Question

下列是初三某合作學習小組實驗室制取二氧化碳氣體
的研究過程，請你參與其中．
（一）在實驗制取過程中，請回答下列問題：
（1）如圖中燒瓶內放的藥品是大理石或

石灰石

（填名稱）；
（2）實驗室制取二氧化碳的符號表達式為是

CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑

；
（3）小兵同學在用此裝置制取并驗證二氧化碳的性質時，在燒瓶內裝入固體藥品，在分液漏斗內加入稀鹽酸，打開分液漏斗的活塞，發現分液漏斗內液體不能滴下，可能的原因是

分液漏斗塞子未打開

．
（4）小兵同學用排水法收集與排空氣法收集CO₂的進行比較（分別用體積相同的2個集氣瓶收集），請幫他完成下表．

比較項目	排水法	向上排空氣法
收集方法可行性分析	CO2氣體生成和從水面逸出的速率遠大于其溶解和與水反應的速率	CO2密度比空氣大， 不與空氣發生反應 ．
收集過程分析	集滿現象： 集氣瓶口有氣泡冒出 ．	“驗滿”分析：因氣體無色，故集滿與否較難確定．即便用燃著木條移近容器口火焰熄滅，也難以證明空氣完全排盡．
向收集到的CO2集氣瓶內倒入等體積適量澄清石灰水，并振蕩	先渾濁后變澄清所需時間較短．	先渾濁后變澄清所需時間較長．
由上述實驗可得結論	① 二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集； ；② 用排水法收集到的二氧化碳比較純凈 ．

（二）實驗室制取二氧化碳通常不選用大理石與稀硫酸反應，其原因是反應生成的硫酸鈣微溶物覆蓋在固體的表面，阻礙了大理石與稀硫酸的接觸，反應速率逐漸減慢甚至停止．為此，該小組設立研究課題：選擇合適濃度的硫酸和適當的反應溫度制取二氧化碳．
【實驗一】選擇合適濃度的硫酸
操作：在28℃時，用裝有5mL硫酸溶液的注射器向盛有1g直徑為2mm大理石的大試管中注入硫酸，記錄15分鐘內生成氣體的體積，見下表：

試管編號	1	2	3	4	5
硫酸濃度（%）	15	20	25	30	35
氣體體積（mL）	35	47	55	51	42

【實驗二】選擇合適的反應溫度
操作：往盛有1g直徑為2mm大理石的大試管中分別加入5mL相同合適濃度而不同溫度的硫酸溶液，觀察反應的情況，記錄如下表：

試管編號	A	B	C	D	E
溫度（℃）	40	50	60	70	80
現象和 比較	有少量氣泡	氣泡比A號試管多	氣泡明顯比B號試管多	大量氣泡產生，與常溫用鹽酸反應相似	反應激烈，迅速產生大量氣體

請根據本次活動的研究目的，分析處理以上兩個表中數據，得出結論：
（1）稀硫酸與大理石反應，在28℃時，選用硫酸的濃度最合適為

25

%．
（2）在合適的硫酸濃度下，應選擇最合適的反應溫度為

70

℃．
（3）除選用適當的溫度和合適濃度的硫酸之外，在反應過程中，為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，應增加

振蕩試管

操作，更有利于氣體的制備．
（4）你認為該研究小組還可以研究

大理石顆粒大小

對該反應速率的影響．
（5）計算：①碳酸鈣中各元素的質量比

C：O：Ca=12：48：40

．②實驗室現需要含碳酸鈣80%以上的石灰石制取二氧化碳，現有一石灰石樣品，測定其鈣元素的含量為36%，請計算是否符合要求．（寫出計算過程）

Answer 1

分析：（一）（1）根據裝置圖，選擇燒瓶內放的藥品；
（2）根據化學方程式書寫注意事項考慮；
（3）分液漏斗內液體不能滴下，跟壓強有關系．
（4）從選擇氣體收集方法的依據和收集氣體時的操作注意事項進行分析．
（二）（1）分析實驗一中的表格中數據作對比即可得出正確答案；
（2）觀察實驗二中表格中的數據作對比即可得出正確答案；
（3）為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，可以用搖動試管的方法解決；
（4）碳酸鈣固體顆粒大小也會影響反應的速率，可以據此解答；
（5）根據元素質量=元素的相對原子質量×原子個數；化合物在樣品中的純度=

某元素在樣品中的質量分數

該元素在純化合物中的質量分數

解答：解：（一）（1）根據裝置圖2制備二氧化碳時，則可知：燒瓶內放的藥品是大理石（或石灰石）；
（2）反應物是碳酸鈣與鹽酸，生成物是氯化鈣、水和二氧化碳，用觀察法配平，二氧化碳后面標上上升符號，所以方程式是：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）小兵用圖示制備并驗證二氧化碳的性質時，在燒杯內裝入固體藥品，在分液漏斗內加入稀鹽酸，打開分液漏斗的活塞，發現分液漏斗內液體不能滴下，可能的原因是分液漏斗塞子未打開；
（4）小芳用排水法收集與排空氣法收集CO₂的進行比較（分別用體積相同的2個集氣瓶收集）：能用向上排空氣法收集的氣體必須滿足密度比空氣大，不與空氣發生反應等條件；用排水法收集氣體時，當看到集氣瓶口有氣泡冒出，說明集氣瓶中的水已排完，氣體已收集滿；通過實驗分析可知，二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集，用排水法收集二氧化碳時能看到什么時候收集滿，而用向上排空氣法則不能，因而用排水法收集到的二氧化碳比較純凈．故（二）（1）觀察實驗一中的表格中數據可以知道，3號試管收集的氣體最多，此時管中硫酸濃度是25%．濃度大于或小于此濃度值生成的氣體體積都少；
（2）觀察實驗二中表格中的數據，可知應選擇最合適的反應溫度為70℃；低于70℃時，生成的氣體少并且反應慢，高于70℃反應速率過快，不易收集；
（3）為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，可以用搖動試管的方法除去覆蓋在大理石上的硫酸鈣；
（4）碳酸鈣固體顆粒大小也會影響反應的速率，也可作為研究課題；
（5）①C：O：Ca=12：16×3：40=12：48：40
②碳酸鈣的質量分數=

36%

40 100 ×100%

=90%＞80%，所以符合．
故答案為：（一）（1）石灰石；（2）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；（3）分液漏斗塞子未打開；（4）

		不與空氣發生反應
	集氣瓶口有氣泡冒出
	二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集； 用排水法收集到的二氧化碳比較純凈．

（二）（1）25；（2）70；（3）振蕩試管；（4）大理石顆粒大小；①C：O：Ca=12：48：40；②碳酸鈣的質量分數=

36%

40 100 ×100%

=90%＞80%，所以符合

點評：本題以實驗探究的形式考查實驗室制取二氧化碳以及稀硫酸與大理石反應的適宜溫度和濃度等問題，培養學生的對比能力、提取信息的能力．