人教版九年级上化学教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：31【基础】二氧化碳制取的研究

二氧化碳制取的研究（基础）
【学习目标】
1.掌握实验室制取二氧化碳的原理、装置和操作要点。
2.了解实验室中制取气体的思路和方法。
【要点梳理】
要点一、二氧化碳的实验室制法
1.药品：大理石（或石灰石）、稀盐酸。
2.反应原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+
H2O+CO2↑
3.发生装置和收集装置：
（1）发生装置：“固——液不加热型”。气体的发生装置由反应物的状态和反应条件决定。制取二氧化碳常用的发生装置如下：
（2）装置连接时要注意以下两点：
　①长颈漏斗的下端管口必须插入到液面以下，否则生成的气体会从长颈漏斗口跑掉；
　②导气管伸入容器内无需太长，更不能插入到液面以下。若伸入到液面下，
气体就无法从导管口排出。
（3）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（如右图所
示）。收集时要注意将导管插到瓶底。　
　
4.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。
5.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。
【要点诠释】
药品选用应注意的问题：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
要点二、实验室制取二氧化碳的研究与实践
1.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，例如：
（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。
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。（1）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。
2.实验室制取气体装置的确定：制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分，其选择依据如下：
（1）气体发生装置的选择：由反应物的状态和反应条件来确定。①若反应物只有固体，反应需要加热时，应选择下图A所示的实验装置。②若反应物状态为固体+液体，反应不需要加热时，应选择下图B所示的实验装置。
（2）气体收集装置的选择：依据气体的物理性质（是否溶解于水、密度比空气大还是小）和化学性质（是否与水、空气发生反应）来选择。
①气体的密度大于空气的密度（或相对分子质量大于29），可用向上排空气法收集（上图D）。
②气体的密度小于空气的密度（或相对分子质量小于29），可用向下排空气法收集（上图E）。
③气体不易（或难）溶于水且不与水反应，可用排水法收集（上图C）。
【要点诠释】
1.实验室制取气体的一般思路和方法：
（1）首先要研究实验室制取气体的化学反应原理，即选择合适的反应物和反应条件（如常温、加热、加催化剂等），还要选择合适的实验装置，研究如何验证制得的气体等。
（2）选择反应时，要考虑原料易得，反应条件要求不高，操作简便安全，反应速率适中，生成气体不混入其他气体，便于收集。
（3）制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分。选择气体发生装置要根据反应物的状态和反应条件；选择气体的收集装置应考虑气体的密度和气体的溶解性及气体是否与水反应。
（4）验证气体时，实验现象要明显。
2.氧气、二氧化碳的实验室制法比较：
气体名称
氧气
二氧化碳
反应原理
过氧化氢催化分解或高锰酸钾受热分解
大理石（或石灰石）与稀盐酸反应
化学方程式
2H2O22H2O+O2↑2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
发生装置
（注意：加热高锰酸钾制氧气时，试管口处要放一小团棉花）
收集装置
检验方法
将带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃
通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊
验满方法
将带火星的木条靠近集气瓶口，木条复燃，则证明满了
将燃着的木条靠近集气瓶口，木条熄灭，则证明满了
【典型例题】
类型一、考查二氧化碳的实验室制法
1.（2019 邵阳县一模）下列物质常用于实验室制取二氧化碳的是（　　）
A．大理石和稀硫酸
B．石灰石和稀盐酸
C．碳酸钠和稀盐酸
D．碳酸氢钠和稀盐酸
【思路点拨】根据二氧化碳的实验室制法是用稀盐酸与大理石（或石灰石，其主要成分都是碳酸钙）反应来制取，进行解答。
【答案】B
【解析】大理石和稀硫酸反应生成微溶性的硫酸钙会覆盖在大理石表面，阻止反应的进行，使反应慢慢终止，故Ａ不符合题意；实验室制法是用石灰石和稀盐酸反应来制取二氧化碳，故Ｂ符合题意；碳酸钠和稀盐酸也可生成二氧化碳，但由于反应速率过快，产生的二氧化碳气体不易收集，故不可用来实验室里制取二氧化碳气体；故Ｃ不符合题意；碳酸氢钠和稀盐酸也可生成二氧化碳，但由于反应速率过快，产生的二氧化碳气体不易收集，故Ｄ不符合题意。
【总结升华】实验室制取气体选择反应时，要考虑原料易得，反应条件要求不高，操作简便安全，反应速率适中，生成气体不混入其他气体，便于收集。
2.
