《二氧化碳制取的探究》教学设计
一、教学目标
知识技能 1．掌握实验室制取二氧化碳的反应原理和方法，知道二氧化碳的验证和验满方法；2．能设计出实验室制取二氧化碳的简易装置，了解实验室制取气体的一般思路。
过程方法 1．通过实验室制取氧气的复习和对比确定 ( http: / / www.21cnjy.com )实验室制取二氧化碳的装置，验证方法，进一步得出实验室制备气体的一般思路和方法。2．通过多种能得到二氧化碳的反应原理的分析，得出选择大理石（或石灰石）与稀盐酸反应原理制备二氧化碳的原因，引导学生得出实验室制备气体时还需要考虑的一些基本因素，使学生的知识得到整合和升华。
情感态度价值观 1．通过分析和探究实验室制取和收集二氧化碳的方法，对学生进行具体问题具体分析的辨正唯物主义教。2．培养理科学习中严密的逻辑思维能力。3．通过相关实验的探究分析，激发学生探究的兴趣。
【教学重点】1．实验室制取二氧化碳装置的探究；
2．归纳实验室制备一般气体的规律。
【教学难点】实验室制备气体的知识整合和能力的培养。
二、学生认知分析
学生对实验室里如何制取气体已经有了初步的认识。知道了实验室常用三种方法来制取氧气（高锰酸钾加热；氯酸钾和二氧化锰混合加热；过氧化氢溶液和二氧化锰混合）。由于反应物的状态和反应条件不同，它们的制取装置不同。通过氧气性质的学习和收集装置的结合，学生也有了选择收集装置的部分经验。生活中学生已经积累的经验：二氧化碳的密度比空气大；不燃烧也不支持燃烧；可以灭火等。学习中学生已经知道一些能产生二氧化碳的发应原理，但却不知道怎样选择才适合实验室制备气体及还需要考虑的因素。教师要利用学生已有的知识对其进行引导，使知识得到补充完善，使能力得到提升。
三、教学过程
环节一、创设情境，引入新课
教师活动 学生活动 设计
意图
【演示实验】教师准备了一只空饮料瓶，向其中倒入半瓶热水后倒掉，然后迅速拧紧瓶盖，将其浸入冷水中，瓶子马上变瘪了。 然后教师又拿出一只事先收集满二氧化碳的饮料瓶，对同学们说：“刚才我用热水做的这个实验，现在改用冷水，看看能否成功。”当教师向瓶中注入约1/3体积的水后，立即拧紧瓶盖，用力振荡，发现瓶子也慢慢变瘪了。这时学生们有点迷惑了，教师趁机鼓动：“大家想不想亲手做一下，在每组仪器用品中，都有一只塑料瓶，大家试验一下吧！” 观察、思考学生们感到惊奇，但是大家很快明白了其中的道 ( http: / / www.21cnjy.com )理，这是因为封闭的塑料瓶内盛有热空气，当它遇冷后体积缩小，瓶内气压减小，在外界大气压的作用下，软塑料瓶自然就变瘪了。学生们模仿教师的实验后，感到很失望，因为他们的瓶子都没有变瘪 。 既是为了引课，也是为了让学生对亲自制取一瓶二氧化碳产生迫切需要，在任务驱动下，为探究二氧化碳的制法作好铺垫。
【讲述】其实老师的瓶子和大家的不一样，我的 ( http: / / www.21cnjy.com )瓶子里面装有一种‘神秘’的气体，而大家的瓶子里面只是空气。我瓶子里的气体，一遇见水呀，就哧溜溜钻进去很多――能溶于水，所以密封的瓶子里面气压也会减小，当然就会变瘪了。【提出问题】大家能猜一下这是什么气体吗？ 由于大部分学生已经预习过， ( http: / / www.21cnjy.com )很快大家就回答说：“二氧化碳”。也有同学回答是氧气或氮气的，但马上被其他同学否定了，在前面学过这两种气体都是难溶于水的。
“大家知道我是怎样将饮料瓶中装满二氧化碳的吗？你们想不想将自己的瓶中也装满二氧化碳，重复一下老师刚才的实验？” 此时，学生们跃跃欲试，急切地想知道怎样才能让自己的瓶子里装满二氧化碳。
环节二、探究实验室制取二氧化碳的反应原理
