第四节 奇妙的二氧化碳.docx
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第四节奇妙的二氧化碳
奇妙的二氧化碳
主讲：
黄冈中学化学高级教师 舒宝生
一、知识概述
1、了解二氧化碳在自然界碳循环中的作用以及人类生活和生产的意义；
2、了解二氧化碳的物理性质和用途；
3、初步掌握二氧化碳的化学性质；
4、认识化合反应和分解反应的特点；
5、常握实验室制取二氧化碳的方法。
二、重难点知识剖析
（一）自然界中的二氧化碳
大气中二氧化碳的产生途径
大气中二氧化碳的消耗途径
1、人和动植物的呼吸
（呼吸作用：
有机物+氧气→二氧化碳+水）；
2、化石燃料的燃烧；
3、微生物的分解作用；
4、工业废气。
1、绿色植物的光合作用
（光合作用：
二氧化碳+水→有机物+氧气）；
2、水和矿物质对二氧化碳的溶解。
大气中二氧化碳增多的原因：
①人类消耗的含碳燃料急剧增加，排放到空气中的二氧化碳增多。
②植被遭到破坏，自然界消耗二氧化碳的能力减弱。
大气中二氧化碳含量的增加会导致全球变暖，这种现象叫做温室效应，对人类的生存环境会产生不良影响。
（二）二氧化碳的物理性质
在通常情况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气大，在通常状况下，1L水中大约溶解1L二氧化碳气体，增大压强，会溶解更多。
在加压、降温条件下可以得到液态的二氧化碳；进一步加压、降温条件下可以得到固态的二氧化碳，固态的二氧化碳俗称“干冰”。
干冰易升华，干冰升华时吸收大量的热，使周围的温度明显降低，所以可用于人工降雨。
二氧化碳灭火器中装的液态是二氧化碳。
二氧化碳的三态变化：
二氧化碳气体→液态二氧化碳→雪花状二氧化碳固体→干冰→二氧化碳气体。
（三）二氧化碳的化学性质
1、二氧化碳与水的反应
活动与探究：
打开一瓶汽水瓶盖，塞上带导管的橡皮塞，另一端伸入装有滴加了紫色石蕊试液的蒸馏水的试管中，振荡汽水瓶，观察实验现象。
实验现象：
紫色石蕊试液变红
实验结论：
二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊试液变成红色。
二氧化碳 + 水 → 碳酸
CO2 H2O H2CO3
但是碳酸很不稳定，容易分解生成二氧化碳和水。
碳酸
二氧化碳 + 水
H2CO3 CO2 H2O
2、二氧化碳不能燃烧，不能支持燃烧，不能供给呼吸
活动与探究：
将二氧化碳倒入燃有高低两支蜡烛的烧杯中，观察实验现象。
实验现象：
蜡烛熄灭，并且低的先熄，高的后熄
实验结论：
二氧化碳不能燃烧，不能支持燃烧，并且密度大于空气，可用于灭火。
3、二氧化碳与石灰水反应
活动探究：
将二氧化碳气体通入澄清的石灰水中，观察实验现象。
实验现象：
澄清的石灰水变浑浊
实验结论：
二氧化碳能与澄清的石灰水反应生成白色的碳酸钙沉淀。
二氧化碳+氢氧化钙 → 碳酸钙+水
CO2 Ca（OH）2 CaCO3 H2O
此反应常用于检验二氧化碳的存在。
（四）化合反应和分解反应
1、化合反应：
两种或两种以上物质生成一种物质的反应叫化合反应。
如：
二氧化碳+水→碳酸
木炭+氧气
二氧化碳
2、分解反应：
一种物质生成两种或两种以上物质的反应叫分解反应。
如：
碳酸
二氧化碳+水
过氧化氢
水＋氧气
高锰酸钾
锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
（五）实验室制取二氧化碳
1、药品：
石灰石或大理石（主要成分是CaCO3）和稀盐酸。
2、反应原理：
碳酸钙+盐酸 → 氯化钙 + 水 + 二氧化碳
CaCO3 HCl CaCl2 H2O CO2
3、实验装置：
因为上述反应物是固体和液体，反应不必加热，故气体发生装置如图所示。
4、收集方法：
由于二氧化碳的密度大于空气的密度，且能溶于水，因此只能用向上排空气法收集。
5、检验。
验证：
将所得气体通入澄清的石灰水中，若出现白色浑浊，证明收集到的气体是二氧化碳。
验满：
将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则证明二氧化碳已收集满。
6、放置：
