探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之二氧化碳制取的研究

1、探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之二氧化碳制取的研究1. 化學(xué)反應(yīng)原理：該實(shí)驗(yàn)分為幾個(gè)部分。第一部分，根據(jù)復(fù)習(xí)和歸納氧氣的實(shí)驗(yàn)室制収，總結(jié)出氣體制備的發(fā)生裝置與收集裝 置選擇的思路。第二部分，探究二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制備裝置的選擇。實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳得用石灰石（或 大理石）與稀鹽酸在常溫下反應(yīng)。caco3+2hci cac12+h2o+co2 t據(jù)此探究二氧化碳制取的裝置。首先得有容器，由于該反應(yīng)不需要加熱，該反應(yīng)的容 器有很大的選擇范圍。為了在反應(yīng)前固體與液體不接觸，可以添加一個(gè)加液體的裝置（比如 長(zhǎng)頸漏斗、注射器等），反應(yīng)不需要加熱，故不需要酒精燈等加熱的設(shè)備。二氧化碳能溶于水，不宜用排水集氣法收集；二氧化碳密度比

2、空氣大，可用排上排空 氣集氣法收集。第三部分：制取二氧化碳。用石灰石和稀鹽酸反應(yīng)，用最簡(jiǎn)單的裝置制取。2. 實(shí)驗(yàn)儀器：試管、燒杯、單孔塞、集氣瓶、玻璃片等。實(shí)驗(yàn)藥品：石灰石（或大理石）、稀鹽酸、澄清石灰水等。3. 探究方案：（1）在復(fù)習(xí)氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法的基礎(chǔ)上，歸納出制取氣體的發(fā)生裝置和收集裝置選擇的氣體的發(fā)牛裝置的選擇必須考慮：考慮反應(yīng)物的狀態(tài)（固態(tài)與固態(tài)或固態(tài)與液態(tài)或 液態(tài)與液態(tài)，中學(xué)實(shí)驗(yàn)中一般不會(huì)出現(xiàn)氣態(tài)與氣態(tài)物質(zhì)反應(yīng)制備氣體的情況）；考慮反 應(yīng)條件（是常溫下反應(yīng)還是加熱條件f反應(yīng)）。氣體的收集裝置的選擇由氣體的性質(zhì)決定的。不易溶于水的能用排水集氣法收集；密 度小于空氣且不與空氣中任何氣

3、體反應(yīng)的用向下排空氣集氣法收集 密度比空氣大且不與空 氣小任何成分反應(yīng)的，用向上排空氣集氣法收集。（2）探究制収二氧化碳的裝置。在上述分析的基礎(chǔ)上，教材引導(dǎo)學(xué)生從圖16-1中選擇儀器，組裝成制取二氧化碳的實(shí) 驗(yàn)室裝置。其實(shí)可選擇的儀器遠(yuǎn)不止這些。錐形瓶0燒杯試管q集氣瓶長(zhǎng)頸漏斗o平底燒瓶導(dǎo)管酒精燈圖 16-1制取二氧化碳用塊狀固體石灰石（或大理石）與液體稀鹽酸反應(yīng)，因此必須有容器盛 裝反應(yīng)物。反應(yīng)不需要加熱，所以該容辭的選擇范圍很大，兒乎所有能用帶導(dǎo)管的塞子封閉 容器口的都可以選擇作為該反應(yīng)的容器。比如試管、錐形瓶、燒瓶、廣口瓶，其至連h常先 活中的各種瓶子。為了使反應(yīng)開始準(zhǔn)備充分后再收集二氧

4、化碳，就冇必要在此之前將反應(yīng)物石灰石（或 大理石）和稀鹽酸分開。可在裝置中加一長(zhǎng)頸漏斗或分分液漏斗。若用長(zhǎng)頸漏斗，需插入液 而以下進(jìn)行液封，防止氣體從長(zhǎng)頸漏斗中逸出。述可以選用注射器等，不贅述。二氧化碳能溶于水，但溶解性不人，1體積水小僅溶解1體積二氧化碳，且溶解的速度 比較慢，完全可以用啟普發(fā)生器器制取。圖16-2是筆者列舉的幾例制取二氧化碳的裝置?？梢龑?dǎo)學(xué)生開動(dòng)腦筋，還町以找出很 多裝置。a（3）制取二氧化碳學(xué)生實(shí)驗(yàn)對(duì)用最簡(jiǎn)單的裝置。 檢查裝置的氣密性。裝置好裝置，用手握住試管，導(dǎo)管另-端插入水小，觀察有無 氣泡產(chǎn)生。 在試管內(nèi)加入適量的石灰石（或大理石），加適量的稀鹽酸，塞上帶導(dǎo)管的塞了

