初中化学 16 二氧化碳的制取

1、二氧化碳的性质

要在实验室“召唤”二氧化碳，得先摸清它的“脾气”。从物理性质看，二氧化碳是无色无味的气体，密度比空气大，大约是空气的1.5倍。而且能溶于水，在常温常压下，1 体积水大约能溶解1体积二氧化碳。溶解的二氧化碳大部分会以二氧化碳分子形式存在，只有约1%会和水反应生成碳酸。二氧化碳的化学性质比较稳定—— 不能燃烧，也不支持燃烧，一般不和金属反应，但可以和澄清石灰水反应，通常我们用这个反应来检验生成物究竟是不是二氧化碳。

2、选择合适的反应

实验室制气体时，方法尽量要简单、得到的产物要纯净，其次考要考虑成本。二氧化碳的生成方法有很多，比如碳燃烧、碳酸钙高温分解，但前者会混有氧气或一氧化碳，后者需要高温加热，太麻烦。最优选的是大理石和稀盐酸：大理石主要成分是碳酸钙，和稀盐酸在常温下就能反应，生成氯化钙、水和二氧化碳，这个反应不用加热，而且大理石和稀盐酸都是实验室常见药品，很容易得到，最重要的是花钱少！

大理岩在很多地方随处可见。

这个反应的方程式是：

符号 “↑” 在化学方程式里，表示反应后生成了气体。但要注意，只有当反应物中没有气体，而生成物里有气体时才能标。比如碳酸钙和稀盐酸反应，反应物都是固体和液体，生成的二氧化碳是气体，所以方程式里 CO₂后面标“↑”。如果反应物里已经有气体，生成物的气体就不用标了，比如碳和氧气反应生成二氧化碳，因为氧气是气体，所以 CO₂后面不标“↑”。气体符号是对实验现象的一种“记录”，你需要牢记，化学方程式的发明就是为了记录化学变化。

3、“捕捉”二氧化碳气体

生成了二氧化碳，怎么“抓”住它？因为它能溶于水且和水反应，所以不能用排水法收集。再看密度，二氧化碳的密度是空气的1.5倍，明显比空气重。物理中的密度知识告诉我们，密度小的物体会在上方、密度大的会在下方，就像石头总是会沉在水下，所以将二氧化碳和空气放在一起时，二氧化碳会自然下沉，于是我们采用向上排空气法—— 把集气瓶瓶口朝上，导管伸到瓶底，二氧化碳会 “沉” 在瓶底，把空气从瓶口“挤”出去。

最后我们设计了这样的装置：

当二氧化碳收集完之后，如果你想知道它是否收集满了，还需要检测一下，首先我们知道二氧化碳是看不到的，无色无味，所以肉眼是不能直接观察到瓶内的二氧化碳数量的。但是我们可以利用二氧化碳的性质来检测它是否装满了，比如说拿一个火柴，点燃以后放到瓶口，注意，只放在瓶口。如果木条熄灭就说明集气瓶里装满了二氧化碳。

如果想要检验生成的物体是不是二氧化碳，可以将生成的气体通入澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，说明是二氧化碳，这是利用了二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙的性质。

反应的方程式为：

在化学方程式里，向下的箭头表示反应生成了不溶于水的固体，也就是沉淀。同样地，沉淀也是对化学现象的记录，如果是固体和固体反应生成固体，就不用标箭头。只有当反应在溶液中进行，且生成的固体不溶于水时，才需要在化学方程式中给固体物质标向下的沉淀箭头。

需要注意的是，二氧化硫也能让澄清石灰水变浑浊，在完全未知的情况下，仅用澄清石灰水变浑浊不能100%确定是二氧化碳，因为初中阶段不常提的二氧化硫也会有同样的浑浊现象。如果要更严谨，还需要结合其他性质，比如二氧化硫有刺激性气味。

4、制取纯净的二氧化碳气体

如果想要得到纯净的二氧化碳的话，还需要对上面的这个实验装置进行一下改进，因为盐稀盐酸也会挥发，实验过程中可能会有少量氯化氢气体混入二氧化碳中，而且水也会有一定的蒸发。所以我们需要想办法去除二氧化碳中混入的少量水蒸气和氯化氢气体。先通过饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢气体，因为氯化氢能和碳酸氢钠反应生成二氧化碳，不引入新杂质。

方程式：

之后再通过浓硫酸除去水蒸气，因为浓硫酸有吸水性。这样处理后就能得到较纯净的二氧化碳。除去水蒸气不用写方程式，因为浓硫酸吸水是物理变化。

这两个步骤顺序不能反，否则除完水蒸气后又会接触到碳酸氢钠溶液中的水，导致气体再次带水。

最后的实验装置如图：