化学教学论实验报告——利用启普发生器进行CO2的制备

利用启普发生器进行CO2的制备、性质实验探究

化学系2011级化学2班罗晗 10111550218

一、实验方程式、装置：

1、实验室制备二氧化碳：CaCO3＋2HCl═CaCl2＋H2O＋CO2↑

2、二氧化碳与澄清石灰水反应：Ca(OH)2+CO2═CaCO3↓+H2O

3、镁条与二氧化碳反应：2Mg+CO2═2MgO+C（条件:Mg条要点燃）

4、启普发生器制CO2实验装置：（中学课本中使用向上排空气法收集二氧化碳，但在实际中可以使用排水法以收集到更纯的二氧化碳）

二、实验注意事项：

1、实验时，要首先检查装置的气密性，以防止因为装置漏气而收集不到二氧化碳，此外，只有在装置气密性良好的情况下才能保证启普发生器球形漏斗中页面稳定，以便控制反应的随时发生和停止。检查气密性的具体操作为：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，使水上升到球形漏斗中，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塞、导气管上的旋塞或球形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。

2、启普发生器使用时，应在容器的球体中加入一定量的脱脂棉或放入橡胶垫圈，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。

3、启普发生器液体试剂从球形漏斗口注入，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。

4、在使用启普发生器制取气体时，打开导气管上的旋塞，球形漏斗中的液体将会进入到容器中与固体反应，同时可通过调节旋塞控制气体的流速。停止使用时，关闭旋塞，容器中的气体压力增大，将液体压回漏斗,使液体和固体脱离，反应停止。

5、启普发生器的优点：能够“随开随用、随关随停”，节约药品，控制反应速率和反应的发生和停止，可随时向装置中添加药品。

6、在启普发生器的液体需要更换时，应该塞紧漏斗口，然后拔下容器底部的液体出口塞，使废液缓缓流出，塞上液体出口塞后，再从球形漏斗口注液。移动启普发生器时，应握住容器的球体，切不可只握球形漏斗，否则会使之与容器脱离，造成漏液或损坏容器。

7、启普发生器是用固体与液体试剂在常温条件（不用加热）下起反应制取气体的典型装置。如氢气、二氧化碳、硫化氢等均可以用它来制取。但对于固体呈粉末状或固体与液体相遇后溶解或反应时产生高温者，如二氧化硫、二氧化氮等，都不适宜用此装置制取。

8、虽然二氧化碳易溶于水，但是由于其在水中的溶解度并不大，且水可以洗去二氧化碳中含有的HCl等杂质，使得到的二氧化碳更纯，所以在实际操作中也可以使用排水法收集二氧化碳。

9、等到气泡连续不断、均匀冒出时才能收集气体，因为刚开始冒出的气体是启普发生器及导管内的空气，但是此反应反应时较为剧烈，所以排出空气的时间并不长，同时应该注意控制反应速率。

10、由于二氧化碳的密度比空气大，所以在收集二氧化碳时可以采用向上排空气法，检验气体是否收集满时，用燃着的木条放在集气瓶口，若火焰熄灭则证明气体已收集满。

11、实验中要注意对比，如二氧化碳通入澄清石灰水，使澄清石灰水变浑浊的实验中，要注意比较通入二氧化碳前澄清石灰水是不是真的澄清；又如二氧化碳使紫色石蕊试液变红，要注意对比稀释后的紫色石蕊试液与通入二氧化碳后的颜色

的差别。只有这样才能直观看出二氧化碳使其发生的变化，才能反映出二氧化碳的化学性质。

12、在倒入二氧化碳观察哪根蜡烛先熄灭是一定要注意倾倒的位置位于两根蜡烛的中间，不要直接将二氧化碳倒到其中一根蜡烛上，以防止由于倾倒位置不同而使得实验结果错误，或者由于控制变量的失误，让实验结果虽然正确却难以使人信服。

