课题2 二氧化碳制取的研究教学实录与评析

标题：第六单元碳和碳的氧化物

单位：黎川县黎川一中

姓名：徐梦琴

手机号码:15207947504 详细地址：江西省抚州市黎川县黎川一中

学科：初中化学

申报类型：教学设计与课件

碳和碳的氧化物

适用学科

适用区域

人教版

初中化学

适用年级

初中九年级

课时时长（分钟）

6课时

知识点

1、

2、

3、

碳单质的性质和用途

二氧化碳的制取

一氧化碳和二氧化碳的性质

1.知道碳单质的性质和用途

教学目标

教学重点

2.掌握实验室制取气体的几种方法及注意事项

3.了解一氧化碳和二氧化碳的性质和用途。

1、碳的性质和用途。

2、二氧化碳的制取

3、一氧化碳和二氧化碳的性质和用途。

教学难点

实验室制取二氧化碳的化学反应原理、实验装置和制取方法。

教学过程

课堂导入

2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和克斯特亚·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。

考点1：碳单质的物理性质和用途比较

(1)金刚石和石墨的物理性质与用途的比较见下表：

颜色、状态

硬度

导电性

熔点

用途

金刚石

无色、透明的正八面体的固体

很大

不导电

很高

划玻璃，制钻头、深灰色、有金属光石墨

泽、不透明的鳞片状固体

(2)C60分子

金刚石、石墨都是由碳原子直接构成的物质，没有分子可言。但C60是由60个碳原子构成分子，由分子构成物质。60分子形状类似

很小

导电

很高

润滑剂、电极、制铅

于足球，所以有人称其为“足球烯”。现在不仅仅发现C60。还发现C70、C80、C120……形成庞大的碳烯族。

(3)几种无定形碳的比较见下表：

色态

制法

用途

木炭

灰黑色多孔固体

木材隔绝空气加强热

作燃料、冶炼金属、制黑火药、制活性炭、吸附剂

焦炭

浅灰色多孔固体

烟煤隔绝空气加强热

冶炼生铁

活性炭

黑色粉末

木炭在高温下用水蒸气处理

净化多种气体和液体，作防毒面具吸附剂

炭黑

黑色粉末

含碳物质不完全燃烧

制造油墨、油漆、颜料、作橡胶制品的填料

决定决定小结：结构性质用途。

说明：①木炭、焦炭、活性炭和炭黑都是由石墨的微小晶粒和少量杂质组成的，均属混合物，无一定几何形状，所以叫无定形碳。

②木炭、活性炭因具有疏松多孔的结构，表面积很大，所以吸附能力很强。吸附是被吸附物(有色液体、有毒气体等)吸附在其表面(细孔管道内)，这个过程是物理变化。

③“碳”和“炭”的区别：“碳”是指核电荷数为6的碳元素，在描述物质组成时用“碳”，如二氧化碳。“炭”是指由碳元素组成的几种无定形物质。如木炭、活性炭等。

考点2：单质碳的化学性质

常温下碳具有稳定性

我国古代用墨书写或绘制的画，年深日久不褪色——碳在常温下化定，现在填写档案，用碳素笔

高温下

可燃性

CO2二者

点燃

②氧气不充足 2C+O22CO①氧气充足 C+O2

点燃

反应经常发生在以煤为燃料的火炉里

※相同反应物在不同的条件反应产物可能不同

还原性

①碳和CuO反应：2CuO+C 高温 2Cu+CO2↑

现象：黑色的CuO变成红色，有使澄清石灰水变浑浊的气体产生

②反应：CO2+C

高温 2CO

考点3：二氧化碳的实验室制法

（1）药品：石灰石（或大理石）和稀盐酸。

（2）原理：CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑。

注意：①不能用浓盐酸代替稀盐酸，因为浓盐酸易挥发，使制得的CO2不纯（混有氯化氢气体）；

②不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为稀硫酸与CaCO3反应生成微溶于水的硫酸钙覆盖在大理石（或石灰石）的表面，阻止反应的进行；

