制取碳的氧化物的实验装置

⑨ 二氧化碳制取装置

二氧化碳（carbon dioxide），一种碳氧化合物，化学式为CO2，化学式量为44.0095[1]，常温常压下是一种无色无味[2]或无色无嗅而其水溶液略有酸味[3]的气体，也是一种常见的温室气体[4]，还是空气的组分之一（占大气总体积的0.03%-0.04%[5]）。在物理性质方面，二氧化碳的熔点为-56.6℃，沸点为-78.5℃，密度比空气密度大（标准条件下），溶于水。在化学性质方面，二氧化碳的化学性质不活泼，热稳定性很高（2000℃时仅有1.8%分解），不能燃烧，通常也不支持燃烧，属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，因与水反应生成的是碳酸，所以是碳酸的酸酐。[2][3]

二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得，主要应用于冷藏易腐败的食品（固态）、作致冷剂（液态）、制造碳化软饮料（气态）和作均相反应的溶剂（超临界状态）等。[2]关于其毒性，研究表明：低浓度的二氧化碳没有毒性，高浓度的二氧化碳则会使动物中毒。[6]

中文名
二氧化碳
外文名
carbon dioxide
别名
碳酸气、碳酸酐、干冰（固态）等[7]
化学式
CO2
分子量
44.0095[1]
快速
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分子结构