盛有二氧化碳的集气瓶盖好玻璃片后，要正立放在桌面上。
注意事项：
（1）实验室制取二氧化碳常用稀盐酸和大理石，不能用稀硫酸代替稀盐酸，原因是稀硫酸与碳酸钙反应后生成的硫酸钙是微溶物，覆盖在大理石的表面上，阻止反应继续进行；也不能用碳酸钠代替大理石，原因是它与稀盐酸反应速度太快，不易控制；不能用浓盐酸与大理石反应制取，原因是浓盐酸有强烈的挥发性，会使制得的二氧化碳中混有HCl气体而使制得的气体不纯。
（2）制取CO2的装置中，长颈漏斗的下端必须插在液面以下，防止生成的气体从长颈漏斗逸出；导气管伸出胶塞的部分不能太长，只露出少许即可，以利于气体的排出；收集气体的导气管必须伸到接近集气瓶的底部，以利于排尽集气瓶内的空气，收集到较纯净的CO2。
（3）气体的收集方法：
用什么方法来收集某种气体，主要取决于这种气体的性质。
例如：
密度比空气大的气体可以用向上排空气法收集，如二氧化碳。
密度比空气小的气体可以用向下排空气法收集。
不易溶于水、不与水反应的气体可以用排水法收集，如氧气。
（六）二氧化碳与人体健康
当空气中的二氧化碳超过正常含量时，会对人群产生有害的影响。
空气中二氧化碳的体积分数
对人的影响
1%
感到气闷、头昏、心悸
4%-5%
感到气闷、头痛、眩晕
6%以上
使人神志不清，呼吸停止，以致死亡
-返回-
同步测试
一、选择题
1、大气和饮水被污染时，可能引起人的牙齿和骨骼变酥，引起这种污染的元素是（ ）
A．碘 B．氟
C．汞 D．硫
2、厄尔尼诺现象产生的原因之一是大气中二氧化碳的含量剧增，要想减缓这一现象的发生，最理想的燃料是（C ）
A．天然气 B．氢气
C．无烟煤 D．汽油
3、酸雨形成的主要原因是（ ）
A．森林破坏乱砍滥伐破坏了生态平衡
B．工业上大量燃烧含硫的燃料
C．大气中二氧化碳含量增加
D．汽车排放大量的尾气
4、除去SO2中少量的SO3，可将混合气体通入（ ）
A．装水的洗气瓶
B．装饱和NaHSO3溶液的洗气瓶
C．装98%浓H2SO4的洗气瓶
D．装NaOH的洗气瓶
5、城市大气中铅污染的主要来源是（ ）
A．铅笔的随意丢弃 B．使用含铅汽油的汽车尾气
C．蓄电池的使用 D．化妆品的大量使用
6、飘尘是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小，不易沉降，它与空气中的SO2和O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气的酸度增加，飘尘所起的作用可能是（ ）
A．氧化剂 B．还原剂
C．催化剂 D．载体
7、在一定温度和压强下，1L气体X和1L气体Y反应后可得到1LSO3（g）和1LNO，且Y是形成光化学烟雾的物质之一。
则X、Y两种气体是（ ）
A．SO2、N2O4 B．SO2、NO2
C．H2S、N2O3 D．SO2、N2O
8、国家决定推广乙醇汽油的应用。
所谓乙醇汽油就是在汽油中加入适量乙醇混合而成的一种燃料。
下列叙述错误的是（ ）
A．乙醇汽油是一种新型化合物
B．汽车使用乙醇汽油能减少有害气体的排放
C．用石油可以制得汽油
D．用玉米、高粱发酵可以制得乙醇
9、空气是人类生存所必需的重要资源。
为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。
下列措施不利于“蓝天工程”建设的是（ ）
A．推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染
B．实施绿化工程，防治扬尘污染
C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染
D．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量
10、有关专家提出了“以废治废”的治理污染新思路，并且起到了一定的成效。
如冶炼钢铁时，为减少煤中硫燃烧生成的二氧化硫所造成的污染，一般是在煤燃烧时添加生石灰或石灰石进行固硫（主要是利用氧化钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙）。
根据这一原理，有人将造纸厂回收的碱白泥（主要成份：
