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8. 新趋势 项目式探究 某学习小组对二氧化碳展开了一系列的探究。
(一)验证$\ce{CO_{2}}$性质
图1是验证$\ce{CO_{2}}$性质的实验装置,
实验时,持续通入$\ce{CO_{2}}$。
步骤Ⅰ:打开$\mathrm{K}_{1}$,关闭$\mathrm{K}_{2}$,观察现象。
步骤Ⅱ:关闭$\mathrm{K}_{1}$,打开$\mathrm{K}_{2}$,加热水,一段时间后,观察现象。
(1)步骤Ⅰ:烧杯中的现象为
(2)根据步骤Ⅰ和Ⅱ的实验现象,证明了二氧化碳具有的化学性质是
(二)探究是否可用排水集气法收集到$\ce{CO_{2}}$
利用传感器对是否可用排水集气法收集到$\ce{CO_{2}}$展开探究,实验装置如图2所示:
(3)实验步骤如下:
①按实验装置图2组装仪器。
②用压强传感器自带的注射器通过活塞A向三颈烧瓶注入50 mL空气,并一直压住注射器,若压强传感器的读数
③打开活塞A,将注射器中的稀盐酸迅速注入仪器b中,反应一段时间后,常用
④用压强传感器自带的注射器通过活塞A向三颈烧瓶中注入15 mL $\ce{H_{2}O}$,观察两分钟之内体系的压强变化如图3所示。
(4)图3中30 s后体系的压强瞬间增大的原因是
(5)经过测算,消耗$\ce{CO_{2}}$的量约为收集到的$\ce{CO_{2}}$总量的0.53%,因此排水集气法
(一)验证$\ce{CO_{2}}$性质
图1是验证$\ce{CO_{2}}$性质的实验装置,
实验时,持续通入$\ce{CO_{2}}$。
步骤Ⅰ:打开$\mathrm{K}_{1}$,关闭$\mathrm{K}_{2}$,观察现象。
步骤Ⅱ:关闭$\mathrm{K}_{1}$,打开$\mathrm{K}_{2}$,加热水,一段时间后,观察现象。
(1)步骤Ⅰ:烧杯中的现象为
蜡烛由低到高依次熄灭
,说明$\ce{CO_{2}}$具有的化学性质是二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧
。(2)根据步骤Ⅰ和Ⅱ的实验现象,证明了二氧化碳具有的化学性质是
$\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$
(用化学方程式表示)。(二)探究是否可用排水集气法收集到$\ce{CO_{2}}$
利用传感器对是否可用排水集气法收集到$\ce{CO_{2}}$展开探究,实验装置如图2所示:
(3)实验步骤如下:
①按实验装置图2组装仪器。
②用压强传感器自带的注射器通过活塞A向三颈烧瓶注入50 mL空气,并一直压住注射器,若压强传感器的读数
突然增大后,维持一段时间不变
,证明装置气密性良好。③打开活塞A,将注射器中的稀盐酸迅速注入仪器b中,反应一段时间后,常用
燃着的木条
放在A处进行验满,收集满后迅速关闭活塞A,并用止水夹夹住导气管B处。④用压强传感器自带的注射器通过活塞A向三颈烧瓶中注入15 mL $\ce{H_{2}O}$,观察两分钟之内体系的压强变化如图3所示。
(4)图3中30 s后体系的压强瞬间增大的原因是
注入了15 mL水,三颈烧瓶内空间变小,气体被压缩,导致压强瞬间增大
,之后到100 s之间压强又逐渐减小的原因是二氧化碳溶于水且与水反应
。(5)经过测算,消耗$\ce{CO_{2}}$的量约为收集到的$\ce{CO_{2}}$总量的0.53%,因此排水集气法
可以
(填"可以"或"不可以")收集到$\ce{CO_{2}}$气体。答案
8. (1)蜡烛由低到高依次熄灭 二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧 (2)$\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$ (3)②突然增大后,维持一段时间不变 ③燃着的木条 (4)注入了15 mL水,三颈烧瓶内空间变小,气体被压缩,导致压强瞬间增大 二氧化碳溶于水且与水反应 (5)可以
