5.3 二氧化碳的性质和制法
一、知识与技能
知道二氧化碳的主要性质和用途。
二、过程与方法
1.初步学习在实验室制取二氧化碳，了解实验室制备气体的思路和方法。
2．认识自然界中的碳循环；了解并关注温室效应。
二氧化碳的性质。
二氧化碳的实验室制法。
二氧化碳性质的探究过程和方法。
同学们，虽然二氧化碳在空气中所占的体积分数很小，但却有着非常重要的作用。在火灾发生时，消防员叔叔们就会用到二氧化碳泡沫灭火器，他们把灭火器倒过来轻轻磕一下，打开开关，马上会有一股强大的气流从气罐中喷出，使火焰熄灭。二氧化碳为什么可以使火焰熄灭呢？让我们一起走进二氧化碳的世界吧！
1．二氧化碳有何性质
(1)物理性质
实验
现象
结论
①取一瓶二氧化碳气体，观察其颜色、气味、状态
无色无味气体
无色、无味的气体
②如图所示，在铁架台上系一根细木棍，在木棍的两端各挂一个小纸袋，使其保持平衡，向其中一个小纸袋中倒入二氧化碳。观察现象
倒入二氧化碳的一端向下倾斜
密度比空气大
③如图所示，向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡。观察现象
塑料瓶扁了
能溶于水
④如图所示，点燃“阶梯形”铁皮架上的两支小蜡烛，将铁皮架放入烧杯中；从烧杯的一侧向烧杯中倾倒二氧化碳气体。观察现象
蜡烛由下到上依次熄灭
①密度比空气大；②不能燃烧也不支持燃烧
活动与探究：
二氧化碳是无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水。在一定的条件下，能发生三态变化。
(2)化学性质
活动与探究：
知识链接：紫色石蕊试液遇到酸会变成红色。
实验
现象
结论
①用一支试管取少量水，滴加几滴紫色石蕊试液，振荡，观察现象
溶液变成紫色
—
②向上述溶液中通入二氧化碳，观察溶液的颜色变化
溶液变成红色
二氧化碳与水反应生成碳酸CO2＋H2O===
H2CO3
③再把溶液放在酒精灯火焰上加热，又出现什么现象
溶液又变成紫色
碳酸受热分解H2CO3===CO2↑＋H2O
用一支试管取少量澄清的石灰水，再通入二氧化碳气体，观察现象
澄清的石灰水变浑浊
二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙CO2＋Ca(OH)2===
CaCO3↓＋H2O
二氧化碳具有的化学性质：
①不能燃烧，也不支持燃烧。
②能与水反应生成碳酸，CO2＋H2O===H2CO3。
③与氢氧化钙反应生成碳酸钙，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。该反应可用于检验二氧化碳。
④能与单质碳反应生成一氧化碳，C＋CO22CO。
2．实验室怎样制取二氧化碳
(1)药品及反应原理
生物体的呼吸作用可产生CO2；
碳在氧气中燃烧生成CO2；
蜡烛燃烧也可以生成CO2；
煤气或天然气燃烧也可生成CO2；
……
实验室里用什么药品来制取CO2呢？
从原料的来源、价格，操作是否便利，收集到气体的纯度等方面综合考虑：实验室常用稀盐酸跟大理石(或石灰石)在常温下反应来制取二氧化碳。
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
(2)实验装置（发生装置）
实验室里过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的发生装置可以用来制取二氧化碳吗？
都是液体与固体在常温下反应来制取气体，实验室里过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的发生装置可以用来制取二氧化碳。
实验室里制取二氧化碳的简易装置(如下图所示)。
(3)收集方法和验满方法
①收集方法：由于二氧化碳的密度比空气大，能溶于水。可用向上排空气法收集二氧化碳(如左下图所示)。
②收集时验满方法：二氧化碳是无色无味的气体，无法直接观察到集气瓶内是否已经收集满气体。利用二氧化碳不能支持燃烧，能灭火的性质来检验。检验时将燃着的木条放在集气瓶口(如右上图所示)，木条熄灭，证明已经收集满，否则就没有收集满。
3．二氧化碳对生活和环境的影响
(1)二氧化碳的用途
二氧化碳在空气成分中含量虽然很小，但是在生活和生产中有着广泛的用途(如下图所示)。
二氧化碳的用途
(2)二氧化碳对人体健康的影响
二氧化碳虽然没有毒性，但二氧化碳不能供给呼吸。当环境中二氧化碳超过正常含量时，对人体健康产生一定的影响。
空气中二氧化碳的体积分数/%
对人体的影响
感到气闷、头晕、心悸
4～5
感到气闷、头痛、眩晕
使人神志不清、呼吸停止，以致死亡
(3)温室效应
“温室效应”(如下图所示)通常是指空气中的二氧化碳等气体让阳光可以透过，又能吸收地表的红外线辐射，阻止地表热量向外散发，起到类似暖房的玻璃罩或塑料大棚的作用，提高了地表的温度。能产生温室效应的气体除二氧化碳外，还有甲烷、一氧化二氮、氟氯烃化合物、臭氧等。
温室效应
尽管对温室效应及其长期影响还需进一步研究。但是保护人类赖以生存的环境，防止温室效应进一步增强，是整个人类社会的责任。都应减少使用化石燃料，更多的利用太阳能、风能、地热能等清洁能源，大力植树造林等。
4．自然界中的碳循环
碳是构成生物原生质的基本元素，虽然它在自然界中的蕴藏量极为丰富，但绿色植物能够直接利用的仅仅限于空气中的二氧化碳。自然界碳循环的基本过程是：大气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中(如下图所示)。
