大理石与硫酸反应探索
摘  要：纵观历年来人教版对于初三化学教材的改革，始终没有脱离CO2制取药品的单一性。对于大理石和硫酸反应机理和效果如何呢？探索论证者少之甚少。带着对两者反应迷惑的心情对此进行了较为详细的求索，结果说明了大块状的大理石与稀硫酸在加热条件下反应制气的可行性。
关键词：大理石  硫酸  二氧化碳 
纵观历年来初三化学教材，对于实验室制二氧化碳气体好象已成一定论，即所用药品为大理石与稀盐酸。在以往的初三化学旧教材中还特别注明：“为什么不用硫酸与大理石反应呢？原因在于大理石与硫酸反应，生成的硫酸钙是难溶物，附在大理石的表面，阻止反应进行，故而不能用于制取二氧化碳。”但这一说法在近几年来也许引起争议，所以在新材中便删除了这一说法。那么大理石与硫酸反应究竟如何？对此，我们从以下几方面做了一些探索。
一、在室温（25℃）下，相同浓度的硫酸与不同大小的大理石反应
大理石 大块 较大块 小块 较小块 粉末
1:5稀硫酸体积/mL 20ml
反应温度t℃ 25℃ 30℃
反应情况 不完全 完全
    实验结果：对于块状大理石与稀硫酸（1：5）反应，开始有少量气泡产生，在很短的反应过程中，可观察到反应明显减慢，到最后几乎看不到反应进行， 不能达到制取气体的目的。对于粉末状的大理石与稀硫酸反应而言，反应剧烈，并伴随有大量气泡产生，在很短的时间内反应完全，可达到制气的目的。经测定，块状大理石与稀硫酸反应温度几乎不变，而粉末状大理石与稀硫酸反应，反应温度上升了5℃之多。
对以上的实验现象经讨论认为：由于此反应为放热反应，在相同的情况下，不同块状的大理石与H2SO4的接触面积不同，产生的CO2气体不等，生成的热量也不同。对于粉末状的CaCO3与稀H2SO4反应，因其本身的颗粒比较小，与H2SO4反应很快完成，加之反应放热加快反应速度。粉末状的CaCO3与稀H2SO4反应接触面积大，生成的气体量大，使来不及反应的颗粒在气流的吹动下不停的上下翻滚，加之反应放热,导致反应温度升高使生成的CaSO4分子运动加速,从而与稀硫酸能在较短的时间内反应完全,达到制取二氧化碳的目的。
二、在室温（25℃）下，不同浓度的H2SO4与不同大小的大理石反应
实验一
硫酸:水 浓硫酸 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10
溶液体积/mL 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
大理石 小指头大小的大块状大理石（若干）
反应器 均用型号为50ml的小烧杯
反应情况 几乎不反应 开始反应明显   从左至右反应时间变短
实验二
硫酸:水 浓硫酸 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10
溶液体积/mL 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
大理石             小颗粒大理石（若干）
反应器             均用型号为50ml的小烧杯
反应情况 剧烈 反应很快停止
反应温度 38℃ 均大约为25℃
实验结果：在用大块状大理石和小颗粒大理石与稀硫酸反应与前面实验情况大概差不多，而浓硫酸的反应时却出现两种截然不同的现象，前者几乎难以观察到反应进行，而后者的反应却相当强烈，反应很快完全，达到制取CO2气体的目的。
    对其实验结果分析认为：浓硫酸与大块状的大理石反应。因大理石与硫酸的接触面积相对较小，而且浓硫酸中硫酸分子数量很大。使反应生成的CaSO4迅速覆盖在其表面。或许由于硫酸浓度较大，分子间由于氢键等作用力而使分子运动受限，阻碍反应进行。所以几乎难以观察到反应的进行。而对于小颗粒的大理石与浓硫酸反应。大理石与硫酸的接触面积很大，或是颗粒的分散作用，使硫酸分子之间的作用力减小，使之能与其反应。当反应进行时反应放热，同时伴随有水的生成，起到稀释硫酸的作用，稀释也要放热，从而加快反应的进行，进而形成持续不断的CO2气体，达到制气的目的。同前面稀硫酸与粉末状大理石反应相比较看出：前者反应温度从25℃上升到30℃，而后者从25℃上升到38℃反应都进行的比较完全，达到制气的目的。但从反应剧烈的程度来看。浓硫酸与大理石反应更加剧烈。也许温度对反应起一定作用。
三、减少硫酸钙附着的情况下，大理石与稀硫酸反应
    以上大理石与稀硫酸反应实验说明，如果改变条件，即尽量减小硫酸钙的附着，也许反应可以进行。
室温（25℃）                        实验一
硫酸：水 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10
毕业论文http://www.751com.cn/  论文网http://www.lwfree.com/大理石             小颗粒大理石（若干）
反应器             均用型号为50ml的小烧杯、镊子
反应条件 用镊子夹取最大块大理石在溶液中游动
反应情况 反应如上一样均不明显，且很难观察到反应进行
实验结果：在实验一中，采用玻棒搅拌的方法使其反应，因搅拌使生成的硫酸钙白色难溶物充斥整个溶液，难以观察到反应程度如何，但停止搅拌时看，反应几乎停止，反应不理想。实验二中，采用镊子夹取的方法，虽然避免了反应溶液的浑浊现象，但反应形成的气泡较小，而且四处游走，难于观察到反应进程，从反应时间上看，在较长的时间里，反应并不理想。
    四、在加热条件下大理石与稀硫酸的反应
试探着在加热的条件下做以下一个实验：
实验药品：小指头大小的大理石一块  20毫升的（1：5）稀硫酸
实验仪器：50ml 小烧杯一只，铁架台，石棉网，镊子，酒精灯
实验操作：用酒精灯将稀硫酸加热至沸，然后用镊子夹取大理石放入溶液中观察反应情况。
实验结果：当刚好将大理石放入溶液中时，溶液飞溅出烧杯，移去酒精灯，明显观察到大理石与稀硫酸剧烈反应，产生大量气泡。
    实验结果分析讨论说明：温度对反应快慢有关。
 我们进一步做了以下一系列实验
硫酸:水 1：1 1：2 1：3 1：4 1：5 1：6 1：7 1：8 1：9 1：10
溶液体积/mL 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
大理石             小指头大理石若干
反应器            相同型号大试管十支
剧烈反应温度(℃) 115 104 88 86 87 87 90 90 93 96
    实验结果：当不同浓度的硫酸与大理石反应在加热到不同温度时都能使反应剧烈，达到制气的目的，且说明浓度处于1：3—1：9时，需要的温度较低，制气效果较好。
    对实验结果讨论认为：CaCO3+H2SO4（稀）====Ca SO4+H2O+CO2↑反应，在实验室里制取CO2气体是可行的。
    我们认为，如果实验室采用大理石与稀硫酸反应制取二氧化碳气体有以下两点好处：
    1．可以简化实验装置：因硫酸比盐酸稳定，在反应时盐酸要挥发，需将其除去。用稀硫酸反应即使加热也不挥发，生成的气体只有二氧化碳。
    2．盐酸与碳酸钙反应生成的气体是氯化氢和二氧化碳的混合气体，一般采用饱和的碳酸氢钠溶液除去氯化氢。这样，将使初学者产生迷惑，是前者还是后者反应生成了CO2，或是两者都有CO2气体生成，使其产生误解。而与硫酸反应，因硫酸稳定生成的气体只有二氧二碳，虽然有水蒸气生成，但不影响实验效果。1281