1、教材上的科学探究:二氧化碳的相关性质 本专题是对初中化学重点物质二氧化碳的性质进行整理。有关二氧化碳与水反应、与氢氧化钠溶液反应的探究考题一直是中考热点。尤其是二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应,由于实验现象不明显,学生在学习这一反应时没有直观认识,掌握 较 难。试题以考查学生知识应用能力、发展创新能力为目的,要求学生明确探究的一般过程和方法、明确尊重事实的科学态度。 【知识精讲】 1 考查二氧化碳通常情况下密度比空气大、不燃烧也不支持燃烧。 如图,将二氧化碳气体慢慢倒入烧杯中( 注意 从低处蜡烛所在的一 侧 倒入 ),观察到 蜡烛自下而上依次熄灭 ,说明 二氧化碳密度大于空气、不燃烧也不支持燃烧
2、。 2 考查二氧化碳能溶于水 向盛有二氧化碳的矿泉水瓶中倒水,盖紧瓶盖、振荡,观察到 矿泉水瓶变瘪 ,说明 二氧化碳能溶于水 。 3 考查二氧化碳能与水发生反应 取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的纸花。 第一朵纸花喷上稀醋酸,观察到紫色的小花变成红色,说明稀醋酸能使石蕊溶液变红。 第二朵纸花喷上水,观察到无明显现象,说明 水不能使石蕊溶液变红 。 第三朵纸花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中,观察到无明显现象,说明 二氧化碳气体不能使石蕊溶液变红 。 第四朵纸花喷上水后,再放入盛满二氧化碳的集气瓶中,观察到紫色的小花变成红色,说明 二氧化碳与水反应生成的碳酸使石蕊溶液变红 。 相关的化学方程式 2
3、2 2 3C O + H O = H C O。 将变色后的纸花取出,小心用吹风机烘干,观察到红色的小花又变回了紫色,说明碳酸不稳定,容易发生分解。相关的化学方程式 2 3 2 2 H C O = C O + H O 4 考查二氧化碳能与碱溶液发生反应 ( 1)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊 2 3 22Ca O H + CO Ca CO + H O= ,常用澄清石灰水检测二氧化碳。 ( 2)二氧化碳能与氢氧化钠溶液发生反应: 2 2 3 22 N a O H + C O N a C O + H= O,但由于二氧化碳与氢氧化钠溶液反应现象不明显,怎样用实验证明二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了反应? 方
4、案一 :改进实验装置,通过反应物减少引起压强的变化,从而观察到一些明显的实验现象(如气球体积变化、液面变化、液体的移动等)间接证明二氧化碳气体能与氢氧化钠反应。 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 上图 1-图 4所示方案中,考虑到二氧化碳能溶于水,也可引起压强的变化,因此需要增加一个对比实验:将氢氧化钠溶液换成等体积的水,观察压强变化,说明压强变化的原因不是二氧化碳溶于水造成的,而是二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了反应。 方案二: 检验产物的方法:验证通入二氧化碳气体后的溶液中是否含有碳酸钠。 方法 :取样,加入 足量 稀盐酸,并将产生的气体通入澄清石灰水中,若澄清石灰水变浑浊,则证明溶液中
5、存在碳酸钠。 方法 :取样,加入 适量 氢氧化钙溶液,若产生白色沉淀,则证明溶液中存在碳酸钠 。 【例题精讲】 例 1某同学用如图所示装置验证二氧化碳与水的反应已知,氮气的密度比空气的小;该装置气密性良好,锥形瓶中放入的是用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花具体操作有: 从 a端通入二氧化碳; 从 a端通入氮气; 从分液漏斗中滴加适量水; 从 b端通人二氧化碳; 从 b端通人氮气 下列实验操作顺序最合理的是( ) A B C D 解析 要验证二氧化碳能与水反应生成碳酸,可以使用石蕊进行检验 。 首先 从 a端 通入二氧化碳,观察纸花不变色,证明二氧化碳不能使石蕊变色, 再 从 b端通入氮气,将二氧化碳
