化学人教版九年级上册 6.2 二氧化碳制取的研究 讲义

6.2 二氧化碳的制取
考点精讲
【知识点一】制取二氧化碳的原理
1.实验室制取二氧化碳原理
（1）药品：大理石或石灰石与稀盐酸。
（2）发生的反应：CaCO3+2HCl= CaCl2+CO2↑+H2O。该反应在常温下进行，是固体和液体的反应。
特别注意：
盐酸必须是稀盐酸，浓盐酸具有挥发性，易挥发出HCl气体。
不能使用碳酸钠、粉末状碳酸钙来代替块状大理石或石灰石，碳酸钠、粉末状碳酸钙与稀盐酸反应太快，不易控制。
不能使用稀硫酸，稀硫酸与碳酸钙反应生成的CaSO4微溶，会覆盖在大理石或石灰石表面阻止反应进一步发生。
2.工业制取二氧化碳的原理
工业上，常常用高温煅烧石灰石来制取二氧化碳，发生的反应是CaCO3CaO+CO2↑。
【典型例题】
实验室制取二氧化碳常用的方法是（ ）
A．木炭在氧气中燃烧 B．碳酸钠和稀盐酸反应
C．大理石和稀硫酸反应 D．石灰石和稀盐酸反应
【答案】D
【解析】
A.木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳气体，操作繁琐，不易收集到纯净的二氧化碳气体，故选项错误。
B.碳酸钠和稀盐酸反应反应，反应速率太快，不适合于在实验室中制取二氧化碳，故选项错误。
C.大理石和稀硫酸反应，生成微溶于水的硫酸钙，硫酸钙覆盖在大理石表面，阻止反应进一步进行，故选项错误。
D.石灰石与稀盐酸反应，反应速度适中，操作安全方便，便于收集，适合于在实验室中制取二氧化碳，故选项正确。故选：D。
【举一反三】
1．实验室制取二氧化碳时，应选用的反应物是（ ）
A．大理石和稀盐酸 B．大理石和浓盐酸
C．碳酸钠和稀盐酸 D．大理石和稀硫酸
【答案】A
【解析】
A.大理石与盐酸反应可产生二氧化碳气体，且小块大理石与稀盐酸反应速率适中，来源方便，价格便宜，故实验室制取二氧化碳常用它与稀盐酸，正确；
B.浓盐酸易挥发，使生成的二氧化碳中混有一定量的氯化氢气体，错误；
C.碳酸钠粉末和稀硫酸反应可以生成二氧化碳，但反应速率太大，难以控制，错误；
D.石灰石和稀硫酸反应时，会生成微溶于水的硫酸钙，覆盖在石灰石的表面，阻碍反应继续进行，错误。故选A。
2．下列有关实验室制取二氧化碳的方法不合理的是（ ）
A．二氧化碳能溶于水也能与水反应，不可用排水法收集
B．通常情况下二氧化碳密度大于空气，能用向上排空气法收集
C．在发生装置中加入块状石灰石和稀硫酸
D．此反应在常温下即可迅速发生，故该气体发生装置不需要加热
【答案】C
【解析】
A.排水法适宜收集难溶于水的气体，二氧化碳能溶于水也能与水反应，不可用排水法收集，正确；
B.通常情况下二氧化碳密度大于空气，能用向上排空气法收集，正确；
C.在发生装置中加入块状石灰石和稀硫酸，因生成微溶于水的硫酸钙会使反应自动停止，错误；
D.此反应在常温下即可迅速发生，故该气体发生装置不需要加热，正确。
故选C。
3．实验室制取CO2的有关操作如图，错误的是（ ）
A．检查气密性 B．制气 C．收集 D．验满
【答案】B
【解析】
A.该装置的气密性检查方法是：当推动注射器的活塞时，锥形瓶内的空气体积减小压强增大，把水压入长颈漏斗中，若气密性好则会形成一段稳定的水柱；当拉动注射器的活塞时，锥形瓶内的空气体积增大压强变小，若气密性良好则可以看到长颈漏斗的下端会产生气泡，图中所示装置正确。
B.稀硫酸与块状大理石反应生成微溶于水的硫酸钙，会覆盖在大理石表面，阻止反应的进行，不能用于制取CO2，图中所示装置错误。
C.二氧化碳的密度比空气的大，用图中装置收集二氧化碳时，长导管是进气管，将空气从短导管排出，图中所示装置正确。
D.检验二氧化碳是否收集满时，应将燃着的木条放在短导管口，若木条熄灭，证明集满了二氧化碳，图中所示操作正确。故选：B。
【针对训练】
