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任务一 实验室里制取二氧化碳的化学反应原理
|原理探究|
1.判断下列生成二氧化碳的反应是否适合用于实验室制取二氧化碳,不适合的请说明理由。
2.分小组完成以下实验。
实验结论:通过对比上述实验,实验室制取二氧化碳的理想试剂是
|原理探究|
1.判断下列生成二氧化碳的反应是否适合用于实验室制取二氧化碳,不适合的请说明理由。
2.分小组完成以下实验。
实验结论:通过对比上述实验,实验室制取二氧化碳的理想试剂是
块状大理石(或石灰石)和稀盐酸
,实验室制取二氧化碳的反应原理为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O
(用化学方程式表示)。答案
1.(1) 不适合,所得的气体不纯
(2) 不适合,煅烧石灰石需要在高温条件下进行,实验室条件受限
(3) 不适合,取材不便,成本高
(4) 适合,石灰石与稀盐酸反应不需要加热,原料易得,成本低,装置简单
2.(1) 快速产生气泡,反应很快停止 大 不适合
(2) 块状大理石(或石灰石)逐渐溶解,产生气泡 适中 适合
(3) 刚开始块状大理石(或石灰石)逐渐溶解,产生大量气泡,过段时间后,块状大理石(或石灰石)表面迅速被一层白色物质覆盖,反应很快停止 先大后小 不适合
块状大理石(或石灰石)和稀盐酸
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O
(2) 不适合,煅烧石灰石需要在高温条件下进行,实验室条件受限
(3) 不适合,取材不便,成本高
(4) 适合,石灰石与稀盐酸反应不需要加热,原料易得,成本低,装置简单
2.(1) 快速产生气泡,反应很快停止 大 不适合
(2) 块状大理石(或石灰石)逐渐溶解,产生气泡 适中 适合
(3) 刚开始块状大理石(或石灰石)逐渐溶解,产生大量气泡,过段时间后,块状大理石(或石灰石)表面迅速被一层白色物质覆盖,反应很快停止 先大后小 不适合
块状大理石(或石灰石)和稀盐酸
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O
解析
【分析】
要解决本题，需明确实验室制取气体的选择原则：反应条件易实现、原料易得成本低、反应速率适中、生成气体纯净。首先根据这些原则判断生成二氧化碳的反应是否适合实验室制取；再通过对比不同试剂与碳酸盐反应的实验现象，选出理想试剂，最后写出对应的化学方程式。
【解析】
1. 判断反应是否适合实验室制取二氧化碳的依据：
若反应生成的气体不纯，不适合；
若反应需要高温等实验室难以达到的条件，不适合；
若原料取材不便、成本高，不适合；
若反应条件简单、原料易得、气体纯净，适合。
2. 对比实验分析：
碳酸钠与稀盐酸反应：速率太快，不易收集气体，不适合；
块状大理石（或石灰石）与稀盐酸反应：速率适中，便于收集，适合；
块状大理石（或石灰石）与稀硫酸反应：生成微溶的硫酸钙覆盖在大理石表面，阻止反应持续进行，不适合。
因此，实验室制取二氧化碳的理想试剂是块状大理石（或石灰石）和稀盐酸，反应原理为碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}↑ + H_{2}O}$。
【答案】块状大理石(或石灰石)和稀盐酸；$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}↑ + H_{2}O}$
【知识点】实验室制取二氧化碳的反应原理；化学方程式书写；实验探究方法
【点评】本题围绕实验室制取二氧化碳的试剂选择展开，通过对比实验考查学生对实验室制取气体选择原则的理解，是化学实验基础的核心内容，注重实验探究能力的培养。
【难度系数】0.7
