Question

16．在CO₂復習課上，小組合作激發(fā)了師生學習的熱情：
（一）老師設計了如圖所示的實驗裝置，既可用于制取CO₂，又可用于探究CO₂性質．
說明：
1、裝置Ⅰ中盛放的藥品是石灰石和稀鹽酸．
2、裝置Ⅲ中在小試管外壁貼有4片試紙：其中兩端的兩片用紫色石蕊溶液潤濕，中間兩片用紫色石蕊溶液浸過并曬干．
（1）實驗時，打開K₁，關閉K₂，可用來制備CO₂．Ⅰ中反應的化學式表達式為CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，檢驗Ⅱ中氣體收集滿的方法是將燃著的木條放至導管口a處，木條熄滅說明收集滿．
（2）實驗時，關閉K₁，打開K₂，可用于探究CO₂的性質．實驗時Ⅲ中出現(xiàn)的現(xiàn)象是干燥試紙無變化，濕潤試紙由下至上依次變紅，有關反應的化學式表達式為CO₂+H₂O═H₂CO₃，該實驗說明CO₂具有的性質是密度比空氣大、能與水反應．
（二）同學們把一瓶CO₂氣體（排空氣法收集，并已驗滿）倒扣在盛水的水槽中，有的小組沒有觀察到水壓入瓶中，有的小組觀察到少量水壓入瓶中．針對課堂中出現(xiàn)的現(xiàn)象，化學小組的同學在課外進行了探究．
【提出問題】按教材的說法“1體積水大約能溶解1體積CO₂”，水槽中的水足夠把集氣瓶中的CO₂氣體全部溶解，為什么集氣瓶中的水面不上升或上升很少呢？
【作出猜想】
1、排空氣法收集到的CO₂氣體可能不純．
2、CO₂溶于水需要時間較長．
3、…
【進行實驗】小組同學分別用排空氣法和排水法各收集2瓶CO₂，重復圖B實驗，在不同時間測得壓入的水量占集氣瓶容積的百分數(shù)，數(shù)據(jù)見表1．
（已知：CO₂在飽和碳酸氫鈉溶液中溶解度很�。�
表1     24小時內CO₂溶解情況

氣體樣本	1	2	3	4
收集方法	向上排空氣法	向上排空氣法	排水法	排水法
2小時	13.7%	15.0%	15.3%	15.1%
24小時	35.7%	56.3%	94.2%	93.6%

【得出結論】
課堂中同學們沒有觀察到預期實驗現(xiàn)象的原因是時間短，排空氣法收集的氣體不純．
【實驗反思】
該實驗引發(fā)了同學們對向上排空氣法收集CO₂的純度及CO₂收集方法的思考．
（1）向上排空氣法收集CO₂的純度．
小組同學用容積為150mL 的集氣瓶，裝入部分水，留一定量的空氣，用CO₂排出這些水．用此法收集到占空氣體積分數(shù)不同的CO₂氣體，再將燃著的木條伸入集氣瓶中，觀察是否熄滅．試驗不同濃度的CO₂使燃著的木條熄滅的情況，實驗結果見表 2．
表2  占空氣體積分數(shù)不同的CO₂使燃著的木條熄滅情況

	實驗1	實驗2	實驗3	實驗4
集氣瓶中預留水的體積	60mL	45mL	42mL	39mL
CO2的體積分數(shù)	40%	30%	X	26%
燃著的木條狀況	滅	滅	滅	不滅

上表中X的值為28%．
（2）排水法和向上排空氣法收集氣體所需時間對照
小組同學分4組用排水法和排空氣法分別收集1瓶（集氣瓶容積相同）CO₂氣體，記錄所需時間，如表3所示．
表3 排水法和向上排空氣法收集1瓶氣體所需時間對照

	1	2	3	4
排水法	35“	43“	43“	43“
排空氣法	1'57“	1'15“	1'4“	1'12“

①每次收集氣體時，需要反應開始一段時間后再收集，其原因是排出裝置內的空氣．
②綜合上述實驗，請你對CO₂的兩種收集方法做出評價：排水法比排空氣法收集的氣體純度高且收集時間短．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方程式的書寫方法和二氧化碳的性質來回答本題；（2）根據(jù)酸能使?jié)駶櫟氖�蕊試紙變紅和結合二氧化碳的性質來考慮本題；
【作出猜想】根據(jù)探究過程分析要探究的問題從而推出猜想，進行分析；
【進行實驗】根據(jù)實驗室制二氧化碳的反應，寫出化學方程式；
【得出結論】根據(jù)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行分析；
【實驗反思】根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，以及制取和收集氣體的注意事項進行分析

解答 解：（1）反應物是碳酸鈣和鹽酸，生成物是氯化鈣、水、二氧化碳，用觀察法配平即可，二氧化碳后面標上上升符號；由于二氧化碳既不能燃燒，也不支持燃燒，所以將燃著的木條放至導管口a處，木條熄滅，說明收集滿；
（2）因為酸能使?jié)駶櫟氖�蕊試紙變紅，并且二氧化碳與水反應生成碳酸，所以濕潤試紙變紅，干燥的不變紅，又因為二氧化碳密度比空氣大，所以最下面的試紙先變紅，上邊的后變紅，寫方程式時反應物是二氧化碳和水，生成物是碳酸已經平了，把短線改成等號就行，通過這一實驗現(xiàn)象能說明二氧化碳的密度比空氣大，能與水反應生成碳酸．
故答案為：（1）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；將燃著的木條放至導管口a處，木條熄滅說明收集滿（2）干燥試紙無變化，濕潤試紙由下至上依次變紅；CO₂+H₂O═H₂CO₃；密度比空氣大，能與水反應；
【作出猜想】根據(jù)探究過程可以看出，要探究在不同時間測得壓入的水量占集氣瓶容積的百分數(shù)所以可以推知猜想，故猜想2：CO₂溶于水需要時間較長；
【進行實驗】實驗室用碳酸鈣和稀鹽酸制二氧化碳，化學方程式為：CaCO₃+2HCl═CaCl₂ +CO₂↑+H₂O；
【得出結論】從實驗數(shù)據(jù)可以看出，時間越長溶解越充分，時間越短溶解越少，收集的氣體不純，所以沒有觀察到預期實驗現(xiàn)象；
【實驗反思】從實驗數(shù)據(jù)可以看出，42mL/150mL×100%=28%；收集氣體時，需要反應開始一段時間后再收集，目的是排出裝置內的空氣，防止氣體不純；從實驗數(shù)據(jù)可以看出排水法比排空氣法收集的氣體純度高且收集時間短；
故答案為：【作出猜想】CO₂溶于水需要時間較長；
【得出結論】時間短，排空氣法收集的氣體不純；
【實驗反思】（ 1）28%；
           （2）①排出裝置內的空氣；
                ②排水法比排空氣法收集的氣體純度高且收集時間短

點評 通過回答本題知道了實驗室制取二氧化碳的反應原理，二氧化碳的驗滿方法和二氧化碳的性質．