登录
16. (16 分) 新趋势 项目式探究 用实验的方法研究 $\ce{CO_{2}}$ 的制取和性质是初中化学重要的学习内容。
【活动一】探究 $\ce{CO_{2}}$ 的实验室制法
(1)在实验室不利用碳的燃烧来制取 $\ce{CO_{2}}$,其主要原因是
(2)二氧化碳密度大于空气且不与空气反应,通常采用
【活动二】探究 $\ce{CO_{2}}$ 在水中的溶解
(3)探究溶解速率:该小组用排水法收集 $\ce{CO_{2}}$(如图1),待收集到 $100\ \mathrm{mL}\ \ce{CO_{2}}$ 后,移出导管。每隔一段时间观察并记录量筒内$\ce{CO_{2}}$体积。重复实验,所测数据平均值如下表。
分析上表数据,得出也能用排水法收集$\ce{CO_{2}}$,写出你的判断依据
(4)探究溶解能力:如图2,用大号针筒抽取 $200\ \mathrm{mL}$ 二氧化碳气体,试剂瓶中加入 $200\ \mathrm{mL}$ 水(恰好加满),塞紧双孔橡皮塞,连接大号针筒和试剂瓶,缓慢推动活塞,将二氧化碳注入水中。当向水中注入 $\ce{CO_{2}}$ 气体体积达到 $120\ \mathrm{mL}$ 时,红色油柱开始向上移动,实验表明在该条件下,1体积水中能溶解
【活动三】探究 $\ce{CO_{2}}$ 的重要性质
(5)将二氧化碳气体缓慢通入如图3所示装置,并观察实验现象。
①实验中观察到
②通入二氧化碳一段时间后,三个烧杯中蜡烛均熄灭,能证明“$\ce{CO_{2}}$密度大于空气”的是烧杯
【活动一】探究 $\ce{CO_{2}}$ 的实验室制法
(1)在实验室不利用碳的燃烧来制取 $\ce{CO_{2}}$,其主要原因是
用碳的燃烧来制取CO₂时,反应物中有氧气参加,氧气的量不易控制,氧气过量,收集的气体是二氧化碳和氧气的混合物,氧气不足,收集的气体是一氧化碳和二氧化碳的混合物(合理即可)
(答出1条)。(2)二氧化碳密度大于空气且不与空气反应,通常采用
向上排空气法
收集。【活动二】探究 $\ce{CO_{2}}$ 在水中的溶解
(3)探究溶解速率:该小组用排水法收集 $\ce{CO_{2}}$(如图1),待收集到 $100\ \mathrm{mL}\ \ce{CO_{2}}$ 后,移出导管。每隔一段时间观察并记录量筒内$\ce{CO_{2}}$体积。重复实验,所测数据平均值如下表。
分析上表数据,得出也能用排水法收集$\ce{CO_{2}}$,写出你的判断依据
二氧化碳溶于水的速率远小于二氧化碳逸出的速率
。(4)探究溶解能力:如图2,用大号针筒抽取 $200\ \mathrm{mL}$ 二氧化碳气体,试剂瓶中加入 $200\ \mathrm{mL}$ 水(恰好加满),塞紧双孔橡皮塞,连接大号针筒和试剂瓶,缓慢推动活塞,将二氧化碳注入水中。当向水中注入 $\ce{CO_{2}}$ 气体体积达到 $120\ \mathrm{mL}$ 时,红色油柱开始向上移动,实验表明在该条件下,1体积水中能溶解
0.6
体积二氧化碳。【活动三】探究 $\ce{CO_{2}}$ 的重要性质
(5)将二氧化碳气体缓慢通入如图3所示装置,并观察实验现象。
①实验中观察到
干燥的紫色石蕊试纸不变红,湿润的紫色石蕊试纸变红
,能得出“$\ce{CO_{2}}$与水发生反应”的结论。②通入二氧化碳一段时间后,三个烧杯中蜡烛均熄灭,能证明“$\ce{CO_{2}}$密度大于空气”的是烧杯
A
(填“A”“B”或“C”)。答案
制得的CO₂气体不纯，易混入一氧化碳、氧气等其他杂质气体（合理即可）
向上排空气法
二氧化碳在水中的溶解速率远小于其逸出的速率，短时间内仅溶解少量CO₂，不会对收集造成明显影响
0.6
干燥的紫色石蕊试纸不变色，湿润的紫色石蕊试纸变红
A
向上排空气法
二氧化碳在水中的溶解速率远小于其逸出的速率，短时间内仅溶解少量CO₂，不会对收集造成明显影响
0.6
干燥的紫色石蕊试纸不变色，湿润的紫色石蕊试纸变红
A
解析
【分析】本题围绕二氧化碳的制取和性质展开实验探究，分为三个活动，解题时需结合实验室制取气体的原理、收集方法的选择依据，以及二氧化碳的溶解性、与水反应、密度等性质，逐一分析每个小问题的实验要求和现象，运用所学知识推导答案。
【解析】
(1) 实验室制取气体要求产物纯净，碳燃烧时，若氧气不足会生成一氧化碳，还可能混有未反应的氧气等杂质，导致制得的二氧化碳不纯，因此不采用碳燃烧制取。