要解决本题，需明确实验室制取气体的选择原则：反应条件易实现、原料易得成本低、反应速率适中、生成气体纯净。首先根据这些原则判断生成二氧化碳的反应是否适合实验室制取；再通过对比不同试剂与碳酸盐反应的实验现象，选出理想试剂，最后写出对应的化学方程式。
【解析】
1. 判断反应是否适合实验室制取二氧化碳的依据：
若反应生成的气体不纯，不适合；
若反应需要高温等实验室难以达到的条件，不适合；
若原料取材不便、成本高，不适合；
若反应条件简单、原料易得、气体纯净，适合。
2. 对比实验分析：
碳酸钠与稀盐酸反应：速率太快，不易收集气体，不适合；
块状大理石（或石灰石）与稀盐酸反应：速率适中，便于收集，适合；
块状大理石（或石灰石）与稀硫酸反应：生成微溶的硫酸钙覆盖在大理石表面，阻止反应持续进行，不适合。
因此，实验室制取二氧化碳的理想试剂是块状大理石（或石灰石）和稀盐酸，反应原理为碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}↑ + H_{2}O}$。
【答案】块状大理石(或石灰石)和稀盐酸；$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}↑ + H_{2}O}$
【知识点】实验室制取二氧化碳的反应原理；化学方程式书写；实验探究方法
【点评】本题围绕实验室制取二氧化碳的试剂选择展开，通过对比实验考查学生对实验室制取气体选择原则的理解，是化学实验基础的核心内容，注重实验探究能力的培养。
【难度系数】0.7
任务二 实验室里制取二氧化碳的装置
|装置探究|
[问题]如何设计实验室里制取二氧化碳的装置？
[方案设计]
1.回顾实验室制取氧气的反应原理和实验装置。
(1)反应原理(用化学方程式表示)。
①加热高锰酸钾制取氧气：
②分解过氧化氢制取氧气：
(2)实验装置。
①发生装置：
②收集装置：
[思路与方法]
确定制取气体装置时需要考虑的因素
发生装置：反应物的状态和反应条件
收集装置：气体性质
是否与空气中的成分反应
密度：比空气的密度大、比空气的密度小、与空气的密度相当
是否溶于水，是否与水反应
2.二氧化碳和氧气的实验室制取及相关性质比较。
结论:实验室制取二氧化碳气体时,发生装置为固液常温型,收集装置为向上排空气装置。
3.选择仪器设计制取二氧化碳的装置,并尝试在下面的框中画出。
[评价与反思]如图是同学们设计的实验室制取二氧化碳的发生装置。
与A装置相比,B装置有什么优点?
|装置探究|
[问题]如何设计实验室里制取二氧化碳的装置？
[方案设计]
1.回顾实验室制取氧气的反应原理和实验装置。
(1)反应原理(用化学方程式表示)。
①加热高锰酸钾制取氧气：
2KMnO₄$\xlongequal{△}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑
。②分解过氧化氢制取氧气：
2H₂O₂$\xlongequal{MnO_2}$2H₂O+O₂↑
。(2)实验装置。
①发生装置：
②收集装置：[思路与方法]
确定制取气体装置时需要考虑的因素
发生装置：反应物的状态和反应条件
收集装置：气体性质
是否与空气中的成分反应
密度：比空气的密度大、比空气的密度小、与空气的密度相当
是否溶于水，是否与水反应
2.二氧化碳和氧气的实验室制取及相关性质比较。
结论:实验室制取二氧化碳气体时,发生装置为固液常温型,收集装置为向上排空气装置。
3.选择仪器设计制取二氧化碳的装置,并尝试在下面的框中画出。
[评价与反思]如图是同学们设计的实验室制取二氧化碳的发生装置。
与A装置相比,B装置有什么优点?
答案
1.(1)① 2KMnO₄$\xlongequal{△}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑
② 2H₂O₂$\xlongequal{MnO_2}$2H₂O+O₂↑
2. 固体+液体 常温 大于空气 能溶于水,能与水反应 固体 加热 固体+液体 常温 略大于空气 不易溶于水,不与水反应
3.
