第三节 奇妙的二氧化碳
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知识梳理
一、自然界中的二氧化碳
大气中二氧化碳增多的原因：①人类消耗的_______急剧增加，排放到空气中的二氧化碳增多。②_______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_______，对人类的生存环境会产生不良影响。
答案:含碳燃料 植被 温室效应
二、二氧化碳的物理性质
标准状况下二氧化碳是一种_______、_______、密度比空气_______、_______溶于水的气体。加大压强、降低温度能变成固体，俗称“_______”。干冰_______时吸收大量的热。
二氧化碳灭火器中装的_______是二氧化碳。
答案:无色 无味 大 能 干冰 升华 液态
三、二氧化碳的化学性质
1.不能，______也不支持_______,也不支持_______。
二氧化碳能使燃着的木条_______，说明它既不能燃烧也不支持燃烧。
2.与水反应生成_______。
若把二氧化碳通入紫色石蕊试液中，发生的现象为______________，发生反应的文字表达式为：______________，符号表达式为：______________。若把上述溶液加热，可以观察到的现象为_______，说明碳酸_______分解，所以，实验室里没有碳酸存在。
3.与澄清石灰水反应
若把二氧化碳通入澄清石灰水中，可以观察到的现象为______________。
发生反应的符号表达式为：_______ +Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
答案:1.燃烧 燃烧 呼吸 熄灭
2.碳酸 紫色石蕊试液变成红色 水+二氧化碳碳酸 H2O+CO2H2CO3 溶液由红色变成紫色 易
3.澄清石灰水变浑浊 CO2
四、二氧化碳的用途
因为它不支持_______，不能_______，而且密度比空气的密度_______，所以可用来_______；能参与_______，可用来作气体肥料；能与水、食盐等生成纯碱等物质，可作化工原料；干冰升华吸收大量热量，可作_______，冷藏食物或人工降雨、制造云雾等。
答案:燃烧 燃烧 大 灭火 光合作用 制冷剂
五、二氧化碳的实验室制法
1.药品
实验室制取二氧化碳所需要的药品是_______。
2.反应原理
文字表达式可表示为：_____________。
符号表达式为：
CaCO3+HClCaCl2+H2O+CO2↑
3.实验装置
制二氧化碳时反应物都是_______体和_______体，反应_______加热，所以用过氧化氢和二氧化锰制氧气的发生装置。需要的仪器可以是：大试管、铁架台、带导管的单孔塞。
也可以用下列仪器：锥形瓶、长颈漏斗、带导管的双孔塞。
因为二氧化碳的密度比空气_______，且_______溶于水，还和水发生化学反应，故只能采用_______收集。
图2-13
4.二氧化碳的检验与验满方法
(1)检验：可用澄清的石灰水检验。方法是将被检验气体通入澄清石灰水中，若澄清的石灰水变_______，证明是二氧化碳，否则不是。
(2)验满：把燃着的木条伸到集气瓶口，若木条_______，证明已收集满；否则，未满。
5.一般采取的操作步骤
(1)连接仪器，检查装置的气密性；(2)装入块状的大理石或石灰石；(3)倒入稀盐酸；(4)用向上排空气法收集二氧化碳。
答案:1.石灰石（或大理石）和稀盐酸
2.碳酸钙+盐酸氯化钙+水+二氧化碳
3.固 液 不 大 能 向上排空气法
4.(1)浑浊 (2)熄灭
六、二氧化碳的工业制法
