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二氧化碳的制备和实验性质实验

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化教 论实验报告册

课题：《二氧化碳的制备和性质实验》
姓名： 王思氩
学号： 1011155015
时间： 2013年10月22日

《二氧化碳的制备和实验性质实验》

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一．实验目标

过程与
方法

使学生通过动手做
实验，深化记忆实验室制备二氧化碳的方法和原理。
同时对二氧化碳的性质进行深化探究验证

知识与
技能

通过讲解和演示实验，使学生掌握实验操作的要点，并且在动手实验的过程中熟练操作要领，对相关二氧化碳的性质进行相关实验改进设计，并且学会启普发生器的使用

情感态度
与
价值观

二氧化碳的制备和性质实验是中学化学的基础实验，在动手操作中让学生感受化学世界的美妙，提高课程的趣味性和贴近生活的实用性。

二．实验原理

本实验为探究型实验，通过实验实现对二氧化碳的制取和性质的验证，首先查阅资料进行知识储备，再在实验中进行进一步的探究验证：
1 .二氧化碳的制备：
实验室制备二氧化碳的常用方法为：
大理石加稀盐酸制备。

2．二氧化碳的性质：
⑴物理性质：
常温下是一种无色无味气体，没有毒性，密度比空气略大，能溶于水，

⑵化学性质：
●二氧化碳不可燃，不助燃，但是镁带在二氧化碳内燃烧生成碳与氧化镁。；
●易溶于水并生成碳酸。这是碳酸饮料基本原理，也是使紫色石蕊溶液变红的原因
●可以使澄清的石灰水（Ca(OH）₂）变浑浊

3.关于二氧化碳：
二氧化碳是空气中常见的化合物，固态二氧化碳压缩后俗称为干冰。二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要来源。

二氧化碳与石蕊试液
三．实验流程大纲图
二氧化碳
性质验证
二氧化碳与澄清石灰水

实验室制备
倒入点燃蜡烛的烧杯中
二氧化碳
镁条在二氧化碳中燃烧

四．实验知识储备
1.启普发生器
相关仪 器 图 解
思考问题
1. 启普发生器：

1. 同学们认识启普发生器的结构和各部分用途吗？
答：
①-----球形漏斗：
从球形漏斗里注入反应液体。
②-----半球体容器：
承装液体样品
③-----球体容器：
装固体样品，并在此处发生反应
④-----半球体下口/排液口：
反应结束后，从此口排出液体样品
⑤-----球形体侧口/导气口
与导气管相连，导出气体产物

2.检验气密性

3.装固体样品

2.思考：启普发生器在什么条件下适用？
答：
①块状固体和液体反应中用于制取气体时适用。
②启普发生器不能加热，只适用于常温反应
③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。
④典型实例：
------用稀盐酸和锌粒制取氢气
------用大理石和稀盐酸制取二氧化碳

3.如何检验启普发生器的气密性？
①漏液检验：
打开导气管的活塞，从球形漏斗口注入水至充满半球体，检查半球体的下口塞是否漏水。若漏水，则将塞子取出，擦干、涂上少许凡士林，塞紧，或更换塞子后再检查。
若不漏水，再检查是否漏气。

②漏气检验：
将导气管的活塞关闭，使整个容器处于密闭状态从球形漏斗注入水至液面到达球体漏斗1/2处时，停止加水，并标记水面的位置，静置然后观察水面是否下降，并保持30秒。若水面不下降，则表明不漏气

4.思考：怎样对启普发生器的药品进行填装？

①填装固体样品：
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

②注入液体（或溶液）反应物
打开导气管活塞，将液体（或溶液）从球形漏斗注入，直至完全浸没固体反应物，

注意：液体反物不能加至导气口下端，否则液体反应物会随着生成的气体飞溅而出。
③使用方法
打开导气管活塞，液体就从半球体进入球体与固体接触发生反应，生成的气体就由导气管逸出。然后关闭导气管的活塞，液体被压回半球体和球形漏斗。这时液体与固体脱离接触，自动停止

④拿出药品，清洗装置
反应结束后，打开半球体下端塞子，从排液口排除液体物质。排净后，再将启普发生器侧放，拿出球形漏斗，从球形容器上口取出残留的固体物质。

5.启普发生器是怎样实现随时控制反应的发生和停止的？

①启普发生器使用时，扭开导气管活塞，反应液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟块状固体接触而发生反应，产生的气体从导气管放出。

