【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.掌握實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的原理、裝置和操作要點(diǎn)。
2.了解實(shí)驗(yàn)室中制取氣體的思路和方法。
【要點(diǎn)梳理】
要點(diǎn)一、二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法
1.藥品：大理石（或石灰石）、稀鹽酸。
2.反應(yīng)原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+ H2O+CO2↑
3.發(fā)生裝置和收集裝置：
（1）發(fā)生裝置：“固——液不加熱型”。氣體的發(fā)生裝置由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件決定。制取二氧化碳常用的發(fā)生裝置如下：
（2）裝置連接時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：
①長頸漏斗的下端管口必須插入到液面以下，否則生成的氣體會從長頸漏斗口跑掉；
②導(dǎo)氣管伸入容器內(nèi)無需太長，更不能插入到液面以下。若伸入到液面下，氣體就無法從導(dǎo)管口排出。
（3）收集裝置：氣體的收集方法由氣體的密度和氣體的溶解性決定。二氧
化碳能溶于水，密度比空氣的大，通常采用向上排空氣法收集（如右圖所
示）。收集時(shí)要注意將導(dǎo)管插到瓶底。
4.驗(yàn)滿：將燃著的木條置于集氣瓶口，如木條熄滅，則二氧化碳收集滿了。
5.檢驗(yàn)：將產(chǎn)生的氣體通入澄清的石灰水中，若觀察到石灰水變渾濁，說明
有CO2生成。
【要點(diǎn)詮釋】
藥品選用應(yīng)注意的問題：
（1）不能用濃鹽酸。濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體混入二氧化碳中，導(dǎo)致所收集的二氧化碳不純。
（2）不能用硫酸。因?yàn)榱蛩岣妓徕}反應(yīng)（H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑） 生成的硫酸鈣微溶于水，它覆蓋在石灰石的表面，阻礙了石灰石與硫酸進(jìn)一步接觸，使反應(yīng)難以繼續(xù)進(jìn)行。
（3）不可用碳酸鈉。因?yàn)樘妓徕c是固體粉末且易溶于水，它與鹽酸反應(yīng)（Na2CO3+2HCl =2NaCl+H2O+CO2↑）速率太快，不便于控制，且碳酸鈉比石灰石價(jià)格高，不經(jīng)濟(jì)。
要點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的研究與實(shí)踐
1.化學(xué)反應(yīng)原理的確定：可以生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)有很多，例如：
（1）碳在氧氣（或空氣）中燃燒：C+O2CO2
(2)碳在高溫下還原金屬氧化物：2CuO+C2Cu+CO2↑ 2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
(3)石灰石高溫分解： CaCO3 CaO+CO2↑
(4)大理石（或石灰石）與稀鹽酸在常溫下反應(yīng)：CaCO3+2HCl=CaCl2+ H2O+CO2↑
(5)蠟燭、木柴、酒精、汽油等含碳物質(zhì)的燃燒都可產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。
有二氧化碳生成的化學(xué)反應(yīng)不一定都適用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳。首先要考慮可操作性，其次再考慮哪個(gè)更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。（1）和（5）雖然都能生成二氧化碳，但由于燃燒需要在氧氣（由空氣）中進(jìn)行，放出大量的熱，對儀器、裝置的要求高而且復(fù)雜，燃燒后的高溫氣體收集也很困難，所以在實(shí)驗(yàn)室里可操作性差；（2）和（3）需在高溫下進(jìn)行，操作較復(fù)雜且消耗能源。（4）方案操作簡便，故實(shí)驗(yàn)室通常選用大理石（或石灰石）與稀鹽酸反應(yīng)來制取二氧化碳。
2.實(shí)驗(yàn)室制取氣體裝置的確定：制取氣體的裝置包括發(fā)生裝置和收集裝置兩部分，其選擇依據(jù)如下：
（1）氣體發(fā)生裝置的選擇：由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件來確定。①若反應(yīng)物只有固體，反應(yīng)需要加熱時(shí)，應(yīng)選擇下圖A所示的實(shí)驗(yàn)裝置。②若反應(yīng)物狀態(tài)為固體+液體，反應(yīng)不需要加熱時(shí)，應(yīng)選擇下圖B所示的實(shí)驗(yàn)裝置。
（2）氣體收集裝置的選擇：依據(jù)氣體的物理性質(zhì)（是否溶解于水、密度比空氣大還是?。┖突瘜W(xué)性質(zhì)（是否與水、空氣發(fā)生反應(yīng)）來選擇。
①氣體的密度大于空氣的密度（或相對分子質(zhì)量大于29），可用向上排空氣法收集（上圖D）。
