实验室制取二氧化碳的条件探索

2019-12-20徐林唐亚文

化学教与学 2019年11期

徐林唐亚文

摘要：针对无机化学中的经典实验“二氧化碳制备及其相对分子量的测定”进行了改进。探讨了盐酸浓度与二氧化碳发生量与发生速率之间的关系。结果表明：二氧化碳的生成量与盐酸浓度成正比，盐酸的利用率与盐酸浓度成反比。4mol/L的盐酸与碳酸钙反应制备二氧化碳，能够获得较快和相对平稳的气体发生速率。经过改进后的实验能够减少1/3的盐酸用量，同时大大降低了由于废液排放而造成的环境污染。

关键词：二氧化碳;盐酸;石灰石

文章编号：1008-0546（ 2019） 11-0091-02

中图分类号：G.633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.11.025

无机化学实验是一门实践性的独立课程，不仅是验证理论知识，更是通过实验教学，培养学生观察、分析、推理、判断、归纳总结的能力，训练科学的实验方法和技能，培养独立工作和解决问题的能力[1]。但在实际的教学过程中，我们发现传统的无机化学实验教学中存在着某些明显的不足，如药品用量较大、实验现象不明显等。如何对现有的无机化学实验进行改进从而有效降低药品的用量，减少实验产生的废液对降低环境污染非常有意义。

“二氧化碳制备及其相对分子量的测定”是无机化学中的经典实验[2]。教材中用6mol/L的盐酸与石灰石反应制备CO2。实际教学过程中发现该实验存在几个问题[3]：1、浪费严重。实验结束后的废液中含有大量未反应完的盐酸，回收困难。同时，作为废液处理既造成环境污染，又大大增加了实验成本。2、反应生成的CO2含有大量的HCl气体。本文希望对实验条件进行优化，探讨盐酸浓度对气体发生量和发生速率的影响，从而降低实验成本，减小环境污染，提高教学效果。

一、实验过程

将过量的石灰石（主要成分为碳酸钙）置于启普发生器中，分别加入1、2、3、4、5、6mol/L的盐酸溶液400mL。利用排水集气法收集产生的CO2。

二、结果与讨论

图1为不同浓度盐酸与碳酸钙反应收集到的C02体积与时间关系。图1显示，在反应初期，随着反应时间延长，CO2发生量逐渐增大。6mol/L的盐酸溶液与碳酸钙反应的初始速度尽管较快，但5min后曲线很快趋于平缓，CO2的发生量明显下降，因此在实验过程中，如果采用6 mol/L的盐酸溶液与碳酸钙反应，必须控制好相应的反应时间。从图1中还能清楚地观察到，随着盐酸浓度逐渐增加，收集到的CO2体积也逐渐增大。当盐酸浓度增大到4 mol/L以上时，收集到的CO2的体积变化不再明显。因此实验过程中，可能使用4mol/L盐酸更加合适。

图2为相同体积下，不同浓度盐酸与碳酸钙反应所收集到的二氧化碳的发生速率与时间的关系。由图2可以看出，随着反应进行，二氧化碳的反应速率却在不断下降。6mol/L的盐酸与碳酸钙反应的初始速度尽管较快，但5min后反应速率迅速下降。而4mol/L的盐酸与碳酸钙反应速率比较平稳，因此选用4mol/L盐酸可能更加合适。

表1为相同体积（400mL）、不同浓度的盐酸与石灰石反应所制备的二氧化碳的体积及盐酸的利用率。6mol/L的盐酸与石灰石反应的利用率仅仅72.1%，随着盐酸浓度的降低，二氧化碳的体积也随之减小，但盐酸的利用率却在增加。由于产物氯化钙的溶解度较大（30°，102g）[4]，可以排除产物析出的影响。因此，影响其产率的主要原因与高浓度的盐酸中的HCl气体容易随着CO2逸出有关。综合考虑，实验室制备二氧化碳时盐酸浓度以4mol/L为宜。

三、结论

本文探讨了盐酸浓度与二氧化碳发生量与发生速率之间的关系。结果表明：

1、二氧化碳的生成量与盐酸浓度成正比，盐酸的利用率与盐酸浓度成反比。

2、4mol/L的盐酸与碳酸钙反应制备二氧化碳，能够获得较快和相对平稳的气体发生速率。

3、经过改进后的实验能够减少1/3的盐酸用量，同时大大降低了由于废液排放而造成的环境污染。

参考文献

[1] 王新，唐亚文.“氢气的制备”实验教学内容探讨[J].化学教与学，2010（5）：73-74

[2] 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学、东北师范大学无机化学教研室，无机化学实验[M].北京：高等教育出版社，2004：77-79

[3] 陈冬梅.实验室制取二氧化碳及其性質实验的改进[J].实验教学与仪器，2015（4）：27-28

[4]顾庆超，楼书聪.化学用表[M].江苏科学技术出版社，1979：2.116来进行了串联，呈现出化学在社会生活中的影响力，让学生在课堂巾初步认识到学习和研究化学的意义所在。

参考文献

[1]饶慧玲.对我国化学学科核心素养研究的梳理与浅析[J].中小学教师培训，2017（11）：56-60