课题2 二氧化碳制取的研究教学设计实例

二氧化碳制取的研究-教学设计

一、教材分析

本节内容位于人教版九年级化学教材第五单元第二节，主要是通过实验室制取二氧化碳的反应原理研究气体制备时发生装置的选择和收集装置的选择。因学生在第三单元已经学过实验室制取氧气的反应原理及发生装置和收集装置，已有一定气体制备的基础，气体制备属于中考中重点考察的内容。因此，本节内容主要以自主—合作—探究模式进行。

二、学情分析

学生在第二单元学习了氧气的实验室制法，对于气体的制取原理、装置、收集有一定基础，已有了初步设计实验室制取二氧化碳的知识、技能，所以本课题的难度不会很大。由于初三学生刚接触化学不久，对化学尤其是化学实验充满兴趣，但由于学生接触化学的时间不长，实验动手能力和分析能力较弱，还不具备自主的实验探究能力。

学生易错点分析及说明：学生极易将“检验”和“验满”混淆；、制取CO2操作中易出现的错误:（1）通过长颈漏斗添加稀盐酸时，学生可能未将末端液封，导致产生的气体逸出；（2）收集气体时，导管没有伸入瓶底，造成不易将瓶内空气排尽。

三、教学目标

知识与技能：

(1)了解实验室制取二氧化碳的反应原理，用对比的方法探究实验室制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳，初步学习二氧化碳的制取、验证、验满等操作。