原理：高温煅烧石灰石，生产生石灰，副产品是二氧化碳。
碳酸钙氧化钙+二氧化碳
七、化合反应和分解反应
化合反应是______________。
分解反应是______________。
答案:两种或两种以上物质反应生成另一种物质的反应 一种物质反应生成两种或两种以上其他物质的反应
疑难突破
实验室能够产生二氧化碳的途径有多种，如：碳的燃烧、木炭还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铜、高温分解石灰石、含碳化合物的燃烧、碳酸钠与稀盐酸的反应，以及大理石与稀硫酸的反应等等，为什么单单选用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应呢？
剖析：碳的燃烧，木炭还原氧化铜，一氧化碳还原氧化铜，高温分解石灰石制二氧化碳成本高、操作麻烦、纯度低，不适宜于实验室制取二氧化碳。而碳酸钠与稀盐酸的反应速率太快，不易收集。大理石（或石灰石）是块状固体，碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙，不易溶于水，覆盖在碳酸钙表面，阻隔了硫酸与碳酸钙的接触，所以反应很快停止了。
选用大理石（或石灰石）与稀盐酸的反应制取二氧化碳的理由是：石灰石（或大理石）与稀盐酸反应不需加热，而且反应速率适中，易于收集。
问题探究
问题1:石蕊是一种色素，遇酸变成红色。为了验证二氧化碳不仅能溶于水，而且能与水反应生成碳酸(CO2+H2OH2CO3),你可设计什么实验来证明该反应的发生呢？
探究：如图所示，取四朵用紫色石蕊试液染成紫色的干燥的小纸花，进行实验。
图2-14
①用装有稀醋酸的喷水器向第一朵花喷稀醋酸。现象：紫色石蕊纸花变成红色。结论：紫色石蕊遇酸变红色。
②用装有蒸馏水的喷水器向第二朵花喷蒸馏水。现象：紫色石蕊纸花没有发生变化。结论：水不能使石蕊变颜色。
③将第三朵花直接放入盛有二氧化碳的集气瓶中。现象：紫色石蕊纸花没有发生变化。结论：二氧化碳不能使石蕊变颜色。
④用装有蒸馏水的喷水器向第四朵花喷水后，再将喷有水的花放入另盛有二氧化碳的集气瓶内。现象：紫色石蕊纸花变成红色。结论：二氧化碳与水反应生成碳酸。
问题2:设计一个化学实验，证明二氧化碳的温室效应。
图2-15
探究：方案一：如上图所示，取两个完全相同的塑料瓶，瓶口加塞子，插入玻璃管（红墨水封在管中），其中一个瓶为空气，另一瓶中充入高浓度二氧化碳，同时放在阳光中照射，一段时间后，盛高浓度二氧化碳瓶中的红墨水比另一瓶上升得快，表明其温度升高快，气体受热膨胀。证明二氧化碳对太阳光热量吸收率比空气高。
方案二：如下图所示的两个瓶共用一根玻璃管，一滴水滴（红墨水），在阳光下照射观察水滴移动情况。
图2-16
典题精讲
例1:如图2-17所示是证实植物进行光合作用的实验装置。取一个大烧杯装入大半杯水，烧杯内放入一些金鱼藻，并通入一定量的气体a，静止一段时间后，用漏斗罩住金鱼藻，然后将盛满水的试管倒置于漏斗上，过一会儿，试管内有许多气泡产生，管内液面下降，根据这一实验，完成下列问题：
图2-17
（1）写出实验室制取气体a的化学方程式__________________________。
（2）通入气体a的目的是_____________。
（3）当试管内的液面处于图示位置时，则试管内的气体压强_____________外界大气压强（选填“大于”“等于”或“小于”）。
（4）试管内的气体可用_____________来检验。
（5）欲达到该实验目的，装置必须置于有_____________环境中。
思路解析