下列有关“固—液反应，不需加热”的气体发生装置合理的是（
）
【答案】D
【解析】A中导气管太长，应稍伸出塞子即可，故A不合理；B中漏斗颈太短，C中长颈漏斗末端未伸入锥形瓶的底部，这样生成的气体容易从漏斗或长颈漏斗中逸出，故B、C不合理；只有D是合理的。
【点评】长颈漏斗的末端要伸入液面以下，防止生成的气体从漏斗口逸出。
3．右图所示装置适合收集的气体是　　　　　。
　Ａ．氢气　　　　Ｂ．一氧化碳　　Ｃ．二氧化碳　　Ｄ．氧气
【答案】C、Ｄ
【解析】二氧化碳和氧气都可用向上排空气法收集。氢气的密度比空气小，要用向下排空气法收集；一氧化碳有剧毒，不能用排空气法收集，可用排水法收集。
【点评】气体收集装置的选择：气体的密度大于空气的密度，可用向上排空气法收集；
气体的密度小于空气的密度，可用向下排空气法收集；气体不易（或难）溶于水且不与水反应，可用排水法收集。
4.某化学兴趣小组利用下图装置探究制取气体的原理、方法及性质。结合装置图，回答下列问题：
A
B
C
D
E
(1)写出图中标号仪器的名称：a
，b
。
(2)用双氧水和二氧化锰制取氧气时，可选用的发生装置是
(填上图字母)，可选用C装置收集氧气，其原因是
。
(3)实验室制取二氧化碳时，应选择的发生装置是
(填上图字母)。
【答案】（1）长颈漏斗
锥形瓶
（2）B
氧气的密度比空气大且不与空气中成分反应
（3）B
【解析】（1）记住常见仪器的名称和用途；（2）用双氧水制取氧气时属于“固—液反应，不需加热”型，故应选B。（3）制取二氧化碳一般选用石灰石（或大理石）和稀盐酸为原料，且反应不需加热，属于“固—液反应，不需加热”型，故应选B。
【点评】初中化学制取气体的发生装置主要有两种，一种是反应物只有固体，反应需要加热，可用上图A装置；另一种是固体和液体，反应不需要加热，可选用上图B装置。
举一反三：
【变式1】（2019·重庆中考）某班同学在实验室里制取二氧化碳，老师观察到了四个同学的如下操作，其中正确的是（
）
【答案】B
【解析】A中应用手持橡胶塞而不是持导管，否则容易折断导管刺伤手指或手掌，且不能将试管放在桌面上，故错误；C中药品不能直接用手拿，且石灰石是密度较大的块状固体，图中操作容易打破试管底部，故错误D中不能用带余烬的火柴，应用燃着的火柴，D错误只有B正确。
【变式2】现用大理石和稀盐酸制取二氧化碳气体：
　（1）写出该反应的化学方程式
。
（2）二氧化碳气体的检验方法是
。
【答案】
　（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
　（2）将产生的气体通入澄清的石灰水中，若石灰水变浑浊，说明有CO2生成。
【变式3】实验室制取CO2应选择的装置是（
）
A．①③
B．②③
C．②④
D．②⑤
【答案】B
二氧化碳制取的研究（基础）
【巩固练习】
1、
选择题
(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列属于化合物的是（
）
A.金刚石
B.蒸馏水
C.C60
D.大理石
2.以下是我省生产的某种加钙食盐包装标签上的部分文字。请仔细阅读后回答以下问题：
为了检验此盐中是否含有碳酸钙，在家庭厨房里可选用的物质是(

)　

A.食醋
B.食盐
C.纯碱
D.白酒
3.实验室制备二氧化碳气体的常用方法是(
　)
A.煅烧石灰石
B.点燃木炭
C.用石灰石与稀盐酸反应
D.碳酸分解
4.要使下图所示的气球鼓起来，下列各组中的甲、乙物质与气球中的气体的对应关系正确的是（
　）
A.甲是碳酸盐，乙是盐酸，气球中是CO2
B.甲是金属铜，乙是稀硫酸，气球中是H2
C.甲是碱，乙是酸，气球中是水蒸气
D.甲是锌，乙是盐酸，气球中是CO2
5.检验集气瓶中的气体是不是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．将带火星的木条插入瓶里　　　　　　
D．将燃着的木条放在瓶口
6.可生成二氧化碳的反应很多，例如：①木炭在空气中燃烧；②碳与氧化铜反应；③高温煅烧石灰石；④石灰石（块状）与稀盐酸。其中可用于实验室制取CO2的是（
）
A.①
B.②
C.③
D.④
7．（2019 梧州二模）检验二氧化碳是否充满集气瓶的方法是（　　）
A．把澄清石灰水倒入集气瓶中
B．将点燃的木条放在集气瓶口
C．将带火星的木条放在集气瓶口
D．看集气瓶口有无白雾生成
8．（2019 广西一模）实验室制取CO2一般有以下五个步骤：①检查装置气密性，②向长颈漏斗中注入盐酸，③按要求装配好仪器，④收集气体，⑤向反应容器中放入大理石。操作顺序正确的是（　　）
A．③①⑤②④　　B．③①②⑤④　　　C．①③②⑤④　　
D．①③⑤④②
9.将实验室制取二氧化碳和用高锰酸钾制取氧气进行比较，下列说法正确的是(　　)
A.气体发生装置可能相同
B.反应条件相同
C.气体收集方法可能相同
D.反应的基本类型相同