③不能用Na2CO3

或K2CO3代替大理石（或石灰石），因为Na2CO3、K2CO3与稀盐酸的反应速率太快，不便于收集。

（3）装置的选择。

①发生装置：选用与过氧化氢溶液制O2相同的发生装置。

②气体收集方法：向上排空气法（因为CO2能溶于水，密度比空气大）。

（4）验证方法：将气体通入澄清的石灰水中，如果澄清石灰水变浑浊，则该气体为CO2。

化学方程式：CO2 + Ca(OH)2CaCO3↓+ H2O。

（5）验满方法：用点燃的木条，放在集气瓶口，木条熄灭。证明已集满二氧化碳气体。

实验室制取CO2的实验操作过程：

①检查装置的气密性；

②装入大理石，塞紧胶塞；

③固定装置；

④从长颈漏斗加入稀盐酸至长颈漏斗下端管口液封；

⑤收集气体，导管一定要伸入集气瓶底部；

⑥检验是否集满。

考点4：二氧化碳的工业制法

煅烧石灰石：CaCO3

高温

CaO+CO2↑。

Ca(OH)2。

生石灰和水反应可得熟石灰：CaO+H2O

考点5：二氧化碳的性质和用途

1.二氧化碳的物理性质

通常情况下，二氧化碳是无色、无味的气体，比空气重，溶于水，加压、降温时变成液态、固态，固态CO2又称“干冰”。干冰汽化时吸收大量的热。

2．二氧化碳的化学性质

(1)一般情况下，CO2既不能燃烧，也不支持燃烧。

(2)与水反应生成碳酸，碳酸不稳定，易分解。

CO2+H2O

H2CO3H2CO3

H2O+CO2↑

(3)与Ca(OH)2、NaOH、Ba(OH)2等碱反应。

Ca(OH)2+CO22NaOH+CO2CaCO3↓H2O(可鉴定CO2) Na2CO3+H2O (可吸收CO2) 点燃 (4)弱氧化性。2Mg+CO22MgO+C (5)不能供给动物和人呼吸，参与植物光合作用。

3：二氧化碳的用途

CO2可用来灭火，干冰是常用制冷刑，如人工降雨和冷藏食物等；工业上用做制纯碱、尿素和汽水饮料；农业上用做温室气体肥料。

考点:6：一氧化碳的性质

1.一氧化碳的物理性质

无色、无味的气体，密度比空气略小；难溶于水，在通常状况下，1体积的水仅能溶解约0.02体积的一氧化碳。

注意：气体密度大小的比较：在同温同压条件下，气体密度与气体分子的相对分子质量成正比。所以，ρ(CO2)>ρ(O2)>ρ(空气)>

ρ(CO)>ρ(CH4)>ρ(H2)。

2．一氧化碳的化学性质

在CO分子里每个碳原子与一个氧原子结合(碳元素的化合价为+2价)，它能进一步与氧(氧气或某些氧化物中的氧)结合(碳元素的化合价变为+4价)而被氧化，故CO具有可燃性和还原性。

(1)可燃性

2CO+O2 点燃 2CO2(淡蓝色火焰)

燃烧时放出大量的热，是重要的燃料。点燃前必须检验CO的纯度，否则，容易发生爆炸。

(2)还原性

CuO+CO  Cu+CO2

Fe2O3+3CO 高温 2Fe+3CO2

工业上常用CO冶炼铁。

注意

2CO+O2

点燃 2CO2

CO2+C 高温 2CO

二者的相互转化往往在推断题中出现。

(3)毒性

CO和人体血红蛋白的结合能力比氧与血红蛋白的结合能力强200～300倍，而碳氧血红蛋白的解离比氧合血红蛋白缓慢约3600倍，人吸入CO易造成人体缺氧，严重者致死。

CO轻度中毒者，应该吸入大量新鲜空气或进行人工呼吸；医疗上常采用静脉注射亚甲基蓝进行解毒。

三、例题精析

【例题1】我国古代一些书法家、画家用墨（用炭黑等制成）书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳具有