6、排出,然后再将水滴下,纸花不变色,说明水不能使石蕊变红, 最后 从 a端通入二氧化碳,纸花变红,证明是二氧化碳与水发生了化学反应,故其正确的顺序为 答案: D 例 2 下图是某同学设计的实验室制取二氧化碳并验证其性质的实验装置图 请回答下列问题: ( 1) 将 A、 E装置连接时 , 应将 A装置的导管 a与 E装置的导管 _( 选填 “b”或 “c”) 相连接检验 E装置中二氧化碳已收集满的方法是 _ ( 2)将 A、 B装置连接,观察到的现象是 _,可验证二氧化碳的性质是 _ ( 3)将 A、 C装置连接,可验证二氧化碳与氢氧化钙反应,该反应的化学方程式为:_ ( 4)用 E装置收集一瓶二
7、氧化碳气体,取下双孔橡皮塞,将瓶中的气体沿 D装置烧杯左侧内壁缓慢倒入,观察到的现象是 _,这些现象说明二氧化碳具有的物理性质 _,化学性质是 _ 解析 ( 1)将 A、 E装置连接时,由于二氧化碳的密度比空气大,应将 A装置的导管 a与 E装置的导管 c相连接;检验 E装置中二氧化碳已收集满的方法是:把燃烧的木条放在 b导管口,如果燃烧的木条熄灭,说明已经收集满 ( 2)将 A、 B装置连接时,二氧化碳能和水反应生成碳酸,碳酸能使石蕊试液变红色,因此观察到的现象是石蕊试液变红色,可验证二氧化碳的性质是:二氧化碳能 和水反应生成碳酸 ; 该反应的化学方程式为 : CO2+H2OH2CO3 (
8、3)将 A、 C装置连接,可验证二氧化碳与氢氧化钙反应,该反应的化学方程式为: Ca( OH) 2+CO2CaCO3+H2O ( 4) 二氧化碳能灭火时因为其密度大于空气,不燃烧也不支持燃烧,因此可以看到蜡烛 由下而上依次熄灭 答案: ( 1)把燃烧的木条放在 b导管口,如果燃烧的木条熄灭,说明已经收集满 ( 2)溶液由紫色变为红色; CO2+H2O=H2CO3; ( 3) Ca( OH) 2+CO2=CaCO3+H2O; ( 4)蜡烛由下而上依次熄灭 ;密度比空气大;不能燃烧,不支持燃烧 例 3 NaOH 能与 CO2发生化学反应,其反应的化学方程式为 _然而,在化学课上老师向 NaOH 溶
9、液通入 CO2后无明显现象提出问题:如何通过实验证明CO2与 NaOH发生了反应 【查阅资料】 CaCl2溶液可与 Na2CO3溶液发生复分解反应 向 CaCl2溶液中通入 CO2,无明显现象;在水溶液中 CaCl2不与CO2、 H2CO3等物质反应 【实验一】证明反应物之一 CO2消失了 ( 1)同学门设计了如图所示的实验,打开分液漏斗活塞向充满 CO2的广口瓶中滴入 NaOH溶液一会儿后可观察到的实验现象是 _并据此现象判断 NaOH与CO2发生了化学反应 ( 2)老师提出上述实验不足以证明 NaOH与 CO2发生了化学反应其理由是 据此,你认为上述实验应做的改进是 【实验二】证明有新物质
10、 Na2CO3生成 同学们经过思考、讨论,分别设计了以下两个实验方案: 方 案一:打开瓶塞,向实验一所得的溶液中加入饱和的石灰水,若观察到有白色沉淀产生,证明有新物质 Na2CO3生成 方案二:打开瓶塞,向实验一所得的溶液中加入 CaCl2溶液,若观察到有白色沉淀产生,证明有新物质 Na2CO3生成 ( 1)写出方案二发生反应的化学方程式: _ ( 2)你认为上述实验方案不可行的是 _,理由是 _ 解析 二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水,故答案为: CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O; 【实验一】( 1)二氧化碳与氢氧化钠溶液反应后,瓶内压强减小,在外界大气压的作用下,气球膨胀;
11、 ( 2)因为二氧化碳能溶于水,氢氧化钠溶液的水也能溶解一部分二氧化碳,故此方法不能证明发生了化学反应;因此应该设计一个对比试验,用同体积的水来吸收二氧化碳,观察气球膨胀的大小进行比较; 【实验二】( 1)碳酸钠溶液能与氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠; ( 2)装置内剩余的二氧化碳也能使澄清的石灰水变浑浊,故方案一不可行 答案: CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O; 【实验一】( 1)气球变鼓;( 2)二 氧化碳能溶于水,也能使气球变鼓,不能证明二氧化碳与氢氧化钠发生了反应;设计对比试验,将相同体积的水加入充满二氧化碳的同种装置中,观察气球的形状变化大小; 【实验二】( 1) 2
