排水集气法

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排水法与向上排空气法收集二氧化碳的效果

比较

作者：刘和平熊晨马宏佳

来源：《化学教与学》2015年第06期

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-1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；排水法

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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室内设计手绘效果图 ，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，再向收集的气适合孕妇用的护肤品 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：1molL-1稀盐酸、碳酸钙粉末、饱和碳酸氢钠溶液、5molL-1氢氧化钠溶液

实验器材：锥形瓶（为了和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、玻霸王花排骨汤 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；

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方法一：当CO2发生装置开始产生CO2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20mL5molL-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104.2kPa。

使用排水法收集三组二氧化碳气体，平均用时t0=93s。在二氧化碳被5molL-1氢氧化钠

溶液吸收后，瓶内气压分别降低至约9.越俎代庖的意思 6kPa、9.2kPa商正梁 、9.2kPa，取平均值9.3kPa，CO2的纯度

为（1-）100%=91.1%。

同理得方法二收集的CO2的纯度为（1-）100%=69.5%。

方法三收集的CO2的纯度为（1-）100%=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CO2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。

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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CO2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，

2012：113-114

[2]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，2001：93-94

[3]张光明.生理学[J].北京：人民卫生出版社，1989：107

[4]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有梦想的人 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，

2001：41-4儿童演讲稿 2