Question

下列是初三某合作學(xué)習(xí)小組實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳?xì)怏w
的研究過程，請(qǐng)你參與其中．
（一）在實(shí)驗(yàn)制取過程中，請(qǐng)回答下列問題：
（1）如圖中燒瓶?jī)?nèi)放的藥品是大理石或

石灰石

（填名稱）；
（2）實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的符號(hào)表達(dá)式為是

CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑

；
（3）小兵同學(xué)在用此裝置制取并驗(yàn)證二氧化碳的性質(zhì)時(shí)，在燒瓶?jī)?nèi)裝入固體藥品，在分液漏斗內(nèi)加入稀鹽酸，打開分液漏斗的活塞，發(fā)現(xiàn)分液漏斗內(nèi)液體不能滴下，可能的原因是

分液漏斗塞子未打開

．
（4）小兵同學(xué)用排水法收集與排空氣法收集CO₂的進(jìn)行比較（分別用體積相同的2個(gè)集氣瓶收集），請(qǐng)幫他完成下表．

比較項(xiàng)目	排水法	向上排空氣法
收集方法可行性分析	CO2氣體生成和從水面逸出的速率遠(yuǎn)大于其溶解和與水反應(yīng)的速率	CO2密度比空氣大， 不與空氣發(fā)生反應(yīng) ．
收集過程分析	集滿現(xiàn)象： 集氣瓶口有氣泡冒出 ．	“驗(yàn)滿”分析：因氣體無色，故集滿與否較難確定．即便用燃著木條移近容器口火焰熄滅，也難以證明空氣完全排盡．
向收集到的CO2集氣瓶?jī)?nèi)倒入等體積適量澄清石灰水，并振蕩	先渾濁后變澄清所需時(shí)間較短．	先渾濁后變澄清所需時(shí)間較長．
由上述實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論	① 二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集； ；② 用排水法收集到的二氧化碳比較純凈 ．

（二）實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳通常不選用大理石與稀硫酸反應(yīng)，其原因是反應(yīng)生成的硫酸鈣微溶物覆蓋在固體的表面，阻礙了大理石與稀硫酸的接觸，反應(yīng)速率逐漸減慢甚至停止．為此，該小組設(shè)立研究課題：選擇合適濃度的硫酸和適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度制取二氧化碳．
【實(shí)驗(yàn)一】選擇合適濃度的硫酸
操作：在28℃時(shí)，用裝有5mL硫酸溶液的注射器向盛有1g直徑為2mm大理石的大試管中注入硫酸，記錄15分鐘內(nèi)生成氣體的體積，見下表：

試管編號(hào)	1	2	3	4	5
硫酸濃度（%）	15	20	25	30	35
氣體體積（mL）	35	47	55	51	42

【實(shí)驗(yàn)二】選擇合適的反應(yīng)溫度
操作：往盛有1g直徑為2mm大理石的大試管中分別加入5mL相同合適濃度而不同溫度的硫酸溶液，觀察反應(yīng)的情況，記錄如下表：

試管編號(hào)	A	B	C	D	E
溫度（℃）	40	50	60	70	80
現(xiàn)象和 比較	有少量氣泡	氣泡比A號(hào)試管多	氣泡明顯比B號(hào)試管多	大量氣泡產(chǎn)生，與常溫用鹽酸反應(yīng)相似	反應(yīng)激烈，迅速產(chǎn)生大量氣體

請(qǐng)根據(jù)本次活動(dòng)的研究目的，分析處理以上兩個(gè)表中數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：
（1）稀硫酸與大理石反應(yīng)，在28℃時(shí)，選用硫酸的濃度最合適為

25

%．
（2）在合適的硫酸濃度下，應(yīng)選擇最合適的反應(yīng)溫度為

70

℃．
（3）除選用適當(dāng)?shù)臏囟群秃线m濃度的硫酸之外，在反應(yīng)過程中，為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，應(yīng)增加

