6.4 到实验室去：二氧化碳的实验室制取与性质-2021-2022学年鲁教版九年级化学上册同步讲解及练习（含解析）

到实验室去：二氧化碳的实验室制取与性质
知识集结
知识元
制取二氧化碳的研究
知识讲解
实验室制法：
（1）原料：大理石/石灰石、稀HCl；注：大理石和石灰石都是混合物，他们的主要成分是碳酸钙。
（2）原理：CaCO3
+?
HCl?
==CaCl2
+H2O
+CO2↑
（3）装置：
（4）不能Na2CO3代替大理石/石灰石：因为反应速率太快，来不及收集。
（5）不能用稀硫酸代替稀盐酸：因为反应生成的硫酸钙微溶于水，包裹在碳酸钙的表面，是反应停止。
（6）不能浓HCl代替稀HCl：因为浓盐酸容易挥发。
（7）检验与验满
①检验：将气体通入到澄清石灰水中，石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳。
②验满：将燃烧着的小木条放在集气瓶口，如果小木条熄灭，则证明二氧化碳已集满。
（8）二氧化碳的工业制法：高温煅烧石灰石CaCO3
==
CaO
+
CO2↑
?
例题精讲
制取二氧化碳的研究
例1.如图所示Ⅰ～Ⅴ装置，可供实验室制取有关气体时选用，下列有关说法正确的是（　　）
A．实验室制取CO2可选用Ⅱ、Ⅲ装置
B．实验室用锌粒和稀硫酸制取H2可选用Ⅰ、Ⅳ装置，气体从b管口通入
C．实验室用氯酸钾制取O2可选用Ⅰ、Ⅳ装置，气体从b管口通入
D．实验室用过氧化氢溶液制取O2可选用Ⅱ、Ⅲ装置
【答案】D
【解析】
题干解析:A．因为二氧化碳气体能溶与水，故不能用排水法来收集，故A错误；
B．实验室制取氢气所用的药品分别为固体和液体，反应是在常温下进行的，故选择B来制取，氢气的密度比空气小，应该从b管进入，故错误；
C．氧气的密度比空气大，用Ⅳ来收集时，应从a进入，故错误；
D．过氧化氢溶液是液体，二氧化锰是固体，反应是在常温下进行的，故选B来制取，氧气不易溶于水，故可用排水法来收集，故正确．
例2.实验室要制取干燥的二氧化碳气体，应该选用的试剂为（　　）
A．大理石、盐酸、浓硫酸
B．石灰石、盐酸、氢氧化钠
C．大理石、稀硫酸、氢氧化钠固体
D．石灰石、稀硫酸、浓硫酸
【答案】A
【解析】
题干解析:A.实验室制取CO2，是在常温下，用大理石或石灰石和稀盐酸制取的，二氧化碳可以用浓硫酸干燥，故选项正确；
B.石灰石、盐酸可行，氢氧化钠能吸收二氧化碳，因为氢氧化钠和二氧化碳反应，故选项错误；
C.大理石、稀硫酸不可行，因为生成物微溶于水，阻碍反应的进行，氢氧化钠固体不能干燥二氧化碳，故选项错误；
D.稀硫酸不可行，因为生成物微溶于水，阻碍反应的进行，故选项错误；
例3.实验室制取气体选择收集方法时，下列性质：①颜色；②密度；③溶解性；④可燃性；⑤能否与水反应，必须考虑的是（??
）
A．①②③
B．②③④
C．③④⑤
D．②③⑤
【答案】D
【解析】
题干解析:收集装置的选择要充分考虑所收集气体密度、溶解性，能否与空气成分反应以及能否与水反应等因素。
例4.实验室开放日，某化学兴趣小组的同学在老师的指导下，设计了如下实验装置进行气体制取和性质的探究，请回答有关问题：
（1）请写出图中标有字母的仪器名称：a　?
　b　??
　．
（2）实验室用氯酸钾和二氧化锰混合制取氧气时，应选用的发生装置是　?
　（填写装置的字母代号，下同），请写出该反应的化学方程式：　??????
　，其中二氧化锰起　??????
　作用。
（3）实验室制取二氧化碳气体时，应选择的发生装置和收集装置是　?????
　．请写出用澄清石灰水检验二氧化碳时发生反应的化学方程式：　?????