12、2 3 3C a C l + N a C O C a C O + l= 2 N a C( 2) 装置内剩余的二氧化碳也能使澄清的石灰水变浑浊,故方案一不可行。 例 4 众所周知,二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊(生成白色沉淀)但是,在分组实验中,向石灰水中通入二氧化碳(如图 1所示),出现了意想不到的现象:有的石灰水未变浑浊;有的出现浑浊后又变澄清(沉淀消失) 【提出问题】分组实验中,出现意想不到现象的原因是什么呢? 【猜想与假设】 I石灰水未变浑浊,是因为二氧化碳中混有少量氯化氢气体 石灰水未变浑浊 , 是因为 石灰水出现浑浊后又变澄清 , 与石灰水的浓度 、 通入二氧化碳的时间有关 【进行实
13、验】实验装置如图 2所示 提示: 实验中所用盐酸与分组实验所用盐酸相同; CO2在饱和 NaHCO3溶液中的溶解度非常小 步骤 1:分别取一定体积的饱和澄清石灰水与一定体积的蒸馏水混合配制成 50mL溶液 步骤 2:分别向 50mL溶液中通入一段时间的二氧化碳,记录现象 实验序号 V 饱 和 石 灰 水/mL V 蒸馏水 /mL 出现现象所需时间 /s 开始 明显 沉淀 是否澄清 浑浊 浑浊 减少 50 0 19 56 366 持续通入 CO28min 以上,沉淀不能完全消失 40 10 24 51 245 30 20 25 44 128 20 30 27 35 67 89s后完全澄清 10
14、40 通 3min以上,均无明显现象 【解释与结论】 ( 1)实验中,所用石灰水为饱和溶液的是 (填序号) ( 2)二氧化碳使澄清石灰水变浑浊原因是 (用化学方程式表示) ( 3)饱和 NaHCO3溶液的作用是 ( 4) 通过实验分析 , 猜想 I ( 填 “成立 ”或 “不成立 ”), 猜想 、 成立 【反思与评价】 ( 5) 向澄清的石灰水中通入二氧化碳 , 为避免出现 “意想不到的现象 ”, 你的建议是 解析 【猜想与假设】石灰水的浓度过小(或通入二氧化碳的时间过短),也可以造成石灰水未变浑浊 【解释与结论】 ( 1)根据表中数据可知:实验中,所用石灰水为饱和溶液的是 ; ( 2) 二氧
15、化碳使澄清石灰水变浑浊原因是 Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O; ( 3)饱和 NaHCO3溶液的作用是除去氯化氢气体; ( 4)通过实验分析,猜想 I不成立; ( 5) 向澄清的石灰水中通入二氧化碳 , 为避免出现 “意想不到的现象 ”, 建议是所用石灰水的浓度不能太小(或用饱和的石灰水),通入二氧化碳的时间不能过短也不能过长 答案 : 石灰水的浓度过小 ( 或通入二氧化碳的时间过短 ); ; Ca( OH) 2+CO2CaCO3+H2O;除去氯化氢气体;不成立;所用石灰水的浓度不能太小(或用饱和的石灰水),通入二氧化碳的时间不能过短也不能过长。 【练习】 1实验小组同学通过以下实验
16、研究二氧化碳的性质 在烧杯内壁上贴上干的和用水润湿的紫色石蕊纸条 将充满二氧化碳的敞口集气瓶轻轻放入烧杯中一段时间后,湿的紫色石蕊纸条变为红色 ( 1)该实验可以说明分子具有的性质是 _ ( 2)烧杯内壁上贴干的紫色石蕊纸条的目的是 _ ( 3)该实验得出的结论是 _ 2 某实验小组利用下图所示装置进行实验 已知:二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中的溶解度非常小 ( 1)制取纯净的二氧化碳:进行此实验时,将 C装置 _两 端分别与 B、 E装置连接 A中液体为澄清石灰水, B中固体为大理石, C中液体为饱和碳酸氢钠溶液,打开 K1, 关闭 K2,将分液漏斗中的稀盐酸滴入 B中,关闭分液漏斗的活塞 B
17、中发生反应的化 学方程式为 _;当 A中出现大量浑浊时,后续操作为 _,可在 C中收集到较纯净的二氧化碳 ( 2)研究 CO2与水反应:进行此实验时,将 D装置 c、 d两端分别与 B、 E装置连接 A中液体为紫色石蕊溶液, B中固体为碳酸钠, D中液体为浓硫酸, E中放一朵干燥的紫色石蕊小花将分液漏斗中的稀硫酸滴入 B中 A中发生反应的化学方程式为 _;观察到 _,说明使紫色石蕊变色的是碳酸、不是 CO2 3某实验小组的同学为探究二氧化碳的性质,做了如下几个实验 ( 1)如图 1,收集两塑料瓶( 500mL)二氧化碳气体,向甲瓶中加入 150mL澄清石灰水、乙瓶中加入 150mL滴有紫色石蕊
