啟普發(fā)生器制備二氧化碳及二氧化碳的性質(zhì)探究

1、啟普發(fā)生器制備二氧化碳及二氧化碳的性質(zhì)探究（ 韋春莉 ）一、啟普發(fā)生器制備二氧化碳1 、啟普發(fā)生器是一種實驗室常用的氣體發(fā)生裝置 , 以荷蘭的 D.J. 啟普的姓命 名。它用普通玻璃制成， 構(gòu)造見下圖。 適用于塊狀固體與液體在常溫下反應制取 難溶的氣體 , 如氫氣、二氧化碳 , 硫化氫等。塊狀固體在反應中很快溶解或變成粉 末時, 不能用啟普發(fā)生器。只要生成的氣體難溶于反應液才可 ,如二氧化碳可溶于 水,但難溶于鹽酸 , 故用石灰石與鹽酸反應制二氧化碳時可用啟普發(fā)生器。 啟普發(fā) 生器不能加熱。2 、工作原理（以用稀鹽酸和碳酸鈣固體制取氫氣為例） 打開活塞，容器內(nèi)壓強與外界大氣壓相同， 球形漏斗內(nèi)

2、的稀鹽酸在重力作用 下流到容器中，與碳酸鈣接觸，產(chǎn)生二氧化碳氣體；關上活塞后，由于酸液繼續(xù) 與碳酸鈣接觸， 二氧化碳氣體依然生成， 此時容器內(nèi)部壓強大于外界大氣壓， 壓 力將酸液壓回球形漏斗，使酸液與碳酸鈣脫離接觸，二氧化碳氣體不再產(chǎn)生。3 、使用范圍啟普發(fā)生器是用固體與液體試劑在常溫條件（不用加熱）下起反應制取氣體 的典型裝置。如氫氣、二氧化碳、硫化氫等均可以用它來制取。但對于固體呈粉 末狀或固體與液體相遇后溶解或反應時產(chǎn)生高溫者，如二氧化硫、二氧化氮等， 都不適宜用此裝置制取。（一）啟普發(fā)生器的使用方法1、啟普發(fā)生器的氣密性檢查方法關閉導氣管的活塞， 繼續(xù)從球形漏斗注入水至漏斗 1/2 處

3、時，停止加水， 并 標記水面的位置， 靜置如下圖（圖 1），然后觀察水面是否下降。 若水面不下降，則表明不漏氣。若漏氣，則應檢查原因，可從導氣管活塞、容器和膠塞以及球形 漏斗的連接處去檢查，并加以處理。圖一2、反應中途固體和液體反應的添換方法通常在反應中，固體反應物將近用完或液體（或溶液）濃度變稀時，反應變得緩慢，生成的氣體不夠用，則應添加固體或更換液體（或溶液）。添加固體的方法： 先關閉導氣管的活塞， 將球體內(nèi)的液體壓出， 使其與固體 脫離接觸， 然后用橡皮塞塞嚴球形漏斗的上口 （防止球形漏斗里的液體下降沖入 容器球體部分，使反應發(fā)生）。再拔下導氣管上的塞子，將固體從導氣管塞孔添 加（圖 7

4、），然后，重新塞緊帶導氣管的塞子，再拔下球形漏斗口上的橡皮塞。中途添換液體（或溶液）的方法：比較方便而又常用的一種方法是，關閉導氣管的活塞， 將液體壓入球形漏斗中， 然后用移液管將用過的液體抽吸出來 （圖8）。當然也可用虹吸管吸出液體。吸出的液體量應依需要而定。吸出廢液后，再添加新液體另一種方法是， 從半球體上的下口塞孔放出廢液。 關閉導氣管的活塞， 把液 體壓入球形漏斗中， 然后用橡皮塞塞嚴球形漏斗的上口。 把啟普發(fā)生器先仰著放 在廢液缸上，使下口塞附近無液體，再拔下塞子（戴上橡皮手套或用鉗子去拔， 不要用手直接拔，以免腐蝕皮膚），然后使發(fā)生器下傾，讓廢液緩緩流出。廢液 流出后，再把塞子塞緊

5、，直立啟普發(fā)生器，從球形漏斗口注入新液體（或溶液） （圖 9）。若要搬動或移動啟普發(fā)生器，則要注意用手握住容器的凹進部分所謂 “蜂腰” 圖 10(a) ；或用一手握持容器球形部分的上口頸部，另一只手托住半 球體底部 圖 10(b) ，但絕不能只用一只手握住球形漏斗提著它移動 圖 10(c) ， 這樣，會使容器部分脫落，不僅會損壞儀器，而且可能造成傷害事故。啟普發(fā)生器使用以后， 如放置一段時間再用， 則最好將球形漏斗中的液體試 劑(如酸液等) 用移液管吸出一部分， 剩下的液體即使完全落入半球體也不能與 固體試劑接觸(如圖 11 )，這樣可避免在放置過程中因容器慢慢漏氣，使球形 漏斗中的液體逐漸落