10.归纳气体的相对分子质量与气体的密度的关系发现，在相同的条件下，气体的相对分子质量越大，其密度越大，空气的平均相对分子质量为29，用相对分子质量判断下列气体能用向上排空气法收集的是（
　）
A.CH4　　　B.C 2H4　　　　C.NH3　　　　D.SO2
11.按下述实验方法制备气体，合理的是（
　）
A.用酒精灯加热碳酸钙制二氧化碳
B.大理石与稀硫酸反应制二氧化碳
C.锌与稀硝酸反应制氢气
D.加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制氧气
12.下列反应均能产生二氧化碳，能用于实验室制取二氧化碳的是（ ）
A.木炭在空气中燃烧
B.利用碳酸钠与稀硫酸反应
C.大理石和稀盐酸反应
D.煅烧石灰石
二、填空题
13.
实验室里制取二氧化碳的化学方程式是
。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
14.（2019 山东一模）今年我市的化学实验操作考试有“制取并收集一瓶二氧化碳”的考题。
（1）指出标号①的仪器名称　　　　　　；
（2）实验室制取二氧化碳选用的发生装置和收集装置依次为　　　　　　、　　　　　　（填序号），反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
三、计算题
15.实验室用碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳，如果制取3.52g二氧化碳，至少需要碳酸钙的质量是多少克
【答案与解析】
1.【答案】B
　【解析】蒸馏水（化学式为H2O）属于化合物；大理石的主要成分是碳酸钙，属于混合物；金刚石和C60都属于单质。
2.【答案】A
【解析】本题联系生活实验，以加钙食盐的包装标签为背景，立意考查，有助于培养学生阅读分析能力。检验是否含有CaCO3，可用家庭厨房里有的食醋检验。
3.【答案】C
【解析】A项，在高温下进行，操作不便；B项，虽然能生成二氧化碳，但燃烧需在空气中进行，得不到纯净的CO2；D项，产生的二氧化碳太少，且实验室没有碳酸。

4.【答案】A
【解析】Cu不能与稀H2SO4反应。
5.【答案】A
【解析】二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊。
6.【答案】D
【解析】①能生成CO2，但燃烧需在空气中进行，放出大量的热，对仪器、装置的要求高而且复杂，燃烧生成的气体也难收集；②③两种方法在高温下进行，操作较复杂。故①②③在实验室里可操作性差。
7．【答案】B
　【解析】二氧化碳本身不会燃烧，它也不支持燃烧，将燃着的木条放在瓶口，若熄灭则证明收满；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，石灰水可以检验二氧化碳，但不能验满。故选B。
8．【答案】A
　【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），则正确的操作顺序为：③①⑤②④。　　　
9.【答案】C
【解析】收集CO2和O2均可用向上排空气法。
10.【答案】D
【解析】SO2的相对分子质量比空气大。
11.【答案】D
【解析】CaCO3在800℃以上分解，Zn与HNO3反应不产生H2。实验室用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应制取二氧化碳，而不用稀硫酸，因为稀硫酸与大理石反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面从而阻止反应继续进行，使反应停止。
12.【答案】C
【解析】实验室制取二氧化碳时是利用大理石和稀盐酸反应来制备的。
13．【答案】CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O
＋CO2↑
【解析】要掌握实验室制取二氧化碳的原理、装置、操作及验满方法等。
14.【答案】（1）集气瓶　　（2）B、D　　CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
【解析】在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，所以应该选择B装置来制取二氧化碳气体；二氧化碳密度比空气大，能溶于水，所以应该选择D装置来收集二氧化碳。实验室常用大理石或石灰石和与稀盐酸反应制取二氧化碳，同时生成氯化钙、水。
15.【答案】
解：设至少需要碳酸钙的质量为x。
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
100
44
x
3.52g
x=8g
答：至少需要碳酸钙的质量为8克。
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