　．
（4）如图F所示，向烧杯中倾倒二氧化碳，下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭，说明二氧化碳具有的性质是　　、　　且密度比空气的大，因此，二氧化碳可用于　　．
【答案】
（1）铁架台，酒精灯
（2）B，2KClO32KCl+3O2↑，催化
（3）AC，CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
（4）不能燃烧（或不能支持燃烧），不能支持燃烧（或不能燃烧），灭火
【解析】
题干解析:（1）依据实验室常用仪器认识解决此题．
（2）实验室用氯酸钾和二氧化锰混合制取氧气时，选用的是固态物质反应需加热的发生装置；会写该反应原理的化学方程式；知道该反应中二氧化锰做反应条件催化剂起什么作用．
（3）实验室制取二氧化碳气体时，应选用的是固态物质和液态物质反应不需加热的发生装置；收集装置是根据其密度比空气大的性质决定，不能用排水法收集（因二氧化碳既能溶于水又能和水反应）；检验该气体是将此气体通入澄清的石灰水观察是否变浑浊，并能写出其反应的化学方程式．
（4）如图F实验向烧杯中“倾倒”二氧化碳，说明二氧化碳的密度比空气的大，下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭，更进一步说明二氧化碳具有的性质，这样能探究二氧化碳的性质和重要用途。
例5.某钙片的标签如图，且知此钙片成分中只有碳酸钙含有钙元素：
（1）请通过计算说明此标签中的含钙量是错误的．
（2）为测定其真实的含钙量，小东每次取10片钙片放入已称量的含足量盐酸的烧杯中，发生的化学反应是：CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑，充分反应后再称取烧杯和剩余物的总质量，小东做了三次实验，数据如下
?
物质的质量
?
第一次
?
第二次
?
第三次
?
平均值
反应前：烧杯+盐酸
???
22
g
???
22
g
???
22
g
???
22
g
???
10片钙片
???
8
g
???
8
g
???
8
g
???
8
g
反应后：烧杯十剩余物
??
26.7
g
??
26.5
g
??
26.9
g
??
26.7g
①请列式计算每片此钙片含碳酸钙的质量．
②请列式计算每片此钙片的含钙量，并建议厂家如何修改标签．
【答案】
（1）此标签中的含钙量错误．
（2）①因此本品每片不可能含钙0.75g，此标签中的含钙量错误．
②将含钙量“每片含钙0.75g”改为“每片含钙0.3g”．
【解析】
题干解析:（1）本品若为纯碳酸钙，碳酸钙的相对分子质量为100，钙元素的质量分数为40
100×100%=40%，每片含钙量为：40g
50×40%=0.32g因此本品每片不可能含钙0.75g，此标签中的含钙量错误．
（2）设：10片钙片含碳酸钙的质量为x
CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
100?????????????????
44
x??????????????????
3.3g
x=
=7.5g
每片此钙片含碳酸钙?
=0.75g
纯碳酸钙含钙质量分数
×100%=40%
每片此钙片的含钙量：0.75g×40%=0.3g
答：①因此本品每片不可能含钙0.75g，此标签中的含钙量错误．
②将含钙量“每片含钙0.75g”改为“每片含钙0.3g”．
?
二氧化碳
知识讲解
1.
二氧化碳的倾倒实验
实验方法
：在一烧杯中放入两个有高度差的蜡烛，向烧杯中缓慢倒入二氧化碳。
实验现象：发现低的蜡烛先灭，高的蜡烛后灭。
实验分析：二氧化碳气体不支持燃烧，且密度比空气大，倾倒时会在烧杯底部先聚集较多的二氧化碳，使下方的蜡烛首先接触到较多二氧化碳而先熄灭，上方的蜡烛后接触到二氧化碳而后熄灭。
2.二氧化碳的水溶性实验
实验方法
：在一矿泉水瓶中装满二氧化碳，向水瓶中倒入适量的水，迅速拧紧瓶盖。
实验现象：一段时间后发现矿泉水瓶变瘪。
实验分析：二氧化碳能溶于水,使瓶内气压减小，所以瓶会变瘪。
3.二氧化碳和水反应实验
实验方法：取四朵用石蕊试液染成的紫色的干燥纸花，在第一朵上喷稀盐酸,第二朵上喷水,第三朵放入装有二氧化碳的瓶中,第四朵先喷水再放入装有二氧化碳的瓶中。然后将第四朵取出小心的用吹风机吹干。
实验原理：酸性溶液会使紫色石蕊变红。
实验现象：第一朵干燥纸花会变为红色。第二朵干燥的纸花仍为紫色。第三朵干燥纸花仍为紫色。第四朵干燥的纸花会变为红色，用吹风机吹干后纸花又变成紫色。
实验分析：因为盐酸显酸性,而石蕊试液遇酸则会变红,则喷稀盐酸的话,干燥纸花会变为红色。因为水显中性,而石蕊试液遇中性物质不会变颜色,则喷水的话,干燥的纸花仍为紫色。
因为二氧化碳气体可以与水反应生成碳酸,CO2+H2O
═
H2CO3,而碳酸显酸性,则喷了水的纸花放在二氧化碳气体中会变为红色。而干燥的纸花上没有水,则二氧化碳不会与其反应,所以直接放到二氧化碳中的纸花不会变色。因为碳酸容易分解，H2CO3
═
CO2↑
+
H2O，所以当烘干时，碳酸分解，所以红色石蕊溶液又变成紫色。
4.二氧化碳与还原性金属或非金属单质反应
（1）镁在二氧化碳中燃烧实验
实验方法：镁条去除氧化膜后用酒精灯点燃，放入充满二氧化碳气体的烧瓶中。
实验原理：2Mg+CO22MgO+C
实验现象：镁条在烧杯中燃烧耀眼的白光，杯壁有黑色的颗粒，还有白色的金属物存在。
实验分析：黑色颗粒是炭单质，白色金属是氧化镁。
（2）二氧化碳与碳的反应
方程式：CO2+C
?2CO
结论：(1)燃烧不一定需要氧气参加。
?????
