《3利用启普发生器进行二氧化碳的制备.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3利用启普发生器进行二氧化碳的制备.docx（8页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、3利用启普发生器进行二氧化碳的制备利用启普发生器进行二氧化碳的制备、性质实验探究 化学教学论实验论文 摘要：实验用启普发生器中加大理石和稀盐酸，反应产生二氧化碳，用排水法收集4瓶二氧化碳进行二氧化碳物理性质和化学性质的探究实验，主要探究二氧化碳的密度比空气大、不支持燃烧、水溶液呈酸性、能使澄清石灰水变浑浊和镁带在二氧化碳中的燃烧等性质。 关键词：启普发生器；二氧化碳；制备；性质；探究 一、实验目的 1掌握实验室制取二氧化碳的原理、装置和收集方法。 2掌握二氧化碳的性质及有关实验现象。 3 学会启普发生器的使用方法。 二、实验仪器和药品 250mL启普发生器 1个、脱脂棉1袋、玻璃导管1段、水槽
2、1个、250mL集气瓶4个、毛玻璃片4片、试管4支、100毫升烧杯1个、大烧杯1个、酒精灯1个、石棉网1块、火柴1盒、镊子1个 凡士林、大理石、稀盐酸、石蕊试液、石灰水、镁带、小蜡烛 三、实验原理 1二氧化碳的制备原理 实验采用向大理石中加入稀盐酸的方法制备CO2，用启普发生器进行反应，并用排水法收集。反应方程式 CaCO3 + 2HCl=CaCl2 + CO2+ H2O 2二氧化碳的性质 物理性质：常温下CO2是一种无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水。 化学性质： CO2不能燃烧，也不支持燃烧 与水反应生成碳酸： H2O + CO2 =H2CO3 碳酸能使紫色石蕊试纸变红 CO2和澄清石
3、灰水反应：二氧化碳和澄清石灰水中的氢氧化钙反应，生成不溶于水的白色物质碳酸钙，使澄清石灰水变浑浊。 CO2 + Ca (OH)2 =CaCO3+ H2O 利用此反应可以鉴定CO2的存在 镁在CO2中能燃烧，生成白色的氧化镁和黑色的碳: Mg + CO2加热MgO + C 3启普发生器的使用 启普发生器是一种实验室常用的气体发生装置，由荷兰科学家P.J.启普发明，并以他的姓命名。它由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。适用于块状固体与液体在常温下反应制取气体，如氢气、硫化氢等。块状固体在反应中很快溶解、或变成粉末时，不能用启普发生器。如果生成气体难溶于反应液，可以使用。如二氧化碳可溶于水，但难溶于
4、盐酸；故用石灰石与盐酸反应制二氧化碳时可用启普发生器。启普发生器不能加热。 图1 工作原理 打开活塞，容器内压强与外界大气压相同，球形漏斗内的稀盐酸在重力作用下流到容器中，与碳酸钙接触，反应产生二氧化碳气体；关上活塞后，由于酸液继续与碳酸钙接触，二氧化碳气体仍继续生成，此时容器内部压强大于外界大气压，压力将酸液压回球形漏斗，使酸液与碳酸钙脱离接触，二氧化碳气体不再产生。 使用方法 a. 检查气密性：开启旋塞，向球形漏斗中加水。当水充满容器下部的半球体时，关闭旋塞。继续加水，使水上升到长颈漏斗中。静置片刻，若水面不下降，则说明装置气密性良好，反之则说明装置漏气。漏气处可能是容器上气体出口处的橡皮