5、。 用向上排空氣法收集氣體，用燃著的木條放在集氣瓶口試驗(yàn)，若木條熄滅，說明二 氧化碳已經(jīng)收集滿。蓋上玻璃片，正放在桌面上待用。（如圖16-3）4. 探究評(píng)價(jià)：（1）二氧化碳發(fā)生裝置的選擇是該探究的重點(diǎn)。教材如此安排有利于開發(fā)學(xué)生的學(xué)科能 力。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)其發(fā)散思維，盡可能多地找出發(fā)生裝置。（2）二氧化碳制取采用上述實(shí)驗(yàn)，藥品用雖少，裝置簡(jiǎn)單，操作方便。但制取的二氧化 碳量也少，更換藥品很不方便，更不能控制反應(yīng)的開始與終止。教師實(shí)驗(yàn)可采用如下裝置。（如圖16-4）圖1645. 資源開發(fā)：（1）原料選擇：用于制取二氧化碳的藥品很多，除人理石和石灰石外，還可以選用的有雞蛋殼、貝殼 等。水泥塊

6、和陳舊的石灰塊也有較好的制取效呆，但山于含雜質(zhì)較多，反應(yīng)吋，容辭中會(huì)出 現(xiàn)大量的黑色泡沫，外觀很不好看。（2）儀器選擇：日常生活中的很多容器都可以用作制取二氧化碳的容器，如礦泉水瓶、牛奶瓶等。制取二氧化碳量較多時(shí)，對(duì)用如圖16-5所示裝置制取。接收集裝置酸 鹽 稀取兩支無底的廢ii試管，將試管口鋰平，一去底部塞上帶導(dǎo)悸的單孔塞，刃一支上下 都塞上帶導(dǎo)管的單孔塞，并用橡皮管將其連接起來，固定在鐵架臺(tái)上。在a管屮加入適量的 稀鹽酸，在b管中加入石灰石（或大理石）。提起a管，使稀鹽酸流入b管內(nèi)，與石灰石接 觸反應(yīng)。不用時(shí)，可將a管放低，稀鹽酸流入a管內(nèi)，反應(yīng)停止。該裝置雖然不是利用啟普發(fā)生器的原理，

7、但也可以控制反應(yīng)的進(jìn)行與停止。6. 創(chuàng)新思維：（1）醋酸和純堿能否用于制取二氧化碳？不能。很多資料里都用這種方法作為學(xué)牛的家庭實(shí)驗(yàn)，但筆者做了很多次，效果都很差，反 應(yīng)速率很慢。（2）稀硫酸能否用丁制取二氧化碳？能。硫酸與塊狀石灰石或大理石反應(yīng)時(shí)，一開始有大量氣泡產(chǎn)綸。隨著吋間的推移，反應(yīng) 速率越來越慢，最后停止。這是由丁反應(yīng)生成了不易溶于水的硫酸鈣，阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步 進(jìn)行。caco3 + h2so4 = caso4 i +h2o + co2 f但若將石灰石（或人理石）研成粉末再與稀硫酸反應(yīng)，則有理想怕反應(yīng)速度。若稀硫 酸的量足夠，可保證石灰石（或人理石）反應(yīng)完全。這是由于石灰石（或人理石）顆粒小， 與稀硫酸有很大的接觸面積。但不可用濃硫酸。硫酸濃度大，含水量少。反應(yīng)后生成的硫酸鈣迅速沉淀，使反應(yīng)立 即停止。（3）能否用排水法收集二氧化碳？二氧化碳能溶于水，在latm'k, 1體積水能溶解1體積二氧化碳。這是理論值，并且 是飽和狀態(tài)下的溶解值。二氧化碳溶解達(dá)到飽和的需要多長(zhǎng)時(shí)間呢？取一支大試管（或50毫升量筒），用排水法收集滿二氧化碳，用大拇指堵住試管口取 出試管，再倒插入盛有適量水的燒杯屮，靜置觀察，如圖16-6o 24 h示，試管內(nèi)液面可升 至試管高度的1 / 2, 35天內(nèi)水可充滿