专题4.3二氧化碳的实验室制法（四大题型）-2023-2024学年九年级化学第一学期举一反三（上海）

专题4.3二氧化碳的实验室制法【题型1二氧化碳的制取原理】【题型2启普发生器】【题型3二氧化碳的检验、验满】【题型4实验拓展与创新】【题型1二氧化碳的制取原理】【例1】（2022秋·上海青浦·九年级校考期末）图是某小组设计的可用于制备并验证CO2性质的装置。（1）写出仪器A名称：；（2）写出实验室制取CO2的化学反应方程式；（3）小组同学对装置进行气密性检查完好后，打开K1、关闭K2时，开始制备CO2。装置Ⅰ中的现象；装置Ⅰ和Ⅱ组合使用能否控制Ⅰ中反应的进行，请写出理由；（4）实验中，同学们将的木条放在a处，木条熄灭。关闭K1，瓶内CO2按如图操作实际不能集满，请从图装置分析原因。为能集满CO2，你的改进方法是；（5）利用Ⅰ、Ⅲ装置组合，当打开K2、关闭K1时，可验证CO2的有关性质。请完成下列表格装置Ⅲ中物质实验现象实验结论与水反应变浑浊【答案】（1）长颈漏斗（2）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（3）溶液中产生气泡不能通过固液分离来控制反应进行（4）燃着CO2密度大于空气，会从右侧导管漏出，而空气却不能排出装置Ⅱ中导管长进短出（5）水中滴加紫色石蕊试液石蕊试液由紫变红澄清石灰水能与澄清石灰水反应蜡烛由下至上熄灭CO2密度大于空气，CO2不可燃不助燃【详解】（1）图中仪器A是长颈漏斗；（2）实验室用大理石和稀盐酸反应制取CO2，大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙与稀盐酸反应的化学反应方程式是；（3）大理石和稀盐酸反应制取CO2的现象是产生气泡；关闭K1，锥形瓶中固体药品与液体药品无法分离，则装置Ⅰ和Ⅱ组合不能通过固液分离来控制反应进行；（4）二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧，则可以用燃着的木条来检验CO2是否集满；CO2密度大于空气，会从右侧导管漏出，而空气却不能排出，则该装置无法集满二氧化碳；为能集满CO2，应将装置Ⅱ中导管改为长进短出；（5）二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性可以使紫色石蕊试剂变红；则可以设计实验：在烧杯中加入滴有紫色石蕊试剂的水溶液，通入CO2后，若观察到紫色石蕊试剂变红，则证明CO2能与水反应；二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀与水；则可以设计实验：在烧杯中装入澄清的石灰水，通入CO2后，若观察到澄清的石灰水变浑浊，则证明CO2能与澄清的石灰水反应；二氧化碳的密度比空气大，且不能燃烧也不支持燃烧，则实验中将CO2倒入装有阶梯蜡烛的烧杯中，可以观察到蜡烛由下至上熄灭，该实验也验证了CO2密度大于空气，且不可燃不助燃。【变式11】（2023·上海·模拟预测）根据如下图，下列气体的实验室制法正确的是A．选择甲装置制取CO2，X为大理石B．选择甲装置制取H2，Y为铜粒C．选择乙装置既可收集H2，也可收集CO2D．选择乙装置干燥O2，气流方向为b进a【答案】C【详解】A、制取二氧化碳应该用大理石或石灰石与稀盐酸反应，选择甲装置制取CO2，X应为稀盐酸，故选项说法错误。B、选择甲装置制取H2，Y不可能为铜粒，在金属活动性顺序中，铜的位置排在氢的后面，不能与稀酸反应，故选项说法错误。C、乙装置，控制通入气体的方向，可收集密度比空气大小的气体，选择乙装置既可收集H2也可收集CO2，从短导管通入，可收集氢气，从长导管通入，可收集二氧化碳，故选项说法正确。D、浓硫酸具有吸水性，且不与氧气反应，图中装置起洗气功能时进气管与出气管的方向是“长进短出”，选择乙装置干燥O2，气流方向为a进b出，故选项说法错误。故选C。【变式12】（2023秋·上海静安·九年级上海市市北初级中学校考期末）根据下列装置回答问题。（1）写出仪器a的名称。（2）通常实验室制取CO2的化学方程式是。用B装置制取CO2时，反应未停止前关闭止水夹，除了有气泡产生外，还可观察到的现象是。（3）实验室也可用D装置制备二氧化碳，选择该发生装置的优点是；若用E装置收集CO2，气体的验满方法是。（4）实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，若产生0.2mol氧气，则参加反应的过氧化氢的质量为g。（根据化学方程式计算）。【答案】（1）锥形瓶（2）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑长颈漏斗内液面上升（3）控制反应的发生和停止将燃着的木条放在n口处，若木条熄灭，则证明二氧化碳已收集满（4）13.6【详解】（1）仪器a的名称是锥形瓶。（2）实验室选用大理石或石灰石和稀盐酸制取二氧化碳，大理石或石灰石中的碳酸钙和稀盐酸中的氯化氢反应生成氯化钙、水和二氧化碳，该反应的化学方程式为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。利用B装置制取CO2时，反应未停止前关闭止水夹，由于装置内的压强增大，可观察到的现象是长颈漏斗内液面上升。（3）D装置可以控制固液药品的接触和分离，从而具有控制反应发生和停止的优点。若用E装置收集CO2，由于二氧化碳的密度比空气大，二氧化碳应从m口通入，故其验满的方法是将燃着的木条放在n口处，若木条熄灭，则证明二氧化碳已收集满。（4）解：设参加反应的过氧化氢的物质的量为xx=0.4molm（H2O2）=0.4mol×34g/mol=13.6g答：参加反应的过氧化氢的质量为13.6g。【题型2启普发生器】【例2】（2023·上海虹口·统考二模）用如图所示的装置制取二氧化碳，相关分析正确的是