CaCO3和NaOH）掺进煤中进行固硫。
用碱白泥固硫时，下列所写的化学反应可能发生的是（ ）
A．向甲吹气 B．由甲吸气
C．向乙吹气 D．由乙吸气
显示提示
提示：
1、C O2可使用向上排空气法和排水法收集，而CO2只能使用向上排空气法收集。
3、C 将燃着的木条分别伸入瓶中，若是空气，木条继续燃烧；若是氧气，木条燃烧得更旺；若是二氧化碳，木条会熄灭。
4、A 由题知，一氧化氮难溶于水，所以收集—氧化氮气体的方法可以是排水法；一氧化氮能跟空气中的氧气迅速反应生成二氧化氮，所以收集—氧化氮气体不可使用排空气法收集。
5、AB 矿井里有可燃性气体和粉尘，沼气池里有CH4，液化气瓶内装的是石油液化气，这些物质遇到明火，极易燃烧产生爆炸。
因此进矿井，检修气瓶，清理沼气池都不能携带明火。
熔洞内含有大量的CO2气体，探险用火把照明，可给探险者发出危险信号，当火把逐渐熄灭时，说明洞内CO2浓度太高，应停止探险。
解本题极易漏选A，原因是对火把探险的意义不十分清楚。
6、D 本题主要考查CO2的化学性质。
“雪碧”中溶有CO2，部分CO2和水反应可生成碳酸，碳酸能使紫色的石蕊试液变红。
碳酸不稳定受热易分解生成CO2和水。
将少量“雪碧”滴入紫色的石蕊试液中，溶液由紫色变成红色，然后再给溶液加热，碳酸不稳定变成CO2从溶液中逸出，溶液颜色又由红色变成紫色。
故D选项描述的溶液颜色变化正确。
7、D 人工降雨是利用CO2升华时吸热的物理性质；植物的光合作用、制尿素化肥是利用CO2的化肥性质；CO2灭火即利用了CO2不能燃烧也不能支持燃烧的化学性质，又利用了CO2的密度比空气大的物理性质。
8、D D只能证明CO2的密度比空气大的物理性质；B、C只能证明CO2与石灰水、水反应的化学性质；A既证明了CO2不能燃烧也不能支持燃烧的化学性质，又证明CO2的密度比空气大的物理性质。
9、D CO2作气态肥料，是植物光合作用必需物质。
二、综合题
11、某同学设计的制取和收集二氧化碳的装置如图：
（1）写出标号仪器的名称：
a．_____________。
b．_____________，
c．_____________，d．_____________。
（2）指出图中的四处错误：
①__________________________；
②__________________________；
③_______________________________________；
④_______________________________________。
（3）这名同学在改正错误后，发现收集到的气体量不足，无法使位于瓶口的燃着的木条熄灭。
造成其实验失败的可能原因是（写两个）：
__________________________；__________________________。
显示答案
11、
（1）锥形瓶；长颈漏斗；集气瓶；水槽；
（2）①长颈漏斗下端没有伸入液面下 ②导气管伸入发生装置中太长 ③用排水法收集 ④用稀硫酸作反应物
（3）可能装置漏气；可能药品太少
12、“南极的冰化了”，这说的是南极一块叫“拉伸B”的冰架发生坍塌，其断裂的面积比上海市还大，这是大自然又一次发生的警告：
地球正在变暖！
温室效应的影响已经不容忽视。
（1）造成温室效应的主要原因是__________________________。
（2）为了减缓温室效应，我们每个人都可以从自己身边做起，比如说双面使用纸张。
双面使用纸强和减缓温室效应之间的关系是_____________。
（3）请再举出一件你可以做到的有利于减缓温室效应的事情_____________。
显示答案
12、答案：
（1）大量使用矿物燃料所排放的二氧化碳；森林植被的大面积破坏。
（2）节约纸张，就可以节约造纸所消耗的能源，从而减少二氧化碳的排放（或节约纸张，就可以减少造纸所需木材用量，从而保持森林植被的总量，这样可保证吸收更多二氧化碳。
（3）植树造林；不使用一次性木筷；用电子贺卡代替纸质贺卡……
13、小明在实验室里学习制取CO2，他的具体操作步骤如下：
（1）组装仪器后，进行了装置气密性的检查，见下图A。
请你帮他判断一下，这套装置是否漏气？