5、塞、导气管上的旋塞或长颈漏斗与容器接触的磨口处。如漏气，应塞紧橡皮塞或在磨口处涂上一薄层凡士林。 b加入药品：固体试剂由容器上的气体出口加入，加固体前应在容器的球体中加入一定量的玻璃棉或放入橡胶垫圈，以防固体掉入半球体中。加固体的量不得超过球体容积的1/3。液体试剂从长颈漏斗口注入，注液方法与上述注水方法相同。液体的量以反应时刚刚浸没固体，液面不高过导气管的橡胶塞为宜。 C具体操作：加完药品后，打开导气管上的旋塞，长颈漏斗中的液体进入容器与固体反应，气体的流速可用旋塞调节。停止使用时，关闭旋塞，容器中的气体压力增大，将液体压回长颈漏斗，使液体和固体脱离，反应停止。 四、实验步骤 1CO2的制备
6、和收集 如图2所示搭好装置，检查启普发生器的气密性后，按启普发生器的使用方法加入适大理石和稀盐酸，制备并用排水法收集4集气瓶CO2。 图2 实验现象：稀盐酸与大理石混合后，产生大量的气泡，大理石逐渐溶解。 2. CO2的性质实验探究 验证CO2的密度比空气大 操作步骤：在一个500mL大烧杯中放置两支小蜡烛，其中一支垫在倒放的100mL烧杯上，用坩埚钳夹着燃着的火柴将两支小蜡烛都点燃，将收集满气体的集气瓶放在烧杯口在两支蜡烛较中间的位置，慢慢推开毛玻璃片向下倾倒二氧化碳气体，观察。 实验现象：很明显的看到一开始两支蜡烛都燃烧有火焰，倾倒气体后垫在100mL烧杯上的蜡烛先熄灭，一会后另一支蜡烛也
7、熄灭。如图3所示。 图3 探究CO2水溶液的酸性 操作步骤：取四支试管分别加入适量等体积的自来水、通满CO2气体的自来水、稀盐酸，澄清石灰水，往三支试管中各滴加两滴紫色石蕊溶液，观察。 实验现象：装自来水和澄清石灰水的试管都变蓝色，装通满CO2气体的自来水和稀盐酸的试管都变淡红色。 验证CO2能使澄清石灰水变浑浊 操作步骤：向收集满CO2气体的集气瓶里滴加适量澄清石灰水，观察。再将产生CO2的导气管通入装有澄清石灰水的烧杯中，观察。 实验现象：集气瓶底出现白色混浊。烧杯中未出现白色混浊，但是通了较长时间二氧化碳气体后，烧杯中石灰水仍不变混浊，向烧杯中加入少量澄清石灰水，可以观察到有白色混浊出现
8、又消失的现象。 镁带在CO2中燃烧的探究 操作步骤：用镊子夹着镁带在酒精灯外焰上引燃，迅速放入收集满二氧化碳的集气瓶中，缓慢将镁带伸入集气瓶底部，使CO2反应完，观察。将燃烧完后的镁带取出观察，并放在酒精灯外焰上灼烧一段时间，观察。将在酒精灯上灼烧完后的产物分成两部分，分别加入装有自来水和稀盐酸的试管中，观察。将留在镊子上燃烧不充分的镁带加入装有稀盐酸的试管中，观察。 实验现象：镁带在CO2中剧烈燃烧，发出耀眼的光芒，摸集气瓶感到微热。取出后的产物上铺满了白色粉末和黑色点状物。将燃烧产物进行分析的实验过程和现象如表1。 表1(对镁条燃烧产物进行分析的实验现象) 实验项目 在酒精灯上灼烧 加入水
9、中 加入稀盐酸中 白色粉末 不变 不溶解 溶解 黑色物 烧成红热星点 不溶解 不溶解 燃烧不充分的那部分镁带在稀盐酸中产生大量气泡。 五、注意事项 1. 用打湿的脱脂棉缠绕在球形漏斗的下端，可以防止细颗粒大理石粉末掉入容器底部与稀盐酸反应。 2. 块状大理石应从容器球形体的上口加入。取出球形漏斗，让容器横放在桌面上，将适当大小的固体从大口装入球形体内，不要使固体落入半球体中。装入固体的量以不超过球体容积的1/3为准。将球形漏斗插入并插牢后，竖立容器，轻轻摇动，使固体分布均匀。 3加入液体反应物可将液体从球形漏斗注入。注入时应先开启导气管的活塞，待注入的液体一直与固体接触后，即关闭导气管的活塞，
