第6单元 课题2 二氧化碳制取的研究（教案）

课题2 二氧化碳制取的研究
本课题主要研究实验室中如何制取二氧化碳。教材首先给出了实验室中制取二氧化碳的化学反应原理，然后采用活动与探究的方式来研究实验室中制取二氧化碳的装置，这是本课题的教学重点和难点。教材首先给出了确定气体发生装置和收集装置的因素，然后让学生从反应物的状态、反应条件、气体密度与空气的大小比较和是否与水反应等方面来比较实验室中制取二氧化碳和氧气的异同。在此基础上，给出了一些仪器，由学生自己来组装制取二氧化碳的装置。最后，教材给出了制取二氧化碳的一种装置，并在“学完本课题你应该知道”中总结了实验室中制取气体的思路和方法。
【教学目标】
1.知识目标
（1）通过分析氧气的实验室制法，讨论实验室制取气体的一般设计思路。
（2）根据实验室内制取气体的一般设计思路进行二氧化碳制取的探究实验。
（3）通过探究实验初步掌握实验室制取二氧化碳的原理、装置和操作。
（4）了解二氧化碳的部分物理性质，学会收集、检验和验满二氧化碳的方法
2.能力目标
（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。
3.素养目标
（1）增强学生对自然界中化学现象的探究欲。能从探究活动中获得成功的喜悦，增强学习化学的兴趣。
（2）培养学生的合作意识及勤于思考、严谨求实、勇于创新和实践的科学精神。
【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】
实验室制取二氧化碳装置的设计思路。
【教学准备】
仪器：锥形瓶（或广口瓶、大试管）、长颈漏斗，带导管的双孔塞、集气瓶、玻璃片、导气管等。
药品：大理石（或石灰石）、碳酸钠溶液、稀盐酸、稀硫酸溶液。
教具：多媒体电脑平台和PPT课件
一、导入新课
［设问］在课题1中我们学过碳在氧气中充分燃烧、高温下碳还原氧化铜都可以生成二氧化碳，在实验室里制取二氧化碳是否可以利用这些反应呢？
［提问］请同学们讨论总结：根据前面学过的实验室制取氧气的方法，设计实验室制取二氧化碳的思路是什么？
［总结］实验室制取气体的一般思路是：选择适当的反应，包括反应物和反应条件；选择合适的实验装置；检验所制得的气体等。
二、推进新课
1.实验室制取二氧化碳反应原理
［教师活动］提供学生实验探究的参考信息：
（1）碳酸钠粉末（Na2CO3）和大理石或石灰石（主要成分都是CaCO3）等碳酸盐均能跟稀盐酸（HCl）或稀硫酸（H2SO4）等酸发生反应生成二氧化碳。
（2）二氧化碳的性质信息（从生活经验和已有事实推测）
①在标准状况下，二氧化碳的密度是1.977g/L，比空气的密度 （空气是 ）。
②把燃着的木条插入盛二氧化碳的集气瓶中，木条 ，说明 。
③打开汽水瓶盖可以看到 ，这说明二氧化碳 溶于水（“能”或“不能”）且二氧化碳与水反应。
④人向澄清的石灰水中吹气，看到的现象 ，说明二氧化碳能与石灰水中的氢氧化钙［Ca（OH）2］反应。
［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）反应；（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）指导学生实验探究中的仪器操作、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：
①碳酸钠粉末（Na2CO3）和稀盐酸（有效成分HCl）
②碳酸钠粉末（Na2CO3）和稀硫酸（有效成分H2SO4）
③石灰石或大理石（主要成分是CaCO3）和稀盐酸（有效成分HCl）
④石灰石或大理石（主要成分是CaCO3）和稀硫酸（有效成分H2SO4）
⑤碳酸钙粉末（CaCO3）和稀盐酸（有效成分HCl）
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
2.发生装置和收集装置
［教师活动］
（1）结合教材及上述提供信息，讲解实验室制取气体的装置选择依据：（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1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2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3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4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5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。（也可选用其它仪器、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CO2的发生装置可为（如图6所示）（或其它类似装置，如容器用锥形瓶或平底烧瓶也可）。
［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跑掉。普通漏斗颈较短，难达到液封要求，因此，不宜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7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。
3.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。
三、典例剖析
例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 （ ）
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
【解析】 二氧化碳能溶于水，不能用排水法收集，故A错；不能用稀硫酸与石灰石反应制取CO2，因为生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在大理石表面，阻止反应继续进行，故B错；检验CO2是否集满，应把燃烧的木条放在集气瓶口，故C错。
【答案】D
四、课堂检测
完成练习册中本课时对应课堂作业部分。
五、课堂小结
［提问］通过今天的学习，你有哪些收获？
［小结］本节课主要学习了实验室中制取二氧化碳的反应原理和实验装置，并了解了气体的实验室制法的一般思路和方法。
六、布置作业
完成练习册中本课时对应课后作业。
课题2 二氧化碳制取的研究
1.反应原理CaCO3 + 2HCl==CaCl2 + CO2↑+ H2O
2.实验装置
气体发生装置：由反应条件和反应物状态决定；
气体收集装置：由气体溶解性和气体密度决定。
3.实验室制取二氧化碳
（1）发生装置：固体液体不加热型
（2）收集装置：向上排空气法
（3）操作步骤：检查气密性→加药品（先固后液）→连接装置→收集
（4）检验
（5）验满
1.探究重在过程、思路和方法
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。
2.探究要体现开放性
教学时，可以将学生分成几组，每组学生通过讨论、合作来组装一套制取二氧化碳的装置（可以不局限在教材中所列的仪器上），然后在教师指导下，组与组之间互相讨论装置的优缺点。教材中列出了两种制取二氧化碳的装置，目的是保证制取装置学习的落实，教学时切不可将它作为唯一的、标准的装置，要鼓励学生创新，鼓励学生利用代用品来设计装置。