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愛迪生實驗課第 12 堂練習：二氧化碳與氫氣
本堂整理二氧化碳與氫氣的製備、性質、收集與檢驗。答題時先分辨反應物：大理石或碳酸鈣加稀鹽酸產生 CO₂；鋅粒加稀硫酸或稀鹽酸產生 H₂。再用密度、溶解度與檢驗現象判斷。
愛迪生實驗課第 12 堂練習：二氧化碳與氫氣
我的課程探索段位與個人檔案學習目標
學習目標
1. 認出大理石/碳酸鈣與稀鹽酸製 CO₂ 的裝置與反應物。
2. 能用澄清石灰水變混濁檢驗 CO₂，並知道 CO₂ 不助燃、比空氣重。
3. 認出鋅粒與稀硫酸/稀鹽酸製 H₂，並知道 H₂ 可燃、可用爆鳴檢驗。
4. 依氣體密度與溶解度，判斷向上排空氣、向下排空氣或排水集氣。
觀念
觀念一：二氧化碳的製造
CO₂ 的實驗室製備像把酸滴到會起泡的石頭上：大理石或碳酸鈣 CaCO₃ 遇到稀鹽酸 HCl 會冒出 CO₂。瓶底是固體，漏斗加入液體酸，氣體沿導管進入集氣瓶。CO₂ 比空氣重、微溶於水，所以常用向上排空氣法，也可短暫用排水法收較純氣體。
圖示
圖：大理石與稀鹽酸製 CO₂
二氧化碳製備藥品 例題 1
實驗室常用哪一組藥品製造二氧化碳？
裝置中甲乙判讀 例題 2
如圖為製造某氣體的裝置。若甲是白色固體、乙是酸性液體，此裝置最可能用來製造哪一種氣體？
二氧化碳收集法 例題 3
CO₂ 比空氣重、微溶於水。若希望收集一瓶較乾燥的 CO₂，最適合的方式與理由為何？
觀念
觀念二：CO₂ 的性質與檢驗
CO₂ 的辨識像驗指紋：它會使澄清石灰水變白色混濁，這比『讓火熄滅』更明確，因為氮氣也不助燃。CO₂ 不可燃、不助燃，且比空氣重，所以能覆蓋在火焰附近隔絕氧氣；這也是滅火器使用 CO₂ 的原因之一。
石灰水檢驗 例題 1
下列哪一方法最能明確檢驗二氧化碳？
二氧化碳滅火理由 例題 2
二氧化碳常可用於滅火，主要理由何者最完整？
乾冰白霧判斷 例題 3
舞臺上使用乾冰時常看到白色霧狀物。關於這些白霧，下列敘述何者最合理？
觀念
觀念三：氫氣的製造與檢驗
H₂ 的製備像金屬遇酸冒出很輕的氣體：鋅粒 Zn 加稀硫酸 H₂SO₄ 或稀鹽酸可產生 H₂。氫氣很輕、難溶於水且可燃；檢驗時用點火靠近瓶口，常聽到輕微爆鳴聲。注意：H₂ 是可燃，O₂ 是助燃，兩者角色不同。
圖示
圖：鋅粒與稀酸製 H₂
氫氣製備藥品 例題 1
實驗室製造氫氣常用哪一組藥品？
氫氣裝置判讀 例題 2
如圖，甲為金屬粒，乙為稀酸，反應後產生的氣體以點火靠近瓶口會有輕微爆鳴聲。此氣體最可能是？
氫氣與氧氣角色比較 例題 3
有三瓶氣體：氫氣、氧氣、二氧化碳。若要分辨三者，下列哪一組檢驗與判斷最合理？
觀念
觀念四：用密度、溶解度選集氣法
集氣法不要死背名稱，要看氣體性質。CO₂ 比空氣重，可用向上排空氣法；H₂ 是最輕的氣體，可用向下排空氣法；兩者若不易或微溶於水，也可視情況用排水法。題目若要求乾燥，通常避開排水法；若要求純度，排水法常較能避免混入空氣。
排空氣法方向判斷 例題 1
如圖，甲表示較重氣體由下方進入、把空氣往上排出；乙表示較輕氣體由上方進入、把空氣往下排出。CO₂ 與 H₂ 較適合的排空氣法依序為何？
四瓶氣體觀察表 例題 2
| 氣體 | 點燃線香 | 澄清石灰水 | 點火靠近瓶口 |
|---|---|---|---|
| 甲 | 熄滅 | 變白色混濁 | 無爆鳴 |
| 乙 | 燃燒更旺 | 無明顯變化 | 無爆鳴 |
| 丙 | 熄滅 | 無明顯變化 | 有輕微爆鳴 |
甲、乙、丙三瓶分別可能為 CO₂、O₂、H₂，觀察如表。下列判斷何者正確？
集氣需求與方法選擇 例題 3
某組想比較 CO₂ 與 H₂ 的檢驗。若他們需要較乾燥的 CO₂ 與較乾燥的 H₂，收集法最合理的搭配為何？
觀念
觀念五：惰性氣體（鈍氣）的性質與用途
鈍氣（又稱惰性氣體）包括氦 He、氖 Ne、氬 Ar、氪、氙等，特徵是性質極不活潑，常溫高溫下都不易和其他物質反應。
空氣中含量最多的鈍氣是氬（約 0.9%）。
常見用途：氦密度小、又不可燃，可安全填充氣球與飛船（注意：最輕的氣體其實是氫，但氫可燃較危險，所以改用氦）；氖通電會發紅光，用於霓虹燈；氬可在焊接金屬時隔絕氧氣防止氧化，也充入白熾燈泡保護鎢絲。
注意：氮氣不是鈍氣（雖然也不太活潑，但屬於空氣主成分，不歸在惰性氣體）。
惰性氣體的辨識 例題 1
有關鈍氣（又稱惰性氣體）的敘述，下列何者錯誤？
氣體用途與性質配對 例題 2
關於氣體的性質與應用，下列哪一項錯誤？
惰性氣體用途綜合 例題 3
鈍氣的性質很不活潑、含量很少，但在日常生活中的應用卻非常廣泛。下列有關鈍氣用途的敘述，何者正確？
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