三、实验思考：

1、实验室制取二氧化碳时为什么要采用大理石或石灰石与稀盐酸反应？若采用可溶性碳酸盐或其他不溶性碳酸盐会怎样？若使用硫酸和硝酸或浓盐酸呢？答：大理石或石灰石的主要成分是碳酸钙，碳酸盐跟酸起反应，一般都有二氧化碳生成，碳酸钙也符合这一要求。若选用可溶性的碳酸盐（如碳酸钠等），与酸反应速度过快，难以控制；若选用其他不溶性碳酸盐（如碳酸镁等），其来源一般又较少。而大理石或石灰石与酸反应速度适中，在自然界里含量也极其丰富，价格低廉，所以，选用大理石或石灰石制二氧化碳。如果用稀硫酸和大理石或石灰石反应，结果会生成微溶性固体硫酸钙，它覆盖在大理石或石灰石表面，使酸与大理石或石灰石脱离接触，导致反应太缓慢。如果用硝酸与大理石或石灰石反应，由于硝酸是一种不稳定性的酸，在见光或受热时易分解，从而使制得的CO2中混有NO2和O2等杂质。如果用浓盐酸和大理石或石灰石反应，由于浓盐酸具有挥发性，使制得的CO2中混有较多的氯化氢气体。而用稀盐酸和大理石或石灰石反应，所得CO2气流平稳，气体又较为纯净，所以实验室采用稀盐酸与大理石或石灰石反应制取二氧化碳。

2、实验中在收集好的一集气瓶二氧化碳中加入澄清石灰水，澄清石灰水先变浑浊，为什么一段时间后又变澄清？

答：这是因为一集气瓶二氧化碳的量较多，滴入澄清石灰水的量太少，二氧化碳先和澄清石灰水发生反应生成碳酸钙沉淀：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O，使得澄清石灰水变浑浊，继而，由于二氧化碳的量较多，过量的二氧化碳与碳酸钙和水反应生成了可溶性的碳酸氢钙：CaCO3+CO2+H2O＝Ca(HCO3)2，使得浑浊消失，溶

液再次变为澄清。这与在一定量的澄清石灰水中通入二氧化碳，澄清石灰水变浑浊，再通入二氧化碳，又变为澄清的实验原理是相同的。

3、二氧化碳通入紫色石蕊试液使得紫色石蕊试液变红色，能说明二氧化碳能使得紫色石蕊试液变红色吗？

答：不能。二氧化碳是不能使紫色石蕊试液变红色的，此实验中紫色石蕊试液变红色是由于二氧化碳与水发生反应，产生碳酸，碳酸能够电离产生氢离子，使溶液呈酸性，使得紫色石蕊试液变红色。若加热变红后的紫色石蕊试液，则颜色又会变成紫色，因为碳酸受热分解为二氧化碳和水，二氧化碳跑出溶液，使得石蕊试液又变为紫色。

4、镁条在空气中燃烧会发生哪些反应？若镁条发生火灾，应该怎样灭火？可以用二氧化碳吗？

答：由于镁条在点燃条件下不仅要跟氧气发生反应，还会和氮气、二氧化碳发生反应，所以在空气中，镁条燃烧发生的反应有：2Mg + O2═2MgO (反应条件：点燃)，3Mg + N2═Mg3N2(反应条件：点燃)，2Mg + CO2═2MgO + C(反应条件：点燃)。故而，若镁条发生火灾不能用二氧化碳来灭火，因为镁条会与二氧化碳发生化学反应，剧烈反应，火星四射，释放出大量的热量，同时，反应又会生成碳，是一种可燃物质，使得火灾更为严重，所以不能采用二氧化碳来灭火。正确的方法应该是用沙土覆盖着火镁条，将其与空气隔绝，以此来达到灭火的目的。5、二氧化碳的水溶性如何证明？为什么可以采用排水集气法收集二氧化碳？答：证明二氧化碳的水溶性可以采用十分生活化的方法，即：用一干燥的矿泉瓶收集满CO2，然后加入一些水，盖紧瓶塞，振荡，一会儿以后可以看到瓶子变瘪了，这样就可以说明CO2可溶于水。在中学课本上是不允许用排水法收集二氧化碳的，因为二氧化碳易溶于水，所以一般采用向上排空气法收集二氧化碳，但是实际上，二氧化碳的溶解度十分低，1体积的水只能溶解1体积的二氧化碳，所以在实验室中收集少量二氧化碳时可以采用排水集气法，但是，如果需要收集大量二氧化碳就会造成浪费现象，但在某些定量研究的实验中，为了测定二氧化碳的体积，也会使用排水法。同时，排水法可以洗去二氧化碳中含有的杂质，收集