(2) 收集气体的方法由气体密度和与空气的反应性决定，二氧化碳密度大于空气且不与空气反应，故采用向上排空气法收集。
(3) 排水法收集气体的关键是气体在水中的溶解速率慢，短时间内溶解量少，不影响收集。根据实验数据，二氧化碳在水中的溶解速率远小于其逸出速率，短时间内仅溶解少量二氧化碳，不会对收集造成明显影响，因此可用排水法收集。
(4) 试剂瓶中有200mL水，当注入120mL二氧化碳时红色油柱移动，说明200mL水最多能溶解120mL二氧化碳，因此1体积水中溶解二氧化碳的体积为120mL÷200mL=0.6。
(5) ①二氧化碳本身不能使紫色石蕊变色，与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红，因此干燥的紫色石蕊试纸不变色，湿润的紫色石蕊试纸变红，可证明二氧化碳与水发生反应。②要证明二氧化碳密度大于空气，需观察低处蜡烛先熄灭，烧杯A位置最低，其蜡烛先熄灭，说明二氧化碳沉在下方，密度大于空气。
【答案】制得的CO₂气体不纯，易混入一氧化碳、氧气等其他杂质气体（合理即可）；向上排空气法；二氧化碳在水中的溶解速率远小于其逸出的速率，短时间内仅溶解少量CO₂，不会对收集造成明显影响；0.6；干燥的紫色石蕊试纸不变色，湿润的紫色石蕊试纸变红；A
【知识点】实验室制取CO₂、CO₂的性质
【点评】本题为项目式探究题，以实验探究的形式考查初中化学核心知识点，注重实验数据和现象的分析，体现了化学学科的实验性，要求学生将所学知识应用于实际探究中。
【难度系数】0.7
【解析】
(1) 实验室制取气体要求产物纯净，碳燃烧时，若氧气不足会生成一氧化碳，还可能混有未反应的氧气等杂质，导致制得的二氧化碳不纯，因此不采用碳燃烧制取。
(2) 收集气体的方法由气体密度和与空气的反应性决定，二氧化碳密度大于空气且不与空气反应，故采用向上排空气法收集。
(3) 排水法收集气体的关键是气体在水中的溶解速率慢，短时间内溶解量少，不影响收集。根据实验数据，二氧化碳在水中的溶解速率远小于其逸出速率，短时间内仅溶解少量二氧化碳，不会对收集造成明显影响，因此可用排水法收集。
(4) 试剂瓶中有200mL水，当注入120mL二氧化碳时红色油柱移动，说明200mL水最多能溶解120mL二氧化碳，因此1体积水中溶解二氧化碳的体积为120mL÷200mL=0.6。
(5) ①二氧化碳本身不能使紫色石蕊变色，与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红，因此干燥的紫色石蕊试纸不变色，湿润的紫色石蕊试纸变红，可证明二氧化碳与水发生反应。②要证明二氧化碳密度大于空气，需观察低处蜡烛先熄灭，烧杯A位置最低，其蜡烛先熄灭，说明二氧化碳沉在下方，密度大于空气。
【答案】制得的CO₂气体不纯，易混入一氧化碳、氧气等其他杂质气体（合理即可）；向上排空气法；二氧化碳在水中的溶解速率远小于其逸出的速率，短时间内仅溶解少量CO₂，不会对收集造成明显影响；0.6；干燥的紫色石蕊试纸不变色，湿润的紫色石蕊试纸变红；A
【知识点】实验室制取CO₂、CO₂的性质
【点评】本题为项目式探究题，以实验探究的形式考查初中化学核心知识点，注重实验数据和现象的分析，体现了化学学科的实验性，要求学生将所学知识应用于实际探究中。
【难度系数】0.7
四、计算题(本大题包括1小题,共10分)
17. (2026·滨州期中)兴趣小组的同学为测定某壶垢中所含碳酸钙的质量分数,向盛有10 g壶垢的烧杯中加入稀盐酸,实验测得烧杯中剩余物质总质量与加入稀盐酸的质量之间的关系如图所示(壶垢中其他成分不与稀盐酸反应)。
(1)反应中生成二氧化碳的质量是
(2)计算该壶垢中碳酸钙的质量分数。
17. (2026·滨州期中)兴趣小组的同学为测定某壶垢中所含碳酸钙的质量分数,向盛有10 g壶垢的烧杯中加入稀盐酸,实验测得烧杯中剩余物质总质量与加入稀盐酸的质量之间的关系如图所示(壶垢中其他成分不与稀盐酸反应)。
(1)反应中生成二氧化碳的质量是
3.3
g。(2)计算该壶垢中碳酸钙的质量分数。
答案
3.3
解：设该壶垢中碳酸钙的质量分数为x。
$ \ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
10g×x 3.3g
$ \dfrac{100}{44}=\dfrac{10\ \mathrm{g} × x}{3.3\ \mathrm{g}}$
x=75\%
答：该壶垢中碳酸钙的质量分数为75%。
解：设该壶垢中碳酸钙的质量分数为x。