18、溶液的水,盖紧瓶盖,振荡 甲瓶中出现的现象有 _ 由乙瓶中出现的现象得出二氧化碳具有的性质有 _ ( 2)探究二氧化碳与氢氧化钠反应 资料: 通常状况下, 1体积的水约能溶解 1体积二氧化碳 CO2能与氢氧化钠反应,将 CO2通入氢氧化钠溶液中无明显现象 如图 2,丙、丁中分别装有 50mL氢氧化钠溶液和 50mL澄清石灰水,向装置中缓慢通入约500mL 二氧化碳,丙、丁中均无明显变化此实验可以说明二氧化碳和氢氧化钠发生了反应,其理由是 _ 4 利用如图装置验证二 氧化碳的部分性质,进行如下实验(甲、乙试剂瓶的体积均为 250mL) 实验一:若乙中盛有用紫色石蕊溶液染成的干燥的纸花,关闭 K1
19、,打开 K2,通入潮湿的 CO2气体,紫色纸花不变色,则甲中所盛试剂可能是 _关闭 K2,打开 K1,通入潮湿的 CO2 气 体 , 紫 色 纸 花 变 红 , 用 化 学 方 程 式 解 释 纸 花 变 红 的 原 因_ 实验二:若甲中盛有 100mLNaOH溶液,乙中盛有 100mLCa( OH) 2溶液验证二氧化碳与氢氧化钠发生了反应 资料:通常状况下, 1体积的水约能溶解 1体积二氧化碳 甲中发生反应的化学方程式为 _ 你设计的实验方案是 _ 5化学实验小组在做二氧化碳和氢氧化钠溶液反应的趣味实验 【查阅资料】 表 1: NaOH、 Na2CO3和 NaCl在水中的溶解度 T/ NaO
20、H Na2CO3 NaCl 20 109 21.8 36.0 25 105.3 29.4 36.1 30 119 39.7 36.5 表 2: NaOH、 Na2CO3和 NaCl在乙醇中的溶解度 ( “ ”表示几乎不溶 ) T/ NaOH Na2CO3 NaCl 18.5 25.0 17.3 0.1 【进行实验】 实验装置 主要实验步骤 向烧杯中加入试剂 a,向 2支试管中分别加入 20mL一定溶质质量分数的氢氧化钠的水溶液(试管 I)和 20mL一定溶质质量分数的氢氧化钠的乙醇溶液(试管 II) 分别通入适量的二氧化碳 再分别滴加稀盐酸 【分析与解释】 ( 1) NaOH与 CO2反应的化
21、学方程式为 _ ( 2)烧杯中出现浑浊,则试剂 a为 _ ( 3)通入二氧化碳后,试管 I、 II中的现象明显不同,它们分别为 _;滴加稀盐酸后,试管 I、 II中的现象分别为 _ ( 4)对于没有明显现象的反应,通过上述实验,对你的启示是 _ 6 实验小组的同学研究二氧化碳的性质,实验方案如下 注:乙醇在实验中只作为溶剂,不参与化学反应 ( 1)实验操作 中,甲内发生反应的化学方程式为 _ ( 2)甲中出现胶状白色沉淀的原因是 _ ( 3)实验操作 的目的是 _ ( 4)如果将上述实验方案中的氢氧化钠乙醇溶液换为氢氧化钠水溶液, _(填“能 ”或 “不能 ”) 完成实验目的 7某兴趣小组在探
22、究二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的实验中,做了如图所示的实验 ( 1)将足量的氢氧化钠浓溶液装入分液漏斗中,先打开阀门 K1,广口瓶中发生反应的化学方程式为 _,待氢氧化钠溶液完全进入广口瓶之后立即关闭 K1,充分反应后,打开止水夹 K2,观察到的现象是注射器中的液体 _ U 型管中_,广口瓶中的液体出现浑浊产生上述现象的主要原因是: _ ( 2)同学们将实验后的废液倒入烧杯中并过滤,取滤液于试管中加入足量的稀盐酸,无气泡产生,说明废液中的溶质为 _(写出所有可能) 8在探究二氧化碳性质的实验课上,同学们把一瓶 CO2气体(排空气法收集,并已验满)倒扣在盛水的水槽中,有的小组没有观察到水压入瓶中,
23、有的小组观察到少量水压入瓶中针对课堂中出现的现象,化学小组的同学在课外进行了探究 【 提出问题 】 按教材的说法 “1体积水大约能溶解 1体积 CO2”, 水槽中的水足够把 集气瓶中的 CO2气体全部溶解,为什么集气瓶中的水面不上升或上升 很少呢? 【作出猜想】 1、排空气法收集到的 CO2气体可能不纯 2、 3、 【进行实验】小组同学分别用排空气法和排水法各收集 2瓶 CO2,重复图 B实验,在不同时间测得压入的水量占集气瓶容积的百分数,数据见表 1(已知: CO2在饱和碳酸氢钠溶液中溶解度很小) 表 1 24小时内 CO2溶解情况 气体样本 1 2 3 4 收集方法 向上排空气法 向上排空气法 排水法 排水法 2小时 13.7% 15.0% 15.3% 15.1% 24小时 35.7% 56.3% 94.2% 93.6%