6、入半球體， 以至最后與固體試劑接觸而發(fā)生反應。 這不僅浪 費試劑，還會使反應生成物(如 ZnSO 4、CaCl 2 等)在半球體內(nèi)析出大量結(jié)晶， 甚至在球形漏斗與容器縫隙處形成粘結(jié)，造成洗刷容器的困難。3、注入液體（或溶液）反應物可將液體（或溶液）從球形漏斗注入。注入時應先開啟導氣管的活塞，待注 入的液體一直與固體接觸后， 即關閉導氣管的活塞， 再繼續(xù)加入液體至液體進入 球形漏斗上部球體的 1/4 1/3 處，以便反應時液體可浸沒固體。不要過多，否 則在反應中液體可能沖入導氣管。4、使用完啟普發(fā)生器后，應如何處理使用完啟普發(fā)生器后， 剩余的酸液應從下方的液體傾倒口倒出。 在清洗完啟 普發(fā)生器后

7、，應在磨砂口處放置張紙，防止下次使用時磨砂口粘連。（二）啟普發(fā)生器使用中的常見問題及解決辦法1、若 CaCO3 是粉末狀，應該怎么辦？加一多孔的橡皮圈。從橡皮塞，或從廢自行車內(nèi)膠胎，切下一塊大小合適的 圓形橡皮片，在橡皮片中間打一大孔（能恰好緊套在球形漏斗頸的相應部位）， 大孔周圍打許多小孔或剪成許多小細齒 圖 5（a） ，然后把多孔（或多齒）橡皮 圈套在球形漏斗頸上 圖 5（b） ，裝上容器，使橡皮圈恰好擋在縫隙處。我們也可以選擇簡單且原理易得的方法， 如用打濕的脫脂棉纏繞在球形漏斗 的下端。這樣即縮小了空隙又不影響液體的上升。 也可在孔道上填塞一些玻璃纖 維；或堆放些碎玻璃管，或放置一圈小

8、玻璃球(直徑 78mm)；或用尼龍繩(或 塑料電線外皮)纏繞在球形漏斗頸的合適部位。2、若 CaCO3 是大塊狀固體，應該怎么辦？從容器球形體的上口加入。 取出球形漏斗， 讓容器橫放在桌面上， 將適當大 小的固體從大口裝入球形體內(nèi)， 不要使固體落入半球體中。 裝入固體的量以不超 過球體容積的 1/3 為準圖3(a) 。將球形漏斗插入并插牢 圖 3(b) 后，豎立容 器，輕輕搖動，使固體分布均勻 3(c) 。二、二氧化碳的性質(zhì)實驗實驗設計思想 ： 通過觀察、思考和實驗，對比歸納出二氧化碳的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。 實驗原理 ：二氧化碳密度比空氣大，能溶于水； 通常情況下二氧化碳不能燃燒也不能支持燃燒

9、； 二氧化碳能和水反應生成碳酸，酸能使紫色石蕊變紅； 二氧化碳能與澄清石灰水反應，生成碳酸鈣。實驗目的 ：通過實驗，了解二氧化碳的物理性質(zhì)和用途。 通過實驗及實驗分析，掌握二氧化碳的化學性質(zhì)。 實驗用品 ： 蠟燭、二氧化碳氣體、紫色石蕊試液、澄清石灰水、蒸餾水； 燒杯、試管、玻璃片、滴管等。（一）關于二氧化碳的收集方法的一些思考二氧化碳的制備方法及原理我們都是非常熟悉的， 不再贅述。 現(xiàn)就二氧化碳 的收集方法進行探究。二氧化碳密度比空氣大， 能溶于水， 如果用排水集氣法收集的話， 會使產(chǎn)生 的二氧化碳部分溶解， 溶解的二氧化碳也會和水進行反應造成藥品浪費。 所以理 論上我們在收集二氧化碳氣體時

