2.2.2 二氧化碳的制法
【思维导图】
【知识梳理】
知识点01 实验室制法的药品、原理
1．药品：大理石（或石灰石）、稀盐酸。
2．反应原理： 碳酸钙+盐酸氯化钙+水+二氧化碳
CaCO3 HCl CaCl2 H2O CO2
3．药品选用应注意的问题：
不能用浓盐酸。浓盐酸挥发出的氯化氢气体混入二氧化碳中，导致所收集的二氧化碳不纯。
不能用硫酸。因为硫酸跟碳酸钙反应（H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑） 生成的硫酸钙微溶于水，它覆盖在石灰石的表面，阻碍了石灰石与硫酸进一步接触，使反应难以继续进行。
不可用碳酸钠。因为碳酸钠是固体粉末且易溶于水，它与盐酸反应（Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑）速率太快，不便于控制，且碳酸钠比石灰石价格高，不经济。
4．化学反应原理的确定：可以生成二氧化碳的化学反应有很多
（1）碳在氧气（或空气）中燃烧：C+O2CO2
（2）碳在高温下还原金属氧化物：2CuO+C2Cu+CO2↑
2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
（3）石灰石高温分解： CaCO3 CaO+CO2↑
（4）大理石（或石灰石）与稀盐酸在常温下反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
（5）蜡烛、木柴、酒精、汽油等含碳物质的燃烧都可产生二氧化碳气体。但是有二氧化碳生成的化学反应不一定都适用于实验室制取二氧化碳。首先要考虑可操作性，其次再考虑哪个更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。
和（5）虽然都能生成二氧化碳，但由于燃烧需要在氧气（由空气）中进行，放出大量的热，对仪器、装置的要求高而且复杂，燃烧后的高温气体收集也很困难，所以在实验室里可操作性差。
（2）和（3）需在高温下进行，操作较复杂且消耗能源。
（4）方案操作简便，故实验室通常选用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应来制取二氧化碳。
【即学即练1】在实验室里制取二氧化碳气体，可选择的药品是（ ）
A．碳酸钠粉末与浓盐酸 B．块状石灰石与稀硫酸
C．石灰石粉末与稀硫酸 D．块状大理石和稀盐酸
【答案】D
【解析】A．碳酸钠钠粉末与浓盐酸反应速率过快，且浓盐酸具有挥发性，不适合制备二氧化碳，选项A错误；
B．块状石灰石与稀硫酸反应生成硫酸钙为微溶物，覆盖在石灰石表面，抑制反应进行，选项B错误；
C．粉末状反应物与酸接触面积大，反应速率过快，且硫酸钙为微溶物，不适合制备二氧化碳，选项C错误；
D．块状大理石与稀盐酸反应速率适中，氯化钙为易溶于水，利于二氧化碳的制备，选项D正确。
故选：D。
知识点02 实验装置和操作
（1）发生装置：气体的发生装置由反应物的状态和反应条件决定。制取二氧化碳的反应物是块状固体和液体，在常温下进行反应，应选固液常温型装置。其中带有多空塑料板的装置不能用于过氧化氢和二氧化锰的反应。
（2）收集装置：气体的收集方法由气体的密度和气体的溶解性决定。二氧化碳能溶于水，密度比空气的大，通常采用向上排空气法收集（如下图所示）。收集时要注意将导管插到瓶底。
（3）验满：将燃着的木条置于集气瓶口，如木条熄灭，则二氧化碳收集满了。 （4）检验：将产生的气体通入澄清的石灰水中，若观察到石灰水变浑浊，说明有CO2生成。
【即学即练2】实验室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连接发生装置；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．①②③④⑥⑤ B．②①④③⑤⑥
