反思】（ 1）28%；
           （2）①排出装置内的空气；
                ②排水法比排空气法收集的气体纯度高且收集时间短

点评 通过回答本题知道了实验室制取二氧化碳的反应原理，二氧化碳的验满方法和二氧化碳的性质．