Question

2．5月16日，我校進行了2013年蘇州市初中化學實驗考查，本次考查內容為實驗室制取二氧化碳，請你根據本次實驗經歷，解答下列問題：

（1）以上是老師提供的一些實驗儀器，請從中選擇合適的儀器組裝出一套用向上排空氣法收集二氧化碳的裝置AFDCEB（按照自下而上、從左到右的順序寫出所選儀器的字母編號）．
（2）小明在進行實驗時遇到了不少問題，請你指導他按照正確的順序完成實驗．
①檢驗氣密性時，后用手捂住試管，先將導管一端放入水中（填寫“先”或“后”，下同）．
②添加試劑時，先往大試管中放數粒石灰石，后倒入適量的稀鹽酸．
③排空氣法驗滿時，后從試管中取出導管，先將燃燒的木條放在試管口．
（3）小華平時上網查閱資料時獲得這樣的網絡信息：
①CO₂可溶于水，101Kpa，273k時，1體積的水中可溶解0.88體積的CO₂氣體．
②CO₂能與水反應生成碳酸．
小華對本次實驗用排水法收集二氧化碳產生的質疑，詢問老師，老師建議他動手實踐后再思考分析，小華和同桌小利分別用完全相同的藥品和發生裝置分別用排空氣法和排水法進行如下的實驗研究．

對比驗滿氣體的方法	小華：將燃燒木條放到試管口，木條熄滅；小利：試管內水位下降，試管口有較大氣泡冒出
比較收集收集：分別收集滿一試管二氧化碳，記錄時間	小華：耗時15秒 小利：耗時5秒
比較收集氣體濃度：分別向兩個試管中加入約三分之一的澄清石灰水	小華：石灰水后渾濁 小利：石灰水先渾濁

結論：非定量收集的前提下，排水法相比空氣法收集二氧化碳更具備的優勢是：收集氣體純、速度快、易驗滿．
（4）小紅實驗時發現了這樣一種有趣的情況：向排水法收集滿二氧化碳的小試管中加入三分之一的飽和澄清石灰水，塞好膠塞后振蕩，石灰水變渾濁，但片刻后渾濁逐漸消失又變澄清．
詢問老師后得知：向澄清石灰水中通入少量二氧化碳，體系中會有白色沉淀產生，反應方式為Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O．再繼續通二氧化碳，則會使白色沉淀溶解，生成可燃性的酸式鹽CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca（HCO₃）₂．
在本次實驗中，小紅若用容積為15mL的小試管用排水法集滿一試管的二氧化碳（假設收集到的是純凈的二氧化碳氣體），向試管中迅速注入占試管容積三分之一的飽和石灰水（注入石灰水瞬間氣體未被吸收），請你通過計算證明小紅觀察到的實驗現象是正常的．
說明：
①氫氧化鈣在常溫下的溶解度為165mg
②飽和石灰水的密度為1g/mL
③常溫下二氧化碳的密度約為2g/L
④實驗時膠塞塞入試管所占體積忽略．

Answer 1

分析 （1）實驗室制取二氧化碳用大理石和稀鹽酸常溫反應，不需加熱，可選試管作為反應容器、單孔塞、安裝直角短導管，連接膠皮管、再利用小試管收集，排空氣法收集時要用直角長導管伸入試管底部，并按照題意連接；
（2）據實驗先后順序分析解答；
（3）根據排水法收集的氣體更純凈，易驗滿，速度快，及二氧化碳性質分析解答；
（4）據氣體的密度可計算出二氧化碳的質量，據石灰水的密度和體積及溶解度可計算出氫氧化鈣的質量，并結合方程式計算，進而判斷現象是否正確．

解答 解：（1）實驗室制取二氧化碳用大理石和稀鹽酸常溫反應，不需加熱，可選試管作為反應容器、單孔塞、安裝直角短導管，連接膠皮管、再利用小試管收集，排空氣法收集時要用直角長導管伸入試管底部，按照自下而上、從左到右的順序，所選儀器是AFDCEB；
（2）①檢驗氣密性時，要先將導管一端放入水中，后用手捂住試管，據氣體的熱脹冷縮檢查是否漏氣；
②添加試劑時，先固后液，故先往大試管中放數粒石灰石，后倒入適量的稀鹽酸；
③排空氣法驗滿時，先將燃燒的木條放在試管口，若木條熄滅說明收集滿了，再從試管中取出導管；
（3）據表格可知：小華用時較長，說明是用排空氣法收集，驗滿方法是將燃燒的木條放于試管口，觀察到木條熄滅；小利是據試管內水位下降，試管口有較大氣泡冒出驗滿；
相對于排空氣法而言，排水法收集的氣體更純凈，易驗滿，速度快；
（4）二氧化碳是15mL，密度是2g/mL，則其質量是0.015L×2g/mL=0.03g=30mg；
Ca（OH）₂溶液5mL，密度1g/mL，溶解度165mg，則則Ca（OH）₂ 質量 5ml×1g/ml×$\frac{165mg}{100g}$=8.25mg
一開始變渾濁，是因為產物碳酸鈣在水中溶解度為難溶，故液體變渾濁
設氫氧化鈣消耗的二氧化碳的質量為x，生成碳酸鈣的質量是y
Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O
74        44   100
  8.25mg        x          y
$\frac{74}{44}$=$\frac{8.25mg}{x}$     $\frac{44}{100}$=$\frac{8.25mg}{y}$
   x=4.91mg               y=11.15mg 
則剩余二氧化碳30mg-4.91mg=25.09mg
其后再度澄清，設生成的碳酸鈣消耗的二氧化碳的質量是z
反應為 CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca（HCO₃）₂
                  100               44
                  11.15mg     z
$\frac{100}{44}$=$\frac{11.15mg}{z}$
     z=4.91mg＜25.09mg
所以可以將碳酸鈣完全反應
產物Ca（HCO₃）₂在水中的溶解度為易溶，所以最后溶液澄清；
故答案為：（1）AFDCEB；
（2）①后；先；②先；后；③后；先；
（3）小華：將燃燒木條放到試管口，木條熄滅；小利：試管內水位下降，試管口有較大氣泡冒出；
結論：收集氣體純；速度快；易驗滿；
（4）通過計算可知：小紅觀察到的實驗現象是正確的．

點評 本題考查知識較為綜合，掌握實驗室制取二氧化碳的方法，先后順序，氣體的收集和驗滿，方程式計算等知識，才能結合題意制正確解答，能較好考查學生分析、解決問題的能力．