教师活动 学生活动 设计意图
【提出问题】列举你所知道的能生成二氧化碳的反应，能写出化学方程式的写出化学方程式。教师鼓励学生利用“头脑风暴”法，搜索尽可能多的反应。 小组活动，组内讨论、交流。学生提出的方法有：（1）碳在氧气或空气中燃烧；（2）一氧化碳在空气或氧气中燃烧；（3）木炭还原氧化铜；（4）蜡烛燃烧；（5）碳酸钠与稀盐酸（或稀硫酸）的反应（《质量守恒定律》中有该实验）；（6）石灰石或大理石与稀盐酸反应（或稀硫酸）（某些学生已预习）；（7）一氧化碳还原氧化铜；…… 培养学生发散思维能力。
【提出问题】大家列举的这些方法中，你认为哪些适合用于实验室制取二氧化碳气体？说明你的理由。 学生交流讨论，得出应该从反应条件、药品 ( http: / / www.21cnjy.com )来源、操作是否简便、气体是否便于收集等方面综合考虑。并从上述7个反应中初步筛选出“碳酸钠与稀盐酸（或稀硫酸）”和“碳酸钙与稀盐酸（或稀硫酸）”的反应。 培养学生运用已有知识解决实际问题的能力。
【提出问题】请同学们利用所提供的仪 ( http: / / www.21cnjy.com )器和药品，探究：石灰石与稀盐酸、石灰石与稀硫酸、碳酸钠与稀盐酸、碳酸钠与稀硫酸的反应，哪个更适合在实验室里制取二氧化碳？概括学生讨论，得出结论：在实验室里制取二氧化碳的最佳药品是石灰石和稀盐酸；其反应原理是：CaCO3＋2HCl ＝CaCl2＋H2O＋CO2↑。 小组同学利用点滴板完成上述实验，并得出结论：（1）碳酸钠无论与哪种酸反应，速度很快，不易收集；（2）石灰石与稀硫酸的反应开始时有气泡产生 ，但随之气泡越来越少，慢慢停止了反应；（3）只有石灰石与稀盐酸的反应速度适中，反应在持续进行，收集起来也很方便。 培养学生实验探究的意识和能力。
环节三、探究实验室制取二氧化碳的装置
教师活动 学生活动 设计意图
【提出问题】对比实验室用双氧水和二氧化锰制取氧气与二氧化碳的反应原理，你发现了什么？ 分析对比，得出：二者虽然所用药品不同，但是反应物的状态和反应的条件都相同，即都是“固＋液→气，且反应不需要加热”。 培养学生利用旧知识，通过对比的方法学习新知识的能力。
【提出问题】通过对比实验室制取氧气和二氧化碳气体的反应原理。利用所给的仪器设计实验室制取二氧化碳的装置。（教师将上述仪器用打印机打到透明胶片上，制作成仪器卡片，学生便可以用仪器卡片和透明胶带进行装置的设计） 学生以小组为单位，用透明仪器卡片设计实验装置。师生讨论，发现如下图设计中存在的问题：并得出如下图所示的几种可行性装置： 提供透明仪器卡片让学生粘贴模拟，而 ( http: / / www.21cnjy.com )未用实物仪器让学生组装，主要是考虑这本身属于设计实验，类似于建筑中的图纸，再者如果将所有备选仪器都提供出来，一则受实验室条件限制（某些仪器数量不足），二则学生的课桌上也无法摆放那么多的仪器。三则还可以为学生提供多样化思维的空间和载体，培养学生的创造性思维。
【布置任务】选择其中一种实验装置制取一瓶二氧化碳气体，并验证你是否收集满了。 学生动手实验，制取一瓶二氧化碳气体，并在教师引导下进行交流：（1）实验的主要操作步骤；（2）收集二氧化碳的方法；（3）验满的方法。 培养学生的动手能力。
环节四、课堂小结，拓展延伸
教师活动 学生活动 设计意图
【提出问题】实验室制取气体的一般思路是什么？ 师生共同交流，得出如下思路：确定反应原理——设计实验装置（包括反应装置和收集装置）——进行实验——收集气体——检验气体——验满。 整体认识气体的实验室制法。