(2)二氧化碳在特殊情况下也能参与燃烧。
?????
(3)上述两反应中二氧化碳是氧化剂，镁、碳是还原剂.
5.二氧化碳与澄清石灰水反应
实验方法:将二氧化碳气体通入澄清石灰水中。
实验原理：CO2+Ca(OH)2
=
CaCO3↓+H2O
实验现象：澄清石灰水变浑浊。
结论：此反应原理可以用来检验或者鉴定二氧化碳气体。
6.二氧化碳的用途
灭火。因为二氧化碳既不参与燃烧，也不支持燃烧，且密度比空气大，所以，二氧化碳能覆盖在可燃物的表面，使可燃物隔绝氧气而熄灭。（注意二氧化碳灭火器不能用于还原性金属灭火）
干冰作致冷剂。在一定条件下二氧化碳会变成固体或者液体，固态二氧化碳叫做干冰，干冰升华时会吸收大量的热，因此干冰可以作为制冷剂。
植物光合作用作气肥。
工业原料
7.二氧化碳对环境的影响（温室效应）
大气中的二氧化碳气体能像温室中的玻璃或者塑料薄膜那样，使地面吸收的太阳光的能量而不易扩散，从而使全球变暖，这种现象叫做温室效应
危害：(1)两极冰川融化，海平面上升。
(2)气候反常，海洋风暴变多。
(3)土地干旱，沙漠化面积增大。
防范措施:
(1)尽量减少使用化石燃料。
????????
(2)利用太阳能、风能、水能等清洁燃料。
????????
(3)大力植树造林，退耕还林，严禁乱砍滥伐。
例题精讲
二氧化碳
例1.利用如图所示装置，能完成实验室制取气体的是（　　）
A．用①③制取氧气
B．用②③制取二氧化碳
C．用②④制取氧气
D．用①⑤制取二氧化碳
【答案】C
【解析】
题干解析:（1）装置①②均可以用于实验室制取氧气；装置④⑤均可以用于实验室收集氧气（2）实验室中只能利用装置②制取二氧化碳；只能用装置④收集二氧化碳．
例2.下列实验现象中，可以用来判断集气瓶里盛有CO2的是（　　）
A．集气瓶正立桌上，瓶中气体是无色的
B．往集气瓶里倒入少量紫色石蕊试液，振荡，试液变成浅红色
C．将燃着的木条伸入集气瓶里，火焰熄灭了
D．往集气瓶里倒入少量澄清的石灰水，振荡，石灰水变浑浊了
【答案】D
【解析】
题干解析:A.集气瓶正立桌上，瓶中气体是无色，只能说明此气体的密度大于空气的密度，不能证明是二氧化碳，因为氧气的密度也大于空气的密度；
B.往集气瓶里倒入少量紫色石蕊试液，振荡，试液变成浅红色，只能说明气体是酸性气体，不能证明是二氧化碳，因为二氧化硫等也是酸性气体；
C.将燃着的木条伸入集气瓶里，火焰熄灭了，只能说明此气体不支持燃烧，不能证明是二氧化碳，因为氮气、稀有气体也不支持燃烧；
D.二氧化碳可使澄清的石灰水变浑浊，这是二氧化碳的特性，所以往集气瓶里倒入少量澄清的石灰水，振荡，石灰水变浑浊了，可以说明是二氧化碳．
例3.关于二氧化碳的自述中，你认为不符合事实的是（　　）
A．我能使澄清的石灰水变浑浊
B．我承认“温室效应”主要是我惹的祸
C．我能帮助绿色植物进行光合作用
D．我能与人体血红蛋白结合，使人中毒
【答案】D
【解析】
题干解析:A.二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，所以二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故此答案错误；
B.温室气体中二氧化碳是主要气体，故此答案错误；
C.光合作用时二氧化碳是主要原料之一，故此答案错误；
D.一氧化碳能与血红蛋白结合，使人产生一氧化碳中毒，这不是二氧化碳的性质，故此答案正确．
例4.已知A.B为两种黑色粉末，D为红色单质．A.B.C.D.E五种物质之间的转化关系如图所示．请回答：
（1）C的化学式为　　??????????
