Question

下列是初三某合作学习小组实验室制取二氧化碳气体
的研究过程，请你参与其中．
（一）在实验制取过程中，请回答下列问题：
（1）如图中烧瓶内放的药品是大理石或

石灰石

（填名称）；
（2）实验室制取二氧化碳的符号表达式为是

CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑

；
（3）小兵同学在用此装置制取并验证二氧化碳的性质时，在烧瓶内装入固体药品，在分液漏斗内加入稀盐酸，打开分液漏斗的活塞，发现分液漏斗内液体不能滴下，可能的原因是

分液漏斗塞子未打开

．
（4）小兵同学用排水法收集与排空气法收集CO₂的进行比较（分别用体积相同的2个集气瓶收集），请帮他完成下表．

比较项目	排水法	向上排空气法
收集方法可行性分析	CO2气体生成和从水面逸出的速率远大于其溶解和与水反应的速率	CO2密度比空气大， 不与空气发生反应 ．
收集过程分析	集满现象： 集气瓶口有气泡冒出 ．	“验满”分析：因气体无色，故集满与否较难确定．即便用燃着木条移近容器口火焰熄灭，也难以证明空气完全排尽．
向收集到的CO2集气瓶内倒入等体积适量澄清石灰水，并振荡	先浑浊后变澄清所需时间较短．	先浑浊后变澄清所需时间较长．
由上述实验可得结论	① 二氧化碳可用排水法或向上排空气法收集； ；② 用排水法收集到的二氧化碳比较纯净 ．

（二）实验室制取二氧化碳通常不选用大理石与稀硫酸反应，其原因是反应生成的硫酸钙微溶物覆盖在固体的表面，阻碍了大理石与稀硫酸的接触，反应速率逐渐减慢甚至停止．为此，该小组设立研究课题：选择合适浓度的硫酸和适当的反应温度制取二氧化碳．
【实验一】选择合适浓度的硫酸
操作：在28℃时，用装有5mL硫酸溶液的注射器向盛有1g直径为2mm大理石的大试管中注入硫酸，记录15分钟内生成气体的体积，见下表：

试管编号	1	2	3	4	5
硫酸浓度（%）	15	20	25	30	35
气体体积（mL）	35	47	55	51	42

【实验二】选择合适的反应温度
操作：往盛有1g直径为2mm大理石的大试管中分别加入5mL相同合适浓度而不同温度的硫酸溶液，观察反应的情况，记录如下表：

试管编号	A	B	C	D	E
温度（℃）	40	50	60	70	80
现象和 比较	有少量气泡	气泡比A号试管多	气泡明显比B号试管多	大量气泡产生，与常温用盐酸反应相似	反应激烈，迅速产生大量气体

请根据本次活动的研究目的，分析处理以上两个表中数据，得出结论：
（1）稀硫酸与大理石反应，在28℃时，选用硫酸的浓度最合适为

25

%．
（2）在合适的硫酸浓度下，应选择最合适的反应温度为

70

℃．
（3）除选用适当的温度和合适浓度的硫酸之外，在反应过程中，为防止硫酸钙覆盖在大理石上，应增加

振荡试管

操作，更有利于气体的制备．
（4）你认为该研究小组还可以研究

大理石颗粒大小

对该反应速率的影响．
（5）计算：①碳酸钙中各元素的质量比

C：O：Ca=12：48：40

．②实验室现需要含碳酸钙80%以上的石灰石制取二氧化碳，现有一石灰石样品，测定其钙元素的含量为36%，请计算是否符合要求．（写出计算过程）

Answer 1

分析：（一）（1）根据装置图，选择烧瓶内放的药品；
（2）根据化学方程式书写注意事项考虑；
（3）分液漏斗内液体不能滴下，跟压强有关系．
（4）从选择气体收集方法的依据和收集气体时的操作注意事项进行分析．
（二）（1）分析实验一中的表格中数据作对比即可得出正确答案；
（2）观察实验二中表格中的数据作对比即可得出正确答案；
（3）为防止硫酸钙覆盖在大理石上，可以用摇动试管的方法解决；
（4）碳酸钙固体颗粒大小也会影响反应的速率，可以据此解答；
（5）根据元素质量=元素的相对原子质量×原子个数；化合物在样品中的纯度=

某元素在样品中的质量分数

该元素在纯化合物中的质量分数

解答：解：（一）（1）根据装置图2制备二氧化碳时，则可知：烧瓶内放的药品是大理石（或石灰石）；
（2）反应物是碳酸钙与盐酸，生成物是氯化钙、水和二氧化碳，用观察法配平，二氧化碳后面标上上升符号，所以方程式是：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）小兵用图示制备并验证二氧化碳的性质时，在烧杯内装入固体药品，在分液漏斗内加入稀盐酸，打开分液漏斗的活塞，发现分液漏斗内液体不能滴下，可能的原因是分液漏斗塞子未打开；
（4）小芳用排水法收集与排空气法收集CO₂的进行比较（分别用体积相同的2个集气瓶收集）：能用向上排空气法收集的气体必须满足密度比空气大，不与空气发生反应等条件；用排水法收集气体时，当看到集气瓶口有气泡冒出，说明集气瓶中的水已排完，气体已收集满；通过实验分析可知，二氧化碳可用排水法或向上排空气法收集，用排水法收集二氧化碳时能看到什么时候收集满，而用向上排空气法则不能，因而用排水法收集到的二氧化碳比较纯净．故（二）（1）观察实验一中的表格中数据可以知道，3号试管收集的气体最多，此时管中硫酸浓度是25%．浓度大于或小于此浓度值生成的气体体积都少；
（2）观察实验二中表格中的数据，可知应选择最合适的反应温度为70℃；低于70℃时，生成的气体少并且反应慢，高于70℃反应速率过快，不易收集；
（3）为防止硫酸钙覆盖在大理石上，可以用摇动试管的方法除去覆盖在大理石上的硫酸钙；
（4）碳酸钙固体颗粒大小也会影响反应的速率，也可作为研究课题；
（5）①C：O：Ca=12：16×3：40=12：48：40
②碳酸钙的质量分数=

36%

40 100 ×100%

=90%＞80%，所以符合．
故答案为：（一）（1）石灰石；（2）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；（3）分液漏斗塞子未打开；（4）

		不与空气发生反应
	集气瓶口有气泡冒出
	二氧化碳可用排水法或向上排空气法收集； 用排水法收集到的二氧化碳比较纯净．

（二）（1）25；（2）70；（3）振荡试管；（4）大理石颗粒大小；①C：O：Ca=12：48：40；②碳酸钙的质量分数=

36%

40 100 ×100%

=90%＞80%，所以符合

点评：本题以实验探究的形式考查实验室制取二氧化碳以及稀硫酸与大理石反应的适宜温度和浓度等问题，培养学生的对比能力、提取信息的能力．