1．厕所用清洁剂中含有盐酸，如果不慎洒到大理石地面上，会发出嘶嘶声，并有气体产生，这种气体是（）
A．二氧化碳 B．氧气 C．氢气 D．二氧化硫
【答案】A
【解析】大理石的主要成分是碳酸钙，遇到盐酸会生成二氧化碳从而发出嘶嘶声。故选A。
2．下列有关CO2实验的图示正确的是（）
A．制取CO2 B．收集CO2
C．验证CO2已集满 D．验证CO2能与水反应
【答案】D
【解析】
A.制取二氧化碳时，长颈漏斗要伸入液面以下防止生成的气体从长颈漏斗下端逸出，故A错误；
B.二氧化碳能溶于水，不能用排水法收集，如果用的话也要短进长出，故B错误；
C.验满时要把燃着的木条放在集气瓶口，而不是伸入集气瓶内，故C错误；
D.通过观察紫色石蕊试液变红色就可以验证二氧化碳能和水反应，故D正确。
故选D。
3．实验室使用大理石和盐酸反应制取的CO2是不纯净的，为证明该气体中含有多种物质，所用的试剂及使用顺序正确的是（）
A．无水硫酸铜、硝酸银溶液、石灰水
B．浓硫酸、氢氧化钠溶液、石灰水
C．硝酸银溶液、石灰水、无水硫酸铜
D．氯化钙、石蕊试液、水
【答案】A
【解析】
A.气体先通入无水硫酸铜，无水硫酸铜变蓝，证明有水存在；再通入硝酸银溶液，有白色沉淀生成，证明有氯化氢存在；最后通入澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊，证明二氧化碳存在，正确；
B.浓硫酸可干燥气体，不能证明水的存在，氢氧化钠和二氧化碳、氯化氢反应，除去二氧化碳和氯化氢，无法证明有水、氯化氢，错误；
C.先通硝酸银溶液，会使气体中混有水蒸气，无法判断原来有没有水蒸气，错误；
D.氯化钙干燥气体，氯化氢和二氧化碳通入石蕊试液都能使石蕊试液变红色，无法证明有水和氯化氢，错误。
故选A。
4．下列应用于实验室里制CO2的试剂，最合适的是（ ）
A．稀盐酸与碳酸氢钠 B．稀硫酸与碳酸钠
C．稀盐酸与碳酸钙 D．稀硫酸与碳酸钡
【答案】C。
【解析】
A.稀盐酸与碳酸氢钠反应，反应速率太快，不适合于在实验室中制取二氧化碳，故选项错误。
B.稀硫酸与碳酸钠，反应速率太快，不适合于在实验室中制取二氧化碳，故选项错误。
C.稀盐酸与碳酸钙反应，反应速度适中，操作安全方便，便于收集，适合于在实验室中制取二氧化碳，故选项正确。
D.稀硫酸与碳酸钡反应，生成难溶于水的硫酸钡，硫酸钡覆盖在碳酸钡表面，阻止反应进一步进行，故选项错误。
5．实验室用石灰石和稀盐酸制二氧化碳时，不需要使用的仪器是（ ）
A．大试管 B．酒精灯 C．集气瓶 D．锥形瓶
【答案】B。
【解析】
A.实验室用石灰石和稀盐酸制二氧化碳时，可用大试管作反应容器，故选项错误。
B.实验室中制取二氧化碳常用大理石或石灰石和稀盐酸反应来制取，属于固液常温型，不需要使用酒精灯，故选项正确。
C.实验室用石灰石和稀盐酸制二氧化碳时，可用集气瓶收集气体，故选项错误。
D.实验室用石灰石和稀盐酸制二氧化碳时，可用锥形瓶作反应容器，故选项错误。
6．实验室制取CO2时不用浓盐酸的主要原因是（）
A．大理石不与浓盐酸反应
B．导致生成的CO2不纯
C．产生气体太快，不易控制
D．大理石虽能与浓盐酸反应，但无CO2气体生成
【答案】B
【解析】
A.大理石能与浓盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，故选项说法错误。B.浓盐酸具有挥发性，会挥发出氯化氢气体，实验室制取CO2时使用浓盐酸，会导致导致生成的CO2不纯（含有杂质氯化氢气体），故选项说法正确。C.实验室制取CO2时不用浓盐酸，不是产生气体太快，不易控制，故选项说法错误。
D.大理石能与浓盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，故选项说法错误。故选：B。
