Question

【題目】因二氧化碳能溶于水，并能與水反應生成碳酸，所以二氧化碳一般不用排水法收集。二氧化碳氣體究竟能否用排水法收集呢？某化學興趣小組利用下圖所示的兩套裝置進行了深入地探究。

請寫出石灰石與稀鹽酸反應的化學方程式：______。

（定性實驗）實驗后，裝置Ⅱ水槽中的液體應呈酸性，向此液體中滴加紫色石蕊試液溶液顏色會變為______。但是取幾次實驗后的液體樣品，滴加紫色石蕊試液，均無明顯變色現象。對此你認為可能的原因是______。

（定量實驗）采用數字化實驗測定排水法和向上排空氣法收集的二氧化碳純凈度的差異。因實驗設備有限，本實驗通過氧氣傳感器測出收集氣體中殘留的氧氣來自于空氣），推算出空氣的含量，再求出的含量。請填寫下列表格中相應的空白（精確到1%即可）：

	測得氧氣含量	推算出含量	結論
排空氣法	6.6%	69%	排水法收集到的二氧化碳更純凈
排水法	4.2%	______

通過實驗可知，若對純度要求較高，應該使用排水法收集二氧化碳。

（實驗反思）利用裝置Ⅰ和裝置Ⅱ收集到的二氧化碳都會混有少量空氣，原因是______。

（交流討論）證明排水法比排空氣法所收集的二氧化碳氣體純度更高，還有什么方法？______。

（拓展應用）利用傳感器對二氧化碳性質再探究。

步驟1：如圖1所示裝置的氣密性良好，三瓶的燒瓶內收集滿氣體，三個注射器內各裝有等體積的液體（分別是水、飽和石灰水、氫氧化鈉濃溶液）。連接好裝置和壓強傳感器。

步驟2：三位同學同時迅速將注射器內等體積的液體（水、飽和石灰水、氫氧化鈉濃溶液）注入各自燒瓶中，關閉活塞。

步驟3：一段時間后，同時振蕩燒瓶。觀察傳感器定量實時地傳回燒瓶內氣壓變化形成的圖像情況如圖2所示。

（查閱資料）氫氧化鈣微溶于水，氫氧化鈉易溶于水，均可與二氧化碳發生反應。

（1）導致曲線AB段氣壓增大的主要原因是：______。

（2）圖中曲線1中______段氣壓的變化是由于充分振蕩燒瓶導致的。

（3）利用現有的裝置，在不使用其他試劑的情況下，請你寫出除振蕩燒瓶外繼續降低E點的操作方法：______。

（4）曲線2與曲線3差異較大的原因是______。

Answer 1

【答案】 紅色 二氧化碳在水中溶解度較小（合理答案即給分） 80% 錐形瓶中的空氣隨二氧化碳氣體進入集氣瓶（合理答案即給分） 向兩集氣瓶中分別加入相同體積、相同濃度的澄清石灰水振蕩，觀察變渾濁的程度（合理即可） 注射器中液體加入燒瓶中時速度太快，而反應程度較小，導致壓強突然增大。（合理即可） ）CD 使燒瓶內物質冷卻（或抽氣等）（合理即可） 飽和石灰水濃度太低（氫氧化鈣微溶于水）影響了二氧化碳的吸收。（合理即可）

【解析】

石灰石的主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣與鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳；故填：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；

定性試驗：

酸性溶液能使紫色的石蕊試液變紅色；而取幾次實驗后的液體樣品，滴加紫色石蕊試液，均無明顯變色現象，這可能是由于二氧化碳在水中溶解度較小造成的；故填：紅色；二氧化碳在水中溶解度較小；

定量實驗：

設總體積是100mL，氧氣含有4.2%，所以氧氣是4.2mL，則空氣體積是：，所以空氣的體積分數是20%，則二氧化碳是80%；故填：80%；
實驗反思：利用裝置I和裝置II收集到的二氧化碳都會混有少量空氣，原因是裝置本身含有空氣；故填：錐形瓶中的空氣隨二氧化碳氣體進入集氣瓶（合理答案即可）；

交流討論：

證明排水法比排空氣法所收集的二氧化碳氣體純度更高，可以選擇如下方法向兩集氣瓶中分別加入相同體積、相同濃度的澄清石灰水振蕩，觀察變渾濁的程度；故填：向兩集氣瓶中分別加入相同體積、相同濃度的澄清石灰水振蕩，觀察變渾濁的程度（合理即可）；

拓展應用：

（1）注射器中液體加入燒瓶中時速度太快，而反應程度較小，導致壓強突然增大，所以曲線AB段氣壓增大；故填：注射器中液體加入燒瓶中時速度太快，而反應程度較小，導致壓強突然增大；

（2）振蕩燒瓶會加快二氧化碳的溶解，所以圖中曲線1中CD段氣壓的變化是由于充分振蕩燒瓶導致的；故填：CD；

（3）使燒瓶內物質冷卻，溫度降低壓強也會減小或抽氣也會造成壓強減小；故填：使燒瓶內物質冷卻（或抽氣等）；

（4）曲線3表示了裝置內的氣壓減小最大，所以是二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應，生成了碳酸鈉和水；曲線2與曲線3差異較大的原因是氫氧化鈣微溶于水，飽和氫氧化鈣溶液中含有氫氧化鈣的量很少，影響了二氧化碳的吸收；故填：飽和石灰水濃度太低（氫氧化鈣微溶于水）影響了二氧化碳的吸收。