植物进行光合作用的条件是要有二氧化碳气体和光照，故通入的气体a应为二氧化碳气体；实验室通常用石灰石和盐酸反应来制取CO2气体，通入气体a的目的是让植物吸收CO2气体以进行光合作用；光合作用的结果产生了氧气，而氧气不易溶于水，故试管内的气体为氧气，其压强小于外界大气压强；试管内的气体是氧气，可用带火星的木条检验；植物进行光合作用的另一条件是要有光照，所以必须在有阳光的环境中。
答案:（1） CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
（2）让植物吸收二氧化碳进行光合作用 （3）小于
（4）带火星的木条 （5）阳光（光照）
例2:某兴趣小组用图2-19所示的装置做有关二氧化碳气体的实验。某同学将收集满二氧化碳气体的试管倒插入盛有紫色石蕊试液的水槽中，并轻轻振荡试管。
图2-19
（1）描述产生的现象：_____________。
（2）写出反应的符号表达式：______________。
思路解析
二氧化碳与水发生反应，生成碳酸，使紫色石蕊试液变红；试管中气体体积减小，气体压强减小，外界大气压把水压入试管中，形成一段水柱。
答案:（1）试管内形成一段红色水柱
（2）CO2+H2OH2CO3
知识导学
在学习这节课之前，需要复习氧气的实验室制法和性质。
减少大气中二氧化碳增多的措施：①改善燃料的结构：减少使用化石燃料，更多使用清洁能源。如太阳能、核能、风能、潮汐能。②增强大自然的自净能力，如大力植树造林，禁止乱砍滥伐森林等。
其密度通过倾倒二氧化碳熄灭蜡烛的实验来认识，其溶解性结合课本小实验和制汽水等生活实例理解。
干冰不是冰，而是固态二氧化碳。
不支持燃烧是相对的，指它不支持非还原性物质燃烧，却能支持一些还原性很强的（如活泼金属镁）物质燃烧。
把二氧化碳通入紫色石蕊试液中，紫色石蕊试液变成红色，不是二氧化碳的作用，而是生成的碳酸的作用。这地方比较容易出错。
碳酸不稳定容易分解。
CO2能使澄清石灰水变浑浊可用来检验二氧化碳的存在。
二氧化碳能参与光合作用，是自然界中消耗二氧化碳的主要方式。
药品的选用要注意：
(1)不能选用浓盐酸，因浓盐酸挥发性太强，能挥发出大量的氯化氢气体，使制得的二氧化碳不纯。
(2)不能选用硫酸，因硫酸与碳酸钙反应生成微溶性的硫酸钙沉淀包在碳酸钙的表面，会阻止反应继续进行。
(3)不能用碳酸钠、碳酸钾代替大理石或石灰石，因为它们易溶于水，反应速率大，难以收集。
确定气体发生装置应考虑的因素是反应物的状态和反应条件。据此，气体发生装置可分为以下两种类型：
一类是：固体与固体需加热制取气体的发生装置。如用高锰酸钾加热制氧气，需要的仪器有：大试管、酒精灯、铁架台、带导管的单孔塞等。
另一类是：固体与液体不需要加热制取气体的发生装置。如用过氧化氢和二氧化锰制氧气，需要的仪器可以是：大试管、铁架台、带导管的单孔塞。也可以用下列仪器：锥形瓶、长颈漏斗、带导管的双孔塞。
用排空气法收集气体时还应注意三点：
第一，所收集气体若有毒性，能用排水法就不要用排空气法，以防污染空气。
第二，导管必须伸到集气瓶底部，这样才能把集气瓶内的气体充分排净。
第三，如果不知道所收集气体的密度，可计算其相对分子质量，再与空气的平均相对分子质量29比较，比29大的密度就比空气的大，比29小的密度就比空气的小。
二氧化碳的检验与验满方法不同。检验是验证这种气体是否是二氧化碳，需通入澄清的石灰水中，看是否变浑浊。而验满是将燃着的木条伸到集气瓶口，若木条熄灭，证明已收集满；否则，未满。
制取气体时，一般要先检查装置气密性；装药品时，一般先装固体药品，再装液体药品。
氧化钙俗称生石灰。
化合反应和分解反应都属于化学反应，而且属于基本反应类型。
化合反应要求多变一，分解反应要求一变多。
疑难导析