【知识点二】制取二氧化碳的装置和步骤
1.实验装置
根据实验室制取二氧化碳的反应物状态是固体和液体、在常温下进行，选择固液不加热装置，如图所示：
2.实验步骤
（1）连接装置；
（2）检查气密性；
（3）在锥形瓶中装入大理石（或石灰石）；
（4）从长颈漏斗中加入稀盐酸；
（5）收集气体；
（6）检验气体是否收集满。
检查装置气密性→加入固体药品 → 加入液体药品 → 收集气体并验满 → 正放在桌面
规律小结：
颈漏斗的下端要伸到液面以下（防止产生的气体从长颈漏斗口逸出）；
锥形瓶中的导管只能刚刚露出橡皮塞（有利于产生的气体排出）；
集气瓶中的导管口要接近集气瓶底（目的：便于排净空气）。
3.收集方法
根据二氧化碳的性质，收集二氧化碳只能用向上排空气法收集。
4.验满与检验二氧化碳
（1）检验：将收集的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则是二氧化碳；否则，不是。如图所示：
（2）验满：将一根燃着的木条放在集气瓶口，若燃着的木条熄灭，则证明二氧化碳已满；否则，未满。如图所示：
【典型例题】
某同学设计了如图所示的实验装置，用于CO2的收集和部分性质进行探究，请按要求回答问题。
（1）用A装置收集CO2，气体应从（选填“a”或“b”）端通入。
（2）若要B中的两个气体悬浮在空气中，则气体甲可能是（选填字母）。
A．氢气 B．氧气 C．空气
（3）往C试管中通入CO2，当出现现象，表示石灰水中的溶质恰好完全沉淀。
（4）D装置的集气瓶中充满CO2，当打开分液漏斗①，滴入少量NaOH浓溶液，气球明显胀大，写出化学方程式：；若要气球恢复原状，应关闭分液漏斗①，打开分液漏斗②，滴入溶液（填化学式，忽略滴入液体的体积）
（5）天然溶洞中形态各异的石笋和钟乳石形成的过程是碳酸钙和二氧化碳和某一种物质发生了一系列变化，其中化学方程式是：CaCO3+CO2+X=Ca(HCO3)2，则X的化学式为。
【答案】
（1）a；
（2）A；
（3）溶液红色刚好消失；
（4）CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O；HCl或H2SO4；
（5）H2O。
【解析】
（1）二氧化碳的密度比空气大，所以用装置A收集二氧化碳时，二氧化碳应从长管进入；（2）若要C中的两个气球悬浮在空气中，则气体甲可能是氢气，因为氢气的密度比空气小；
（3）往C试管中通入CO2，当出现溶液红色刚好消失现象，表示石灰水中的溶质恰好完全沉淀；
二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水；若要气球恢复原状，应关闭分液漏斗①，打开分液漏斗②，滴入稀盐酸或稀硫酸；
（5）由化学方程式CaCO3+CO2+X═Ca(HCO3)2可知，反应前有：1个钙原子、2个碳原子、5个氧原子；反应后有：1个钙原子、2个碳原子、6个氧原子和2个氢原子，所以X的化学式为H2O。
【举一反三】
1．下列图示分别为二氧化碳的实验室制取、干燥、收集、验满的操作，其中正确的是（）
A．制取 B．干燥
C．收集 D．验满
【答案】C
【解析】
A.长颈漏斗应伸入液面以下，形成液封防止气体逸出，A错误。
B.气体的干燥，气体应长进短出，B错误。
C.二氧化碳密度比空气大，用向上排空气法收集，C正确。
D.二氧化碳验满，取带火星木条放置集气瓶口，木条熄灭说明二氧化碳收集满，D错误。
故选：C。
2．检验集气瓶中的CO2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
C．将带火星的木插入瓶里 D．将燃着的木条放在瓶口
【答案】A
【解析】
A.检验二氧化碳，使用澄清石灰水，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故A正确；
