用濃鹽酸制取的二氧化碳能否使澄清石灰水變渾濁的實驗研究

陸茜

摘要：通過實驗探討“將濃鹽酸與大理石反應產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，石灰水仍然變渾濁”的原因。

關鍵詞：濃鹽酸；二氧化碳；渾濁；實驗研究

文章編號：1008-0546（2017）12-0081-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.027

一、問題的提出

筆者在實際教學過程中關注到2008年某市的一道中考題，并對其選項B產(chǎn)生了一絲疑惑，具體題目如下。原題對選項B的解析是“濃鹽酸易揮發(fā)，它與大理石反應放出的二氧化碳氣體中會混有氯化氫氣體，將該氣體通入澄清石灰水時，氯化氫溶于水得到鹽酸，先與石灰水反應，干擾了二氧化碳與石灰水的反應，所以始終不渾濁，故不能證明石灰水一定變質(zhì)?！毕铝袑嶒炘O計及操作，其現(xiàn)象足以說明結論的是？

筆者又在百度搜索引擎上輸入“用濃鹽酸制取的二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁嗎”，搜索出的結果約有115000條，第一頁上就有9條信息都認同“濃鹽酸會揮發(fā)出氯化氫氣體，所以用濃鹽酸制取的二氧化碳不能使澄清石灰水變渾濁”。

二、實驗及分析

到底事實的真相是什么呢？筆者饒有興趣地做了這個實驗：取一支試管加入少量石灰石，再注入適量37%的濃鹽酸，把生成的氣體通入10mL飽和澄清石灰水。意外的現(xiàn)象發(fā)生了，澄清石灰水立即出現(xiàn)了渾濁。為了排除偶然因素，筆者又重做了一次，結果石灰水還是立即出現(xiàn)渾濁。

筆者又把飽和石灰水稀釋2倍、3倍、4倍、5倍、6倍，制得不同濃度的Ca（OH）₂溶液。用試管分別取10mL上述5種溶液，每種溶液準備兩份，再把用1：4的稀鹽酸與用37%的濃鹽酸制取的二氧化碳分別通入這五種Ca（OH）₂溶液中，得出的實驗結果如表1。

由實驗可知，當飽和石灰水與水的體積比大于1：3時，無論用37%的濃鹽酸還是1：4的稀鹽酸制取的二氧化碳均能使其變渾濁。而當飽和石灰水與水的體積比為1：4或1：5時，無論用37%的濃鹽酸還是1：4的稀鹽酸制取的二氧化碳均不能使其變渾濁。

而當飽和石灰水與水的體積比大于1：3時，無論用37%的濃鹽酸還是1：4的稀鹽酸制取的二氧化碳均能使其變渾濁。會不會是因為濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體不夠多，不足以把飽和石灰水中的氫氧化鈣完全反應完，以致于仍有氫氧化鈣與二氧化碳反應，從而生成沉淀呢？為了弄清楚原因，筆者以飽和石灰水為例，進行了如下分析：

1.相關計算分析

已知0℃時Ca（OH）₂的溶解度是0.18g，在此溫度下，C a（OH）₂飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)約為0.18%。因此取10mL 0℃時的飽和石灰水，其中溶質(zhì)Ca（OH）₂的量約有0.000243mol。

由理論計算可知，在標準狀況下，如果把混合氣體通人飽和石灰水，則氯化氫和二氧化碳至少要以2：1的體積比混合，石灰水才有可能不變渾濁。

2.實驗驗證

（1）實驗準備

①用大理石與稀鹽酸反應制取二氧化碳氣體，用排水法收集5瓶氣體，貼好標簽（依次標記為“CO₂①”至“CO₂⑤”），備用。

②用氯化鈉粉末與濃硫酸反應制取氯化氫氣體，用向上排空氣法收集5瓶氣體，也貼好標簽（依次標記為“HCl①”至“HCl⑤”），備用。

③配制飽和石灰水，靜置后備用。

（2）實驗過程

實驗一：取5只小燒杯，以燒杯①至燒杯⑤標記，分別注入10mL新制的飽和石灰水，按序排好。用一支50mL的注射器分別抽取5mLCO₂氣體和5mLHCl氣體，再把抽取的氣體通入飽和石灰水①中，振蕩，觀察現(xiàn)象。

實驗二：在第二瓶CO₂氣體和第二瓶HCl氣體中分別以5mL和10mL的量抽取氣體，再把氣體通入飽和石灰水②中，振蕩，觀察現(xiàn)象。

實驗三：在第三瓶氣體中分別抽取5mLCO₂氣體和15mLHCl氣體，再把氣體通入飽和石灰水③中，振蕩，觀察現(xiàn)象。

實驗四：在第四瓶氣體中分別抽取5mLCO₂氣體和20mLHCl氣體進行上述實驗。

實驗五：在第五瓶氣體中分別抽取5mLCO₂氣體和25mLHC|氣體進行上述實驗。

（3）實驗現(xiàn)象記錄如表2。

3.實驗結論及反思

由上述實驗分析可知，氯化氫氣體和二氧化碳氣體至少要以3：1的體積比混合時，一起通入飽和石灰水，石灰水才有可能不變渾濁，這個結果雖然與理論計算略有出入，但考慮到在實際操作中氯化氫氣體是用向上排空氣法收集的，氣體純度不夠高，而且把氣體通入石灰水時，氣體會有部分逸出，所以實驗結果還是合理的。

在實驗室制取二氧化碳時，如果用濃鹽酸反應，那因揮發(fā)而逸出的氯化氫氣體的量能有多少呢？會不會是二氧化碳的量的幾倍呢？筆者利用美國威尼爾軟件與技術公司的pH傳感器再次實驗，試圖找到證據(jù)。具體實驗操作如下：用適量37%的濃鹽酸和大理石反應，把生成的氣體通入飽和的澄清石灰水，同時用威尼爾pH傳感器監(jiān)測石灰水的pH變化情況。獲得的實驗數(shù)據(jù)見圖1。

數(shù)據(jù)表明澄清石灰水由澄清到渾濁，溶液的pH基本都在12.5左右，表明上述過程中溶液的酸堿性變化不大。可能是濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體不多，也可能是石灰水吸收了氯化氫。說明濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體肯定不如反應生成的二氧化碳的量多，更不可能為二氧化碳的量的幾倍。同理，如果用1：1、1：2、1：3的石灰水進行上述分析，也能得出相似的結論。而1：4、1：5的石灰水可能因為溶液太稀，溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)太小，導致實驗均無明顯現(xiàn)象。

所以本文開頭描述的那道題目中“將濃鹽酸和大理石反應產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，石灰水始終未渾濁”這種現(xiàn)象是可能存在的，但主要原因不是因為濃鹽酸的揮發(fā)，而是因為澄清石灰水的濃度太稀。也就是說，上述中考題題目本身并沒有問題，但解釋似乎并不正確。endprint