C．②①③④⑤⑥ D．②③④①⑤⑥
【答案】 C
【解析】制取二氧化碳的操作步骤是：连（连接仪器、组装实验装置）→查（检查装置的气密性）→加（向广口瓶中装入大理石）→倒（向漏斗中注入稀盐酸）→收集（用向上排空气法收集）→验满（将燃着的木条放在集气瓶口）。则正确的操作顺序为：②①③④⑤⑥。
【即学即练3】实验室制取二氧化碳部分操作如图所示，其中错误的是（ ）
A．检查装置的气密性 B．仪器连接
C．加入药品 D．收集气体
【答案】C
【解析】A．检查装置气密性的方法：把导管的一端浸没在水里，双手紧握容器外壁，若导管口有气泡冒出，说明装置不漏气，图中所示操作正确；
B．连接玻璃管与胶皮管，先把玻璃管口用水润湿，然后稍用力即可把玻璃管插入胶皮管，故图示操作正确；
C．把密度较大的块状药品或金属颗粒放入玻璃容器时，应该先把容器横放，把药品或金属颗粒放入容器口后，再把容器慢慢地竖起来，使药品或金属颗粒滑到容器底部，以免打破容器，故图中操作错误；
D．二氧化碳的密度比空气大，气体先在集气瓶底部聚集，收集二氧化碳时气体应从长导管进入，空气从短导管排出，故图示操作正确。
故选：C。
知识点03 实验室制取气体的一般思路
1．发生装置
依据：反应物的状态和反应条件（是否加热）
固固加热型 固液常温型
高锰酸钾制氧气 氯酸钾制氧气 大理石（石灰石）和稀盐酸制二氧化碳
试管口略向下倾斜 适合制取 少量气体 适合制取大量气体 长颈漏斗可随时添加液体药品，注意下端管口液封 分液漏斗可控制加入液体的速率，从而控制反应速率 注射器可控制加入液体的量，从而控制反应速率
收集装置
选择依据：气体的溶解性；气体的密度（气体相对分子质量与空气平均相对分子质量29相比判断）
排水集气法 向上排空气法 向下排空气法
适合气体溶解度小 不与水反应的气体 适合密度比空气大 不与空气反应的气体 适合密度比空气小 不与空气反应的气体
注意事项：导管口出现连续均匀的气泡时开始收集；集气瓶口有大量气泡往外冒时气体收集满 注意事项：导管伸入集气瓶底部，以保证排尽集气瓶中空气。 注意事项：导管伸入集气瓶底部，以保证排尽集气瓶中空气。
①所有气体从短管进②V排出的水=V气体 为防止气体溶解在水中，水面放一层植物油隔绝二者； 集气瓶上端若有空气，不影响收集的气体的体积数据，但是要影响收集气体的纯度 气体进入集气瓶后出现在装置下端 气体的验满在另一侧出气口 气体进入集气瓶后出现在装置上端 气体的验满在另一侧出气口
【即学即练4】实验室常用以下装置来制取和收集气体。下列说法正确的是（ ）
A．实验室制取氧气时，可选用③或⑤作为收集装置
B．检验④中CO2是否收集满：将燃着的木条伸入集气瓶内，看木条是否熄灭
C．用①、⑤制取并收集气体完毕后，应先熄灭酒精灯，再将导管移出水面
D．用锌粒和稀硫酸制取氢气，可选用②作为发生装置
【答案】D
【解析】A．氧气不易溶于水，密度比空气大，可用排水法或向上排空气法收集，故可选用④或⑤作为收集装置，不符合题意；
B．二氧化碳不燃烧、不支持燃烧，二氧化碳验满：将燃着的木条放在集气瓶口，看木条是否熄灭，不能伸入集气瓶内，不符合题意；
C．用①、⑤制取并收集气体完毕后，应先将导管移出水面，然后熄灭酒精灯，防止水倒流，炸裂试管，不符合题意；
D．用锌和稀硫酸反应制取氢气，属于固液不加热反应，发生装置可选②，符合题意。
故选：D。2.2.2 二氧化碳的制法
【思维导图】
【知识梳理】
知识点01 实验室制法的药品、原理
1．药品： 。
2．反应原理：
3．药品选用应注意的问题：
不能用浓盐酸。 出的氯化氢气体混入二氧化碳中，导致所收集的二氧化碳不纯。
不能用硫酸。因为 （H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑） ， ，使反应难以继续进行。
