2021-2022学年初中化学人教版九年级上册 第六单元 课题2 二氧化碳制取的研究 教案

第六单元
碳和碳的氧化物
课题2
二氧化碳制取的研究
教学目标
一、知识与技能
1.了解实验室制取二氧化碳的反应原理，探究实验室制取二氧化碳的装置。
2.利用比较、讨论的方法，使学生初步掌握实验室制取CO2的药品、原理、实验装置、收集方法等。
3.了解实验室制取气体的设计思路和方法。
二、过程与方法
1.使学生初步认识科学探究的意义和基本过程，能提出问题，进行探究活动。用科学的方法去推理、分析、解决实际问题。
2.通过探究实验培养学生主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己的观点，逐步形成良好的学习模式。
教学重点
探究实验室制取二氧化碳的原理和实验装置，并利用设计装置制取二氧化碳。
教学难点
确定实验室制取气体的发生装置和收集装置的思路和方法。
新课引入
在意大利，传说有个山洞，人们把它叫作“死狗洞”，狗进入这个山洞就会死去，人进去了却安然无恙，人们都说洞里有个妖怪叫“屠狗妖”。有一天，科学家波曼尔来到这山洞，他想解开“死狗”之谜。波曼尔拿着火把走近山洞，只见洞顶有许多倒挂的钟乳石，地上长有许多石笋，还很潮湿，波曼尔把火把接近地面，这时火焰渐渐变小，最后熄灭，波曼尔忍不住大笑起来说：“这屠狗妖不就是CO2吗？它不仅会杀狗，它还会杀人呢！”今天我们来研究实验室是如何获取二氧化碳的。
教学过程
Ⅰ.
实验室制取二氧化碳反应原理
［教师］同学们还记得氧气的实验室制法吗？实验中用到哪些药品？反应物是什么状态？反应条件是什么？需要哪些仪器？实验装置是怎样的？
［思考并讨论回答］
碳在氧气中燃烧可以生成CO2，碳在高温下能和氧化铜反应生成CO2。
这些生成的二氧化碳能不能用于实验室制取二氧化碳?根据前面学过的实验室制取O2的方法，实验室制取CO2应从哪几方面考虑呢？
［讨论回答］应从使用的药品、原理、装置、操作等几个方面进行设计。
［学生活动］实验探究一：探究实验室制取二氧化碳的理想原料。（重点比较反应速率快慢）
可供选的药品：（1）碳酸钠粉末（Na2CO3）（2）石灰石或大理石（主要成分是CaCO3）；（3）碳酸钙粉末（CaCO3）;（4）稀盐酸（有效成分HCl）；（5）稀硫酸（有效成分H2SO4）。
可供选的仪器：试管、药匙、胶头滴管。
［教师活动］
（1）指导学生在实验探究中正确进行仪器操作、药品取用并观察现象。
（2）共同分析总结：根据提供药品可做如下实验：
实验①:碳酸钠粉末（Na2CO3）和稀盐酸（有效成分HCl）；
实验②:碳酸钠粉末（Na2CO3）和稀硫酸（有效成分H2SO4）；
实验③:石灰石或大理石（主要成分是CaCO3）和稀盐酸（有效成分HCl）；
实验④:石灰石或大理石（主要成分是CaCO3）和稀硫酸（有效成分H2SO4）；
实验⑤:碳酸钙粉末（CaCO3）和稀盐酸（有效成分HCl）；
实验⑥:碳酸钙粉末（CaCO3）和稀硫酸（有效成分H2SO4）
。
（3）现象总结分析：实验中，他们观察发现：实验①②⑤迅速反应，生成大量气体，碳酸钠粉末很快消耗完毕；实验④⑥刚开始时冒出了少量气泡，但很快气泡越来越少，药品有剩余但反应停止；实验③迅速反应，生成较多的气体，反应持续时间较长。
［结论］在实验室里常常用石灰石（或大理石）跟稀盐酸反应来制取二氧化碳：CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O。
Ⅱ.发生装置和收集装置
［提问］既然我们已经知道如何制取CO2了，那么应该用什么装置来制取和收集CO2呢？
引导同学们对比制取氧气的实验装置、收集方法及依据的原理进行讨论。
［教师活动］
（1）结合教材及上述提供的信息，讲解实验室制取气体装置的选择依据：（投影）
①发生装置的选择依据：反应物的状态及反应条件。
a.如果反应物的状态是固体，反应条件需要加热，采用如图6-2-1Ⅰ所示装置。
b.如果反应物的状态是固体和液体，反应条件不需要加热，采用如图6-2-1Ⅱ所示装置或类似装置。
②收集装置的选择依据：气体的水溶性、气体的密度