②不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的气体使容器内压强加大，把反应液压回球形漏斗，使反应液与固体反应物脱离接触，反应自行停止。

③使用启普发生器制取气体十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。

五．实验操作步骤
<一>.二氧化碳的制备
实验步骤
实验现象
注意事项
教学讲解
1实验装置图

作为一名教师，要从学生的视角来安装装置，并且药品标签要面朝学生

2检查装置气密性
操作步骤按照上面启普发生器的要点进行。

①漏液检验：打开活塞，加入水充满半球体，没有水漏出

②漏气检验：关闭活塞，加入水至球形漏斗1/2之一高处，水柱保持稳定。

① 若是新仪器，在进行漏液检验之前，应在塞口处涂上少许凡士林

②为了保证在检验过程中，半球体下端口塞子不被水压冲出，可以用橡皮筋加以固定

①凡士林有润滑效果，并且堵住塞口的缝隙，保持良好的气密性。

②解释详见启普发生器的原理。
3进行反应
①按照启普发生器装固体样品的方法加入大理石

②从球形漏斗口注入稀盐酸。

③导气管活塞保持打开状态，用向上排空气法收集二氧化碳气体。

并且在集气瓶口用点燃的火柴检验是否收集满。

①大理石为乳白色块状固体

②稀盐酸为无色粘稠液体
当稀盐酸接触到大理石时立即发生反应，反应剧烈，冒出大量气泡，并且产生白色泡沫

③收集一段时间口，在集气瓶口，燃烧的火柴熄灭，说明已经收集满。收集到的气体为无色

收集了6瓶气体进行后面的性质的检验。

①注意：
为了防止固体颗粒反应变小后下漏至半球体容器内，可采用润湿的棉花将球形漏斗下端围住再放入容器内，堵住缝口。

②稀盐酸的加入量液面应离球体容器上的导气口一段距离，否则反应时液体反应物随气体产物飞溅而出。

③注意收集气体时要用玻璃片盖住瓶口的大部分。用点燃的火柴检验时不能塞入瓶内，而应该在瓶口上部检验

在收集过程中由于盐酸量不够，有时候产气速率较低，要随时观察反应进程，并适时添加盐酸维持反应发生

①润湿的棉花堵住以后，可以让液体反应物自由通过，同时固体颗粒被棉花阻隔无法下漏至半球体容器内部。

②解释：大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙和稀盐酸迅速反应产生二氧化碳气体

③由于二氧化碳的密度大于空气，并且无毒，所以采用向上排空气发收集。收集到的气体较为干燥，更利于做性质实验。

二氧化碳不助燃，所以可以用点燃的火柴进行检验，如果火柴熄灭，则说明此时的气体为二氧化碳。
实验思考：

6.为什么本实验要采用向上排空气法收集二氧化碳，改用排水集气法可以吗？
答： 查阅资料：二氧化碳能溶于水，在标准大气压下，以1：1的比例溶于水中。
但是通过实践进行排水集气法收集二氧化碳，通过计时：5s可以收集满一瓶二氧化碳，
由此看来，可以通过排水集气法收集二氧化碳。但是，因为本实验中接下来要进行性质实验，需要比较干燥的二氧化碳气体。用排水集气法收集的二氧化碳底部无法避免地会留有一层水，不变用于倒入烛台中等性质实验，所以本实验中采用向上排空气法收集更佳。

7.制取二氧化碳时，可否把稀盐酸改为稀硫酸或者浓盐酸，为什么？
答：①制取二氧化碳时，不能将稀盐酸换成稀硫酸。因为碳酸钙与稀硫酸生成的硫酸钙(CaSO4)微溶于水，覆盖在碳酸钙表面，阻止稀硫酸与碳酸钙继续接触，使反应停止。
②制取二氧化碳时，不能将稀盐酸换成浓盐酸。因为浓盐酸具有挥发性，使制得的二氧化碳混有氯化氢而不纯。

8.为什么用启普发生器来作为二氧化碳制备的装置？
答：分析反应物：大理石为块状固体，稀盐酸为液体，并且在常温下进行反应。所以采用启普发生器，便于控制反应的发生和停止。

9.简述用湿润棉花的作用。除了棉花外，还可以通过什么方法来达到此效果？
答：①为了防止固体颗粒反应变小后下漏至半球体容器内，可采用润湿的棉花将球形漏斗下端围住再放入容器内，堵住缝口。润湿的棉花堵住以后，可以让液体反应物自由通过，同时固体颗粒被棉花阻隔无法下漏至半球体容器内部。
②除此之外，还可以采用加入孔型垫片的方法，防止固体颗粒下漏。