理化性质

产生途径

制备方法

主要应用

计算化学数据

安全措施

相关法规
研究简史
原始社会时期，原始人在生活实践中就感知到了二氧化碳的存在，但由于历史条件的限制，他们把看不见、摸不着的二氧化碳看成是一种杀生而不留痕迹的凶神妖怪而非一种物质。[10]
3世纪时，中国西晋时期的张华（232年－300年）在所著的《博物志》一书记载了一种在烧白石（CaCO3）作白灰（CaO）过程中产生的气体，这种气体便是如今工业上用作生产二氧化碳的石灰窑气。[10]
17世纪初，比利时医生海尔蒙特（即扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特，Jan Baptista van Helmont，1580年－1644年）发现木炭燃烧之后除了产生灰烬外还产生一些看不见、摸不着的物质，并通过实验证实了这种被他称为“森林之精”的二氧化碳是一种不助燃的气体，确认了二氧化碳是一种气体；还发现烛火在该气体中会自然熄灭，这是二氧化碳惰性性质的第一次发现。不久后，德国化学家霍夫曼（即弗里德里希·霍夫曼，Friedrich Hoffmann，1660年－1742年）对被他称为“矿精（spiritus mineralis）”的二氧化碳气体进行研究，首次推断出二氧化碳水溶液具有弱酸性。[10]
1756年，英国化学家布莱克（即约瑟夫·布莱克，Joseph Black，1728年－1799年）第一个用定量方法研究了被他称为“固定空气”的二氧化碳气体，二氧化碳在此后一段时间内都被称作“固定空气”。[11]
1766年，英国科学家卡文迪许（即亨利·卡文迪许，Henry Cavendish，1731年－1810年）成功地用汞槽法收集到了“固定空气”，并用物理方法测定了其比重及溶解度，还证明了它和动物呼出的和木炭燃烧后产生的气体相同。[12]
1772年，法国科学家拉瓦锡（即安托万-洛朗·拉瓦锡，Antoine-Laurent de Lavoisier，1743年－1794年）等用大火镜聚光加热放在汞槽上玻罩中的钻石，发现它会燃烧，而其产物即“固定空气”。同年，科学家普里斯特利（即约瑟夫·普里斯特利，Joseph Priestley，1733年－1804年）研究发酵气体时发现：压力有利于“固定空气”在水中的溶解，温度增高则不利于其溶解。这一发现使得二氧化碳能被应用于人工制造碳酸水（汽水）。[12]
1774年，瑞典化学家贝格曼（即托贝恩·奥洛夫·贝格曼，Torbern Olof Bergman，1735年－1784年）在其论文《研究固定空气》中叙述了他对“固定空气”的密度、在水中的溶解性、对石蕊的作用、被碱吸收的状况、在空气中的存在、水溶液对金属锌、铁的溶解作用等的研究成果。[11]
1787年，拉瓦锡在发表的论述中讲述将木炭放进氧气中燃烧后产生的“固定空气”，肯定了“固定空气”是由碳和氧组成的，由于它是气体而改称为“碳酸气”。同时，拉瓦锡还测定了它含碳和氧的质量比（碳占23.4503%，氧占76.5497%），首次揭示了二氧化碳的组成。[10] [11]
1797年，英国化学家坦南特（即史密森·坦南特，Smitbson Tennant，1761年－1815年，[13] 又译“台耐特”[14] 等）用分析的方法测得“固定空气”含碳27.65%、含氧72.35%。[10]
1823年，英国科学家法拉第（即迈克尔·法拉第，Michael Faraday，1791年－1867年）发现加压可以使“碳酸气”液化。同年，法拉第和戴维（即汉弗里·戴维，Humphry Davy，1778年－1829年，又译“笛彼”）首次液化了“碳酸气”。[15] [16] [17]
1834年或1835年，德国人蒂罗里尔（即阿德里安·让·皮埃尔·蒂罗里尔，Adrien-Jean-Pierre Thilorier，1790年－1844年，又译“蒂洛勒尔”、“狄劳里雅利”[18] 、“奇洛列”[19] 等）成功地制得干冰（固态二氧化碳）。[20] [21]
1840年，法国化学家杜马（即让-巴蒂斯特·安德烈·杜马，Jean-Baptiste André Dumas，1800年－1884年）把经过精确称量的含纯粹碳的石墨放进充足的氧气中燃烧，并且用氢氧化钾溶液吸收生成的“固定空气”，计算出“固定空气”中氧和碳的质量分数比为72.734：27.266。此前，阿伏伽德罗（即阿莫迪欧·阿伏伽德罗，Amedeo Avogadro，1776年8月9日—1856年7月9日）于1811年提出了假说——“在同一温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。”化学家们结合氧和碳的原子量得出“固定空气”中氧和碳的原子个数简单的整数比是2：1，又以阿伏伽德罗于1811年提出的假说为依据，通过实验测出“固定空气”的分子量为44，从而得出“固定空气”的化学式为CO2，与此化学式相应的名称便是“二氧化碳”。[11]