10、再继续加入液体至液体进入球形漏斗上部球体的1/4-1/3处，以便反应时液体可浸没固体。不要过多，否则在反应中液体可能冲入导气管。 4使用完启普发生器后，剩余的酸液应从下方的液体倾倒口倒出。在清洗完启普发生器后，应在磨砂口处放置张纸，防止下次使用时磨砂口粘连。 5向放有小蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳气体时，应在两支蜡烛水平方向的中间倾倒效果较好。 六、探究与思考 1.启普发生器的适用范围 “初中化学关于启普发生器的适用范围有这样的叙述:“凡利用块状固体跟液体起反应制取气体,只要反应不需加热而且生成的气体难溶于水,就可应用这种仪器。”我认为:“而且生成的气体不溶于水”这个限制条件是不必要的,甚至是错误
11、的。因为启普发生器是用来制取气体,而不是用来收集气体的装置,气体的水溶性只影响收集方法,对于用什么容器制取并不发生很大影响。因此,“而且生成的气体不溶于水”的限制可以省去,把启普发生器的适用范围规定为:凡利用块状固体跟液体起反应制取气体而且反应不需加热的,就可应用这种仪器。此外,关于利用启普发生器可以制备哪些气体的问题,在中学教学中应向学生回答为H2、H2S和CO2三种。有些资科认为还可以制C2H2、S02和NO等气体。我觉得这是不妥的。电石在启普发生器内即使是在关闭活塞的情况下,也会吸收容器中空气里的水份逐渐反应完毕且一旦启动活拴,由于反应过于激烈,可以把导气管的椽皮塞冲开,或由于反应放热而
12、使启普发生器炸裂。制取S02, 所用的Na2S03,不是块状固体；制取NO,所用的铜也不是块状, 即使可以人为地把它们制成块状固体,但对巾学实验室来说,这是很不方便的。故中学常用启普发1 生器制取H2、H2S和CO2三种气体。”3二氧化碳收集方法的探究 收集相同体积的二氧化碳气体，“排水法”比“向上排空气法”速度快，且前者收集到的二氧化碳气体的浓度和纯度都较后者大。无论从二氧化碳与水反应的限度和溶解程度，或是二氧化碳气泡与水接触的程度即气泡逸出速率和与水化合及碳酸分解的速率来看，排水法收集二氧化碳不但可能也是可行的；而向上排空气法，为了减少所收集到二氧化碳气体中的酸雾，则所用盐酸浓度一定要低，
13、但却会由此而影响反应的速率。“实验室可用排水法收集二氧化碳”从初中生容易接受的性质角度可解释为：“虽然二氧化碳能溶于水，但其溶解性并不强；虽然二氧化碳能与水反应，但生成的新物质碳酸很不稳定容易分解。因此用排水法不但可以收集得到二氧化碳气体，也完2 全可以用排水法收集之，而无须待二氧化碳使水槽或集气瓶里的水达到饱和。”3. 镁带在二氧化碳中燃烧产物成分的探究 我们将燃烧产物在酒精灯上灼烧，黑色物烧成红色星点，说明黑色物质是碳，因为木炭才能在空气中烧至红热，镁条和氧化镁等都无此现象，而且黑色物不溶于水和稀盐酸，与碳的性质相吻合，所以我们推断黑色物质是碳。白色物质不溶于水，但溶于稀盐酸且不产生气泡，说明没有镁单质存在了，由镁在二氧化碳中燃烧只涉及碳、氧、镁三种元素，固体产物中可能有碳、碳化镁、氧化镁或碳酸镁三种。而产物中有碳，碳酸镁遇酸产生气泡，故白色粉末只可能是碳化镁或者是氧化镁。我们知道氧化镁是白色的，但由于不知道也无法查到碳化镁的颜色及溶解性，无法排除产物中有碳化镁的可能性。 黑色物质是碳，白色物质是氧化镁或者是碳化镁及其混合物，不可能是碳酸镁。 参考文献 1成寿衡.启普发生器适用范围小议J.湖南教育.1983(07):40 2毛明.关于二氧化碳的两种实验室收集方法的教学研究J.化学教学.2013(5):58-60.