振蕩試管

操作，更有利于氣體的制備．
（4）你認(rèn)為該研究小組還可以研究

大理石顆粒大小

對(duì)該反應(yīng)速率的影響．
（5）計(jì)算：①碳酸鈣中各元素的質(zhì)量比

C：O：Ca=12：48：40

．②實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)需要含碳酸鈣80%以上的石灰石制取二氧化碳，現(xiàn)有一石灰石樣品，測(cè)定其鈣元素的含量為36%，請(qǐng)計(jì)算是否符合要求．（寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析：（一）（1）根據(jù)裝置圖，選擇燒瓶?jī)?nèi)放的藥品；
（2）根據(jù)化學(xué)方程式書寫注意事項(xiàng)考慮；
（3）分液漏斗內(nèi)液體不能滴下，跟壓強(qiáng)有關(guān)系．
（4）從選擇氣體收集方法的依據(jù)和收集氣體時(shí)的操作注意事項(xiàng)進(jìn)行分析．
（二）（1）分析實(shí)驗(yàn)一中的表格中數(shù)據(jù)作對(duì)比即可得出正確答案；
（2）觀察實(shí)驗(yàn)二中表格中的數(shù)據(jù)作對(duì)比即可得出正確答案；
（3）為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，可以用搖動(dòng)試管的方法解決；
（4）碳酸鈣固體顆粒大小也會(huì)影響反應(yīng)的速率，可以據(jù)此解答；
（5）根據(jù)元素質(zhì)量=元素的相對(duì)原子質(zhì)量×原子個(gè)數(shù)；化合物在樣品中的純度=

某元素在樣品中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

該元素在純化合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

解答：解：（一）（1）根據(jù)裝置圖2制備二氧化碳時(shí)，則可知：燒瓶?jī)?nèi)放的藥品是大理石（或石灰石）；
（2）反應(yīng)物是碳酸鈣與鹽酸，生成物是氯化鈣、水和二氧化碳，用觀察法配平，二氧化碳后面標(biāo)上上升符號(hào)，所以方程式是：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（3）小兵用圖示制備并驗(yàn)證二氧化碳的性質(zhì)時(shí)，在燒杯內(nèi)裝入固體藥品，在分液漏斗內(nèi)加入稀鹽酸，打開分液漏斗的活塞，發(fā)現(xiàn)分液漏斗內(nèi)液體不能滴下，可能的原因是分液漏斗塞子未打開；
（4）小芳用排水法收集與排空氣法收集CO₂的進(jìn)行比較（分別用體積相同的2個(gè)集氣瓶收集）：能用向上排空氣法收集的氣體必須滿足密度比空氣大，不與空氣發(fā)生反應(yīng)等條件；用排水法收集氣體時(shí)，當(dāng)看到集氣瓶口有氣泡冒出，說明集氣瓶中的水已排完，氣體已收集滿；通過實(shí)驗(yàn)分析可知，二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集，用排水法收集二氧化碳時(shí)能看到什么時(shí)候收集滿，而用向上排空氣法則不能，因而用排水法收集到的二氧化碳比較純凈．故（二）（1）觀察實(shí)驗(yàn)一中的表格中數(shù)據(jù)可以知道，3號(hào)試管收集的氣體最多，此時(shí)管中硫酸濃度是25%．濃度大于或小于此濃度值生成的氣體體積都少；
（2）觀察實(shí)驗(yàn)二中表格中的數(shù)據(jù)，可知應(yīng)選擇最合適的反應(yīng)溫度為70℃；低于70℃時(shí)，生成的氣體少并且反應(yīng)慢，高于70℃反應(yīng)速率過快，不易收集；
（3）為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，可以用搖動(dòng)試管的方法除去覆蓋在大理石上的硫酸鈣；
（4）碳酸鈣固體顆粒大小也會(huì)影響反應(yīng)的速率，也可作為研究課題；
（5）①C：O：Ca=12：16×3：40=12：48：40
②碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

36%

40 100 ×100%

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

		不與空氣發(fā)生反應(yīng)
	集氣瓶口有氣泡冒出
	二氧化碳可用排水法或向上排空氣法收集； 用排水法收集到的二氧化碳比較純凈．

（二）（1）25；（2）70；（3）振蕩試管；（4）大理石顆粒大小；①C：O：Ca=12：48：40；②碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

36%

40 100 ×100%

=90%＞80%，所以符合

點(diǎn)評(píng)：本題以實(shí)驗(yàn)探究的形式考查實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳以及稀硫酸與大理石反應(yīng)的適宜溫度和濃度等問題，培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)比能力、提取信息的能力．