A．以碳酸钙粉末和稀盐酸为原料B．用该方法收集二氧化碳是因为其能溶于水C．用燃着的木条放入瓶内以检验气体是否收集满D．关闭k，若固液不分离，可能是某种反应物已消耗完【答案】D【详解】A、应该用块状的碳酸钙和稀盐酸为原料，不能用碳酸钙粉末和稀盐酸，否则反应速度太快，无法收集，分析错误，故不符合题意；B、用该方法收集二氧化碳是由于二氧化碳密度比空气的大，不是因为其能溶于水，分析错误，故不符合题意；C、应该把燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，说明收集已满，分析错误，故不符合题意；D、关闭k，若固液不分离，可能是某种反应物已消耗完，没有二氧化碳气体生成，分析正确，故符合题意。故选D。【变式21】（2023·上海徐汇·统考三模）具有启普发生器原理的装置是A．

B．

C．

D．

【答案】C【分析】启普发生器的工作原理是通过开关弹簧夹，实现固液分离，达到控制反应发生和停止的目的。【详解】A、关闭弹簧夹，部分液体会回流到长颈漏斗中，但不能让固体和液体完全分离，达不到控制反应发生和停止的目的，不符合启普发生器的工作原理，错误；B、缺少弹簧夹，达不到控制反应发生和停止的目的，不符合启普发生器的工作原理，错误；C、通过打开弹簧夹，可以使长颈漏斗中的液体流入试管中，试管中的液面上升可以与塑料片上的固体接触发生反应，当关闭弹簧夹时，试管内的液体会回流入长颈漏斗中，当液面低于塑料片时，液体与固体分离，反应停止，可以达到控制反应发生和停止的目的，符合启普发生器的工作原理，正确。D、通过分液漏斗加入液体，试管内反应开始后，通过打开和关闭弹簧夹，液面既不会上升也不会下降，达不到控制反应发生和停止的目的，不符合启普发生器的工作原理，错误；故选C。【变式22】（2023秋·上海长宁·九年级上海市延安初级中学校考期末）甲乙是某同学设计的两套制取二氧化碳的发生装置，对两套装置分析正确的是A．此时甲装置中的止水夹M处于打开状态 B．甲装置气体导出过程中容器内部气压小于外部气压C．甲装置具有启普发生器的功能 D．乙装置N处添加止水夹可以控制反应的发生和停止【答案】C【详解】A、由图可知，此时甲装置中固液分离，因此止水夹M处于关闭状态，故选项说法不正确；B、甲装置气体导出过程中，甲装置内气压大于外界气压，气体才会顺利导出，故选项说法不正确；C、甲装置可将固体置于多孔隔板上，通过开关止水夹，控制固液的接触和分离，从而实现反应的发生和停止，因此甲装置具有启普发生器的功能，故选项说法正确；D、乙装置N处添加止水夹，不能控制反应的发生和停止，是因为该装置无法将固液分离，故选项说法不正确。故选C。【变式23】（2023·上海·模拟预测）我国科学家首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成；（1）实验室常用块状大理石与稀盐酸制备二氧化碳，该反应的化学方程式是。选用如图装置作为发生装置，待气体收集满后，关闭活塞，装置内液面将由x降至处（选填“y”或“z”），此时装置内气体压强外界大气压（选填“大于”、“等于”或“小于”）。（2）该合成中的第一步是先将二氧化碳转换成甲醇（化学式为CH4O），这属于（选填“物理”或“化学”）变化，甲醇是由种元素组成，摩尔质量为，1mol甲醇中约含有个碳原子。