$ \ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
10g×x 3.3g
$ \dfrac{100}{44}=\dfrac{10\ \mathrm{g} × x}{3.3\ \mathrm{g}}$
x=75\%
答：该壶垢中碳酸钙的质量分数为75%。
解析
【分析】
本题需利用质量守恒定律计算生成二氧化碳的质量，再通过化学方程式计算壶垢中碳酸钙的质量分数。首先，碳酸钙与稀盐酸反应生成二氧化碳气体，气体逸出导致烧杯中剩余物质总质量减少，减少的质量即为生成二氧化碳的质量；再根据化学方程式中碳酸钙与二氧化碳的质量关系，结合二氧化碳的质量求出碳酸钙的质量，进而计算其在壶垢中的质量分数。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，反应前烧杯内总质量为壶垢质量与加入稀盐酸质量之和：$10\ \mathrm{g} + 150\ \mathrm{g} = 160\ \mathrm{g}$，反应后剩余物质总质量为$156.7\ \mathrm{g}$，因此生成二氧化碳的质量为：$160\ \mathrm{g} - 156.7\ \mathrm{g} = 3.3\ \mathrm{g}$。
(2) 设该壶垢中碳酸钙的质量分数为$x$。
反应的化学方程式为：$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
各物质的质量关系：$\ce{CaCO_{3}}$与$\ce{CO_{2}}$的质量比为$100:44$。
参加反应的$\ce{CaCO_{3}}$质量为$10\ \mathrm{g}×x$，生成$\ce{CO_{2}}$质量为$3.3\ \mathrm{g}$，列比例式：
$\dfrac{100}{44} = \dfrac{10\ \mathrm{g}×x}{3.3\ \mathrm{g}}$
解得：$x = 75\%$。
【答案】
(1) 3.3；(2) 75%
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、碳酸钙的化学性质
【点评】
本题结合图像考查化学计算，核心是利用质量守恒定律确定二氧化碳的质量，再依据化学方程式进行计算，步骤清晰，难度适中，能有效检验学生对相关知识点的掌握情况。
【难度系数】
0.5
本题需利用质量守恒定律计算生成二氧化碳的质量，再通过化学方程式计算壶垢中碳酸钙的质量分数。首先，碳酸钙与稀盐酸反应生成二氧化碳气体，气体逸出导致烧杯中剩余物质总质量减少，减少的质量即为生成二氧化碳的质量；再根据化学方程式中碳酸钙与二氧化碳的质量关系，结合二氧化碳的质量求出碳酸钙的质量，进而计算其在壶垢中的质量分数。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，反应前烧杯内总质量为壶垢质量与加入稀盐酸质量之和：$10\ \mathrm{g} + 150\ \mathrm{g} = 160\ \mathrm{g}$，反应后剩余物质总质量为$156.7\ \mathrm{g}$，因此生成二氧化碳的质量为：$160\ \mathrm{g} - 156.7\ \mathrm{g} = 3.3\ \mathrm{g}$。
(2) 设该壶垢中碳酸钙的质量分数为$x$。
反应的化学方程式为：$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
各物质的质量关系：$\ce{CaCO_{3}}$与$\ce{CO_{2}}$的质量比为$100:44$。
参加反应的$\ce{CaCO_{3}}$质量为$10\ \mathrm{g}×x$，生成$\ce{CO_{2}}$质量为$3.3\ \mathrm{g}$，列比例式：
$\dfrac{100}{44} = \dfrac{10\ \mathrm{g}×x}{3.3\ \mathrm{g}}$
解得：$x = 75\%$。
【答案】
(1) 3.3；(2) 75%
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、碳酸钙的化学性质
【点评】
本题结合图像考查化学计算，核心是利用质量守恒定律确定二氧化碳的质量，再依据化学方程式进行计算，步骤清晰，难度适中，能有效检验学生对相关知识点的掌握情况。
【难度系数】
0.5