B.二氧化碳是无色、无味的气体，还有很多气体也是无色无味的，如氮气，不能用闻气味方法检验，故B不正确；
C.二氧化碳不具有助燃性，不能使带火星的木条复燃，能使带火星木条熄灭的，不一定是二氧化碳气体，故C不正确；
D.二氧化碳不支持燃烧可以使燃着的木条火焰熄灭，但其他气体如氮气也能使燃着的木条熄灭，故D不正确。
故选：A。
9．下列关于实验室制取二氧化碳的认识，正确的是（）
A．常用炭在氧气中燃烧获得 B．不用浓盐酸的原因是反应过快不利于收集
C．不用稀硫酸的原因是成本高 D．不采用高温加热的反应是为了节能
【答案】D
【解析】
A.实验室常用石灰石或大理石与稀盐酸在常温下反应获得，故选项不正确；
B.不用浓盐酸的原因是浓盐酸具有挥发性，使收集的气体不纯，故选项不正确；
C.不用稀硫酸的原因是硫酸和碳酸钙反应生成微溶的硫酸钙，附着在固体表面，阻止反应继续行，故选项不正确；
D.高温分解石灰石也可制得二氧化碳，不采用高温加热的反应是为了节能，故选项正确；故选D。
【技巧方法】
解答这类题目首先要熟记实验室制取二氧化碳的反应原理、实验步骤、装置示意图及其中仪器（如上图中的标号A.b等）的名称、注意事项等等。然后根据所给的实验、问题情景信息，或者是图表信息等，结合所学的相关知识和技能，细心地探究后，按照题目要求进行选择、填写或评价实验室制取二氧化碳的实验步骤，或者画出、选配、评价装置示意图（或部分装置的示意图）等等。
另外，有时根据实验室制取二氧化碳的装置示意图或实验步骤来推断制取的反应原理、回答常见仪器的名称和有关操作的理论依据（即有关操作的原因），或者改良某一装置示意图等；有时还会根据实验室制取二氧化碳的过程中发生的意外情况来推断二氧化碳的有关性质、操作注意事项及改进方案等。
【拓展延伸】
制取二氧化碳的注意事项
（1）在实验前要检验装置的气密性
（2）先放石灰石，后加稀盐酸
（3）长颈漏斗应伸入液面以下
（4）导气管不能伸入太长
（5）应用向上排空气法收集
（6）在集气瓶口盖玻璃片
（7）集气瓶中导管应伸到集气瓶底
（8）不能用浓盐酸代替稀盐酸
（9）不能用稀硫酸代替稀盐酸
（10）不能用碳酸钠粉末代替块状大理石
【针对训练】
1．下列装置能达到实验目的的是（）
A．实验室制取并收集O2 B．点燃酒精灯
C．检查装置气密性 D．利用排空法收集CO2
【答案】C
【解析】
A.氧气的密度大于空气的密度，所以应采用向上排空气法收集氧气，故A错误。
B.如果用一只酒精灯引燃另一酒精灯，容易引发火灾，要用火柴点燃，故B错误；
C.装置气密性检查的依据是依据气体压强的变化和液面的变化判断；装置中关闭止水夹，从长颈漏斗中加入水至一定高度，静置一段时间液面不下降，证明气密性良好，故C正确；
D.用此装置收集二氧化碳时，由于二氧化碳的密度比空气大，气体要从长管进入，故D错误；
故选：C。
2．下列CO2的制备装置中，不能起到“随开随制，随关随停”效果的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B。
【解析】
A.上下移动干燥管，能起到“随开随制，随关随停”效果；故选项错误；
B.小试管只能起到液封作用，不能起到“随开随制，随关随停”效果；故选项正确；
C.铜丝上下抽动，能起到“随开随制，随关随停”效果；故选项错误；
3．小乐要制备纯净的二氧化碳气体。可供选用的仪器如图所示。可供选用的药品如下：①石灰石②澄清石灰水③稀硫酸④浓硫酸⑤盐酸溶液⑥碳酸钠溶液⑦蒸馏水。下列装置连接顺序及组合最恰当的是（ ）
A．甲（①⑤）、乙（④）、丙（⑦）、丁
B．甲（①③）、乙（④）、丙（⑦）、丁
C．甲（①③）、乙（⑦）、丙（④）、丁
D．甲（①⑤）、乙（⑥）、丙（④）、丁
【答案】D。
