□向慶元

一次氣體制取五道探究“關(guān)卡”

□向慶元

二氧化碳是碳的一種重要化合物，與人類生活、生產(chǎn)緊密相聯(lián).二氧化碳的實(shí)驗室制法是九年級化學(xué)的一個重點(diǎn)內(nèi)容，關(guān)于這一部分的實(shí)驗探究也是每年中考的一個熱點(diǎn)，常與氧氣的制法結(jié)合起來考查，具有知識系統(tǒng)性強(qiáng)、考查面廣、題型多變等特點(diǎn).對照2015年各地中考試題分析，這一部分題型主要集中在實(shí)驗原理、實(shí)驗裝置、檢驗方法、實(shí)驗步驟與操作要點(diǎn)、誤差分析等五個方面.

一、反應(yīng)原理

討論制取一種氣體的反應(yīng)原理，需要考慮的因素是：原料價廉易得，反應(yīng)條件容易實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)速度適中，操作簡便易行，生成氣體較為純凈，便于收集，無毒、無害，對環(huán)境無污染等.我們在評價某一個實(shí)驗方案時，也可以結(jié)合以上幾個方面進(jìn)行分析.綜合多方面因素，實(shí)驗室制取二氧化碳的最佳方案是用稀鹽酸和塊狀大理石(或石灰石)反應(yīng)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HCl+CaCO3

二、實(shí)驗裝置

主要包括氣體發(fā)生裝置和收集裝置.初中化學(xué)中制取氣體的典型發(fā)生裝置有兩套，即“固-固”加熱裝置和“固-液”反應(yīng)不加熱裝置，選擇時要依據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)及反應(yīng)條件來確定.氣體的收集方法由氣體的溶解性及密度決定:密度比空氣大的用向上排空氣法；密度比空氣小的用向下排空氣法；不易溶于水或難溶于水的可用排水法；易溶于水的不能用排水法；密度和空氣接近的不能用排空氣法.同時，答題時要緊扣實(shí)驗?zāi)康暮鸵?，如收集“干燥”的氣體或“較為純凈”的氣體等等.根據(jù)二氧化碳的制取原理，其發(fā)生裝置應(yīng)該用“固-液”反應(yīng)不加熱型；由于二氧化碳的密度比空氣大，能溶于水且與水反應(yīng)，故只能用向上排空氣法收集.

三、檢驗和驗滿方法

檢驗氣體只能利用氣體的特性反應(yīng)，因而檢驗制取的氣體是否是二氧化碳，應(yīng)把生成的氣體通入澄清的石灰水，石灰水變渾濁，則是二氧化碳，反應(yīng)原理是：CO2+Ca（OH）2要特別注意的是能使燃燒的木條熄滅的氣體不一定是二氧化碳，如氮?dú)獾纫材?，因而檢驗CO2時不能用燃木條.而檢驗二氧化碳是否收集滿，只需要用燃著的木條放在集氣瓶口，木條熄滅，則證明二氧化碳已經(jīng)收集滿.

四、操作要領(lǐng)

為了確保實(shí)驗成功，實(shí)驗操作中還要注意一些要領(lǐng)，如裝藥品前需要檢查裝置的氣密性；先加固體，后加液體；如果發(fā)生裝置中有長頸漏斗，為了防止氣體外逸，長頸漏斗下端必須伸到液面以下；反應(yīng)中不能加熱等等.

五、誤差分析

此實(shí)驗涉及到一些實(shí)驗誤差分析，如實(shí)驗中不能收集到氣體（或集氣瓶內(nèi)氣體一直不能收集滿）可能的原因是裝置的氣密性太差；檢驗二氧化碳時，看不到石灰水變渾濁的現(xiàn)象，可能的原因包括所用的鹽酸過濃、制取的二氧化碳中混有氯化氫氣體、石灰水放置時間過長已變質(zhì)等.

下面結(jié)合2015年幾個典型的中考實(shí)驗探究題，作具體的解析說明.

例1（2015·大連）在實(shí)驗室常用以下裝置制取氣體.

圖1　

（1）用高錳酸鉀制氧氣的化學(xué)方程式為_________，發(fā)生裝置應(yīng)選_________（填字母，下同）.

（2）用裝置B制二氧化碳的化學(xué)方程式為_________，長頸漏斗末端應(yīng)位于液面下的目的是_________；收集裝置應(yīng)選_____，依據(jù)二氧化碳______________.

解析：（1）根據(jù)加熱高錳酸鉀生成錳酸鉀、二氧化錳、氧氣寫出反應(yīng)的方程式；根據(jù)此反應(yīng)是固體的加熱反應(yīng)選擇發(fā)生裝置.（2）此裝置應(yīng)為大理石和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，如果不把長頸漏斗末端位于液面下，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w就會從長頸漏斗口逸出，導(dǎo)致收集不到二氧化碳；根據(jù)二氧化碳的性質(zhì)（能溶于水，密度比空氣大）來分析其收集方法.

點(diǎn)撥：此題重在考查根據(jù)反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件選取發(fā)生裝置，會從題干信息中找突破口，找出反應(yīng)物和生成物就可以寫化學(xué)方程式了.熟悉了以上解題要點(diǎn)，此類題目應(yīng)該就能迎刃而解了.

例2（2015·攀枝花）如圖2是實(shí)驗室制取二氧化碳的一種裝置.請回答下列問題：

圖2　

（1）反應(yīng)生成CO2的化學(xué)反應(yīng)方程式是______________.

（2）為了檢驗該裝置的氣密性，可將橡膠管用止水夾夾住，然后通過長頸漏斗向試管內(nèi)注水，如果發(fā)現(xiàn)______，說明裝置的氣密性良好.

（3）實(shí)驗過程中加注的稀鹽酸的液面必須浸沒長頸漏斗的下端管口，其理由是______________.

解析：（1）根據(jù)碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳進(jìn)行分析.（2）圖中發(fā)生裝置的氣密性的檢驗方法是：用止水夾夾緊膠皮管，從長頸漏斗中加水，至管內(nèi)形成一段液柱，觀察液柱如果不下落，則氣密性良好.（3）根據(jù)收集氣體要保證裝置的氣密性進(jìn)行分析.

點(diǎn)撥：本題考查的知識比較細(xì)致、全面，掌握實(shí)驗室制取氣體（氧氣、二氧化碳）的原理等知識，并會結(jié)合裝置進(jìn)行分析，才能正確解答該題.對可能出現(xiàn)的實(shí)驗現(xiàn)象作出合理的解釋，可以采用把握全局的策略進(jìn)行分析.

此類實(shí)驗探究題重在考查分析和解決問題的能力、實(shí)驗創(chuàng)新的能力，是中考當(dāng)中容易出現(xiàn)失誤的題型之一.其實(shí)，我們只要掌握了每一類實(shí)驗探究題的解題要點(diǎn)，理解了實(shí)驗設(shè)計的基本思路和方法，這類題目并不會成為我們化學(xué)學(xué)習(xí)的“攔路虎”.相反，我們每成功解決一個探究的問題，都會收獲一份成功的喜悅.