《二氧化碳的实验室制取与性质》 讲义
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《二氧化碳的实验室制取与性质》 讲义
一、实验室制取二氧化碳的原理
在实验室中，制取二氧化碳通常使用大理石（或石灰石，主要成分都是碳酸钙，CaCO₃）与稀盐酸（HCl）反应。化学方程式为：CaCO₃ ＋ 2HCl ＝ CaCl₂ ＋ H₂O ＋ CO₂↑
选择大理石（或石灰石）与稀盐酸作为制取二氧化碳的试剂，主要有以下几个原因：
1、 大理石（或石灰石）在自然界中广泛存在，价格相对便宜，容易获取。
2、 碳酸钙与稀盐酸反应的速率适中，便于控制反应的进行和气体的收集。
3、 反应产生的二氧化碳气体比较纯净，杂质较少。
二、实验装置
1、 发生装置
实验室制取二氧化碳的发生装置通常采用“固液不加热型”。这是因为碳酸钙与稀盐酸的反应不需要加热就能进行。
常见的发生装置有以下两种：
（1）简易装置 使用长颈漏斗、锥形瓶和双孔橡皮塞。长颈漏斗的下端要伸入液面以下，形成液封，防止生成的气体从长颈漏斗逸出。
（2）启普发生器
启普发生器是一种能随开随用、随关随停的气体发生装置。它由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。当需要制取气体时，打开活塞，酸液从球形漏斗流入容器，与固体接触反应产生气体；当不需要制取气体时，关闭活塞，气体将酸液压回球形漏斗，使固体和液体分离，反应停止。
2、 收集装置
二氧化碳能溶于水，且与水反应生成碳酸，所以不能用排水法收集。二氧化碳的密度比空气大，因此通常采用向上排空气法收集。
收集装置一般由集气瓶和玻璃导管组成。导气管要伸入集气瓶底部，以便将瓶内的空气排尽，收集到较纯净的二氧化碳。
三、实验步骤
1、 检查装置的气密性
连接好装置后，将导管的一端放入水中，用手握住发生装置的外壁，如果导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，说明装置气密性良好。
2、 装入药品 先向锥形瓶（或容器）中加入大理石（或石灰石），再通过长颈漏斗（或球形漏斗）加入稀盐酸。
3、 收集气体
用向上排空气法收集二氧化碳，将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，说明二氧化碳已经收集满。
4、 验满
将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，证明二氧化碳已收集满。
5、 检验
将产生的气体通入澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，证明产生的气体是二氧化碳。化学方程式为：CO₂ ＋ Ca(OH)₂ ＝ CaCO₃↓ ＋
H₂O
四、二氧化碳的性质
1、 物理性质
（1）通常情况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。
（2）二氧化碳的密度比空气大。
（3）二氧化碳能溶于水，在通常状况下，1 体积的水约能溶解 1 体积的二氧化碳。
2、 化学性质 （1）一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧。
（2）二氧化碳能与水反应生成碳酸，化学方程式为：CO₂ ＋
H₂O ＝ H₂CO₃。碳酸能使紫色石蕊试液变红。
（3）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，常用于检验二氧化碳的存在。
五、二氧化碳的用途
1、 灭火
因为二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，且密度比空气大，所以可以用于灭火。
2、 人工降雨
固态二氧化碳（干冰）升华时吸收大量的热，使周围环境温度降低，空气中的水蒸气凝结成小水滴，形成降雨。
3、 光合作用
二氧化碳是植物进行光合作用的原料之一。
4、 化工原料
二氧化碳可以用于生产碳酸饮料、尿素等化工产品。
六、实验注意事项
1、 制取二氧化碳时，不能用浓盐酸代替稀盐酸，因为浓盐酸具有挥发性，会使制取的二氧化碳中混有氯化氢气体。 2、 不能用碳酸钠或碳酸氢钠代替大理石（或石灰石），因为它们与稀盐酸反应速率太快，不利于气体的收集。
3、 长颈漏斗的下端要伸入液面以下，形成液封，防止生成的气体从长颈漏斗逸出。
4、 导管要伸入集气瓶底部，以便将瓶内的空气排尽，收集到较纯净的二氧化碳。
七、实验拓展
1、 探究影响二氧化碳制取速率的因素
可以通过改变大理石（或石灰石）的颗粒大小、稀盐酸的浓度、反应温度等因素，来探究它们对二氧化碳制取速率的影响。
2、 二氧化碳的制取与性质的综合实验
设计综合实验，将二氧化碳的制取、收集、性质检验等步骤结合起来，培养学生的综合实验能力和思维能力。
总之，通过实验室制取二氧化碳的实验，我们不仅可以掌握制取气体的方法和技能，还能深入了解二氧化碳的性质和用途。在实验过程中，要严格遵守实验操作规范，注意安全，认真观察实验现象，分析实验结果，以提高我们的科学素养和实验能力。