[评价与反思] 与A装置相比,由于B装置中间有多孔隔板,能实现固体和液体的分离,所以B装置有可以控制反应的开始与停止的优点。
解析
【分析】
要解决本题，需分步骤思考：首先回忆实验室制取氧气的两个反应原理，正确书写对应的化学方程式；其次明确确定气体发生装置（反应物状态、反应条件）和收集装置（气体密度、溶解性、是否与水/空气反应）的核心依据；接着对比二氧化碳与氧气的相关性质，确定制取二氧化碳的装置类型；最后分析A、B两个发生装置的结构差异，推导B装置的优点。
【解析】
1. 反应原理书写：
① 加热高锰酸钾制取氧气，反应条件为加热，生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，化学方程式为$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$；
② 过氧化氢在二氧化锰催化下分解制取氧气，生成水和氧气，化学方程式为$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$；
2. 装置选择依据：
发生装置由反应物状态和反应条件决定，收集装置由气体性质决定。实验室制取二氧化碳的反应物是固体（大理石/石灰石）和液体（稀盐酸），反应在常温下进行，故发生装置为固液常温型；二氧化碳密度比空气大，能溶于水且能与水反应，故收集装置选向上排空气法；
3. A装置为长颈漏斗+锥形瓶的固液常温型装置，B装置带有多孔隔板：关闭导管活塞时，装置内压强增大，液体被压回长颈漏斗，固体与液体分离，反应停止；打开活塞，液体流下接触固体，反应开始，因此B装置的优点是可以控制反应的开始与停止。
【答案】
1.(1)① $\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$；② $\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$；
2. 固体+液体 常温 大于空气 能溶于水,能与水反应 固体 加热 固体+液体 常温 略大于空气 不易溶于水,不与水反应；
3.；
[评价与反思] 与A装置相比，由于B装置中间有多孔隔板，能实现固体和液体的分离，所以B装置有可以控制反应的开始与停止的优点。
【知识点】
实验室制取气体装置选择、化学方程式书写、二氧化碳实验室制取
【点评】
本题围绕实验室气体制取装置的探究展开，重点考查装置选择的核心依据，以及不同发生装置的优缺点分析，是初中化学实验的基础重点内容，需学生熟练掌握气体制取的相关原理和装置设计逻辑。
【难度系数】
0.5
要解决本题，需分步骤思考：首先回忆实验室制取氧气的两个反应原理，正确书写对应的化学方程式；其次明确确定气体发生装置（反应物状态、反应条件）和收集装置（气体密度、溶解性、是否与水/空气反应）的核心依据；接着对比二氧化碳与氧气的相关性质，确定制取二氧化碳的装置类型；最后分析A、B两个发生装置的结构差异，推导B装置的优点。
【解析】
1. 反应原理书写：
① 加热高锰酸钾制取氧气，反应条件为加热，生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，化学方程式为$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$；
② 过氧化氢在二氧化锰催化下分解制取氧气，生成水和氧气，化学方程式为$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$；
2. 装置选择依据：
发生装置由反应物状态和反应条件决定，收集装置由气体性质决定。实验室制取二氧化碳的反应物是固体（大理石/石灰石）和液体（稀盐酸），反应在常温下进行，故发生装置为固液常温型；二氧化碳密度比空气大，能溶于水且能与水反应，故收集装置选向上排空气法；
3. A装置为长颈漏斗+锥形瓶的固液常温型装置，B装置带有多孔隔板：关闭导管活塞时，装置内压强增大，液体被压回长颈漏斗，固体与液体分离，反应停止；打开活塞，液体流下接触固体，反应开始，因此B装置的优点是可以控制反应的开始与停止。
【答案】
1.(1)① $\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$；② $\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$；
2. 固体+液体 常温 大于空气 能溶于水,能与水反应 固体 加热 固体+液体 常温 略大于空气 不易溶于水,不与水反应；
3.
；[评价与反思] 与A装置相比，由于B装置中间有多孔隔板，能实现固体和液体的分离，所以B装置有可以控制反应的开始与停止的优点。
【知识点】
实验室制取气体装置选择、化学方程式书写、二氧化碳实验室制取
【点评】
本题围绕实验室气体制取装置的探究展开，重点考查装置选择的核心依据，以及不同发生装置的优缺点分析，是初中化学实验的基础重点内容，需学生熟练掌握气体制取的相关原理和装置设计逻辑。
【难度系数】
0.5