a.排水集气法：适用于难溶于水或不易溶于水且不与水发生化学反应的气体。此法收集的气体较为纯净；当有气泡从水槽中冒出时，表明气体收集已满
（如图6-2-1Ⅲ所示）。
b.向上排空气集气法：适用于相同状况下，密度比空气大且不与空气中成分反应的气体。操作时应注意将导管口伸到接近集气瓶瓶底处，便于将集气瓶内的空气排尽。同时，应在集气瓶的瓶口处盖上玻璃片，以便稳定气流。此法收集的气体较为干燥，但纯度较差；需要验满（如图6-2-1Ⅳ所示）。
c.向下排空气集气法：适用于相同状况下，密度比空气小且不与空气中成分反应的气体。操作时应注意将导管口伸到接近集气瓶瓶底处，便于将集气瓶内的空气排尽。此法收集的气体较为干燥，但纯度较差；需要验满（如图6-2-1Ⅴ所示）。
（2）指导学生结合上述提供信息及上面所讲知识完成教材P114中的表：二氧化碳和氧气制取实验及相关性质比较表。
［学生活动］
（1）交流讨论：根据上述信息分析，制取二氧化碳和氧气的发生装置和收集装置有什么不同？
（2）实验探究：结合上述原理和教材提供的仪器，设计制取二氧化碳的装置，并与同学讨论、交流，分析各自设计的装置的优缺点。（也可选用其他仪器、自制仪器或代用品）
［共同总结］
总结学生讨论、实验探究的成果：（投影）
发生装置：发生装置要根据反应物的状态和反应条件来确定。由于反应物是块状的大理石或石灰石与稀盐酸反应，且反应不需要加热，生成的CO2难溶于酸，因此制取CO2的发生装置选固-液非加热型,如图6-2-2Ⅰ所示（或其他类似装置）。
［思考］长颈漏斗为什么要插入液面下？能不能用普遍漏斗代替长颈漏斗？
［回答］起液封作用，防止生成的气体从长颈漏斗处跑掉。普通漏斗颈较短，难达到液封要求，因此，不能用普通漏斗代替长颈漏斗。
收集装置：收集装置要根据CO2的性质来确定。因为CO2能溶于水，且密度比空气密度大，因此一般只用向上排空气法来收集（如图6-2-2Ⅱ所示）。
［思考］为什么插入集气瓶的导气管要接近瓶底？
［回答］如果不接近瓶底，瓶内空气不易排出，收集到的CO2气体不纯。
Ⅲ.实验室里制取二氧化碳
［学生活动］各小组按照自己的设计，选择仪器，自行组装并进行实验。
（1）按照正确的实验步骤制取并收集一瓶二氧化碳。
（2）讨论：怎样检验生成的气体是二氧化碳？
（3）讨论：如何检验集气瓶中的二氧化碳已收集满了？
［共同总结］
（1）实验步骤：①检查装置的气密性;②装药品（先加固体，连接好装置后加液体）；③连接装置；④检验制得的气体；⑤收集一瓶二氧化碳；⑥检验是否收集满。
（2）检验方法：将产生的气体通入澄清的石灰水中，如果澄清石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳。
（3）验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条立即熄灭，则证明已收集满了。
课堂小结
板书设计
1.实验室制取二氧化碳的原理：CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
2.发生装置、收集装置的选择
3.二氧化碳的制取
教学反思
本节课主要是让学生探究实验室中制取二氧化碳的装置，在探究过程中了解实验室中确定制取气体的装置（包括发生装置和收集装置）时应考虑的因素，如反应物的状态、反应条件、所要制取的气体的性质等等。因此，探究的重点是让学生参与设计制取二氧化碳装置的过程，以及了解实验室中确定制取气体装置的思路和方法。21教
例题展示
类型一
二氧化碳的实验室制取
例1请你和小明一起进行实验室制取二氧化碳的探究。
（1）选择药品。小明对三组药品进行了研究，实验记录如下：
从制取和收集的角度分析，一般选择第①组药品，该组药品发生反应的化学方程式为CaCO3＋2HCl==CaCl2＋H2O＋CO2↑；不选择第③组药品的原因是反应速率太快，不利于气体的收集。
（2）选择装置。通过对制取氧气装置的分析，他选择用过氧化氢制取氧气的发生装置。你认为他选择的依据是该反应为固体和液体反应，不需要加热。
（3）制取气体。将药品装入所选装置制取气体，并用向上排空气法收集，验满方法是将燃着的木条放在集气瓶口，观察火焰是否熄灭。
