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物质科学（二）
第23课时
空气、氧气、二氧化碳（二）
知识导引
1.二氧化碳的性质
物理性质，化学性质
2.二氧化碳的制取
二氧化碳的制取，相关的化学计算
3.空气污染与保护
7世仁教育
已7教
水
振荡
COa
图3-59C02使蜡烛图3-60充满C2瓶内,加
火焰自下而上熄灭入水振荡后,瓶子会被压扁
氧化碳在通常状态下,是一种无色、无味的气体。它的密度比空气
的密度大,因此能像倒液体那样从一个容器向另一个容器倾倒。
二氧化碳能溶于水中,通常1体积水中能溶解1体积的CO2,增大压强
可使其溶解得更多。汽水等碳酸饮料就是利用了CO,这一性质制成的。在
加压降温的情况下,CO2能变成无色液体,甚至变成雪状固体,通常人们把
固体CO2叫做“干冰”。
CO
紫色石蕊试液
被压扁的
瓶中液体
蒸馏水
图3-61碳酸使紫
色石蕊试液变色
二氧化碳溶解在水里时,跟水发生化学反应生成碳酸(HCO3)。碳酸呈
酸性,能使紫色石蕊试液变成红色。
CO,
+H,O=
hCO
碳酸很不稳定,很容易分解。当加热时,碳酸会分解,逸出二氧化碳
剩下中性的水,因此,红色的石蕊又变成了紫色
HCO
H,0+CO
CO
紫色石
蕊试液
喷水后放
直接放入
入CO
喷稀醋酸喷水CO
化
氧化碳
约碳
CO
澄清
灰水
与可溶性碱反应:
Ca(OH),+Co,
=CaCO,
++H,O
2NaoH+Co=Na
co
+,o
NaOH溶液ca(OH)2溶液
cO
COr
A瓶
B瓶
止水夹
试管
cO2
碳酸钙
铜丝网
稀盐酸
实验室常用大理石(或石灰石,主要成分为碳酸钙)与稀盐酸反应来制
取二氧化碳气体。
CaCO,+2HCI
=
CaCL,+
H,
0+C0,
f
图3-62大理石
图3-63稀盐酸
发生装置
收集装置
tEhy温
b
co
水
三王
甲
丙
矿泉水/吸管
瓶底
矿泉
底部小孔
孔
水瓶
白醋栏三
矿泉
与的眼药水瓶
塑料板
瓶
蛋壳
稀盐酸
石灰石
鼓入
空气
加的质量g
碱石灰
NaOH濬液石灰石样品浓硫酸
只一盐酸
总质量/克/a
m+17.8
m+2.2
b
发生装置吸收装置
反应时间
CO
CaO颗粒
CO
量
量
→“音
高的
低的
成CO
公左
公与
步骤
步骤
利用太阳能将反应器加热到400℃,利用太阳能将反应器加热到
CaO与CO2反应形成CaCO
900℃,释放出CO中小学教育资源及组卷应用平台
4.5
空气、氧气、二氧化碳（二）
学案
知识导引
二、二氧化碳性质
例1．[2019
台州]如图，集气瓶中充满二氧化碳，大烧杯中燃着2支高低不等的蜡烛，实验时打开止水夹，移开玻璃片。下列说法正确的是(
)
A．将观察到高的蜡烛先熄灭
B．不移开玻璃片，实验现象更明显
C．蜡烛会熄灭，是因为二氧化碳降低了蜡烛的着火点
D．去掉烧杯中的1支蜡烛，也得出同样的实验结能论
1．[2020?杭州]小金通过实验室制取和收集二氧化碳的方法获得了一瓶二氧化碳气体。接着利用这瓶二氧化碳气体完成了图示实验，观察到蜡烛火焰自下而上依次熄灭。下列说法错误的是（ ）
A．实验室制取二氧化碳的药品为块状大理石和稀硫酸
B．实验室可采用向上排空气法收集二氧化碳
C．图示实验可说明二氧化碳密度比空气大
D．图示实验可说明二氧化碳不支持蜡烛的燃烧
2.[2019·舟山]非洲的尼奥斯湖是火山口湖，湖底溶有大量含二氧化碳的火山气体。1986年8月21日，大量的降水使上层湖水变凉而下沉，下层湖水上涌，二氧化碳气体从水中逸出，并沿着山谷向下扩散，导致山脚的大量居民窒息死亡。根据以上信息回答：
（1）非洲有大量的火山分布，火山是
的表现之一。
（2）湖水上涌后，溶解的二氧化碳气体从水中逸出，是由于液体压强随深度的减小
，导致了二氧化碳的溶解性减小。
（3）逸出的二氧化碳气体沿着山谷向下扩散，是由于二氧化碳具有
的性质。
例2 为了探究二氧化碳能与水发生反应生成酸，小明设计了如下实验方案：
取四朵用石蕊试液染成紫色的干燥小花，按图中的步骤Ⅰ～Ⅳ依次进行实验，观察小花的颜色变化(资料：紫色石蕊试液遇酸变红色)。
(1)该方案中观察到纸花的颜色变化是：Ⅰ.纸花变红；Ⅱ.纸花不变红；
Ⅲ.