__________________________。
（2）他从稀H2SO4、稀HCl中选择了一种酸，与石灰石反应制CO2。
想一想他不选另一种酸的理由__________________________。
（3）小明想用图B装置来制取CO2，你认为是否理想？
_____________。
（4）请你告诉他集满CO2的集气瓶，应该_____________（填“正”或“倒”）放在桌面上。
显示答案
13、解析：
（1）由图A看到，浸在水中的导管口有气泡逸出，说明装置不漏气，气密性良好。
（3）B中，气体发生装置符合要求，但不宜用排水法收集二氧化碳。
答案：
（1）不漏气、气密性良好
（2）稀硫酸跟石灰石反应生成CaSO4微溶，覆盖在石灰石表面阻止反应继续进行
（3）不理想（或否）
（4）正
14、请你和小明一起进行实验室制取二氧化碳的探究。
（1）选择药品。
小明对三组药品进行了研究，实验记录如下：
组别
药品
实验现象
①
块状石灰石和稀盐酸
产生气泡速率适中
②
块状石灰石和稀硫酸
产生气泡速率缓慢并逐渐停止
③
碳酸钠粉末和稀盐酸
产生气泡速率很快
从制取和收集的角度分析，一般选择第①组药品，该组药品发生反应的文字表达式为________________________；
（2）选择装置。
通过对制取氧气装置的分析，他选择用过氧化氢制取氧气的发生装置。
你认为他选择的依据是__________________________________。
（3）制取气体。
将药品装入所选装置制取气体，并用向上排空气法收集。
验满方法是____________________________________________________。
（4）气体检验。
将生成的气体通入石蕊溶液中，溶液变红，因此他确定该气体是二氧化碳。
他的检验方法是否正确？
请说明理由。
_________________________________________________________________。
显示答案
14、
（1）碳酸钙+盐酸→氯化钙+水+二氧化碳
（2）固体和液体反应，不需要加热（或反应物状态和反应条件与用过氧化氢制取氧气相同）
（3）将燃着的木条放在机器瓶口，观察火焰是否熄灭
（4）不正确。
其他气体也可能使石蕊溶液变红（或应该用澄清的石灰水检验二氧化碳）
15、下图是实验室中用于制取和收集气体的装置图。
（1）写出上图中带标号仪器的名称：
①_____________，②_____________。
（2）用高锰酸钾制取氧气，发生装置选择____________（填序号，下同），反应的文字表达式是____________，用C装置收集氧气的依据是_____________。
（3）实验室制取二氧化碳，应选用的固体药品是__________，收集装置选择___________。
显示答案
15、
（1）试管；铁架台
（2）A；高锰酸钾
锰酸钾＋二氧化锰＋氧气；氧气不易溶于水
（3）大理石（或石灰石）；E
-END-
课外拓展
泡沫灭火器
泡沫灭火器是人们常见的消防器材之一。
实际使用的泡沫灭火器，常用硫酸铝来代替盐酸（或硫酸），用碳酸氢钠来替碳酸钠，为了发生泡沫，常加入甘草或皂角等作原料制取的液体。
把泡沫灭火器倒转时，两种药液相互混合，发生如下化学反应：
硫酸铝 + 碳酸氢钠 → 硫酸钠 + 氢氧化铝 + 二氧化碳
Al2（SO4）3 NaHCO3 Na2SO4 Al（OH）3 CO2
大量的二氧化碳和发泡剂形成泡沫，从喷嘴中喷射出来，覆盖在燃烧物上，使燃烧物隔绝空气和降低温度，达到灭火的目的。
但是，因为泡沫中含有水分，不宜用于扑救遇水发生燃烧或爆炸的物质（如钾、钠、电石等）；对于电器火灾，要在切断电源后才能使用泡沫灭火器。
干冰的妙用
固体二氧化碳叫“干冰”。
干冰升华时吸收大量热，可用它做致冷剂或用于人工降雨。
在电影和电视里，你常常会看到一些云雾缭绕的幻境。
它们是怎么拍摄出来的呢？
你可能已经想到了，这些云雾是利用干冰由人工制造出来的。
在摄影棚里要用到干冰，干冰蒸发时，吸收大量的热，使空气里的水蒸气凝结成小水滴，于是就形成了人造的云雾。
不过，这些只是“小云”、“小雾”罢了。
如果用飞机从高空中撒布干冰，就能制造大片的云雾。