<二>、二氧化碳的性质实验
实验步骤
实验现象
操作注意
教学讲解
1.二氧化碳和石蕊试剂
①取两个试管加入等量的石蕊试剂和蒸馏水，

②一个不做处理作为对照实验。

③另一个通入二氧化碳气体。

观察试剂的颜色变化。

①石蕊试剂为紫蓝色
溶液

②石蕊试剂加入蒸馏水后变为深宝蓝色（偏紫色）

③通入二氧化碳后石蕊试剂变为枚红色，再继续通入，石蕊试纸变为桃红色。

①注意：石蕊试剂的用量不宜加入太多，否则颜色变化不是太明显，不利于观察

①石蕊试剂为常用的酸碱指示剂。在溶液里，随着溶液酸碱性的变化，指示剂的分子结构发生变化而显示出不同的颜色。
在酸性溶液里，溶液显红色；
在碱性溶液里，溶液显蓝色；
在中性溶液里，溶液显紫色

②二氧化碳溶于水生成碳酸，使溶液显酸性，石蕊试剂变为红色。
2. 二氧化碳和澄清石灰水

①取两个试管加入等量的澄清石灰水

②一个试管内的澄清石灰水不做处理作为空白对照。

③向另外一个试管通入二氧化碳。
观察石灰水的变化

①澄清石灰水为无色液体

③通入二氧化碳之后一段时间，澄清石灰水中有白色浑浊产生。

①澄清石灰水即为Ca(OH)2的澄清溶液,呈碱性。

③二氧化碳与氢氧化钙溶液发生反应，产生不溶于水的碳酸钙白色沉淀，使溶液变浑浊。

3. 二氧化碳与蜡烛
在烧杯中点燃两个一高一低的烛台。

把充满二氧化碳的集气瓶中的二氧化碳倒入烧杯里。

观察蜡烛火焰变化

①倒入第一瓶二氧化碳气体，未见任何变化。

②持续倒入，直至倒入第五瓶时，看到下方的烛台先熄灭，上方的烛台仍在燃烧。

②作为教师，要从学生的角度摆放实验装置，使学生能够清晰地同时看见两个烛台。

①此实验是利用二氧化碳的不助燃性，来探究二氧化碳的密度大小。
如果二氧化碳的密度比空气大，气体将聚集在烧杯底部，则底部的烛台先熄灭。
如果二氧化碳的密度比空气小，则会聚集在烧杯上部，上方的烛台先熄灭。
4. 二氧化碳与镁条
①用坩埚钳夹住的镁条在空气中点燃

②迅速将点燃的镁条放入盛满二氧化碳的集气瓶中，
观察集气瓶内的现象。

①镁条在空气中燃烧，发出耀眼白光。

②镁条在二氧化碳中剧烈燃烧，发出耀眼光芒，白中泛黄，杯壁有黑色的颗粒

①操作中应该注意安全，镁条燃烧反应剧烈，操作者应该与镁条保持一段距离。

二氧化碳不助燃，但是镁条十分活泼，能在二氧化碳中燃烧。
拓展思考
10.澄清石灰水的储备条件是什么？
答：澄清石灰水一般是现用现配，不适合长期储存，但是可以进行短期存放。并且，澄清石灰水的主要成分是氢氧化钙，为碱性溶液，不宜用存放在玻璃塞塞紧的试剂瓶中。由于玻璃瓶塞的主要成分为SiO2，易于与碱发生反应SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O，是瓶塞与瓶口粘在一起，难以拔出。

11．创新拓展：设计并进行实验验证自来水、氧化镁水溶液的酸碱性。
答：①设计实验步骤：
取三个试管编号为A,B,C，分别加入3毫升的水和2滴石蕊试剂。A试管不做处理，作为对照品。B试管加入2毫升自来水，振荡并观察现象。C试管加入镁条实验在空气中燃烧后的产物氧化镁一小块。振荡观察现象。

②实验现象：
A：蓝紫色溶液 B：摇荡后溶液变为紫红色 C：溶液变为深蓝色
由此可见，自来水显酸性，氧化镁的水溶液显碱性。

12.联想实验：根据验证二氧化碳的密度的方法，设计出验证氢气的密度大小的实验。

答：①设计实验步骤：
使用样品稀硫酸和锌粒，用启普发生器制取氢气。将导气管插入装有肥皂水的水盆中，观察产生肥皂气泡的情况，判断氢气的密度大小。
②实验现象及结论：
产生的肥皂气泡为无色，并且飘入空气中向上飞。证明氢气的密度小于空气。