；Ⅳ.
。
(2)步骤Ⅰ、Ⅱ两项说明了什么？
步骤Ⅰ说明：
；
步骤Ⅱ说明：
。
(3)该同学进行四组对比实验的目的是什么？
。
(4)写出该实验中所发生反应的化学方程式：
。
(5)如果将Ⅳ中实验后的纸花拿出来用电吹风吹一下，会观察到
。
例3.[2018·舟山]在科学拓展课中，甲同学向两个充满CO2气体的塑料瓶中分别加入NaOH溶液和Ca(OH)2溶液，迅速盖紧瓶盖后充分振荡，结果发现两个塑料瓶都变瘪。他认为据此实验现象，可以判定NaOH和Ca(OH)2均能与CO2发生反应。
（1）乙同学认为上述判定方法还存在不严密之处，他的理由是
。
（2）丙同学根据B瓶中出现的浑浊现象，判定Ca(OH)2与CO2发生了反应，提出了可以从是否有新物质生成的角度去判断。那么，若要判定NaOH和CO2发生了反应，在排除了（1）中的干扰因素后，接下案的方法是
。
3.小丽利用底部有一小孔的大试管，装配成如图甲所示的一个制取CO2气体的装置。
(1)实验前，关闭止水夹，先将试管底部稍浸没在水中，再用双手紧握试管，观察到
，则说明装置气密性良好。
(2)小丽将CO2通入盛有NaOH溶液的试管中，观察不到明显现象。那么CO2与NaOH是否发生反应？为此又做了实验：在集满CO2的软塑料瓶(如图乙)中加入适量的NaOH溶液，盖紧瓶塞振荡，发现瓶变瘪，于是认为CO2与NaOH发生了反应。小衢提出质疑，认为导致软塑料瓶变瘪的原因还有可能是
_。
(3)小科从变瘪的软塑料瓶中取出少量溶液置于试管中，滴入
(填一种盐)溶液，观察到有白色沉淀产生，就证明了CO2与NaOH的反应确实已经发生。
三、二氧化碳制取
例4．[2019?衢州]小科开展了二氧化碳的制取和部分性质实验：
（1）收集二氧化碳应选择图中
装置。
（2）小科采用图E方法检验二氧化碳的性质，观察到蜡烛熄灭。该现象除了能说明二氧化碳不能燃烧外，还能说明二氧化碳具有
的性质。
4．[2016?衢州]正确进行实验操作，合理改进实验装置，是科学素养的重要方面．请回答下列问题：
（1）如图甲是实验室制取CO2的装置，实验中收集集满一瓶CO2后，应将盖有玻璃片的集气瓶
（选填“正放”或“倒放”）在桌面上．
（2）有两位同学对图甲中的气体发生装置进行了简化，简化后的装置如图乙和图丙所示，其中
可行的是
。
5．[2017?绍兴]图甲为制取和收集二氧化碳的家庭实验装置，左边部分带小孔的眼药水瓶，下部可浸入和离开白醋，以控制反应进行与停止，它相当于乙图中的
（选填字母）装置，该装置虚线框中应选用乙图中的
（选填字母）装置来收集CO2气体；检验CO2气体是否集满的方法
是
。
例5．[2020
衢州]小科用如图所示的装置来测量某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，注射器水平放置，夹持装置未画出。他在试管中加入1g石灰石样品和足量的稀盐酸(石灰石中其它成分不与稀盐酸反应产生气体)，快速将连有注射器的橡皮塞塞紧试管口，实验结果如下表。(忽略活塞与筒壁之间的摩擦及温度变化对实验的影响)
（1）实验中判断石灰石和盐酸反应完的依据是
。
（2）当时实验条件下二氧化碳的密度约为
2g
/L,请利用表格中的数据，根据化学方程式计算该石灰石样品中碳酸钙的质量分数。
6.[2019·衢州]小科为测定某石灰石样品（主要成分为碳酸钙，其它成分不与稀盐酸反应）中碳酸钙的含量，利用气密性良好的图甲装置进行实验：①称取石灰石样品6克，加入锥形瓶中，塞紧瓶塞，从左侧持续缓慢鼓入空气；②一段时间后打开分液漏斗活塞，注入足量的稀盐酸，开始计时；③待装置D总质量不再增加时停止鼓入空气。实验过程中测得装置D增加的质量随时间变化图像如图乙。（碱石灰能吸收二氧化碳和水）
（1）根据图乙，运用化学方程式计算该石灰石样品中碳酸钙的质量分数。（计算结果精确到0.1%）