由于空气中的水蒸气迅速冷凝变成水滴，于是就开始下雨了。
这就是人工降雨的奥秘。
-END-
中考解析
例1、（宿迁市）在实验操作考查中，小明抽到的题目是“二氧化碳的制取、收集和验满”。
下图是他的主要实验步骤，其中操作有误的是（ ）
解析：
倾倒液体时要掌握三要点：
一倒（瓶盖倒放）、二对（标签对手心）、三靠（试剂瓶口紧靠试管口）。
二氧化碳的密度比空气大选用向上排气法。
检验装置气密性时用两手紧握试管外壁，若导气管的另一端有气泡冒出，证明气密性完好。
验满时将燃着的木条放到集气瓶口，若木条熄灭证明收集满了，所以选项D是错的。
答案：
D
例2、（西宁市）下图是实验室制取CO2并检验CO2化学性质的装置。
（1）A是CO2制取装置，反应容器内有石灰石，长颈漏斗内应注入_______；
（2）B内装有澄清的石灰水，观察到的现象是____________；
（3）C内装有紫色石蕊试液，观察到的现象是_______________，用文字表达式表示产生该现象的原因________________________；
（4）D中有两支高度不同的燃着的蜡烛，观察到的现象是______________，说明CO2具有_________________________的性质。
解析：
本题考查的主要知识是CO2的性质。
题目通过一套较完整的实验流程比较全面地反映了CO2能与Ca（OH）2、与H2O反应的化学性质，不支持燃烧的化学性质及密度比空气大的物理性质。
实验现象的描述和相关化学方程式的书写并不难。
解题时应引起注意的是：
第
（1）小问长颈漏斗内应注入的盐酸不能写成“稀硫酸”。
因稀硫酸与CaCO3反应能生成微溶于水的CaSO4，它沉降下来包在大理石表面，能防止反应的继续发生。
第（4）小问第二空不能填“灭火”，若出现此错误答案，则是把CO2不支持燃烧的性质与用途混淆了。
答案：
（1）盐酸
（2）导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊
（3）导管口有气泡冒出，紫色石蕊试液变为红色；二氧化碳+水→碳酸
（4）下面一枝蜡烛火焰先熄灭，上面一枝后熄灭，密度比空气大，既不燃烧，也不支持燃烧
例3、（佛山）如下图所示，某化学兴趣小组利用下列装置进行O2、CO2的实验室制法和有关性质的研究。
（1）写出下列编号仪器的名称：
①__________；②_____________。
（2）甲同学要用KMnO4固体制取O2，应选用上图中的装置______（填编号），该反应的文字表达式是______________。
当O2收集满并取出集气瓶后，停止该实验的正确步骤是先__________，后_________。
（3）乙同学用浓盐酸和大理石在B装置中反应，制取CO2并检验其性质，观察到烧杯中紫色石蕊试液变红。
对这一变化的合理解释是_______（填序号）。
A．产生的CO2直接使石蕊试液变红
B.产生的CO2与水反应生成H2CO3使石蕊试液变红
C.挥发出的HCl溶于水使石蕊试液变红
（4）丙同学用C装置制取了一瓶无色、无味的气体（纯净物），你推测该气体可能是_________；试用最简单的方法证实你的推测：
_______________。
解析：
实验室制取气体的实验成功与否，除了能根据反应原理选择装置外，还要掌握正确的规范操作步骤。
实验室制取氧气并用排水法收集时，水槽中导管的取出与熄灭酒精灯的顺序非常重要。
如果先熄灭酒精灯，试管内的温度降低，管内气体压强减小，水槽中水可能会倒流至试管，造成试管炸裂。
实验室制取二氧化碳应该用稀盐酸与大理石反应，当用浓盐酸时，产生的CO2气体中一定含有HCl气体，当将它们通入紫色石蕊试液时，CO2与水反应生成H2CO3，而HCl溶于H2O生成盐酸，都能使紫色石蕊试液变红。
猜测C装置产生的气体时不要离开题意，并联系O2和CO2的制法和性质。
答案：
（1）①烧杯；②锥形瓶
（2）A；高锰酸钾
锰酸钾＋二氧化锰＋氧气；把导管移出水面；熄灭酒精灯
（3）BC
（4）CO2或O2；用燃着的木条伸入集气瓶中，若木条熄灭则为CO2；若木条燃得更旺则为O2
-END-
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