大气中二氧化碳的产生与消耗
5．实验室制取二氧化碳
(1)药品的选择
①实验室制取二氧化碳所用药品和反应原理：
药品：石灰石或大理石和稀盐酸。
原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
②实验室如何选择制取气体的药品及原理：
在生活和学习中我们发现有许多途径都能生成二氧化碳气体。这些方法并不都适合在实验室里制取二氧化碳。实验室选择制取二氧化碳气体的药品及原理应考虑：
反应条件——节能，易实现
反应速率——适中
药品成本——廉价易得
生成物——纯度高，污染少，便于收集
实验室制取气体应考虑：反应条件、反应速率、药品成本、产生的气体是否便于收集等因素。
(2)发生装置
化学教材中的制取气体装置大多都是简易装置，在实验的操控性、产生气体连续性、气体的量等方面存在不尽完善之处，对实验装置进行改进以弥补不足。如下图所示是把实验室制取二氧化碳简易装置根据需要进行改进示意图。
制气装置改进示意图
改进实验装置是为了使装置装配更合理、操作更简便等，解题时应综合考虑仪器的特点和改进的目的。
6．气体制备装置的选择、净化和收集
(1)气体制备装置的选择
实验装置的选取，主要从反应物的状态、反应条件考虑。气体的收集方法，由生成的气体的物理性质决定。
①反应物为“固＋固”需加热，选择KClO3和MnO2共热、KMnO4加热制取O2的发生装置，如图1。
②反应物为“固＋液”不需加热，选择双氧水和二氧化锰反应制氧气或稀盐酸和大理石制CO2的发生装置，如图2。
③反应物为“气＋固”需加热，暂不研究。
(2)气体的净化(干燥)装置
①干燥装置
液态干燥剂
固态干燥剂
常见干燥剂
浓硫酸
无水氯化钙
碱石灰
装置
可干燥气体
H2、O2、CO2
H2、O2、CO2
H2、O2(不可
干燥
CO2)
注意事项
a进b出(长进短出)
a进b出(大进
小出)
左进右出
②净化装置
A为加热固态试剂以除去气体中杂质的装置，如用灼热的铜丝除氧气。B、C一般盛液体药品，用于洗液，如用浓硫酸除水蒸气，氢氧化钠溶液除CO2气体，气体由a口进b口出。D一般盛固体药品，如用碱石灰吸收水或二氧化碳。
(3)气体的收集方法
①气体不易或难溶于水，采用排水法收集。
②气体的密度比空气大，采用向上排空气法收集；密度比空气小，采用向下排空气法收集。
③有毒气体的收集，若气体不溶于水，采用类似洗气瓶的装置排水收集；若气体易溶于水，同样采用类似洗气瓶的装置排空气收集。密度比空气大的气体导入集气瓶时，“长进短出”；反之，“短进长出”。
一、二氧化碳的性质
1.物理性质：无色、无味的气体。标准状况下密度为1.977g/L。加压降温后变为液体，进而凝固为白色雪状固体，叫做“干冰”。干冰可升华，即由固体直接转化为气体。
2.化学性质
①二氧化碳不燃烧也不支持燃烧
②二氧化碳可溶于水，跟水反应生成碳酸
（碳酸能使紫色石蕊试液变红色）
碳酸不稳定，受热容易发生分解
③二氧化碳跟氢氧化钙反应生成白色的碳酸钙沉淀
（该反应常用来检验二氧化碳）
二、二氧化碳的实验室制法
1.反应原理：大理石或石灰石跟稀盐酸反应
CaCO3
+
2HCl
===
CaCl2
+
H2O
+
CO2↑
2.发生装置：固-液不加热型（同氢气）
让同学们牢记二氧化碳的性质，记住每个制取二氧化碳的方法、步骤，以便实验制取二氧化碳时，能安全顺利的进行，避免安全事故的发生。使同学们能上一节生动、有趣的化学课。
例1某学习小组为了探究CO2性质，设计如下图所示的实验：
取两支试管，充满CO2，将一支试管倒插入水中，另一支试管倒插入Ca(OH)2溶液中。一段时间后出现了如图所示现象。请你推测并叙述二氧化碳有哪些性质？写出有关反应的化学方程式。
答案：二氧化碳能溶于水且发生反应，而生成的碳酸易分解，CO2＋H2O===H2CO3，H2CO3===CO2↑＋H2O；二氧化碳也能与Ca(OH)2反应，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。
例2二氧化碳对生活和环境有着重要影响。下列对二氧化碳利弊的描述中不正确的是(C)
A．二氧化碳可以用来作灭火剂
B．利用固态二氧化碳可以进行人工降雨
C．温室里施用二氧化碳对植物生长不利
D．大气中二氧化碳过多会造成温室效应
例3化学是一门以实验为基础的科学。
(1)根据上图回答：在连接c和d时，使d较易插入c中的措施是将插入橡皮管的导管一端用水湿润；
(2)采用图A所示操作可能造成的后果之一是压破试管(或刺破手)；
(3)图B中的气体发生装置虽然简单，操作方便，但无法控制反应速率。请从图中选取E(选填序号)与a组装成新的气体发生装置，以达到控制反应速率的目的。
1.下列哪种情况不会释放碳进入碳循环中(C)
A．燃烧 B．呼吸作用
C．光合作用D．海洋中沉积物的风化
2.下图是某同学设计的实验室制取二氧化碳的装置，根据此装置回答。
(1)长颈漏斗的下端管口没有浸没在液面下，造成的后果是产生的气体会从长颈漏斗逸出导气管插入液面下；再找出图中另外两个错误导气管插入液面下、用排水法收集。
(2)装置改正后，检验二氧化碳的方法是将产生的气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，说明该气体是二氧化碳。写出实验室制取二氧化碳反应的化学方程式CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
点击咨询