13.用蜡烛探究二氧化碳的密度时，要注意些什么？
答：①倒入二氧化碳的方向一定要注意，不能将集气瓶口对着任何一个烛台的上方倾倒，否则无法明确蜡烛熄灭的原因。必须将二氧化碳从两个烛台的中间方向倒入，把集气瓶口靠在烧杯口壁上，慢慢倒，根据蜡烛熄灭的次序来判断二氧化碳的密度是否比空气大。
②一瓶二氧化碳时无法使蜡烛熄灭的，为了能够观察到现象，必须事先准备好5瓶及其以上气体，持续不断倒入，方可使实验成功。

六． 从教师的角度看实验

1. 本实验中用到燃烧镁条实验，一定要严格注意实验室的安全，操作时师离反应中心应有一段距离
2. 用试管做演示实验，为了使学生能够清楚地看清楚试管中的实验现象，教师在拿试管时一般在前方只用食指和中指握住，以免遮住试管，无法看清现象。
3. 在中学化学实验中，一般由于器材问题，可能无法使每个学生都能用启普发生器进行操作，但是一定要给学生讲明相关启普发生器的知识以及优点。
4. 在做二氧化碳和镁的燃烧演示实验时，由于现象出现的时间十分短暂，教师可以在即将发生时提醒同学们注意观察，以及引导学生观察所需的要点内容。
5. 从情感态度和价值观的目标来看，在做演示实验室，教师可以与学生进行适当的语言和情感眼神交流，使教学活动能够更好地开展。

七．教学趣味拓展

1启普发生器发明人的趣

2.石蕊试剂的趣味发现

味小知识
启普发生器是荷兰科学家启普发明，并以他的姓命名的。启普曾经学过一点化学，但基本上是一个药物商人。19世纪初期，荷兰的一所工业大学想请启普担任地质教授，但因为他自己办的商业比较发达，所以他没有接受工业大学的聘请。
启普除了经商以外，还根据前人制作的发生硫化氢气体的简单装置，设计出一种气体发生器，用的时候就发生气体，不用的时候，酸液上升，气体就停止了。因为这种气体发生器基本上是启普创造出来的，并由会吹玻璃的工人吹制成的，所以后人都称这种仪器为启普发生器。 他设计出这种实验室用的气体发生器，一直沿用到今天，基本上没有改变。
除了启普发生器以外，启普还发明过
一些小东西。例如，画家绘画用的彩色铅
也是启普首先制成的，所以他同当时的许
多画家很熟悉。启普死得比较早，他的产
业由他的儿子继承下来，后来虽然转让给
别人了，公司的名称仍然叫做“启普父子
公司”，至今它仍然是荷兰有名的科学仪
器公司。

石蕊试剂是从石蕊狄亿总提取出来的酸碱性指示剂，是由国化学家、物理学家波义耳首先发现并开始推广使用的。有一天，波义耳把刚采来的一束紫罗兰插在实验室的花瓶里，可是他一不小心把几滴盐酸滴到了紫罗兰的花朵上。他赶忙用清水去冲洗，却看到紫罗兰花竟变成了红色花!波意耳感到很新奇，兴奋，他决心探根究底、波义尔又用HNO3（硝酸）、H2SO4（硫酸）、CH3COOH（醋酸）做实验，结果完全相同———花瓣全变成了红色。经过反复实验，波义耳认定紫罗兰花的浸出液，可用于检验溶液是否呈酸性。
此后他试图再找出用来检验碱性的物质。他把能找到的花卉、、块茎、块根、苔藓、地衣等制成浸出液，逐一试验它们的变色反应。终于发现:碱性溶液能使从石蕊地衣中提取出的紫色液体变蓝。他想:能不能用一种试剂既能测酸性又能测碱性呢? 他试着把石蕊浸出液滴入盐酸溶液中，结果出现了与用紫罗兰检验酸性一样的现象———石蕊浸出液也变成了红色!
石蕊试剂遇碱变蓝，遇酸变红，这是波就义耳苦苦找寻的双向指示剂! 从此，石蕊试剂广泛应用于检验溶液的酸碱性。波义耳这项重大发明是在1646年，直到几百年后的现在，仍在普遍采用。