【课堂练习】⑴ 实验室常用固体亚硫酸钠和稀硫酸反应来制取 ( http: / / www.21cnjy.com )SO2气体，已知SO2是无色有毒的气体，密度比空气大，能溶于水。则实验室制取SO2气体的发生装置应选用_____，收集装置应选用_____。⑵ 实验室用无水醋酸钠和碱 ( http: / / www.21cnjy.com )石灰的固体混合物加热制取甲烷。甲烷的密度比空气小，难溶于水。则实验室制取甲烷气体的发生装置应选用_____，收集装置应选用_____。（已知空气的平均相对分子质量为29，各元素的相对原子质量为 H： 1 C：12 O ：16 S： 32 ） 先独立思考，然后交流表达得出结论。 培养学生运用所学知识解决新问题的知识迁移能力。
【拓展延伸】用家庭厨房中的物品设计一套制取二氧化碳的装置。（提示：纯碱是碳酸钠，器具可以考虑用输液器的塑料软管） 课后完成 培养学生的创造性思维。《二氧化碳制取的研究》同步练习（1）
1. 实验室制取二氧化碳的药品通常选用 （ ）
A．锌粒和稀硫酸 B．过氧化氢溶液和二氧化锰
C．石灰石和稀盐酸 D．氯酸钾和二氧化锰
2. 工业需要大量的二氧化碳，用的方法是 （ ）
A．木炭在氧气中燃烧 B．煅烧石灰石
C．大理石和稀盐酸 D．碳还原氧化铜
3．常温下块状大理石投入 ( http: / / www.21cnjy.com )足量稀硫酸中，刚开始能产生气体，但很快就停止产生。而将大理石粉末逐步加入足量稀盐酸中却能持续产生气体。由此得出的结论或推理正确的是（ ）
A．物质间是否发生化学反应，只和反应的条件有关
B．反应物之间必须直接接触才会发生化学反应
C．块状大理石与粉末状大理石的化学性质不同
D．温度越高，反应速率越快
4. 下列说法正确的是 （ ）
A. 按质量计算：空气中含有氮气78％、氧气21％、其它气体和杂质1％
B．鱼类能在水中生活，证明氧气易溶于水
C．实验室制取二氧化碳和制取氧气的发生装置一定不相同
D．实验室常用向上排空气法收集二氧化碳
5．在实验室制取某气体，与选择收集方法无关的信息是 （ ）
A. 气体的质量 B. 气体在水中的溶解性
C. 气体的密度 D. 气体在通常情况下是否与氧气发生反应
6. 大理石的主要成分是碳酸钙，在探究大理石性质时，下列有关实验现象和结论的描述中，不正确的是 （ ）
A．在大理石的板砖碎片上，滴加稀盐酸有气泡产生
B．大理石与酸反应生成的气体可作灭火剂
C．实验室里可用大理石与稀盐酸来制取二氧化碳
D．大理石雕像不易受酸雨侵蚀
7. 物质的变化需要在一定条件下进行，通过控制反应条件可以控制化学反应的快慢。下列做法是为了控制化学反应变慢的是 （ ）
A．用较浓的食醋除水垢 B．某些食品密封包装时充入氮气
C．面团发酵时放在温热处 D．煤燃烧时向煤炉中不断地鼓入空气
8. 下列反应都能生成二氧化碳：①人和 ( http: / / www.21cnjy.com )动物的呼吸作用；②木炭在空气中燃烧；③蜡烛燃烧；④碳与氧化铜反应；⑤石灰石（块状）与硫酸反应；⑥碳酸钙粉末与稀盐酸反应；⑦石灰石（块状）与浓盐酸反应；⑧石灰石（块状）与稀盐酸反应。其中可用于实验室制取二氧化碳的是 （ ）
A. ⑥⑧ B. ⑧ C. ⑥⑦⑧ D. 全部
9.检验是利用物质典型特征或现象来证明这种物质，如检验CO2 。
验满是已知这种气体，只要用简单方法证明集气瓶已装满此气体，如验满CO2 。
10. 工业制氧气的原理是分离液态空气 ( http: / / www.21cnjy.com )，其方法是将空气加压降温成液态空气，然后略微升温，其中先逸出的是_______。（已知氧气的沸点是-183℃，氮气的沸点是-196℃）工业制二氧化碳的原理是煅烧石灰石，发生反应的化学方程式为：_______________________。