；D的化学式为　??????
　．
（2）A中金属元素的化合价是　???????????????
　．
（3）反应①的化学方程式为　?????
　；该反应的基本类型是　???????????
　．
【答案】
（1）C为CO2，D为Cu（2）+2价．（3）C+2CuO
2Cu+CO2↑；置换反应
【解析】
题干解析:（1）两种黑色粉末为碳和氧化铜，反应后生成CO2、和Cu，C能与澄清石灰水继续反应，则D为Cu，C为CO2，
（2）A中有金属元素，则A为氧化铜，其中铜化合价为+2价．
（3）碳和氧化铜在高温下发生了置换反应，则化学方程式为
C+2CuO
2Cu+CO2↑；置换反应
?
例5.用紫色石蕊试液浸泡几朵小纸花，并晾干。
（1）实验Ⅰ只说明了石蕊遇酸变红色，与本实验没有任何关系该说法是　　（
选填“正确”或“不正确”）
（2）实验Ⅱ为对照实验，说明　?????????????????????
　
（3）实验Ⅲ为对照实验，说明　?????????????????????
　
（4）实验Ⅳ为验证实验，说明　??????????????
　（用化学方程式表示）
【答案】
（1）不正确；（2）水不能使石蕊试液变红；（3）二氧化碳也不能使石蕊试液变红；（4）CO2+H2O═H2CO3．
【解析】
题干解析:（1）实验I说明石蕊遇酸溶液变红，为实验IV中的石蕊花变红作对比，从而说明了二氧化碳与水作用形成了酸．所以说实验I并非可有可无，反而是起到重要的对比作用．
（2）实验Ⅱ为对照实验，说明水不能使石蕊变红；
（3）实验Ⅲ为对照实验，说明二氧化碳不能使石蕊变红．
（4）实验Ⅳ为验证实验，由纸花变红，说明二氧化碳能与水反应生成了酸，反应的化学方程式是：CO2+H2O═H2CO3．
当堂练习
单选题
练习1.
（2019?慈溪市模拟）甲乙是某同学设计的两套制取二氧化碳的发生装置，对两套装置分析不正确的是（　）
A．此时甲装置中的止水夹M处于关闭状态
B．甲装置气体导出过程中容器内外气压相等
C．甲装置优点可以控制化学反应的发生与停止
D．乙装置N处添加止水夹可以与甲装置具有相同功能
【答案】D
【解析】
题干解析:
A、此时甲装置中的止水夹M处于关闭状态，正确但不符合题意，故选项错误；
B、甲装置气体导出过程中容器内外气压相等，气体才会顺利导出，正确但不符合题意，故选项错误；
C、甲装置的优点是：可以控制反应的发生和停止，具有启普发生器的功能，正确但不符合题意，故选项错误；
D、乙装置N处添加止水夹也与甲装置具有的功能不同，因为乙中固体与液体不能分离，错误符合题意，故选项正确；
练习2.
（2019?绍兴模拟）根据如图所示实验，下列对应的实验结果描述正确的是（　）
A．甲读数偏小
B．乙测量结果偏大
C．丙易收集满CO2
D．丁集气瓶易破裂
【答案】D
【解析】
题干解析:
A、测量液体的体积，俯视读数比实际药品偏大，不是偏小，故选项错误；
B、空气中氧气含量的测定中，用木炭结果偏小，因为碳和氧气点燃生成二氧化碳，不是偏大。故选项错误；
C、实验室制取并收集二氧化碳，应该从长管进入，因为二氧化碳的密度比空气大；故选项错误；
D、铁丝在氧气中燃烧，集气瓶底部没有水或细沙，容易炸裂集气瓶，故选项正确；
填空题
练习1.