10、應該選用向下排空氣法收集。而在實際操作中，我們發(fā)現(xiàn)用向上排空氣法收集二氧化碳不適合用來做性質(zhì) 實驗。我們制取二氧化碳時選用的是按體積比 1:3 的鹽酸， 此酸濃度較高， 有揮 發(fā)性。在收集氣體的時候觀察到在第一瓶二氧化碳收集滿的時候有白色的煙霧冒 出，湊近聞時能夠聞到刺鼻的酸味。就此，可以初步斷定，由于選用的鹽酸有揮 發(fā)性，所以我們收集到的二氧化碳氣體中夾雜著氯化氫氣體。 如果將收集到的氣 體不做任何處理就用于性質(zhì)實驗，那么所得的結(jié)論就無法得到合理的解釋。首先，當我們驗證二氧化碳和水反應時，是將生成的二氧化碳氣體通入紫色 的石蕊試液，通過觀察石蕊試液變成玫紅色來證明二氧化碳和水反應生成碳酸。

11、如果將帶有鹽酸的二氧化碳通入水中， 我們就無法得出以上的結(jié)論， 因為我們無 法確定使石蕊試液變成玫紅色的究竟是碳酸還是鹽酸。其次，在當天的實驗過程中， 小組在做到向澄清石灰水中通入二氧化碳中時， 并沒有看到預期的澄清石灰水變渾濁的現(xiàn)象。 根據(jù)上面觀察到的現(xiàn)象， 我們猜測 有可能是氣體的酸性 （氯化氫） 過大，氯化氫和氫氧化鈣反應生成了溶于水的氯 化鈣，導致我們無法看到沉淀。 （也可能是澄清石灰水放置的時間太長，石灰水 已變質(zhì)，要用上課前兩小時新制的石灰水。 還有可能是通入的二氧化碳氣體太少 或太多。）綜上所述，用向上排空氣法收集的二氧化碳氣體是不合適拿來做性質(zhì)實驗的，如果一定要用向上排空氣法來

12、收集氣體，需要將收集到的氣體做進一步的處理， 如將氣體通過裝有碳酸鈉粉末的干燥管等。我們也可以考慮選用排水集氣法來收集二氧化碳。因為氯化氫溶于水，所以 利用排水集氣法收集得到的二氧化碳排除了氯化氫氣體。但排水集氣法會造成二氧化碳的浪費。以下幾個方法可以解決這一問題。1 加大藥品的使用量。2 根據(jù)氣體在水中的溶解隨著溫度的升高而減小這一原理， 選擇排熱水的方 法來收集二氧化碳。3 根據(jù)二氧化碳在飽和碳酸氫鈉溶液中的溶解度較低的原理用排飽和碳酸 氫鈉溶液的方法來收集二氧化碳。（二）二氧化碳的性質(zhì)實驗需注意的一些問題1、傾倒實驗1 最佳視野在做演示實驗時，一定要把最好的視野留給學生，要讓學生能夠清楚

13、的觀察 到實驗現(xiàn)象。選擇小組里一人觀察操作者的操作手法（ 要沿兩支蠟燭中間的燒 杯壁慢慢地倒入， 不能從火焰頂部傾倒； 要將玻璃片蓋上移出 1/3 的瓶口傾倒） 是否準確得體，能否讓觀眾獲得最好的觀察視野。（如圖九）（圖九： 能觀察到兩支蠟燭一上一下， 操作者沿著兩支蠟燭中間的燒杯壁倒， 玻 璃片上移 1/3 ）2 選取合適的傾倒位置選取合適的傾倒位置，最好是在兩支蠟燭的中間。（如圖九）若傾倒位置不 正確會很容易發(fā)生在下面的那支蠟燭先熄滅的尷尬現(xiàn)象。3 控制變量最好選取兩支火焰燃燒情況差不多的蠟燭，使實驗演示更有說服力。4 選取大小合適的燒杯本組在進行此實驗前觀察到其他組因選取了較大的燒杯而導

14、致實驗失敗，于 是本組成員在吸取他組實驗失敗的經(jīng)驗， 選取了一個較小的燒杯， 并成功做成實 驗。我們小組認為大的燒杯不成功的原因有可能是集氣瓶中的二氧化碳不足以使 大燒杯中產(chǎn)生缺氧的環(huán)境而使實驗失敗。2、二氧化碳和水反應的性質(zhì)反應1 排除酸霧對實驗的影響如前所述。（需要將收集到的氣體做進一步的處理，如將氣體通過裝有碳酸 鈉粉末的干燥管等；也可以考慮選用排水集氣法來收集二氧化碳。）2 排除試劑的影響。做石蕊試液在蒸餾水中和自來水中顏色的對照，來判斷哪種液體對反應的影 響較小。從實驗結(jié)果我們可以看出，自來水顯酸性。（如圖十）（圖十：左邊試管裝蒸餾水，右邊試管里裝自來水）所以我們用蒸餾水來做二氧化碳