【答案】（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑z大于（2）化学三或332g/mol6.02×1023【详解】（1）大理石（主要成分碳酸钙）和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，反应的化学方程式为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；选用如图装置作为发生装置，待气体收集满后，关闭活塞，装置内气体增多，压强变大，气体将液体长颈漏斗中，固液完全分离后，装置内液面将由x降至z处，此时装置内气体压强大于外界大气压；（2）该合成中的第一步是先将二氧化碳转换成甲醇（化学式为CH4O），有新物质生成，属于化学变化；甲醇是由碳、氢、氧三种元素组成；甲醇的摩尔质量为（12+1×4+16）g/mol=32g/mol；1mol甲醇分子中约含有6.02×1023个甲醇分子，每个甲醇分子中含有1个碳原子，所以1mol甲醇分子中约含有的碳原子个数为6.02×1023个×1=6.02×1023。【题型3二氧化碳的检验、验满】【例3】（2023·上海松江·统考一模）实验室制取气体是化学学习的重要内容。（1）大理石和稀盐酸制取二氧化碳的化学方程式是；收集二氧化碳的方法是，将点燃的木条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中，现象是，由此（选填“能”或“不能”）判断集气瓶中集满二氧化碳。（2）按下表进行实验，分别取等质量的大理石加入足量稀盐酸中（杂质不与酸反应），产生二氧化碳体积随时间变化曲线如下图所示：实验编号药品I块状大理石、10%HCl溶液II大理石粉末、10%HCl溶液①两次实验中参与反应的盐酸质量是（选填“相等”或“不相等”）。②曲线乙对应实验（选填“I”或“II”），你的判断依据是。③若用曲线甲对应的药品进行制取二氧化碳实验，合适的发生装置是。（填编号）【答案】（1）向上排空气法燃着的木条熄灭不能（2）相等I实验I药品用的是块状大理石，与盐酸接触面积小，反应更慢，产生二氧化碳的时间更长B【详解】（1）大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙水和二氧化碳，反应的化学方程式为：；二氧化碳密度比空气大，且能溶于水，故可用向上排空气法收集；将点燃的木条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中会看到燃着的木条熄灭，由此不能判断集气瓶中集满二氧化碳，应该将燃着的木条放在集气瓶口处，若木条熄灭则收集满。（2）①由图像可知，甲乙曲线最终生成二氧化碳的体积相等，故两次实验中参与反应的盐酸质量是相等的；②曲线乙对应实验I，因为实验I药品用的是块状大理石，与盐酸接触面积小，反应更慢，产生二氧化碳的时间更长；③由图像可知曲线甲产生二氧化碳的反应时间非常快，故曲线甲是实验II，药品是大理石粉末，合适的发生装置是B，因为大理石粉末与盐酸接触面积大，反应迅速，装置B可以控制盐酸的滴加速率来控制反应的速率，还能防止生成的二氧化碳气体逸出。【变式31】（2023·上海金山·统考一模）下图是实验室制取气体的部分装置，请回答下列问题。（1）用氯酸钾和二氧化锰共热制备氧气的化学方程式是，该反应的基本类型是，二氧化锰的作用是。若要制取0.06mol氧气，至少需要g氯酸钾参加反应。（2）用双氧水和二氧化锰制备氧气，为使反应平稳进行，应选用的发生装置是（填编号）；为了收集纯净的氧气，应选用的收集装置是（填编号）。（3）用块状大理石和稀盐酸制备二氧化碳，控制所加稀盐酸的量，反应时丙装置内液面位于（填“a”、“b”或“c”）处为宜，用戊装置收集二氧化碳的验满方法是。不用粉末状大理石制备二氧化碳的原因是。【答案】（1）分解反应催化作用4.9（2）乙丁（3）b将燃着的木条置于集气瓶口，木条熄灭则已集满粉末状大理石与盐酸接触面积大，反应速度太快【详解】（1）氯酸钾在二氧化锰的催化下受热分解生成氯化钾和氧气，该反应的化学方程式为：；该反应符合“一变多”的特点，属于分解反应；在该反应中，二氧化锰是催化剂，可以起到催化作用；0.06mol氧气的质量为：0.06mol×32g/mol=1.92g解：设需要氯酸钾的质量为x