（2）下列情况中，会导致测得的碳酸钙质量分数偏大的是
________
。
①去掉装置A，将空气直接鼓入装置B
②去掉装置C，将B与D装置直接相连
③当气泡停止产生时立即停止鼓入空气
7．大理石是含杂质的碳酸钙，因具有美丽花纹而被广泛用于建筑物外墙、内壁的贴面和地面铺设。某同学想测出大理石样品中碳酸钙的含量，进行了如下实验和分析。
(1)取一定量的大理石样品置于图甲的发生装置中，用分液漏斗向下滴加盐酸(杂质不参加反应)，产生的气体用含有碱性物质的吸收装置充分吸收。分液漏斗中所加液体不选用硫酸，理由是__________
_________________________________________________________________________。
(2)反应前，测得图甲中锥形瓶内物质的总质量和吸收装置的总质量都为m克。实验后，根据实验数据绘制了图乙，曲线a、b分别表示锥形瓶内物质的总质量和吸收装置的总质量随反应时间变化的情况。根据曲线b计算出大理石样品中碳酸钙的质量为_________。
(3)请综合分析曲线a、b，计算出实验中所用盐酸的溶质质量分数为
_____________________。
(4)计算后，同学们对上述实验进行了反思，认为装置需要进一步改进，请写出你的一条改进方案：
_______________________________
____________________________________________________。
四、空气污染和保护
例6．碳元素是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是中学化学研究的重要内容。
(1)“低碳”倡导低能量、低消耗，主要是为了减少
的排放量。人类降低空气中二氧化碳含量的研究有两个方向：一是：
，二是：
。
(2)上表中的“温室效应指数”指以二氧化碳为相对标准，测定一定大气压下每单位体积的气体所吸收的热量。表中展示了部分气体的数据，据此可得出，水蒸气对全球温室效应的影响要比甲烷气体_____。结合实际分析，当前引起大气温室效应加剧的最主要气体是_____。
(3)二氧化碳是一种宝贵的资源。固定和利用二氧化碳的一个成功范例是CO2和NH3在高温高压下，可以合成尿素[CO(NH2)2]，同时生成水。该反应的化学方程式为______________________________。
(4)空气中CO2浓度的持续走高引起人们的高度重视。一些科学家认为，人类不仅要努力减少CO2的排放，还要尽快想办法清除空气中过多的CO2。为此，他们设想了一系列“捕捉”CO2的方法。
方法Ⅰ：一些科学家利用太阳能加热的反应器“捕捉空气中的CO2，如图1所示。
步骤二中发生反应的化学方程式是
______________________。
方法Ⅱ：另一些科学家利用NaOH溶液的喷淋“捕捉”空气中的CO2，如图2所示。
①NaOH的溶液喷成雾状是为了________________________________________；
②如图2
a环节中，发生反应的化学方程式为
，
。
评价：上述两种方法在化学原理上都是可行的，但在实际应用中仍存在很多问题，例如：方法Ⅰ主要是受到地域和气候的限制；方法Ⅱ主要是
_________。
8.高空臭氧是“地球卫士”，而近地面的臭氧会造成空气污染。舟山空气质量优良率一直位于全国前例，但由于氮氧化物等在阳光照射下发生光化学反应也会产生臭氧污染。下列说法错误的是(
)
A．臭氧和氧气的化学性质不同
B．臭氧是空气质量指数的污染物之一
C．大量汽车尾气排放会导致臭氧污染
D．佩戴口罩能有效阻挡臭氧的吸入
9．能源和环境问题日益成为人们关注的焦点。
(1)化石燃料包括煤、
和天然气等。过度使用既造成能源危机，又导致环境污染。燃煤会影响环境，下列环境问题与燃煤有直接关系的是