②氣體的密度小于空氣的密度（或相對分子質(zhì)量小于29），可用向下排空氣法收集（上圖E）。
③氣體不易（或難）溶于水且不與水反應(yīng)，可用排水法收集（上圖C）。
【要點(diǎn)詮釋】
1.實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路和方法：
（1）首先要研究實(shí)驗(yàn)室制取氣體的化學(xué)反應(yīng)原理，即選擇合適的反應(yīng)物和反應(yīng)條件（如常溫、加熱、加催化劑等），還要選擇合適的實(shí)驗(yàn)裝置，研究如何驗(yàn)證制得的氣體等。
（2）選擇反應(yīng)時(shí)，要考慮原料易得，反應(yīng)條件要求不高，操作簡便安全，反應(yīng)速率適中，生成氣體不混入其他氣體，便于收集。
（3）制取氣體的裝置包括發(fā)生裝置和收集裝置兩部分。選擇氣體發(fā)生裝置要根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件；選擇氣體的收集裝置應(yīng)考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應(yīng)。
（4）驗(yàn)證氣體時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要明顯。
2.氧氣、二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法比較：
【典型例題】
類型一、考查二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法
1. 實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳可以選用的發(fā)生裝置是（ ）
A B C D
【答案】B
【解析】制取二氧化碳一般選用石灰石（或大理石）和稀鹽酸為原料，且反應(yīng)不需加熱，屬于“固—液反應(yīng)，不需加熱”型，故應(yīng)選B。D裝置中產(chǎn)生的氣體直接從長頸漏斗中逸出，無法收集，是一錯(cuò)誤裝置。
【總結(jié)升華】選擇氣體發(fā)生裝置時(shí)要根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件。
2. 下列有關(guān)“固—液反應(yīng)，不需加熱”的氣體發(fā)生裝置合理的是（ ）
【答案】D
【解析】A中導(dǎo)氣管太長，應(yīng)稍伸出塞子即可，故A不合理；B中漏斗頸太短，C中長頸漏斗末端未伸入錐形瓶的底部，這樣生成的氣體容易從漏斗或長頸漏斗中逸出，故B、C不合理；只有D是合理的。
【總結(jié)升華】長頸漏斗的末端要伸入液面以下，防止生成的氣體從漏斗口逸出。
3.（北碚區(qū)模擬）如圖A中錐形瓶裝石灰石，長頸漏斗中注入稀鹽酸，則下列實(shí)驗(yàn)不能達(dá)目的是（ ）

A．圖A能成功制取并收集二氧化碳
B．若圖B中試劑為足量澄清石灰水，則可檢驗(yàn)二氧化碳
C．圖C用于干燥二氧化碳，則氣體應(yīng)a進(jìn)b出
D．圖D可用于證明二氧化碳密度比空氣大且能滅火
【思路點(diǎn)撥】實(shí)驗(yàn)室通常用大理石或石灰石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳，反應(yīng)不需要加熱，大理石和石灰石的主要成分是碳酸鈣，能和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；二氧化碳能溶于水，密度比空氣大，不能燃燒，不支持燃燒，能使澄清石灰水變渾濁。
【答案】A
【解析】
A、圖A能成功制取二氧化碳，由于沒有集氣瓶，因此不能收集二氧化碳，該裝置不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br>B、若圖B中試劑為足量澄清石灰水，則可檢驗(yàn)二氧化碳，該裝置能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br>C、圖C用于干燥二氧化碳，則氣體應(yīng)a進(jìn)b出，該裝置能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br>D、D中，能夠觀察到蠟燭由下往上依次熄滅，說明二氧化碳的密度比空氣大，不能燃燒，不支持燃燒，該裝置能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。故選A。
【總結(jié)升華】合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)。
4．現(xiàn)用大理石和稀鹽酸制取二氧化碳?xì)怏w（如下圖所示）：
（1）寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 。
（2）下圖是制取二氧化碳的裝置圖，指出圖中小試管A的作用 。
（3）怎樣判斷集氣瓶中已集滿二氧化碳?xì)怏w 。
【答案】
（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
（2）液封，防止二氧化碳?xì)怏w從長頸漏斗中逸出
（3）將一燃著的木條伸到集氣瓶口，若木條火焰熄滅，則氣體已集滿
【解析】