11. 某化学探究小组用HCl与大 ( http: / / www.21cnjy.com )理石反应研究影响反应剧烈程度的因素。实验温度为25℃、35℃；大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，每次实验取用含碳酸钙60％的大理石10 g；所用HCl的溶质的质量分数为9.125％、18.25％，每次实验用HCl量为20mL(假设9.125％、18.25％的盐酸的密度均为1 g／cm3；大理石中杂质不与盐酸反应)。
(1)反应原理：实验中的化学方程式 。
(2)提出假设：HCl与大理石反应的剧烈程度与所用HCl的质量分数、大理石规格、反应温度有关。
(3)实验设计与实施：完成以下实验设计方案并实验。
实验编号 T／℃ 大理石规格 HCl的质量分数 完全反应的时间／s 实验目的
① 25 粗颗粒 18.25％ 160 (I)实验①和②探究同体积下HCl质量分数对该反应剧烈程度的影响。(II)实验①和③探究温度对该反应剧烈程度的影响。(Ⅲ)实验①和④探究大理石规格对该反应剧烈程度的影响。
② 210
③ 35 粗颗粒 18.25％ 60
④ 100
(4)实验结论： 。
12. 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：
组别 药品 实验现象
① 块状石灰石和稀盐酸 产生气泡速率适中
② 块状石灰石和稀硫酸 产生气泡速率缓慢并逐渐停止
③ 碳酸钠粉末和稀盐酸 产生气泡速率很快
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：
；
不选择第③组药品的原因是 。
（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 。
（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 。
13. 采集的石灰岩样品进行相关实验。将 ( http: / / www.21cnjy.com )采集到的样品用水冲洗后晾干，称取20．00g样品平均分成两份，分别与足量相同质量分数的稀盐酸反应进行下列测定(如图13)，经数据处理得到释放出二氧化碳的质量与反应时间的关系图(如图14)。
（1）图l3所示实验中数据记录纸上应该连续记录的实验数据是和 。
（2）由图14中曲线可以看出，固体物质与液体物质反应，当其他条件相同时，接触面积越 ，其反应速率越 。
（3）试求样品中碳酸钙的质量分数(假设样品中其他杂质不参加反应，不考虑水、氯化氢逸 出)。
14. 碳酸钙经过高温煅烧可分解成氧 ( http: / / www.21cnjy.com )化钙和二氧化碳，这也是工业上生产生石灰的化学原理。称取两份碳酸钙，一份跟足量的稀盐酸反应，另一份在高温条件下充分煅烧，若要放出等质量的气体，则两份碳酸钙的质量比为_____________________。
15. 测定某石灰石样品中碳酸钙的质量 ( http: / / www.21cnjy.com )分数，其方法是：将样品与稀盐酸反应，测定反应后生成CO2的体积，再根据体积换算为质量，最后根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。下图(Ⅰ)为大理石与稀盐酸反应的反应装置，图（Ⅱ）用于测量CO2的体积。
（1） 写出图（I）中仪器的名称：①___ __，②_______ _，③______ ___；
（2） 检查图（I）装置气密性的方法是：_________________________________；