不可用碳酸钠。因为 ，它与盐酸反应（Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑） ，且碳酸钠比石灰石 。
4．化学反应原理的确定：可以生成二氧化碳的化学反应有很多
（1）碳在氧气（或空气）中燃烧：C+O2CO2
（2）碳在高温下还原金属氧化物：2CuO+C2Cu+CO2↑
2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
（3）石灰石高温分解： CaCO3 CaO+CO2↑
（4）大理石（或石灰石）与稀盐酸在常温下反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
（5）蜡烛、木柴、酒精、汽油等含碳物质的燃烧都可产生二氧化碳气体。但是有二氧化碳生成的化学反应不一定都适用于实验室制取二氧化碳。首先要考虑 ，其次再考虑哪个 等。
和（5）虽然都能生成二氧化碳，但由于燃烧需要在氧气（由空气）中进行，放出大量的热，对仪器、装置的要求高而且复杂，燃烧后的高温气体收集也很困难，所以在实验室里可操作性差。
（2）和（3）需在高温下进行，操作较复杂且消耗能源。
（4）方案操作简便，故实验室通常选用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应来制取二氧化碳。
【即学即练1】在实验室里制取二氧化碳气体，可选择的药品是（ ）
A．碳酸钠粉末与浓盐酸 B．块状石灰石与稀硫酸
C．石灰石粉末与稀硫酸 D．块状大理石和稀盐酸
知识点02 实验装置和操作
（1）发生装置：气体的发生装置由反应物的状态和反应条件决定。制取二氧化碳的反应物是 ，在 进行反应，应选 装置。其中带有多空塑料板的装置不能用于 。
（2）收集装置：气体的收集方法由气体的密度和气体的溶解性决定。 ，通常采用 收集（如下图所示）。收集时要注意将导管插到 。
（3）验满：将 置于 ，如 ，则二氧化碳收集满了。
（4）检验：将产生的气体通入 中，若观察到石灰水 ，说明有CO2生成。
【即学即练2】实验室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连接发生装置；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．①②③④⑥⑤ B．②①④③⑤⑥
C．②①③④⑤⑥ D．②③④①⑤⑥
【即学即练3】实验室制取二氧化碳部分操作如图所示，其中错误的是（ ）
A．检查装置的气密性 B．仪器连接
C．加入药品 D．收集气体
知识点03 实验室制取气体的一般思路
1．发生装置
依据： 和
固固加热型 固液常温型
高锰酸钾制氧气 氯酸钾制氧气 大理石（石灰石）和稀盐酸制二氧化碳
试管口 适合制取 气体 适合制取 气体 长颈漏斗 ，注意下端管口 分液漏斗 注射器
收集装置
选择依据： （气体相对分子质量与空气平均相对分子质量29相比判断）
排水集气法 向上排空气法 向下排空气法
注意事项：导管口出现 的气泡时开始收集； 时气体收集满 注意事项：导管 ，以保证 。 注意事项：导管 ，以保证 。
①所有气体从短管进②V排出的水=V气体 为 ，水面放一层 隔绝二者； 集气瓶上端若有空气，不影响收集的气体的体积数据，但是要影响收集气体的纯度 气体进入集气瓶后出现在装置下端 气体进入集气瓶后出现在装置上端
【即学即练4】实验室常用以下装置来制取和收集气体。下列说法正确的是（ ）
A．实验室制取氧气时，可选用③或⑤作为收集装置
B．检验④中CO2是否收集满：将燃着的木条伸入集气瓶内，看木条是否熄灭
C．用①、⑤制取并收集气体完毕后，应先熄灭酒精灯，再将导管移出水面
D．用锌粒和稀硫酸制取氢气，可选用②作为发生装置