⑩ 谁知道化学H2，O2，CO2的制取反应方程式，装置和反映类型

一、 氧气的性质：

（1）单质与氧气的反应：（化合反应）

1. 镁在空气中燃烧：2Mg + O2 点燃 2MgO

2. 铁在氧气中燃烧：3Fe + 2O2 点燃 Fe3O4

3. 铜在空气中受热：2Cu + O2 加热 2CuO

4. 铝在空气中燃烧：4Al + 3O2 点燃 2Al2O3

5. 氢气中空气中燃烧：2H2 + O2 点燃 2H2O

6. 红磷在空气中燃烧（研究空气组成的实验）：4P + 5O2 点燃 2P2O5

7. 硫粉在空气中燃烧： S + O2 点燃 SO2

8. 碳在氧气中充分燃烧：C + O2 点燃 CO2

9. 碳在氧气中不充分燃烧：2C + O2 点燃 2CO

（2）化合物与氧气的反应：

10. 一氧化碳在氧气中燃烧：2CO + O2 点燃 2CO2

11. 甲烷在空气中燃烧：CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O

12. 酒精在空气中燃烧：C2H5OH + 3O2 点燃 2CO2 + 3H2O

（3）氧气的来源：

13．玻义耳研究空气的成分实验 2HgO 加热 Hg+ O2 ↑

14．加热高锰酸钾：2KMnO4 加热 K2MnO4 + MnO2 + O2↑（实验室制氧气原理1）

15．过氧化氢在二氧化锰作催化剂条件下分解反应： H2O2 MnO22H2O+ O2 ↑（实验室制氧气原理2）

二、自然界中的水：

16．水在直流电的作用下分解（研究水的组成实验）：2H2O 通电 2H2↑+ O2 ↑

17．生石灰溶于水：CaO + H2O === Ca(OH)2

18．二氧化碳可溶于水： H2O + CO2=== H2CO3

三、质量守恒定律：

19．镁在空气中燃烧：2Mg + O2 点燃 2MgO

20．铁和硫酸铜溶液反应：Fe + CuSO4 === FeSO4 + Cu

21．氢气还原氧化铜：H2 + CuO 加热 Cu + H2O

22. 镁还原氧化铜：Mg + CuO 加热 Cu + MgO

四、碳和碳的氧化物：

（1）碳的化学性质

23. 碳在氧气中充分燃烧：C + O2 点燃 CO2

24．木炭还原氧化铜：C+ 2CuO 高温 2Cu + CO2↑

25． 焦炭还原氧化铁：3C+ 2Fe2O3 高温 4Fe + 3CO2↑

（2）煤炉中发生的三个反应：（几个化合反应）

26．煤炉的底层：C + O2 点燃 CO2

27．煤炉的中层：CO2 + C 高温 2CO

28．煤炉的上部蓝色火焰的产生：2CO + O2 点燃 2CO2

（3）二氧化碳的制法与性质：

29．大理石与稀盐酸反应（实验室制二氧化碳）：

CaCO3 + 2HCl === CaCl2 + H2O + CO2↑

30．碳酸不稳定而分解：H2CO3 === H2O + CO2↑

31．二氧化碳可溶于水： H2O + CO2=== H2CO3

32．高温煅烧石灰石（工业制二氧化碳）：CaCO3 高温 CaO + CO2↑

33．石灰水与二氧化碳反应（鉴别二氧化碳）：

Ca(OH)2 + CO2 ==== CaCO3 ↓+ H2O

（4）一氧化碳的性质：

34．一氧化碳还原氧化铜：CO+ CuO 加热 Cu + CO2

35．一氧化碳的可燃性：2CO + O2 点燃 2CO2

其它反应：

36．碳酸钠与稀盐酸反应（灭火器的原理）:

Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + H2O + CO2↑

五、燃料及其利用：

37．甲烷在空气中燃烧：CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O

38．酒精在空气中燃烧：C2H5OH + 3O2 点燃 2CO2 + 3H2O

39． 氢气中空气中燃烧：2H2 + O2 点燃 2H2O

六、金属

（1）金属与氧气反应：

40． 镁在空气中燃烧：2Mg + O2 点燃 2MgO

41． 铁在氧气中燃烧：3Fe + 2O2 点燃 Fe3O4

42. 铜在空气中受热：2Cu + O2 加热 2CuO

43. 铝在空气中形成氧化膜：4Al + 3O2 = 2Al2O3

（2）金属单质 + 酸 -------- 盐 + 氢气 （置换反应）

44. 锌和稀硫酸Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

45. 铁和稀硫酸Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

46. 镁和稀硫酸Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑

47. 铝和稀硫酸2Al +3H2SO4 = Al2(SO4)3 +3H2↑

48. 锌和稀盐酸Zn + 2HCl === ZnCl2 + H2↑

49. 铁和稀盐酸Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑

50. 镁和稀盐酸Mg+ 2HCl === MgCl2 + H2↑

51．铝和稀盐酸2Al + 6HCl == 2AlCl3 + 3H2↑

（3）金属单质 + 盐（溶液） ------- 新金属 + 新盐

52. 铁和硫酸铜溶液反应：Fe + CuSO4 === FeSO4 + Cu

53. 锌和硫酸铜溶液反应：Zn + CuSO4 === ZnSO4 + Cu

54. 铜和硝酸汞溶液反应：Cu + Hg(NO3)2 === Cu(NO3)2 + Hg

（3）金属铁的治炼原理：

55．3CO+ 2Fe2O3 高温 4Fe + 3CO2↑

七、酸、碱、盐

1、酸的化学性质

（1）酸 + 金属 -------- 盐 + 氢气（见上）

（2）酸 + 金属氧化物-------- 盐 + 水

56. 氧化铁和稀盐酸反应：Fe2O3 + 6HCl === 2FeCl3 + 3H2O

57. 氧化铁和稀硫酸反应：Fe2O3 + 3H2SO4 === Fe2(SO4)3 + 3H2O

58. 氧化铜和稀盐酸反应：CuO + 2HCl ==== CuCl2 + H2O

59. 氧化铜和稀硫酸反应：CuO + H2SO4 ==== CuSO4 + H2O

（3）酸 + 碱 -------- 盐 + 水（中和反应）

60．盐酸和烧碱起反应：HCl + NaOH ==== NaCl +H2O

61. 盐酸和氢氧化钙反应：2HCl + Ca(OH)2 ==== CaCl2 + 2H2O

62. 氢氧化铝药物治疗胃酸过多：3HCl + Al(OH)3 ==== AlCl3 + 3H2O

63. 硫酸和烧碱反应：H2SO4 + 2NaOH ==== Na2SO4 + 2H2O

（4）酸 + 盐 -------- 另一种酸 + 另一种盐

64．大理石与稀盐酸反应：CaCO3 + 2HCl === CaCl2 + H2O + CO2↑

65．碳酸钠与稀盐酸反应: Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + H2O + CO2↑

66．碳酸氢钠与稀盐酸反应：NaHCO3 + HCl=== NaCl + H2O + CO2↑

67. 硫酸和氯化钡溶液反应：H2SO4 + BaCl2 ==== BaSO4 ↓+ 2HCl

2、碱的化学性质

（1） 碱 + 非金属氧化物 -------- 盐 + 水

68．苛性钠暴露在空气中变质：2NaOH + CO2 ==== Na2CO3 + H2O

69．苛性钠吸收二氧化硫气体：2NaOH + SO2 ==== Na2SO3 + H2O

70．苛性钠吸收三氧化硫气体：2NaOH + SO3 ==== Na2SO4 + H2O

71．消石灰放在空气中变质：Ca(OH)2 + CO2 ==== CaCO3 ↓+ H2O

72. 消石灰吸收二氧化硫：Ca(OH)2 + SO2 ==== CaSO3 ↓+ H2O

（2）碱 + 酸-------- 盐 + 水（中和反应，方程式见上）

（3）碱 + 盐 -------- 另一种碱 + 另一种盐

73. 氢氧化钙与碳酸钠：Ca(OH)2 + Na2CO3 === CaCO3↓+ 2NaOH

3、盐的化学性质

（1）盐（溶液） + 金属单质------- 另一种金属 + 另一种盐

74. 铁和硫酸铜溶液反应：Fe + CuSO4 === FeSO4 + Cu

（2）盐 + 酸-------- 另一种酸 + 另一种盐

75．碳酸钠与稀盐酸反应: Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + H2O + CO2↑

碳酸氢钠与稀盐酸反应：NaHCO3 + HCl=== NaCl + H2O + CO2↑

（3）盐 + 碱 -------- 另一种碱 + 另一种盐

76. 氢氧化钙与碳酸钠：Ca(OH)2 + Na2CO3 === CaCO3↓+ 2NaOH

（4）盐 + 盐 ----- 两种新盐

77．氯化钠溶液和硝酸银溶液：NaCl + AgNO3 ==== AgCl↓ + NaNO3

78．硫酸钠和氯化钡：Na2SO4 + BaCl2 ==== BaSO4↓ + 2NaCl