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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$100\ \mathrm{mL}\ \ce{CO_{2}}$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$\ce{CO_{2}}$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$100\ \mathrm{mL}\ \ce{CO_{2}}$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
(1)用碳的燃烧来制取$\ce{CO_{2}}$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)
(2)向上排空气
(3)二氧化碳溶于水的速率远小于二氧化碳逸出的速率
(4)0.6
(5)①干燥的紫色石蕊试纸不变红,湿润的紫色石蕊试纸变红 ②A
解析:(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。(3)由表中数据可知,二氧化碳溶于水的速率较慢。12 h才溶解了23 mL,所以可用排水法收集二氧化碳的理由是二氧化碳溶于水的速率远小于二氧化碳逸出的速率。(4)当向水中注入$\ce{CO_{2}}$气体体积达到120 mL时,红色油柱开始向上移动,说明200 mL水中最多能溶解120 mL二氧化碳,实验表明在该条件下,1体积水中能溶解二氧化碳的体积是$\dfrac{120\ \mathrm{mL}}{200\ \mathrm{mL}}=0.6$。(5)①紫色石蕊遇酸性物质变红,二氧化碳通入装置中时,干燥的紫色石蕊试纸不变红;二氧化碳与湿润的紫色石蕊试纸中的水反应生成碳酸,碳酸使湿润的紫色石蕊试纸变红;因此证明$\ce{CO_{2}}$与水发生了反应的实验现象为干燥的紫色石蕊试纸不变红,湿润的紫色石蕊试纸变红。②A中导管口在烧杯口处,B、C中导管口接近烧杯底部,而A烧杯中蜡烛由下至上依次熄灭,说明二氧化碳沿着烧杯壁进入烧杯的底部,由此证明二氧化碳的密度比空气的大。
(2)向上排空气
(3)二氧化碳溶于水的速率远小于二氧化碳逸出的速率
(4)0.6
(5)①干燥的紫色石蕊试纸不变红,湿润的紫色石蕊试纸变红 ②A
解析:(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。(3)由表中数据可知,二氧化碳溶于水的速率较慢。12 h才溶解了23 mL,所以可用排水法收集二氧化碳的理由是二氧化碳溶于水的速率远小于二氧化碳逸出的速率。(4)当向水中注入$\ce{CO_{2}}$气体体积达到120 mL时,红色油柱开始向上移动,说明200 mL水中最多能溶解120 mL二氧化碳,实验表明在该条件下,1体积水中能溶解二氧化碳的体积是$\dfrac{120\ \mathrm{mL}}{200\ \mathrm{mL}}=0.6$。(5)①紫色石蕊遇酸性物质变红,二氧化碳通入装置中时,干燥的紫色石蕊试纸不变红;二氧化碳与湿润的紫色石蕊试纸中的水反应生成碳酸,碳酸使湿润的紫色石蕊试纸变红;因此证明$\ce{CO_{2}}$与水发生了反应的实验现象为干燥的紫色石蕊试纸不变红,湿润的紫色石蕊试纸变红。②A中导管口在烧杯口处,B、C中导管口接近烧杯底部,而A烧杯中蜡烛由下至上依次熄灭,说明二氧化碳沿着烧杯壁进入烧杯的底部,由此证明二氧化碳的密度比空气的大。
四、计算题(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
(1)3.3
(2)解:设该壶垢中碳酸钙的质量分数为x。
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{} CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
$10\ \mathrm{g}× x$ 3.3 g
$\dfrac{100}{44}=\dfrac{10\ \mathrm{g}× x}{3.3\ \mathrm{g}}$ $x=75\%$
答:该壶垢中碳酸钙的质量分数为75%。
解析:(1)壶垢中的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$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{} CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$。根据图像,加入稀盐酸超过100 g之后,曲线斜率增大,说明不再产生气体,根据质量守恒定律,加入100 g稀盐酸时,反应前总质量(壶垢质量+加入稀盐酸质量)为$10\ \mathrm{g}+100\ \mathrm{g}=110\ \mathrm{g}$,反应后剩余物质总质量为106.7 g,因此生成二氧化碳的质量为$110\ \mathrm{g}-106.7\ \mathrm{g}=3.3\ \mathrm{g}$。
(2)解:设该壶垢中碳酸钙的质量分数为x。
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{} CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
$10\ \mathrm{g}× x$ 3.3 g
$\dfrac{100}{44}=\dfrac{10\ \mathrm{g}× x}{3.3\ \mathrm{g}}$ $x=75\%$
答:该壶垢中碳酸钙的质量分数为75%。
解析:(1)壶垢中的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$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{} CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$。根据图像,加入稀盐酸超过100 g之后,曲线斜率增大,说明不再产生气体,根据质量守恒定律,加入100 g稀盐酸时,反应前总质量(壶垢质量+加入稀盐酸质量)为$10\ \mathrm{g}+100\ \mathrm{g}=110\ \mathrm{g}$,反应后剩余物质总质量为106.7 g,因此生成二氧化碳的质量为$110\ \mathrm{g}-106.7\ \mathrm{g}=3.3\ \mathrm{g}$。