解析:(1)步骤Ⅰ:烧杯中的现象为蜡烛由低到高依次熄灭,蜡烛熄灭说明二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧,下层蜡烛先熄灭,说明二氧化碳的密度比空气大,其中不燃烧、不支持燃烧属于化学性质。(2)步骤Ⅰ中打开$\mathrm{K}_{1}$,关闭$\mathrm{K}_{2}$,紫色石蕊小花不变色,说明二氧化碳不能使干燥的紫色石蕊小花变色,步骤Ⅱ中关闭$\mathrm{K}_{1}$,打开$\mathrm{K}_{2}$,加热水,水受热蒸发变成水蒸气,紫色石蕊小花变红,说明二氧化碳能与水反应生成酸性物质,即碳酸,使紫色石蕊小花变红,其反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$。(3)②用压强传感器自带的注射器通过活塞A向三颈烧瓶注入50 mL空气,并一直压住注射器,若压强传感器的读数突然增大后,维持一段时间不变,证明装置气密性良好。③二氧化碳不能支持燃烧,能使燃着的木条熄灭。实验中可用燃着的木条放在A处进行验满,燃着的木条熄灭说明收集满了。(4)图3中30 s后体系的压强瞬间增大的原因是注入了15 mL水,三颈烧瓶内空间变小,气体被压缩,导致压强瞬间增大;30~100 s之间压强逐渐减小的原因是二氧化碳溶于水且与水反应。(5)经过测算,消耗$\ce{CO_{2}}$的量约为收集到的$\ce{CO_{2}}$总量的0.53%,可见消耗的二氧化碳量较少,因此排水集气法可以收集到$\ce{CO_{2}}$气体。
解析:(1)步骤Ⅰ:烧杯中的现象为蜡烛由低到高依次熄灭,蜡烛熄灭说明二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧,下层蜡烛先熄灭,说明二氧化碳的密度比空气大,其中不燃烧、不支持燃烧属于化学性质。(2)步骤Ⅰ中打开$\mathrm{K}_{1}$,关闭$\mathrm{K}_{2}$,紫色石蕊小花不变色,说明二氧化碳不能使干燥的紫色石蕊小花变色,步骤Ⅱ中关闭$\mathrm{K}_{1}$,打开$\mathrm{K}_{2}$,加热水,水受热蒸发变成水蒸气,紫色石蕊小花变红,说明二氧化碳能与水反应生成酸性物质,即碳酸,使紫色石蕊小花变红,其反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$。(3)②用压强传感器自带的注射器通过活塞A向三颈烧瓶注入50 mL空气,并一直压住注射器,若压强传感器的读数突然增大后,维持一段时间不变,证明装置气密性良好。③二氧化碳不能支持燃烧,能使燃着的木条熄灭。实验中可用燃着的木条放在A处进行验满,燃着的木条熄灭说明收集满了。(4)图3中30 s后体系的压强瞬间增大的原因是注入了15 mL水,三颈烧瓶内空间变小,气体被压缩,导致压强瞬间增大;30~100 s之间压强逐渐减小的原因是二氧化碳溶于水且与水反应。(5)经过测算,消耗$\ce{CO_{2}}$的量约为收集到的$\ce{CO_{2}}$总量的0.53%,可见消耗的二氧化碳量较少,因此排水集气法可以收集到$\ce{CO_{2}}$气体。
解析
【分析】
本题分为两个探究模块：一是验证二氧化碳的化学性质，二是探究排水集气法能否收集二氧化碳。对于验证性质部分，步骤Ⅰ中通入二氧化碳到烧杯，需结合二氧化碳的密度和化学性质分析蜡烛的变化；步骤Ⅱ中结合水的参与，分析二氧化碳与水的反应。对于排水法收集的探究，装置气密性检查利用压强变化原理，验满利用二氧化碳不支持燃烧的特性，压强变化需结合气体体积、溶解性及反应分析，最后根据消耗二氧化碳的比例判断收集方法的可行性。
【解析】
(1) 步骤Ⅰ中，二氧化碳密度比空气大，先聚集在烧杯底部，下层蜡烛先接触二氧化碳，且二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧，因此观察到蜡烛由低到高依次熄灭，对应二氧化碳的化学性质为不能燃烧也不能支持燃烧。
(2) 步骤Ⅰ中干燥的紫色石蕊小花不变色，说明二氧化碳不能使石蕊变色；步骤Ⅱ中，二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性使紫色石蕊小花变红，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$。