(填字母序号，下同)。
A．酸雨
B．温室效应
C．可吸入颗粒物增加
D．臭氧层破坏
(2)2018年冬季北方地区出现大范围灰霾天气，据检测首要污染物为PM2.5。下列关于PM2.5的说法或减少PM2.5的措施错误的是
。
A．PM2.5是指大气中直径超过2.5μm的颗粒物
B．控制城市汽车保有量
C．PM2.5专用口罩利用了活性炭的吸附性
D．冬季取暖用天然气替代燃煤
(3)目前，我国面临能源消费结构不合理、区域分布不均衡、利用率不高等问题。下图是我国目前与十二五规划能源结构变化的对比图，从图中可以看出，主要调整是
__________________________________________________。
参考答案
二、例1.
D
1.A
2.(1)地壳运动
(2)减小
(3)密度比空气大
例2.(1)
纸花不变红
纸花变红
（2）
酸能使石蕊变红
水不能使石蕊变红
（3）验证二氧化碳与水反应后生成了酸性物质（4）CO2＋H2O===H2CO3
（5）纸花由红色变成紫色
例3.（1）CO2能溶于水且能与水反应
（2）取A瓶中少量液体与试管中，滴加足量的稀盐酸，观察到有气泡产生。或取A瓶中少量液体与试管中，滴加氯化钡溶液，观察到有白色沉淀产生。
3.（1）试管底部有气泡逸出
（2）二氧化碳溶于水(或二氧化碳能与水反应)
（3）
氯化钙(或氯化钡、硝酸钙、硝酸钡等)
三、例4.（1）C
(2)不支持燃烧且密度比空气大
4.（1）
正放
（2）
丙
5.
A
C
将燃着的木条放到矿泉水瓶口处，如果木条熄灭，证明满了，如果没有熄灭，证明不满
例5.（1）活塞对应的刻度不变（或活塞不再移动、没有气泡产生、气体体积不再增加、CO2最大体积为176mL）
（2）解：反应生成CO2的质量为m=
ρV=2g/L×0.176L=0.352g
(1分)
设样品中碳酸钙的质量为x
CaCO3
+
2HC1=CaCl2+
H2O+CO2↑(1分)
100
44
x
0.352g
x=0.8g
(1分)
CaCO3
%=
100%=80%
(1分)
答：石灰石样品中碳酸钙的质量分数为80%。
6.（1）解：设石灰石样品中碳酸钙的质量为x。
由图乙可知生成的二氧化碳的质量为2.2克
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+
CO2↑
100
44
x
2.2g
100/44=x/2.2g
x=5g
CaCO3%=5g/6g×100%=83.3%
答：石灰石样品中碳酸钙的质量分数为83.3%
（2）①②
7.（1）硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水，附着在大理石表面，使酸溶液不能与大理石接触，从而使反应中止
（2）5g
(3)18.25%
(4)应该在发生装置与吸收装置之间增加一个干燥装置(或在反应结束后向发生装置中再通入除去二氧化碳的空气，使产生的二氧化碳能被完全吸收)
四、例6.（1）
二氧化碳
减少二氧化碳的排放
增加二氧化碳的吸收
（2）强
CO2
(3)CO2＋2NH3
CO(NH2)2＋H2O
(4)CaCO3
CaO＋CO2↑
①增加与二氧化碳的接触面积，增强吸收效果
②CaO＋H2O===Ca(OH)2
Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH
能耗太大
8.D
9.(1)石油
ABC
（2）A
(3)减少煤和石油的使用，增加天然气和非化石能源的使用
、
1
高温
高温、高压
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（共
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