（1）大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳的化學(xué)方程式是CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。
（2）小試管的作用是使長頸漏斗的末端形成液封，防止生成的二氧化碳?xì)怏w逸出。
（3）CO2的驗(yàn)滿是將燃著的小木條放在瓶口，若木條熄滅，則證明已滿了。
【總結(jié)升華】實(shí)驗(yàn)室制備CO2氣體的反應(yīng)原理、發(fā)生裝置和收集裝置的選擇、檢驗(yàn)及驗(yàn)滿方法、注意事項(xiàng)等是中考考查的重要知識點(diǎn)。
舉一反三：
【變式1】某研究性學(xué)習(xí)小組欲利用下列裝置進(jìn)行相關(guān)氣體制取的探究，請你分析并填空。
（1）寫出圖中儀器a、b的名稱 a ，b 。
（2）實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的化學(xué)方程式是 。應(yīng)選擇的氣體發(fā)生裝置是 ，氣體收集裝置是 。
（3）實(shí)驗(yàn)室加熱高錳酸鉀制取氧氣的化學(xué)方程式是 ，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置是 ，若用盛滿水的F裝置收集氧氣，應(yīng)從導(dǎo)管 （填①或②）通入。
【答案】（1）試管 、 集氣瓶
（2）CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑ B D
（3）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ A ②
【變式2】請根據(jù)下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置圖回答有關(guān)問題。

（1）請?zhí)顚憳?biāo)號儀器的名稱：① ，② ；
（2）實(shí)驗(yàn)室中用過氧化氫溶液與二氧化錳混合制取氧氣時(shí)，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置為（填寫裝置代號，下同） ，將藥品加入裝置前，應(yīng)進(jìn)行的操作是 ；
（3）實(shí)驗(yàn)室用石灰石和稀鹽酸制取二氧化碳?xì)怏w時(shí)，應(yīng)選用的收集裝置是 ；用該裝置收集的氣體所具有的物理性質(zhì)是 ，制取二氧化碳?xì)怏w時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
【答案】
（1）酒精燈 試管
（2）B 檢驗(yàn)裝置的氣密性
（3）D 氣體的密度大于空氣的密度 CaCO3+2HCl=CaCl2+ H2O+CO2↑
【變式3】（金昌縣一模）下列四個(gè)裝置都能制取二氧化碳，其中能隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止的是（ ）
【答案】D
【解析】
①雖然有止水夾可以控制的導(dǎo)出使錐形瓶內(nèi)的氣壓增大，將將稀鹽酸部分壓入長頸漏斗，但是稀鹽酸總是浸沒大理石，所以無法控制反應(yīng)的停止。
②干燥管只要放入燒杯中，稀鹽酸可以隨時(shí)進(jìn)入干燥管產(chǎn)生氣體，不用時(shí)可以隨時(shí)移出干燥管使反應(yīng)停止，或通過止水夾的開關(guān)利用干燥管內(nèi)的氣壓加稀鹽酸壓出干燥管使反應(yīng)停止，打開止水夾使稀鹽酸進(jìn)入干燥管使反應(yīng)發(fā)生。故該裝置能夠使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生或停止。
③因?yàn)槭菃慰紫鹌と圆荒茈S時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。
④大理石通過玻璃珠放在U形管的一側(cè)，要產(chǎn)生氣體時(shí)，打開止水夾，U型管的右邊壓強(qiáng)減小，稀鹽酸就會浸沒大理石產(chǎn)生氣體，不用時(shí)關(guān)閉止水夾，壓強(qiáng)增大鹽酸又被壓到U形管的左側(cè)，控制了反應(yīng)的進(jìn)行。故該裝置能夠使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生或停止；所以②④都能隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。故選D。
氣體名稱
氧氣
二氧化碳
反應(yīng)原理
過氧化氫催化分解或高錳酸鉀受熱分解
大理石（或石灰石）與稀鹽酸反應(yīng)
化學(xué)方程式
2H2O2 SKIPIF 1 < 0 2H2O+O2↑
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
發(fā)生裝置
（注意：加熱高錳酸鉀制氧氣時(shí)，試管口處要放一小團(tuán)棉花）
收集裝置
檢驗(yàn)方法
將帶火星的木條伸入集氣瓶內(nèi)，木條復(fù)燃
通入澄清的石灰水，石灰水變渾濁
驗(yàn)滿方法
將帶火星的木條靠近集氣瓶口，木條復(fù)燃，則證明滿了
將燃著的木條靠近集氣瓶口，木條熄滅，則證明滿了
A．
①②④
B．
①③④
C．
①②③
D．
②④

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