（2019春?嵊州市期末）实验室中常用石灰石和稀盐酸反应制取CO2，根据如图所示装置回答下列问题。
（1）实验中应选择的发生装置是___（填字母）。（2）如果选用E装置来收集CO2气体，则气体应从___（选填“a”或“b”）端进入。
【答案】
（1）B；
（2）a
【解析】
题干解析:（1）实验室中常用石灰石和稀盐酸反应制取CO2，不需要加热，为了防止生成的气体从长颈漏斗下端逸出，长颈漏斗下端应该靠近锥形瓶底部，故发生装置应选B；（2）因为二氧化碳的密度比空气大，应该用向上排空气法收集，若E装置收集，气体应该长进短出，则气体应从a端进入。
练习2.
（2019春?泰顺县校级月考）神舟七号载人飞船成功返航，标志着我国已跨入航天领域国际领先行列。某研究性学习小组查阅资料得知，宇宙飞船中可用超氧化钾（KO2）作为氧气再生剂。超氧化钾是一种固体，它与人呼出的二氧化碳反应生成氧气：4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2为了验证这个反应能够产生氧气，该小组同学以大理石和盐酸反应生成的CO2来与KO2反应制取O2，设计了如下实验装置：
（1）C处应从A、B两种装置中选择___作CO2发生装置。检验G中集气瓶内收集的气体是否为氧气，可以在取出集气瓶后，用________检验；（2）A装置中仪器a的名称是______；
（3）为了除去O2中可能混有的CO2，F中可盛放______溶液；
【答案】
（1）锥形瓶；
（2）DM；
（3）反应条件
【解析】
题干解析:（1）制取二氧化碳用固体和液体反应，并且不需要加热，所以应选择A装置；检验氧气使用的是带火星的木条；故填：A；带火星的木条；（2）A装置中仪器a的名称是分液漏斗；故填：分液漏斗；（3）除去O2中可能混有的CO2的方法是通过氢氧化钠溶液，二氧化碳能和氢氧化钠溶液反应，氧气不能；故填：氢氧化钠。
练习3.
（2019?南关区校级一模）如图所示是实验室制取气体的常用仪器，回答下列问题。
（1）仪器E的名称是_____；
（2）在实验室用石灰石和稀盐酸反应并用排空气法收集二氧化碳气体，组装一套制取装置，需要用到上图仪器中A、C、F、___和毛玻璃片；
（3）确定气体的发生装置时，需要考虑反应物的状态和______；
（4）取5g石灰石（石灰石中的杂质不溶解且不与盐酸反应），加入足量的盐酸，充分反应后，过滤、洗涤、烘干，称量剩余固体的质量为1g计算：所用大理石中碳酸钙的质量分数为_____。
【答案】
（1）酒精灯；（2）B（3）反应条件（4）80%
【解析】
题干解析:（1）仪器E的名称是酒精灯；（2）在实验室用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，不需要加热，反应物的状态是固体和液体，属于固、液常温型反应；二氧化碳的密度比空气大，能溶于水，只能用向上排空气法收集；组装一套制取装置，需要用到上图仪器中A、C、F、B和毛玻璃片；（3）确定气体的发生装置时，需要考虑反应物的状态和反应条件；（4）所用大理石中碳酸钙的质量分数为：=80%
练习4.
（2019?北京模拟）下列为实验室制取氧气，并验证气体的化学性质。
（1）实验1中反应的化学方程式为________________________，氧气可用排水法收集的原因是_________。
（2）实验2中观察到的现象是______________________________，实验3中，打开K1，观察到蜡烛缓慢的熄灭。蜡烛熄灭的原因_________________________________。
【答案】
（1）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；氧气不易溶于水；%%（2）发白光、放出大量的热、生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体；二氧化碳不可燃，不助燃，密度比空气大，使蜡烛与氧气隔绝。
【解析】
题干解析:（1）高锰酸钾加热生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的化学方程式为：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；氧气不易溶于水，故可以用排水法收集；（2）木炭在氧气中燃烧，发白光、放出大量的热、生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体；二氧化碳不可燃，不助燃，密度比空气大，稀盐酸和石灰石反应生成二氧化碳进入烧杯中，使蜡烛与氧气隔绝而熄灭。故填：（1）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；氧气不易溶于水；（2）发白光、放出大量的热、生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体；二氧化碳不可燃，不助燃，密度比空气大，使蜡烛与氧气隔绝。