二氧化碳的制取及性质实验装置设计

潘红林

◆摘  要：为了提高初中化学演示实验的科学性及可视化，体现符合时代特色的“绿色、环保、高效”实验本色，紧跟新一轮初中化学课程标准规定的“义务教育阶段化学教育要激发学生学习化学的好奇心，引导学生体验科学探究的过程，启迪学生的科学思维，培养学生的实践能力，提高学生的科学素养”的步伐，我利用生活用品与常规实验仪器组合设计了一套集二氧化碳的制取、性质实验于一体的装置。

◆关键词：二氧化碳;装置设计;性质探究

一、设计目的

人教版九年级化学教材上册第六单元“二氧化碳的制取及性质实验”存在着反应不可控制;药品用量较大;二氧化碳的存放、携带不便;灭火成功率低等不足。从演示实验的科学性与可视化出发，我们利用生活用品与常规实验仪器组合，设计了一套集二氧化碳的制取、性质实验于一体的装置。

二、实验用品

蒸馏烧瓶1个，分液漏斗1个，双孔橡皮塞1个，350mL软塑料瓶3个，T形管3支，Y形管1支，25mL烧杯2个，250mL烧杯5个，50mL的量筒1个，滴管1支，镊子1个，酒精灯1个，铁架台（万能夹1个），导气管，乳胶管，止水夹，喷壶2个，细铁丝1根，点滴板2块，玻璃片1块;大理石，20%的稀盐酸，饱和澄清石灰水，饱和氢氧化钠溶液，稀醋酸，蜡烛1支，石蕊干纸花4朵。

三、实验原理

1.制取。

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

2.性质。

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3=H2O+CO2↑

CO2不燃烧，也不支持燃烧，密度比空气大。

CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

四、操作方法

1.连接装置，检查气密性。如图：

2.气体制取。向蒸馏烧瓶中加入大理石，从分液漏斗中加入稀盐酸。关闭右边的弹簧夹，利用左边的装置同时收集三瓶CO2气体。

3.数据探究。如：①10mL、20mL、30mL饱和氢氧化钠溶液分别与350mLCO2气体反应。震荡后2号瓶和3号瓶变瘪的程度大致相同，比1号瓶更瘪，故350mLCO2气体与20～30mL氢氧化钠溶液反应较理想。即饱和氢氧化钠溶液与CO2气体的理想反应比例约为1∶12～1∶17.5;②150mL、200mL、250mL饱和澄清石灰水分别与350mLCO2气体反应。澄清石灰水变浑浊，石灰水越多越浑浊，震荡后2号瓶最瘪，3号瓶最浑浊，350mLCO2气体与250mL石灰水反应较理想。即澄清石灰水与CO2气体的理想反应比例约为1∶1.4;③150mL、200mL、250mL水分别与350mLCO2溶解情况。震荡后2号瓶变得最瘪，故水用200mL较理想。即水与CO2气体的理想溶解比例约为1∶1.75。

4.性质探究。取两朵干燥石蕊纸花分别放在白瓷板上，向一朵喷水，另一朵喷稀醋酸，观察现象。打开右边弹簧夹，关闭左边弹簧夹，使产生的CO2进入右边装置中，观察蜡烛的燃烧情况及石蕊纸花的变色情况。把变色的石蕊纸花放在酒精灯火焰上烘烤一会儿，再观察现象。

现象、结论：①喷水的石蕊纸花不变色，喷稀醋酸的变红。说明水不能使石蕊纸花变色，酸能使石蕊纸花变红;②燃着的蜡烛下面的先熄灭，上面的后熄灭。说明二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，密度比空气大;③干燥的石蕊纸花不变色。说明二氧化碳不能与石蕊反应;④湿润的石蕊纸花变红。说明二氧化碳与水反应生成酸性物质。（由喷稀醋酸的石蕊纸花变红推知）;⑤变红的纸花在酒精灯上烘烤又变紫。说明生成的酸性物质（碳酸）不稳定，受热会分解。

向1号瓶倒入30mL饱和氢氧化钠溶液;2号瓶倒入250mL饱和澄清石灰水;3号瓶倒入200mL水，立即塞紧瓶塞，观察现象，震荡，再观察。

现象、结论：1号瓶变得很瘪，2号瓶变瘪且澄清石灰水变浑浊，说明CO2能与某些碱溶液反应。通过1号2号对比，说明检验CO2用澄清石灰水，除去CO2用饱和氢氧化钠溶液（洗气）;3号瓶较瘪，说明CO2能溶于水。

五、设计创新点

创新点如下：①利用分液漏斗方便添加液体药品，可以控制添加液体药品的量和反应速率，节约药品，为CO2的制取和性质探究提供便利;②利用蒸馏烧瓶、双孔橡皮塞，巧用T形管、Y形管和导气管，使CO2的制取、性质实验一体化，方便、省时、实验现象明显、效果好。可连续进行多个班级的演示，也可用于学生课下或者分组探究实验，思维独特，趣味性强;③利用软塑料瓶同时收集、探究CO2的性质，方便，安全、环保、高效;④CO2直接通入进行灭火及使干湿纸花的变色实验，现象明显、成功率高、实验效果好;⑤本实验进行了多次对比：CO2与氢氧化钠溶液及澄清石灰水的反应对比;CO2溶于水的情况对比;CO2使干湿石蕊纸花的变色对比;水与稀醋酸使石蕊纸花的变色对比。本实验还进行了多次探究：通过同体积的CO2分别与30mL饱和氢氧化鈉溶液和250mL饱和澄清石灰水的反应，探究除去CO2的理想药品;通过向一瓶CO2中倒入200mL水，软塑料瓶变瘪，探究CO2能溶于水;通过CO2能否使干湿石蕊纸花的变色、水和稀醋酸能否使石蕊纸花的变色比对，探究CO2与水反应的生成物。

六、注意事项

如：①所用盐酸的浓度以19%～25%为宜;②分液漏斗下端管口不能紧挨蒸馏烧瓶的支管处、盐酸不能一次性加入太多，以防止少量盐酸随CO2气流进入支管;③先进行左边CO2的收集实验。因为左边CO2出口端位置高，距离远，收集量大，需要较大的压强。等反应不太剧烈时再进行右边的性质实验，防止压强过大，少量盐酸随CO2气流进入支管;④收集及性质实验中的导气管均应伸入容器底部，使CO2更纯净;⑤完成一瓶收集实验或者一个性质实验后应关闭相应的弹簧夹，以减少CO2的损失，节约药品，缩短实验时间。

七、设计反思

1.没有对制取的气体进行净化和干燥处理。

2.制取到收集或者性质探究处路程较长，会在路程中消耗一定体积的气体。

3.蒸馏烧瓶支管这边的装置不便于固定。