(2)了解实验室制取气体的方法和设计思路

过程与方法：通过二氧化碳实验室制法的探究活动，使学生经历科学探究的基本过程，提出自己的观点，并引导学生对设计的方案进行评价，并进行有效的探究活动。

情感态度价值观：通过自主探究，体验探究活动的乐趣和学习成功的喜悦，并培养

善于合作，勇于探究等科学精神，充分激发学生学习兴趣和探究欲望。

四、重点：实验室制取二氧化碳原理和装置的探究，学习二氧化碳的制取、验证、验满等操作。

难点：实验室制取二氧化碳实验装置的设计和评价。

五、教学过程

一、新课引入

5min 【提问1】生活中那些物质中存在二氧化碳气体？

（图片展示如：动植呼吸、植物的光合作用、舞台效果、人工降雨灭火器、干冰升华、可乐雪碧等碳酸饮料）

【提问2】如何证明碳酸饮料中有二氧化碳？

可能回答：燃着的木条伸入会熄灭（燃着的木条熄灭能不能证明是二氧化碳？或许是氮气？）

【演示1】展示雪碧：如何将饮料瓶中的二氧化碳通入澄清石灰水？

教师演示：将雪碧瓶口塞上单孔橡皮塞，导管通入装有澄清石灰水的试管中，稍微摇晃雪碧，观察现象。(图片展示，有时间再做演示实验) 二、实验室制取气体的一般思路

5min 【过渡】实验室如何制取二氧化碳呢？

【回顾】前面已经学习了有关氧气的实验室制法，请同学们回顾一下实验室制取氧气的方法有几种？我们是如何实验室制取氧气的？

【学生回答】

高锰酸钾制氧气、氯酸钾制氧气、过氧化氢制氧气

【提问1】这些反应原理确定后怎么做？

选实验装置：发生装置和收集装置

发生装置：根据反应物的状态以及条件来确定。

收集装置：根据氧气的密度和溶解性来定。

【提问2】如何验证氧气和验满氧气？

【师生小结】实验室制取二氧化碳的一般思路

反应原理（反应物、反应方程式）

发生装置（反应物的状态以及反应条件）

收集装置（气体的密度和溶解性、是否与水反应）

检验和验满（利用气体的化学性质）

【过渡】我们沿着实验室制取气体的思路来研究实验室如何制取二氧化碳的？

三、探究实验室制取二氧化碳的反应原理。

10 min 【提问1】：在我们所学过的反应中，或者生活中有哪些反应可以产生二氧化碳呢？实验室里能选用这些反应来制备二氧化碳吗？并说明理由。

学生回答：①碳与氧气、②蜡烛燃烧、③碳酸钙高温分解、④碳还原氧化铁、⑤碳酸分解等

【学生分析】①碳和氧气反应的结果比较复杂。如果氧气充足，最后制得的气体中混有杂质氧气；如果氧气不足，最后制得的气体中混有一氧化碳。所得气体不纯净。

②石蜡燃烧不充分会有CO和黑色的单质C同时还有H2O 蒸汽，得到的二氧化碳不纯净；③④的反应条件是高温，在实验室中不容易达到该条件。

⑤H2CO3的溶解度很小,事实上H2CO3都是靠CO2加压溶解到水中获得,显然这不是制CO2的途径。H2CO3不稳定易分解，碳酸中得到的二氧化碳很少。

【讨论小结】我们所了解的这些能够产生二氧化碳的反

应，因为生成的气体可能不纯、反应条件较难满足等原因，不能用来实验室制取二氧化碳。

接下来，给同学们介绍四个能够生成二氧化碳的反应，让我们通过一组较为粗略的对比实验，

看看哪些反应适用于实验室制取二氧化碳？

【简要介绍】井穴板的使用（由5mL×6孔圆柱形井穴组成的塑料井穴板，具有烧杯、试管、点滴班的功能，可用于对比实验的反应器，符合“绿色化学”的反应器。）

【学生实验】先将半药匙碳酸钠粉末和碳酸钙粉末分别放入井穴板的1、2中，然后分别倒入大约1毫升稀盐酸或稀硫酸（每个井穴板5 mL）；将一至两粒石灰石分别放入井穴板的4、5号中；再分别倒入1 mL左右的稀盐酸或稀硫酸；

【提问2】以上4组实验的现象？（小组派代表回答）

对比实验

【提问3】：针对上述实验现象，同学们想一想，实验

室里制取二氧化碳的最佳反应是？是不是越快越好？

整理实验原理的确定因素。

【温馨提示】确定实验室制取气体的反应原理时，我们

要就以下因素加以综合考虑：制得的气体较纯；反应条

件容易满足；反应速率适中等。

【思考1】能否用石灰石和稀硫酸？（反应发生一会就停止了？）

【思考2】能否用浓盐酸代替稀盐酸与石灰石反应？

出示浓盐酸，打开瓶盖，并描述现象（有白雾出现）。

【小结】石灰石和稀盐酸的反应符合上述几点要求，因此，我们将该反应确定为实验室制取二氧化碳气体的反应。

板书反应原理：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3 ；

H2CO3 =H2O+CO2↑；

总反应化学方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

【讲述】该反应的反应物是石灰石和稀盐酸，石灰石的主要成分是碳酸钙；稀盐酸的主要成分是氯化氢和水，大理石的主要成分也是碳酸钙，因此，也可以用大理石来替代石灰石。该反应原理：石灰石或大理石中的碳酸钙与稀盐酸中的氯化氢反应，生成氯化钙和碳酸，碳酸不稳定，很容易分解成二氧化碳和水。将第一个反应式中的碳酸用水和二氧化碳加以替换，这样，就得到了该反应的总的化学方程式。

四、探究实验室制取二氧化碳的发生装置和收集装置

15 min 【过渡】：确定了实验室制取二氧化碳的原理，接下来，我们该研究什么呢？（制取装置）

【师生分析】发生装置考虑：

二氧化碳的反应物的状态为：固体+液体（不加热型）。

收集装置考虑：

二氧化碳密度比空气大，可用向上排空气法。

二氧化碳能溶于水，并与水反应，不能用排水法。

【PPT】发生装置及收集装置的选择。展示不同的实验仪

器，让学生组装实验室制取二氧化碳的装置（学生合作，注意操作步骤及注意事项）。教师评价装置的易用性方面的优缺点。

选择发生装置和收集装置

【分析】装置的优点、气密性、注意事项

类型一：

DH试管+单孔塞（优点：装置很简单，操作方便。）

AH 锥形瓶+单孔塞或BH平底烧瓶+单孔塞

（优点：容量相对试管更大，能制取更多的气体。）

【提问】如何检查上述三套发生装置的气密性？

以试管为例：把导管口的下端浸入水中，用双手紧握试管。如果观察到导气管口有气泡冒出，则证明装置不漏气。（锥形瓶或平底烧瓶同样可以用捂热法；若效果不明显，可用微热法，试管直接微热，锥形瓶或平底烧瓶微热需要垫石棉网）