【解析】实验室稀硫酸与块状石灰石反应生成微溶于水的硫酸钙，会覆盖在石灰石表面，阻止反应的进行，不能用于制取CO2，不能使用稀硫酸；可选用石灰石和稀盐酸，不能使用浓盐酸，具有挥发性，会导致生成的气体中含有较多氯化氢；制备纯净的二氧化碳气体，需除去氯化氢和水蒸气，应先除去氯化氢气体，再除去水蒸气，除氯化氢气体可选用碳酸钠溶液；除水蒸气可选用浓硫酸，故装置连接顺序及组合最恰当的是甲（①⑤）、乙（⑥）、丙（④）、丁。
4．实验室制取 CO2的有关操作如图，错误的是（ ）
A．检查气密性 B．装药品，制气体
C．收集 D．验满
【答案】B
【解析】
A.该装置的气密性检查方法是：当推动注射器的活塞时，锥形瓶内的空气体积减小压强增大，把水压入长颈漏斗中，若气密性好则会形成一段稳定的水柱；当拉动注射器的活塞时，锥形瓶内的空气体积增大压强变小，若气密性良好则可以看到长颈漏斗的下端会产生气泡，图中所示装置正确。
B.稀硫酸与块状石灰石反应生成微溶于水的硫酸钙，会覆盖在石灰石表面，阻止反应的进行，不能用于制取CO2，图中所示装置错误。
C.二氧化碳的密度比空气的大，气体应从长导管通入，将空气从短导管排出，图中所示装置正确。
D.验满时，应将燃着的木条放在短导管口，木条熄灭，说明集满了二氧化碳，图中所示装置正确。
故选：B。
5．我们学习过常见气体的实验室制法，知道了制取气体的一般思路和方法。
（1）实验室制取气体时，确定发生装置需要考虑的两种因素有_______(填序号)。
A．反应物的状态 B．气体的密度
C．反应的条件 D．气体的溶解性
（2）某实验室的仪器柜里有如下仪器：
仪器①的名称是________，实验室用大理石和稀盐酸制备并收集二氧化碳时，，不可能选择的仪器是______(填序号)。
（3）老师提出用碳酸钠粉末与稀盐酸制取二氧化碳，其反应的化学方程式为____________________________________。为了完成该实验，有四位同学组装了以下发生装置，你认为最合适的一套装置是_______(填序号)，该装置的最大优点是_____________________。该装置还可以用于实验室制取________________。
（4）若用50克稀盐酸与10克大理石(含杂质)恰好完全反应生成2.2克二氧化碳，求稀盐酸的质量分数__________。
【答案】（1）AC
（2）长颈漏斗 ②⑤
（3）Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑ D 能控制反应速率 氢气(或氧气)
（4）7.3%
【解析】（1）实验室制取气体时，确定发生装置需要考虑的两种因素有反应物的状态和反应的条件，故选AC。（2）仪器①的名称是长颈漏斗；实验室用大理石和稀盐酸制备并收集二氧化碳时，属于固体和液体混合不需要加热的反应，所以不需要酒精灯②，二氧化碳能溶于水，所以不能用排水法收集，所以也不需要⑤。（3）碳酸钠粉末与稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式为Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑；该反应是固体和液体混合不需要加热的反应，所以最合适的一套装置是D，该装置的最大优点是能控制反应速率；该装置还可以用于实验室制取氢气(或氧气)。
（4）设参与反应的HCl的质量为x。
CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2O
73 44
x 2.2 g
x=3.65 g
该稀盐酸中溶质的质量分数=×100%=7.3％。
答：该稀盐酸中溶质的质量分数为7.3％。
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