（

）

A．可燃性

B．还原性

C．在常温下，化学性质不活泼

D．吸附性

【答案】C 【解析】A、B项是碳的化学性质，但都与题干无关，D项是碳的物理性质，只有C项切合题意，墨（用炭黑等制成）书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下的化学性质不活泼。

【例题2】不能用来鉴别二氧化碳和氧气的是(

) A．燃着的木条

B．颜色、气味

C．紫色石蕊试液

D．澄清石灰水

【答案】B 【解析】氧气能支持燃烧，二氧化碳既不燃烧，又不支持燃烧，用燃着的木条能鉴别二氧化碳和氧气。二氧化碳能使紫色石蕊试液变红色，氧气不能，用紫色石蕊试液也能鉴别二氧化碳和氧气。二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，氧气不能，用澄清石灰水也能鉴别二氧化碳和氧气。氧气和二氧化碳都是无色、无味的气体，通过颜色、气味无法鉴别二氧化碳和氧气。

【例题3】在实验室里制取二氧化碳气体，可选择的药品是(

) A．碳酸钠粉末与浓盐酸

B．块状石灰石与稀硫酸

C．石灰石

D．块状大理石和稀盐酸

【答案】D 【解析】

A ×

碳酸钠粉末与浓盐酸反应过快，且浓盐酸易挥发，碳酸钠价格贵

不能用稀硫酸，因为反应生成的硫酸钙会阻止反应继续进行

高温分解石灰石是二氧化碳的工业制法

反应速率适中，易于操作和收集，是合适的药品

B C D ×

×

√

四、课堂运用

【基础】

1、二氧化碳能灭火是因为

) A．它是一种能溶于水的气体

B．加压、降温，它可以变成干冰

C．它的密度比空气大

D.它不能燃烧，也不支持燃烧

【答案】CD 【解析】用二氧化碳灭火是利用了二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧的化学性质，但是氮气不燃烧也不支持燃烧，为什么不用氮气来灭火呢?由于氮气的密度比空气小，不能覆盖在燃烧的物体上，不能隔绝空气，而二氧化碳的密度比空气大，使燃烧物质与空气隔离。因此用二氧化碳灭火，既利用了二氧化碳的物理性质，也利用了二氧化碳的化学性质。

2、下图为自然界中碳循环示意图。

(

图2-91 (1)海洋能够吸收二氧化碳，其原因之一是二氧化碳可以与水反应，请写出该反应的化学方程式_________。

(2)请验证人和动物呼出的气体中含有二氧化碳(用化学方程式表

示)______________。

(3)请根据上图简述二氧化碳对人类生活和环境的影响(各写出1条即可)。

利：___________，弊：___________。

【答案】(1)CO2+H2O(2)CO2+Ca(OH)2H2CO3

CaCO3↓+ H2O (3)光合作用(或做化工产品原料或用于灭火等) 温室效应(或含量过高影响人体健康等) 【解析】此题应从CO2的产生和消耗两个方面进行分析，充分认识CO2对人类生活和环境的影响。CO2能溶于水且与水反应生成H2CO3，检验CO2常用澄清石灰水，现象为澄清石灰水变浑浊。空气中CO2的体积分数约为0.03％，是绿色植物光合作用的主要原料。CO2含量过多会影响人体健康，造成温室效应，引起气候异常。

3、实验室制取氧气、氢气、二氧化碳等气体，可以共同使用的仪器装置是（

）

A．简易气体发生装置

B．试管并附有带塞导管

C．酒精灯

D．带导管的烧瓶

【答案】B 【解析】将三种气体氧气、氢气、二氧化碳的制取装置用图或用文字表达出来，通过归纳整理，以便于记忆、比较。制取气体的装置由反应物状态、反应条件和生成气体的物理性质来决定的。实验室制氧气

是加热固体制气体，用酒精灯、试管并附有带胶塞导管。实验室制取二氧化碳、氢气是固体、液体接触反应，不需加热，用简易气体发生装置，需要试管、带导管的烧瓶。因此，制备氧气、氢气、二氧化碳所共同使用的仪器是试管并附带塞导管。