x=4.9g；（2）用双氧水和二氧化锰制备氧气，属于固液不加热反应，为使反应平稳进行，发生装置可选乙，乙装置可通过分液漏斗控制液体的滴加速率，从而控制反应速率；氧气不易溶于水，密度比空气大，可用排水法或向上排空气法收集，排水法收集的氧气比较纯净，故收集装置可选丁；（3）用块状大理石和稀盐酸制备二氧化碳，控制所加稀盐酸的量，反应时丙装置内液面位于b处，使固液接触，a处可能无法使固液分离，c处不能使固液接触；二氧化碳不燃烧、不支持燃烧，用戊装置收集二氧化碳的验满方法是：将燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭，说明已经集满；粉末状大理石与盐酸接触面积大，反应速度太快，不利于收集气体，故不用粉末状大理石制备二氧化碳。【题型4实验拓展与创新】【例4】（2023春·上海浦东新·九年级校考阶段练习）某化学兴趣小组分别用图1、图2装置制取二氧化碳气体并进行相关实验。（1）图1实验中，锥形瓶内反应的化学方程式为，可观察到试管中的石灰水变浑浊。图2实验中，打开分液漏斗的盖子和活塞后，可观察到锥形瓶中产生大量气泡，但烧杯中没有观察到石灰水变浑浊。（2）为探究图2实验中石灰水不变浑浊的原因，在饱和石灰水中放入pH传感器重新进行图2实验，测得饱和石灰水在气体进入后的pH随时间的变化如图3所示。则t1t2时间段内溶液pH迅速减小的原因是，0t1时间段内溶液pH几乎不变的原因是。实验结论：进行二氧化碳的性质实验时，不宜用浓盐酸制取二氧化碳的原因是。【答案】（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（2）挥发出的氯化氢与石灰水反应使溶液pH迅速减小先排出的是装置内的空气，不会使溶液的pH明显变化浓盐酸具有挥发性，会导致收集的CO2不纯【详解】（1）盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。（2）浓盐酸具有挥发性，挥发出氯化氢，进气澄清石灰水与氢氧化钙反应，溶液碱性减弱，pH减小；氯化氢密度比空气大，从底部向上逸出，则上部的空气先排出，此时排出的是空气，进入溶液不会引起溶液pH的变化，所以进行二氧化碳的性质实验时，不宜用浓盐酸制取二氧化碳的原因是浓盐酸具有挥发性，会导致收集的CO2不纯。【变式41】（2022秋·上海青浦·九年级校考阶段练习）探究CO2能否与水反应，装置如图所示。滴加浓盐酸，待试管中液体变红后，将其加热至沸腾，红色不褪去。说法正确的是

