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1、比较作者：刘和平熊晨马宏佳来源：化学教与学2015年第06期图I C6发生与除杂装置氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液压强传感器二氧化碳图2C0与NaOll反应压强记录装置图3压强记录装置实物图摘要：利用稀盐酸和碳酸钙反应制备二氧化碳气体，分别用排水法、向上排空气法（计时 收集）和向上排空气法（点燃火柴棒验满）三种方法进行收集，再在密闭条件下使二氧化碳气 体与5molL-l氢氧化钠溶液完全反应，并利用压强传感器测定体系压强变化，经换算可得知 不同方法所收集的二氧化碳纯度。结果显示，排水法收得的二氧化碳纯度最高，通过火柴棒验 满收得的二氧化碳纯度最低。关键词：二氧化碳的纯度；压强传感器；向上排空气法；排水
2、法文章编号：1008-0546 （2015） 06-0096-02中图分类号：G633.8文献标识码：B一、问题的提出二氧化碳是我们熟知的气体，实验室制备二氧化碳是初中化学教学中的一个重点内容。在 现行的由人民教育出版社出版的义务教育教科书化学（九年级上册）中，对于二氧化碳 气体的收集，采用的是向上排空气法1。至于为什么没有采用排水法，2001 年程明荣主编人 民教育出版社的九年义务教育三年制初级中学课本化学（全一册）中解释到：根据二氧化碳 的性质，它可溶于水生成碳酸，因此通常不采用排水集气法，而采用排空气集气法2。但是，在现行的由人民教育出版社出版的义务教育教科书化学（九年级上册）还给 出了
3、这样一个实验：利用排水法收集人呼出的气体，再向收集的气体中滴加澄清石灰水，振荡 后发现澄清石灰水变浑浊从而证明呼出的气体中存在二氧化碳。而人呼出的气体中二氧化碳浓 度只有 4.1%左右3，既然这么低纯度的二氧化碳都可以用排水法收集，所以实验室制得的二 氧化碳同样应该可以用排水法收集。已经有研究者通过实验得出结论，使用排水法收集制得的二氧化碳气体也是可行的4-6， 本研究将使用数字化实验设备，对上述三种方法收集到的二氧化碳的纯度进行测定，以比较各 方法的收集效果。二、实验药品与仪器实验药品：1 molL-1稀盐酸、碳酸钙粉末、饱和碳酸氢钠溶液、5 moLL-1氢氧化钠溶液实验器材：锥形瓶（为了和
4、压强传感器配套的橡皮塞相适用，本实验用锥形瓶代替集气瓶 作为CO2的收集装置）、分液漏斗、双孔塞、玻璃导管、橡皮管、玻璃片、火柴、水槽、注 射器、压强传感器三、实验装置图四、实验过程1. 在两个锥形瓶中分别加入碳酸钙粉末和饱和碳酸氢钠溶液；2. 按照上图所示，连接实验装置，并检查装置的气密性；3. 将塞子塞紧，向分液漏斗中加入稀盐酸；4. 打开分液漏斗，让稀盐酸与碳酸钙粉末发生化学反应，并用如下三种方法收集产生的 CO2气体；方法一：当C02发生装置开始产生C02气体15s后（排去装置中的空气），用排水法收 集CO2气体备用，并记录从收集到集满CO2气体所要的时间t ；方法二：当CO2发生装置
5、开始产生CO2气体15s后，用向上排空气法收集，收集时间用 方法一所用的平均时间 t0；方法三：当CO2发生装置开始产生CO2气体15s后，用向上排空气法收集，并且在收集 的过程中将一点燃的火柴棒放在锥形瓶瓶口，待火柴棒熄灭（视为二氧化碳收集满）立即盖上 玻璃片备用。5. 将吸有20 mL 5 moLL-1的氢氧化钠溶液的注射器与压强传感器密封连接，再缓慢插入 已经收集好二氧化碳气体的锥形瓶上；6. 将注射器中的氢氧化钠溶液注入锥形瓶中，同时在计算机显示器上观察瓶内气压变化情 况。五、实验结果六、计算、分析与结论初始气压大约为104.2 kPa。使用排水法收集三组二氧化碳气体，平均用时t0=9
6、3s。在二氧化碳被5 mol.L-1氢氧化钠 溶液吸收后，瓶内气压分别降低至约9.6kPa、9.2kPa、9.2kPa，取平均值9.3 kPa, CO2的纯度 为（1-） x100%=91.1%。同理得方法二收集的CO2的纯度为（1-） x100%=69.5%。方法三收集的CO2的纯度为（1-） x100%=61.9%。由以上数据可以分析出以下结论：（1）在相同的时间内,通过排水法收集要比向上排空气法收集的二氧化碳气体纯度高；（2）在中学化学实验中,常用的火柴棒验满方法并不能收集到满瓶的二氧化碳,因为通 过实验发现当火柴棒熄灭的时候锥形瓶中二氧化碳的浓度只有61.9%；（3）利用排水法收集CO
7、2气体，速度快、纯度高（达到91.1%），是完全可以用于二氧 化碳收集的，并不是通常理解的由于CO2溶于水而不能用排水法收集。七、总结通过利用排水法和两种不同的向上排空气法相比较可以发现，排水法要比向上排空气法收 集的C02纯度高，并且实验操作简单无需验满，因而可以利用排水法收集二氧化碳。但是， 在对中学生解释时由于会和排水法的适用条件（不易溶于水且不与水反应7）相违背，所以 可以采取以下解释：虽然CO2溶于水，但它的溶解性不高并且溶解速率较低。在二氧化碳大量通入水中时， 虽然有少量会溶于水，但更多的二氧化碳是逸出的，可以用排水法来收集。通过本实验证明出排水法同样可以收集二氧化碳气体在中学教学
8、上具有重要意义，可以让 学生们充分认识到“化学是一门以实验为基础的自然科学”，让学生们不死读书，读书又不尽信 书，从而有助于学生们批判性思维的养成，同时通过实验启发学生的创造性思维，提高设计探 究性实验的技能。参考文献1王晶，郑长龙主编义务教科书九年级化学（上册）M.北京：人民教育出版社， 2012：113-1142程明荣主编九年义务教育三年制初级中学课本化学（全一册）M.北京：人民教育 出版社， 2001： 93-943张光明生理学J.北京：人民卫生出版社，1989 : 1074杨开平二氧化碳气体能用排水法收集吗J.实验教学与仪器，2013，30 （5）5毛明关于二氧化碳的两种实验室收集方法的教学研究J.化学教学，2013，（5）6郁学梅实验室二氧化碳气体的收集及检测方法再研究J.化学教学，2014，（7）7王祖浩主编义务教育九年级教科书化学（上册）M.上海：上海教育出版社， 2001： 41-42
排水法与向上排空气法收集二氧化碳的效果比较