15、的性質(zhì)實驗。3 空白對照實驗在做二氧化碳和水反應時，需要用蒸餾水做空白對照實驗，這樣才能使得實 驗結(jié)果更準確更直觀。在做顏色變化的反應時， 我們需要用三根手指來拿取試管， 以求使學生獲得最好的觀察視野。 在顏色對比不明顯時， 可以用白紙墊在試管后 幫助學生觀察。（如圖十一）（圖十一： 左邊試管為蒸餾水， 中間試管為通入二氧化碳的蒸餾水， 右邊試管為 加了少量碳酸氫鈉的蒸餾水）3、鎂條和二氧化碳的反應1 鎂條長度對實驗的影響鎂條在氧氣中的燃燒比較劇烈，如果鎂條過短，在二氧化碳中的反應時間過 快，就無法使學生清楚的觀察到反應現(xiàn)象。2 防止污染在做集氣瓶的燃燒實驗時，我們需要將集氣瓶的瓶口用玻璃棒蓋

16、住，防止生 成的產(chǎn)物排放到空氣中，造成污染。4、二氧化碳與澄清石灰水的反應實驗失敗， 并沒能觀察到石灰水變渾濁， 我們猜測有可能是氣體的酸性 （氯 化氫）過大， 氯化氫和氫氧化鈣反應生成了溶于水的氯化鈣， 導致我們無法看到沉淀。(也可能是澄清石灰水放置的時間太長，石灰水已變質(zhì)，要用上課前兩小時新制的石灰水。還有可能是通入的二氧化碳氣體太少或太多。)三、關于整個實驗的一些問題及解答1、實驗室為什么不用石灰石和稀硫酸來制二氧化碳?答：因為稀硫酸與石灰石反應生成的硫酸鈣微溶于水， 其中不溶物就覆蓋在石灰石表面， 是 反應不能進一步進行。大理石或石灰石的主要成分是碳酸鈣。 碳酸鹽跟酸起反應， 一般都有

17、二氧化碳生成。 若選用 可溶性的碳酸鹽(如碳酸鈉等) ，與酸反應速度過快，難以控制；若選用不溶性碳酸鹽(如 碳酸鎂等)，則其來源一般較少。大理石或石灰石與酸反應適中，其在自然界中含量也極其 豐富，價格低廉。所以，選用大理石或石灰石制二氧化碳。2、如何驗證二氧化碳氣體已收集滿？ 答：開始反應片刻后，劃一根火柴，把燃著的火柴放到集氣瓶口的上方， 如果火柴很快熄 滅說明集氣瓶中已經(jīng)受集滿 二氧化碳氣體， 蓋好毛玻璃片， 將集氣瓶口向上放在桌子上備 用。3、如何檢驗久置的石灰水已全都變質(zhì)？答：變質(zhì)后的產(chǎn)物是碳酸鈣及碳酸氫鈣Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OCaCO3+CO2+H2O=2Ca(H

18、CO3)2(1 加入酚酞，如果酚酞沒有變紅，則全部變質(zhì)。(2 過濾沉淀，再通入 CO2，沒有沉淀生成，則全變質(zhì)。(3 加入 CuSO4 溶液，如果沒有藍色沉淀生成，則全變質(zhì)。(4 加 MgCl2 溶液，如果沒有白色沉淀生成，則全變質(zhì)。(5 加鹽酸，有氣體產(chǎn)生說明變質(zhì)；取清液，加CO2 未見沉淀說明完全變質(zhì)。四、二氧化碳性質(zhì)實驗的改進1、實驗方法然后將(1) 取一個三通管， 在三通管的上部和下部各放一張濕潤的藍色石蕊試紙 它與二氧化碳的發(fā)生裝置連接(見圖 4)。(2) 打開分液漏斗的活塞，使之產(chǎn)生 C02。不一會兒，觀察到下部的試紙 B 變紅， 而上部的試紙 A 不變色。證明了 :一氧化碳的密度大于空氣 ;二氧化碳能與水 反應生成碳酸(3) 將一燃著的木條放在二通管的上口， 觀察到木條火焰沒有明顯變化。 再把燃著 的木條放在二通管的下口處， 觀察到木條立即熄滅。 由此既證明了一氧化碳的密 度大于空氣，同時還證明了一氧化碳既不能燃燒，一般也不支持燃燒的性質(zhì)。(4) 完成上述步驟后，將二通管取下，把貼有試紙 B 的那端放在酒精燈火焰上加 熱(見圖 5)。很快觀察到