Question

【題目】在CO2復習課上，小組合作激發了師生學習的熱情：

（一）老師設計了如下圖所示的實驗裝置，既可用于制取CO2，又可用于探究CO2性質。

說明：①裝置I 中盛放的藥品是石灰石和稀鹽酸。

②裝置III 中在小試管外壁貼有４片試紙：其中兩端的兩片用紫色石蕊溶液潤濕，中間兩片用紫色石蕊溶液浸過并曬干。

（1）實驗時，打開K1，關閉K2，可用來制備CO2。Ⅰ中反應的化學式表達式為_________________，檢驗II 中氣體收集滿的方法是 ________________。

（2）實驗時，關閉K1，打開K2，可用于探究CO2的性質。實驗時III 中出現的現象是___________，有關反應的化學式表達式為______，該實驗說明CO2具有的性質是_______________、 _____________。

（二）同學們把一瓶CO2氣體（排空氣法收集，并已驗滿）倒扣在盛水的水槽中，有的小組沒有觀察到水壓入瓶中，有的小組觀察到少量水壓入瓶中。針對課堂中出現的現象，化學小組的同學在課外進行了探究。

（提出問題）按教材的說法“1體積水大約能溶解1體積CO2”，水槽中的水足夠把集氣瓶中的CO2氣體全部溶解，為什么集氣瓶中的水面不上升或上升很少呢？

（作出猜想）①排空氣法收集到的CO2氣體可能不純。

②____。

③……

（進行實驗）小組同學分別用排空氣法和排水法各收集2瓶CO2，重復圖B實驗，在不同時間測得壓入的水量占集氣瓶容積的百分數，數據如下表。（已知：CO2在飽和碳酸氫鈉溶液中溶解度很小）

氣體樣本	1	2	3	4
收集方法	向上排空氣法	向上排空氣法	排水法	排水法
2小時	13.7%	15.0%	15.3%	15.1%
24小時	35.7%	56.3%	94.2%	93.6%

（得出結論）課堂中同學們沒有觀察到預期實驗現象的原因是________。

（實驗反思）該實驗引發了同學們對向上排空氣法收集CO2的純度及CO2收集方法的思考。

（1）向上排空氣法收集CO2的純度。

小組同學用容積為150mL 的集氣瓶，裝入部分水，留一定量的空氣，用CO2排出這些水。用此法收集到占空氣體積分數不同的CO2氣體，再將燃著的木條伸入集氣瓶中，觀察是否熄滅。試驗不同濃度的CO2使燃著的木條熄滅的情況，實驗結果如下表 。

	實驗1	實驗2	實驗3	實驗4
集氣瓶中預留水的體積	60mL	45mL	42mL	39mL
CO2的體積分數	40%	30%	X	26%
燃著的木條狀況	滅	滅	滅	不滅

上表中X的值為________。

（2）排水法和向上排空氣法收集氣體所需時間對照小組同學分4組用排水法和排空氣法分別收集1瓶（集氣瓶容積相同）CO2氣體，記錄所需時間，如下表所示。

	1	2	3	4
排水法	35"	43"	43"	43"
排空氣法	1'57"	1'15"	1'4"	1'12"

①每次收集氣體時，需要反應開始一段時間后再收集，其原因是_______。

②綜合上述實驗，請你對CO2的兩種收集方法做出評價：________。

Answer 1

【答案】CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑ 將燃著的木條放至導管口a處，木條熄滅說明收集滿 干燥試紙無變化，濕潤試紙由下至上依次變紅 CO2+H2O═H2CO3 密度比空氣大 能與水反應 CO2溶于水需要時間較長 時間短，排空氣法收集的氣體不純 28% 排出裝置內的空氣 排水法比排空氣法收集的氣體純度高且收集時間短

【解析】

（1）反應物是碳酸鈣和鹽酸，生成物是氯化鈣、水、二氧化碳，用觀察法配平即可，二氧化碳后面標上上升符號；由于二氧化碳既不能燃燒，也不支持燃燒，所以將燃著的木條放至導管口a處，木條熄滅，說明收集滿；
（2）因為酸能使濕潤的石蕊試紙變紅，并且二氧化碳與水反應生成碳酸，所以濕潤試紙變紅，干燥的不變紅，又因為二氧化碳密度比空氣大，所以最下面的試紙先變紅，上邊的后變紅，寫方程式時反應物是二氧化碳和水，生成物是碳酸已經平了，把短線改成等號就行，通過這一實驗現象能說明二氧化碳的密度比空氣大，能與水反應生成碳酸．
故答案為：（1）CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；將燃著的木條放至導管口a處，木條熄滅說明收集滿;（2）干燥試紙無變化，濕潤試紙由下至上依次變紅；CO2+H2O═H2CO3；密度比空氣大，能與水反應；
[作出猜想]根據探究過程可以看出，要探究在不同時間測得壓入的水量占集氣瓶容積的百分數所以可以推知猜想，故猜想2：CO2溶于水需要時間較長；
[進行實驗]實驗室用碳酸鈣和稀鹽酸制二氧化碳，化學方程式為：CaCO3+2HCl═CaCl2+CO2↑+H2O；
[得出結論]從實驗數據可以看出，時間越長溶解越充分，時間越短溶解越少，收集的氣體不純，所以沒有觀察到預期實驗現象；
[實驗反思]從實驗數據可以看出，42mL/150mL×100%=28%；收集氣體時，需要反應開始一段時間后再收集，目的是排出裝置內的空氣，防止氣體不純；從實驗數據可以看出排水法比排空氣法收集的氣體純度高且收集時間短；

故答案為：[作出猜想]CO2溶于水需要時間較長；
[得出結論]時間短，排空氣法收集的氣體不純；
[實驗反思]（1）28%；
（2）①排出裝置內的空氣；
②排水法比排空氣法收集的氣體純度高且收集時間短