实验室制取二氧化碳若干问题释疑

一、为什么实验室选用大理石或石灰石制取二氧化碳？

答：大理石或石灰石的主要成分是碳酸钙.碳酸盐跟酸起反应，一般都有二氧化碳生成.若选用可溶性的碳酸盐，如常见的Na2CO3、K2CO3等，与酸反应速度过快，难以控制；若选用其他不溶性碳酸盐如块状的碳酸镁MgCO3等，跟盐酸反应时速率适中，但来源不广泛.石灰石、大理石的主要成分都是碳酸钙（CaCO3），与盐酸反应时速率适中，易于控制，而且来源十分广泛，在自然界里含量极其丰富，容易得到，且价格低廉.使用时注意应该把大理石、石灰石制成大小适当的块状，以便于在气体发生器中使用.

二、为什么实验室制取二氧化碳时，最好选用稀盐酸？

答：如果用稀硫酸和大理石或石灰石反应，有关化学方程式为：

CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2，

结果生成微溶性固体硫酸钙，它覆盖在大理石或石灰石表面，使硫酸与CaCO3接触受阻，不能顺利发生反应，这样反应速率越来越慢，最终会停止反应.

如果用硝酸与大理石或石灰石反应，由于硝酸是一种不稳定的挥发性酸.不稳定性的酸，在见光或受热时易分解：

4NHO3Δ或光照4NO2+O2+2H2O，

从而使制得的CO2中混有硝酸蒸汽、NO2和O2等杂质.另外硝酸也会对制取装置的橡皮塞和橡皮导管有较强的腐蚀作用.因而在实验室制取二氧化碳时一般不用硝酸.

如果用浓盐酸和大理石或石灰石反应，由于浓盐酸具有挥发性，使制得的CO2中混有较多的氯化氢气体.

用稀盐酸和大理石或石灰石反应，反应方程式为：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2,

生成易溶于水的氯化钙、二氧化碳和水，由于氯化钙的溶解性，促使反应能够持续进行，顺利产生CO2气体.同时所得到的CO2气流平稳，气体又较为纯净，所以选用稀盐酸制CO2最合适.

三、如何制得纯净而又干燥的二氧化碳气体？

答：从气体发生装置释放的二氧化碳一般都含有少量的盐酸酸雾和水蒸气.若要除去CO2气体中混有的杂质气体，可首先通过一个盛有碳酸氢钠溶液（或水）的洗气瓶以除掉HCl，化学方程式为：

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2.

然后再通过一个盛有浓硫酸的洗气瓶干燥CO2气体，这样的两个洗气瓶构成净化装置.

四、怎样用洗气瓶测量产生的二氧化碳气体体积？

答：由于二氧化碳能溶于水，可在洗气瓶中的水面放一层植物油，或者盛放CO2气体的饱和溶液，以防止CO2溶于水中，并且植物油或CO2饱和溶液上方原有的空气，对实验的结果没有明显影响，在瓶内气体压强作用下，洗气瓶内的液体流向连接的量筒中，这时通过量筒内液体的体积，再读出制取的CO2体积.

五、收集二氧化碳时，怎样知道集气瓶中已充满CO2气体？

答：二氧化碳能溶于水且密度比空气要大（Mr=44＞29）,通常不采用排水法收集，而采取向上排空气法收集.若要检验集气瓶内是否充满了二氧化碳，可以采取两种方法：

（1）用燃着的火柴（木条）放在集气瓶口，如果火焰熄灭，就证明集气瓶中充满CO2气体.

（2）用玻璃棒蘸取澄清的饱和石灰水或氢氧化钡溶液，接近集气瓶口，如果溶液出现白色浑浊物，则表明集气瓶内已充满CO2气体.有关化学方程式为：

Ca(OH）2+CO2=CaCO3+H2O,

Ba(OH）2+CO2=BaCO3+H2O.

这两种方法操作起来都非常方便，效果也不错.

六、如何证明CO2的密度比空气密度大？

答：方法1：向纸袋里倾倒，如图1所示，盛装CO2气体的一端下沉.

方法2：将CO2气体慢慢倒入如图2所示的烧杯中，烧杯下层蜡烛火焰先熄灭，上层蜡烛火焰后熄灭.

方法3：向气球中通入CO2气体，将其放在空中，气球迅速向下落.

方法4：可用向上排空气法收集CO2.

七、如何证明CO2能溶于水？

答：1.取一软饮料瓶，装满CO2气体，再向里面倒入一定量的水，旋紧瓶盖振荡，结果瓶子变瘪了.

2.将盛满CO2的试管倒扣在水里，一段时间后试管内液面上升.

3.将盛满CO2的试管倒扣在紫色石蕊试液中，一段时间后，水柱上升且变成浅红色.

以上实验中，由于CO2溶于水并与水反应后，造成了瓶内或试管内的压强减小，在外界大气压的作用下，使软饮料瓶变瘪或使试管内的水或紫色石蕊试液上升，反应原理为：

CO2+H2O=H2CO3.

因此这些实验均可说明CO2能溶于水.

八、如何证明空气及呼出气体中含有CO2？

答：把澄清石灰水露置在空气中，一段时间后会形成白膜；若将人体呼出的气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊.其共同反应原理为：

CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O.

九、实验室制取二氧化碳的装置，需要哪些仪器？使用时应注意什么事项？

答：（1）仪器有广口瓶（或平底烧瓶、锥形瓶等）、长颈漏斗、双孔橡皮塞、导管、集气瓶.使用时应注意的事项有：（1）要用镊子夹取石灰石或大理石.装入广口瓶（或平底烧瓶、锥形瓶等）时要注意“一横、二放、三竖”.

（2）插入气体发生装置内的导管只需刚刚露出塞子即可，这样才能有利于气体导出.

（3）稀盐酸应从长颈漏斗加入，长颈漏斗的下端管口要伸入液面以下，防止反应生成的气体从长颈漏斗中逸出.

（4）不能用酒精灯加热制CO2.

十、实验室里能否用启普发生器来制取二氧化碳？

答：能.用启普发生器来制取的气体必须符合以下三个条件：

（1）块状固体和液体反应产生气体；

（2）生成的气体难溶于水；

（3）反应不需加热.实验室制取CO2常用块状的大理石或石灰石与稀盐酸反应，且反应不需加热，生成的CO2气体虽能溶于水，但却难溶于稀盐酸.所以，能用启普发生器来制取CO2.

十一、实验室制取CO2主要实验步骤有哪些？

答：一“查”二“装”三“加”四“收”五“验满”.

“查”：检查装置的气密性.

“装”：从锥形瓶口装大理石，塞紧塞子.

“加”：从长颈漏斗（或分液漏斗）加入稀盐酸.

“收”：收集气体.

“验满”：用燃着的木条放在集气瓶口，火焰熄灭证明气体已收集满.

综上所述：实验室制取CO2原理为：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

实验室制取CO2装置为：

也可采用以下实验装置：