A．锥形瓶中逸出的气体只含CO2B．试管中液体变红，证明CO2能与水反应C．加热后红色不褪去，说明碳酸受热不分解D．欲达实验目的，可将浓盐酸改为稀盐酸【答案】D【详解】A、将其加热至沸腾，红色不褪去，说明试管中含有盐酸，是因为浓盐酸易挥发，挥发出的氯化氢气体随着二氧化碳进入石蕊溶液中，加热时碳酸分解，而氯化氢不发生反应，锥形瓶中逸出的气体是二氧化碳和氯化氢，不符合题意；B、试管中液体变红，不能证明CO2能与水反应，是因为浓盐酸易挥发，挥发出的氯化氢气体进入石蕊溶液中，与水结合生成盐酸，盐酸能使石蕊溶液变红色，不符合题意；C、加热后红色不褪去，说明试管中含有盐酸，不符合题意；D、欲达实验目的，可将浓盐酸改为稀盐酸，这样进入试管中的气体只有二氧化碳，可以检验二氧化碳能否和水反应，符合题意。故选D。【变式42】（2023秋·上海长宁·九年级上海市娄山中学校考阶段练习）用下图装置进行下列实验，不能实现的是

A．气体从b端通入，用于实验室收集氧气B．若瓶内装有澄清石灰水，气体从b通入可检验其中是否混有二氧化碳C．若瓶内装满水，可在b端连接量筒，收集气体并测量气体的体积D．若瓶内装部分水，气体从a端通入，可观察气泡的速度【答案】D【详解】A、氧气的密度比空气大，进入瓶内时，是先在瓶底积聚，所以气体从长管b端通入，可用于实验室收集氧气，选项可以实现，故A不符合题意；B、若瓶内装有澄清石灰水，检验气体是否混有二氧化碳，保证二氧化碳与澄清石灰水充分接触，所以气体从长管b端通入，使气体充分流过液体，起到检验的目的，选项可以实现，故B不符合题意；C、若瓶内装满水，气体的密度比水小，气体应该从短管a端通入，将水从长管b端排出，可在b端连接量筒，排出水的体积即为收集二氧化碳的体积，起到收集气体并测量气体的体积的目的，选项能实现，故C不符合题意；D、若瓶内装部分水，气体从长管b端通入，才可观察气泡的速度，选项不能实现，故D符合题意；故选：D。【变式43】（2023·上海普陀·统考一模）气体的制取与收集是常见的实验。（1）实验一：利用图一装置制取并收集氧气。图一试管中反应的化学方程式是；图中收集气体的方法称为，当看见导管口的气泡呈时，才能将导管伸入集气瓶开始收集气体。（2）实验二：利用图二所示装置，分组测定大理石样品中所含碳酸钙的含量。①称取2g大理石样品，在分液漏斗中注入20mL足量的盐酸。进行实验，打开活塞K注入盐酸，瓶中发生反应的化学方程式是。②数据处理，记录收集到的水量；通过查阅二氧化碳的密度，计算得出二氧化碳的质量，因此实验过程中还需记录的物理量是。③实验反思。经与大理石样品说明书中标注的碳酸钙含量比对，发现某些小组实验数据明显偏小，可能的原因是（写出一条）；偏大，可能的原因是（写出一条）。【答案】（1）排水集气法连续均匀（2）量筒中收集到水的体积CO2溶于水且与水反应反应放热，未冷却至室温即测量水的体积【详解】（1）氯酸钾在以二氧化锰作催化剂并加热的条件下反应生成氯化钾和氧气，化学方程式为：，图中收集气体的方法称为排水集气法，当看见导管口的气泡呈连续均匀的气泡冒出时，才能将导管伸入集气瓶开始收集气体，否则收集的氧气不纯，故填：；排水集气法；连续均匀；（2）①大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