制取二氧化碳最常用的化学方程式是CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑,该反应通过石灰石(或大理石)与稀盐酸反应生成二氧化碳气体,具备反应温和、操作简单、气体纯度高等优势。
实验室制取二氧化碳通常选用石灰石(主要成分为碳酸钙)与稀盐酸反应,其化学方程式为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑。此方法因反应条件温和、无需加热且气体产物纯净,成为中学化学实验的首选方案。反应中碳酸钙逐渐溶解,释放出二氧化碳气体,可通过向上排空气法收集,因其密度大于空气且不支持燃烧,可用燃着的木条验证集气瓶是否收集满。
替代方案包括碳酸钠与稀盐酸反应(Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑)或碳酸钙高温分解(CaCO₃高温=CaO+CO₂↑),但前者反应速率过快导致气体收集困难,后者需高温设备,不适宜实验室常规操作。稀硫酸与碳酸钙反应(CaCO₃+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑)因生成微溶的硫酸钙会覆盖反应物表面,阻碍反应持续进行,亦非理想选择。
工业生产中,通过高温煅烧石灰石(CaCO₃高温=CaO+CO₂↑)分解获取二氧化碳,但能耗高且需结合其他设备处理副产物氧化钙。相比之下,实验室制法更注重安全性、成本控制及操作便捷性,因此石灰石与稀盐酸的反应成为主流方法。其他常见气体制备装置如启普发生器虽可自动控制反应,但因涉及硫化氢等有毒气体,安全性较低,不推荐用于二氧化碳制备。
掌握CaCO₃+2HCl的核心反应原理后,需注意反应装置的设计——采用固液不加热型装置(如锥形瓶配长颈漏斗),并确保长颈漏斗末端浸入液面以下以防止气体逸出。通过碳酸钙颗粒度控制反应速率,避免粉末状物质导致气流过快。理解这些要点后,可结合实际需求灵活调整实验方案,兼顾效率与安全性。