（4）气体检验。将生成的气体通入石蕊溶液中，溶液变红，因此他确定该气体是二氧化碳。他的检验方法是否正确？请说明理由：不正确。反应可能挥发出HCl气体，HCl气体溶于水也能使石蕊溶液变红。
类型二
实验室制取气体的一般思路和方法
例2某市化学实验的考查题目有：①氧气的制取、②二氧化碳的制取等。由学生抽签确定一个考题进行考查。
甲同学抽签后来到实验室，发现本组实验桌上主要准备了如图6-2-3所示的仪器和药品：
(1)图中仪器E的名称是烧杯，G的名称是酒精灯。
(2)甲同学抽到的考题应该是B(填序号)。
A.氧气的制取
B.二氧化碳的制取
(3)制取该气体的反应原理为CaCO3＋2HCl==CaCl2＋H2O＋CO2↑(用化学方程式表示)。制取一瓶该气体，应选用的仪器有ABCDF(填字母代号)。
(4)甲同学实验的主要步骤示意如下，请你帮他补充完整。
组合装置→检查气密性→先加大理石，连接好装置后加稀盐酸→收集气体。
(5)利用上述气体发生装置还可以制取其他气体，请写出其中一种反应的化学方程式：2H2O22H2O＋O2↑。
课后作业
一、当堂反馈
1.收集气体的常用方法有：①向上排空气法、②向下排空气法、③排水法。已知在标准状况下，氢气的密度比空气小，难溶于水，那么收集氢气的方法是(C)
A.①②
B.①③
C.②③
D.①
2.实验室制备二氧化碳气体常用的方法是(C)
A.煅烧石灰石
B.点燃木炭
C.用石灰石与稀盐酸反应
D.用木炭与氧化铜反应
3.实验室制取CO2的实验中，发生装置不需要使用的仪器是(B)
A.试管
B.酒精灯
C.导管
D.带孔橡皮塞
解析:实验室制取二氧化碳是用大理石与稀盐酸常温下进行反应，不需要酒精灯。
4.图6-2-4是实验室依次制备、收集、验证、验满CO2的装置，其中正确的是(D)
5.在实验室中制取二氧化碳。下列有关该实验的说法中，正确的是(D)
A.用排水法收集一瓶二氧化碳气体
B.先往试管中放入石灰石，再滴入稀硫酸
C.将燃烧的木条伸入集气瓶中，检验二氧化碳是否集满
D.将集满二氧化碳气体的集气瓶盖上玻璃片，正放在桌上
6.实验室中，利用图6-2-5中装置可以制取某些气体，请回答下列问题。
(1)写出图中标号仪器的名称：①试管；②集气瓶。
(2)用大理石和稀盐酸反应制取CO2，应选用的发生装置是B(填代号，下同)，最好选用的收集装置是C。
(3)加热固体碳酸氢钠或固体碳酸氢铵都能产生CO2，其化学方程式分别是：
①2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
②NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑
某同学采用反应①的方法制取CO2，应该选用的发生装置是A，他不选择反应②制取CO2的理由是生成物中有NH3，使制得的CO2不纯。
二、课后练习
1.实验室制取二氧化碳，一般有以下步骤：①检验装置的气密性；②装配仪器；③向漏斗中注入酸液；④向容器（锥形瓶或广口瓶）里加入若干小块石灰石；⑤收集气体。正确的顺序是(D)
A.①②③④⑤
B.②①③④⑤
C.①④②③⑤
D.②①④③⑤
解析：加入药品时，要注意先固后液的原则。
2．（2015·山东泰安）下列有关实验室制取气体的说法错误的是(D)
A.装置①可作为CO2的发生装置
B.装置②干燥O2时，气体由a管进b管出
C.装置③可用作O2的收集装置
D.装置④是CO2气体的验满方法
解析：CO2气体的验满方法：将燃着的木条放到集气瓶口，如果燃着的木条熄灭，证明收集满了。
3．（2015·山东青岛）根据下列实验装置图填空：
（1）图中标有序号仪器的名称：①酒精灯；②集气瓶。
（2）实验室用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳时，反应的化学方程式为CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑，应选用的发生装置是B（填装置序号，下同）。
（3）甲烷是一种无色无味、难溶于水、密度比空气小的气体。实验室用加热无水醋酸钠和碱石灰的固体混合物制取甲烷时，发生装置应选用A，收集装置应选用D(或E)。