【注意】导管口稍微露出橡胶塞即可。（利于导气）

类型二：

FGA长颈漏斗+双孔塞+锥形瓶

FGC长颈漏斗+双孔塞+试管

FGD长颈漏斗+双孔塞+平底烧瓶

优点：长颈漏斗可随时添加液体，随时发生反应。

气密性检查：从漏斗加入一定量的水，使漏斗的下端管口浸没在液面以下，夹紧弹簧夹，再加入少量的水，停止加水后，漏斗中与锥形瓶中液面差（即水柱高度）保持不变，说明该装置不漏气。（法2：把导管口的下端浸入水中，从漏斗加入一定量的水，若加水过程中导管口产生气泡说明装置不漏气。）

【注意】长颈漏斗下端的管口应伸入液面下，锥形瓶中的导气管不应伸入液面以下，应刚露出胶塞为宜。

类型三：MAH注射器+锥形瓶+单孔塞

MCH注射器+平底烧瓶+单孔塞

MDH注射器+试管+单孔塞

优点：可连续制取并能控制反应速率

注射器气密性检查：法一：轻轻下推注射器活塞一小段距离后松手，若注射器能够回到原来的刻度，则说明不漏气。

法二：把导管口的下端浸入水中，注射器先注入一定量的水，再往锥形瓶中注水，若加水过程中导管口产生气泡说明装置不漏气。

【补充介绍】MAH 分液漏斗+锥形瓶+双孔塞

MCH分液漏斗+平底烧瓶+双孔塞

MDH分液漏斗+试管+双孔塞

（分液漏斗和注射器的效果相同，通过控制液体的量，可连续制取并能控制反应速率）

分液漏斗气密性检查：关闭分液漏斗上的活塞，把导气管的一端浸入水中，用双手紧握试管

底部。如果观察到导气管口有气泡冒出，而且在松开手后，导管中形成一段水柱，则证明装置气密性好，不会漏气。

类型四：“随开随用、随关随停”

【展示】带有多孔塑料片的装置，同学们观察这个装置能否随时反应、随时停止呢？请同学上来演示。

打开长颈漏斗，缓慢添加盐酸，反应发生并产生气体，当把弹簧夹夹紧时，试管内的大量气体使得试管内气压增大，将盐酸溶液又圧回长颈漏斗中，反应停止。

（可引导学生分析）

【介绍】另一种随时反应，随时停止的发生装置：齐普发生器（荷兰科学家齐普发明的，以他的姓命名）由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。适用于块状固体与液体在常温下反应制取气体。（气密性检查和长颈漏斗相似）

使用时，将仪器横放，把大理石由容器上插导气管的口中加入，然后放正仪器，再将装导气管的塞子塞好。接着由球形漏斗口加入稀盐酸。使用时，扭开导气管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟大理石接触而发生反应，产生的气体从导气管放出。不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的氢气使容器内压强加大，把酸液压回球形漏斗，使酸液与大理石脱离接触，反应自行停止。（中间球体容器中放玻璃棉防止固体颗粒掉落到底部容器中）固体必须是块状的(不能是粉末)。

【过渡】分析了发生装置，收集装置？

【展示】收集装置（向上排空气法）

注意：收集二氧化碳导管口应接近集气瓶底部以利于排净空气。

五、制取二氧化碳

5min 【PPT】实验室制取二氧化碳的步骤？

(连

→

检

→

装

→

制

→

集

→

验）

步骤：①连接装置②检查装置的气密性③加入石灰石或大理石（两到三粒），注入稀盐酸（约15mL）④制取CO2

⑤收集CO2

⑥检验及验满CO2

【师生分析】实验过程中出现的问题

【归纳小结】实验室制取二氧化碳的思路→实验室制取气体的一般思路。

六、课堂小练

导学案上习题练习。（四题）

补充：若时间有剩余即可课堂完成练习。(3min) 七、板书设计