实验室制取气体选择药品的原则一般遵循：①药品来源广、价廉 ②条件：装置、操作简单 ③产气速率适中、纯度高 ④安全，副产物污染小或零污染。
要说明碳的燃烧，木炭还原氧化铜，一氧化碳还原氧化铜，高温分解石灰石制二氧化碳不符合原则①②③；碳酸钠与稀盐酸的反应不符合原则②；碳酸钙与稀硫酸反应不能进行。分析清楚产生二氧化碳的各种途径：碳的燃烧、木炭还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铜、高温分解石灰石、含碳化合物的燃烧、碳酸钠与稀盐酸的反应，以及大理石与稀硫酸的反应等等是否符合实验室制取气体的原则即可。
问题导思
这是一道验证二氧化碳与水反应生成酸性物质的探究题目。我们可以采用排除的方法。
利用大家都比较熟悉的知识点，向石蕊试液中通入二氧化碳以后，石蕊试液也可变成红色。我们首先通过实验（Ⅰ）说明酸可以使石蕊试液变成红色；又通过实验（Ⅱ）证明水不能使紫色石蕊试液变成红色；在实验（Ⅲ）中又证明了干燥的二氧化碳也不能使紫色石蕊变成红色。因此我们可以推断，既然水和二氧化碳都不能使紫色石蕊试液变红色，那么二氧化碳的溶液中除了水和二氧化碳以外，还应有其他新物质。由于酸能使紫色石蕊试液变成红色，所以我们可以推断有碳酸生成。
因为我们已经知道，在二氧化碳溶液中存在二氧化碳和水，只要排除了这两种物质可以使紫色石蕊变成红色，就可以说明二氧化碳与水反应生成酸性物质。
有比较容易出错的地方：把实验设计成直接将二氧化碳通入紫色石蕊试液中，这样并不能证明二氧化碳与水发生了反应。
二氧化碳吸收太阳光的热量不散失，使体系温度升高。设计实验要与普通空气对比验证二氧化碳有温室效应，此实验是人们研究地球温室效应的实验基础。
方案一的设计思路是利用在阳光照射下充入高浓度二氧化碳的塑料瓶比充入空气的的塑料瓶的温度高，使得封在管中的红墨水发生移动，通过移动的方向是向上还是向下可以验证二氧化碳有温室效应。
方案二的设计思路是利用在阳光照射下充入高浓度二氧化碳的塑料瓶比充入空气的的塑料瓶的温度高，使得封在管中的红墨水发生移动，通过移动的方向是向左还是向右可以验证二氧化碳有温室效应。
典题导考
绿色通道
这是一道化学与生物相结合的题目，应用生物学科上的光合作用知识解答化学问题，是解决此类题目的关键。光合作用需要吸收二氧化碳，释放出氧气。
黑色陷阱
要知道植物进行呼吸作用时，吸收氧气，呼出二氧化碳，正好与光合作用相反。
典题变式
如图2-18所示装置，可用来证明绿色植物在呼吸过程中有二氧化碳生成。试完成下列问题：
图2-18
(1)A处锥形瓶所起的作用是______________。
(2)B处锥形瓶内石灰水的作用是__________。
(3)C处玻璃罩为什么不能透光？__________。
（4）能表示这个实验获得成功的两个主要现象是和_______。_______
（5）D处锥形瓶内发生反应的符号表达式：_____________________。
答案:（1）吸收空气中的二氧化碳
（2）证明通入的空气中已经没有二氧化碳
（3）让绿色植物在暗处只能进行作用
（4）B中的澄清石灰水不变浑浊 D中的澄清石灰水变浑浊
(5)CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
黑色陷阱
解此类题时往往不一定想得那么全面，有的同学只想到紫色石蕊试液变成红色，而忽略了液面的上升。
典题变式
将一充满干燥、纯净二氧化碳的试管倒置于饱和氢氧化钙溶液中，观察到的现象是_______；写出反应的符号表达式______________。
图2-20
答案:溶液进入试管，且最终充满整个试管，进入试管的溶液变浑浊 CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O