(3) ②检查装置气密性时，向三颈烧瓶注入空气并压住注射器，若压强传感器读数突然增大后维持一段时间不变，说明装置气密性良好；③二氧化碳不支持燃烧，验满时将燃着的木条放在A处，若木条熄灭则证明收集满。
(4) 30s后注入15mL水，三颈烧瓶内气体体积被压缩，导致压强瞬间增大；之后二氧化碳溶于水且与水反应，瓶内气体量减少，压强逐渐减小。
(5) 消耗的二氧化碳仅为收集总量的0.53%，说明排水法收集时二氧化碳损失极少，因此可以用排水集气法收集二氧化碳。
【答案】
(1) 蜡烛由低到高依次熄灭；二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧 (2) $\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$ (3) ②突然增大后，维持一段时间不变；③燃着的木条 (4) 注入了15 mL水，三颈烧瓶内空间变小，气体被压缩，导致压强瞬间增大；二氧化碳溶于水且与水反应 (5) 可以
【知识点】
二氧化碳的性质、化学方程式书写、气体收集方法
【点评】
本题为项目式探究题，结合实验操作与传感器技术，全面考查二氧化碳的性质、实验基本操作及气体收集方法，注重学生的实验分析与探究能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题分为两个探究模块：一是验证二氧化碳的化学性质，二是探究排水集气法能否收集二氧化碳。对于验证性质部分，步骤Ⅰ中通入二氧化碳到烧杯，需结合二氧化碳的密度和化学性质分析蜡烛的变化；步骤Ⅱ中结合水的参与，分析二氧化碳与水的反应。对于排水法收集的探究，装置气密性检查利用压强变化原理，验满利用二氧化碳不支持燃烧的特性，压强变化需结合气体体积、溶解性及反应分析，最后根据消耗二氧化碳的比例判断收集方法的可行性。
【解析】
(1) 步骤Ⅰ中，二氧化碳密度比空气大，先聚集在烧杯底部，下层蜡烛先接触二氧化碳，且二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧，因此观察到蜡烛由低到高依次熄灭，对应二氧化碳的化学性质为不能燃烧也不能支持燃烧。
(2) 步骤Ⅰ中干燥的紫色石蕊小花不变色，说明二氧化碳不能使石蕊变色；步骤Ⅱ中，二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性使紫色石蕊小花变红，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$。
(3) ②检查装置气密性时，向三颈烧瓶注入空气并压住注射器，若压强传感器读数突然增大后维持一段时间不变，说明装置气密性良好；③二氧化碳不支持燃烧，验满时将燃着的木条放在A处，若木条熄灭则证明收集满。
(4) 30s后注入15mL水，三颈烧瓶内气体体积被压缩，导致压强瞬间增大；之后二氧化碳溶于水且与水反应，瓶内气体量减少，压强逐渐减小。
(5) 消耗的二氧化碳仅为收集总量的0.53%，说明排水法收集时二氧化碳损失极少，因此可以用排水集气法收集二氧化碳。
【答案】
(1) 蜡烛由低到高依次熄灭；二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧 (2) $\ce{CO_{2} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}H_{2}CO_{3}}$ (3) ②突然增大后，维持一段时间不变；③燃着的木条 (4) 注入了15 mL水，三颈烧瓶内空间变小，气体被压缩，导致压强瞬间增大；二氧化碳溶于水且与水反应 (5) 可以
【知识点】
二氧化碳的性质、化学方程式书写、气体收集方法
【点评】
本题为项目式探究题，结合实验操作与传感器技术，全面考查二氧化碳的性质、实验基本操作及气体收集方法，注重学生的实验分析与探究能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
