Question

【题目】某小组在学习“二氧化碳实验室制取的研究”课题时，探究了二氧化碳的收集方法。

【查阅资料】通常状况下，1体积水约溶解1体积二氧化碳，所得溶液的PH约为5.6，PH越小，二氧化碳在水中溶解越多。

【提出问题】二氧化碳能不能用排水法收集？

【设计实验】

实验一：在通常状况下，测定二氧化碳溶于水所得溶液的PH，判断二氧化碳在水中溶解的体积，如图：

（1）甲装置中反应的化学方程式______________________。

（2）检查甲装置气密性的方法是______________________。

（3）实验时，需先将甲装置中的空气排尽。其操作是打开止水夹K1，关闭止水夹K2，

打开活塞，滴加稀盐酸至空气排尽。检验空气排尽的方法是_______________。

（4）关闭K1，打开K2、K3、K4，待丙装置中收集半瓶气体时，关闭K2、K3、K4，充分振荡丙装置，分别测得丙、丁瓶装置中溶液的PH为5.5和6.5。分析可知，溶解的二氧化碳体积丙装置中___________（填“大于”或“等于”或“小于”）丁装置中。实验中，乙装置的作用是___________________。

实验二：用二氧化碳数字传感器测得收集的气体中二氧化碳体积分数。如图是收集的气体中二氧化碳体积分数随时间变化的关系图，从图中能得到哪些信息：

_____________________，_________________。

【结论反思】由实验一、二分析，改进实验装置，二氧化碳能用排水法收集。能降低二氧化碳在水中溶解性的措施_____________（写一条即可）。

Answer 1

【答案】 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ 先在K1导管口处连接另一长导管，把长导管一端放入水中，关闭活塞，再双手紧握容器外壁，若导管口有气泡冒出，则装置不漏气或先在K1导管口处连接一注射器，关闭活塞，将注射器活塞向外拉再松开手，若注射器活塞回位，则装置气密性良好。（其他合理答案均可，但要有可操作性） 用一根燃着的木条放在K1导管口处，若木条熄灭说明空气排尽 大于 吸收二氧化碳中混有的氯化氢气体 收集二氧化碳无论是排水法还是向上排空气法，都得不到100%纯净的二氧化碳 收集二氧化碳排水法比向上排空气法要纯 升高水的温度或使用热水收集

【解析】实验一、（1）碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和水和二氧化碳，配平即可，化学方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；

（2）根据甲装置的特点，检查甲装置气密性，可以先在K1导管口处连接另一长导管，把长导管一端放入水中，关闭活塞，再双手紧握容器外壁，若导管口有气泡冒出，则装置不漏气或先在K1导管口处连接一注射器，关闭活塞，将注射器活塞向外拉再松开手，若注射器活塞回位，则装置气密性良好。（其他合理答案均可，但要有可操作性）

（3）检验空气已排尽的方法是将燃着的木条放在K1导管口处，若木条熄灭则空气已经排尽。

（4）由于二氧化碳溶于水，与水反应生成碳酸，由丙、丁瓶装置中溶液的pH为5.5和6.5可知：在丙装置中所溶解二氧化碳的体积大于丁装置中溶液的总体积；实验中，乙装置的作用是吸收二氧化碳中的HCl气体，若没有乙装置，则测出的溶液pH会偏小，因为氯化氢气体溶于水是盐酸，酸性比较强。

实验二、由图可知，收集二氧化碳无论是排水法还是向上排空气法，都得不到100%纯净的二氧化碳，排水法收集的纯度更高；

【结论反思】由实验一、二分析，我认为二氧化碳能用排水法收集，能减少二氧化碳在水中溶解度的措施是：升温或加酸或事先制成二氧化碳的饱和溶液。