，化学方程式为：，故填：；②通过二氧化碳密度计算二氧化碳的质量，还需知道二氧化碳的体积，生成的二氧化碳将集气瓶中的水排入量筒内，因此量筒内收集到的水的体积就是生成二氧化碳的体积，所以还应记录的物理量是量筒中收集到水的体积，故填;量筒中收集到水的体积;③二氧化碳溶于水且能和水发生化学反应会导致测得的二氧化碳体积偏小，最后大理石的纯度低，碳酸钙与盐酸反应属于放热反应，未冷却至室温即测量水的体积，导致二氧化碳体积膨胀而测得的数值偏大，最后大理石纯度偏大，故填：CO2溶于水且与水反应反应放热；未冷却至室温即测量水的体积。【变式44】（2023秋·上海杨浦·九年级上海市三门中学（上海财经大学附属初级中学）校考期末）实验室制备并收集二氧化碳。（1）选用药品。按下表进行实验，取等质量的大理石加入足量酸中（杂质不与酸反应），产生二氧化碳体积随时间变化曲线如图所示：实验编号药品Ⅰ块状大理石、10%H2SO4溶液Ⅱ块状大理石、7%HCl溶液Ⅲ大理石粉末、7%HCl溶液①图中丙对应实验（选填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。②确定用乙对应的药品制备并收集二氧化碳，相应的化学方程式是。③不用甲对应的药品，理由是。（2）搭建装置。组装简易启普发生器，并在装置中连接上压强传感器如图一，测得的实验过程中试管内气体压强变化情况如图二。下列说法正确的是（填字母）。A．ab段试管中液面逐渐上升B．bc段石灰石与稀盐酸脱离接触C．c点的对应操作是打开弹簧夹（3）收集二氧化碳。用如图装置收集时，二氧化碳气体从（选填“x”或“y”）端通入。（4）有同学搭建了下图装置，要使该装置也具有启普发生器的功能，需将块状石灰石放置在（选填“A”或“B”）处。【答案】（1）Ⅰ反应速率过快，不利于收集气体（2）BC（3）y（4）A【详解】（1）①根据大理石和稀硫酸反应生成硫酸钙微溶于水，覆盖在大理石表面阻止了反应的进一步发生，所以图丙对应实验Ⅰ；②大理石和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，故方程式为：；③图甲中反应速率过快，不利于收集气体；（2）A.ab段压强增大，说明气体增多，应是从此时弹簧夹关闭，压强增大，将液体压入长颈漏斗，试管中液面逐渐下降，故选项错误；B.bc段压强不变，说明不再反应，且装置密闭，因此此时固液分离，不再接触，所以石灰石与稀盐酸脱离接触，故选项正确；C.c点之后压强减小，气体输出，所以此时的对应操作是打开弹簧夹，故选项正确；故选BC；（3）二氧化碳密度大于空气，所以应该从下端口通入，故填：y；（4）要使该装置也具有启普发生器的功能，需将块状石灰石放置在A处，关闭弹簧夹，管内气体不能排出，气压增大，将液体药品压到B端，固液分离，反应停止，故填A。【变式45】（2023·上海·模拟预测）用下列装置进行实验室制取二氧化碳（1）实验室制取二氧化碳的方程式是。（2）若用E装置收集并测量生成的气体的体积，其中在水面上放一层植物油目的是；（3）用装置B作为实验室制二氧化碳气体的发生装置，该装置在操作上的优点是；装置B中多孔隔板的作用是。A．承载大理石

B．吸附

C．控制反应开始与结