检查图（Ⅱ）装置气密性的方法是：____________________；
（3） 图（Ⅱ）装置中油层的作用是____________________________________________。
（4） __________________________________________________（填操作方法）可使反应前后油层上方气体压强和外界大气压相同，此时排出水的体积即为生成二氧化碳的体积。
答案1. C 2. B 3. B 4. D 5. A 6. D 7. B 8. B
9.将气体通入澄清的石灰水，若石灰水变浑浊，则该气体为二氧化碳
将燃着的木条平伸到集气瓶口处，若木条熄灭，则气体已集满
10. 氮气 CaCO3CaO+CO2↑
11. （1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
实验编号 T／℃ 大理石规格 HCl的质量分数 完全反应的时间／s 实验目的
① (I)实验①和②探究同体积下HCl质量分数对该反应剧烈程度的影响。(II)实验①和③探究温度对该反应剧烈程度的影响。(Ⅲ)实验①和④探究大理石规格对该反应剧烈程度的影响。
② 25 粗颗粒 9.125％
③
④ 25 细颗粒 18.25％
（4）固体颗粒越小、溶液中溶质的质量分数越大、反应温度越高，反应速率越快。
12. （1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 药品间接触面积大，反应速率太快
（2）固体和液体反应，不需要加热（或反应物状态和反应条件与用过氧化氢制取氧气相同）（3）将燃着的木条平伸到集气瓶口处，观察火焰是否熄灭
13. （1） 电子天平示数(或锥形瓶体系质量) 计时器示数(或反应时间)
（2） 大 快 (或 小 慢)
（3）解：设每份样品中CaCO3的质量为x
答：样品中CaCO3质量分数为75．0％
14. 1∶1
15. (1) ①长颈漏斗 ②铁架台 ③试管
(2)在乳胶管上夹弹簧夹，向长颈漏斗内 ( http: / / www.21cnjy.com )加水，至形成液封，再加适量水，静置一段时间后，若长颈漏斗液面与试管内液面高度差保持不变，说明气密性良好。（答案合理）
在乳胶管上夹上弹簧夹，向量气管加适量水，提高量气管，一段时间后，若量气管内液 面不下降，说明气密性良好。
（3）防止CO2溶于水。
（4）调节量气管高度，使反应前后两边液面相平。《二氧化碳制取的研究》同步练习（2）
1．实验室制取二氧化碳有以下五个步 ( http: / / www.21cnjy.com )骤：①检查装置的气密性；②向长颈漏斗中注入盐酸；③收集气体；④向反应器中加入石灰石。其中正确的操作顺序是 （ ）
A． ①③②④ B．①②④③ C． ③①②④ D．①④②③
2. 使用如下图装置能完成的实验是 （ ）
A．高锰酸钾制取收集氧气
B．锌和稀硫酸制取收集氢气
C．大理石和稀盐酸制取收集二氧化碳
D．过氧化氢溶液和二氧化锰制取收集氧气
3. 小亮同学设计图6-22装置来制取并收集气体，你认为他能制得的气体是（ ）
A．用KMnO4粉末制取O2
B．用KClO3和MnO2制取O2
C．用Zn和稀硫酸制取H2
D．用石灰石和稀盐酸制取CO2
4. 利用图6-23所示装置，能完成实验室制取气体的是 （ ）
A．用①③制取氧气 B．用②③制取二氧化碳
C．用②④制取氧气 D．用①⑤制取二氧化碳
5. 某学生设计了如图所示的四套装置来制取CO2，其中在制取时不能使反应随时发生或停止的装置为 （ ）
6．在实验操作考查中，小明抽到的题目是“二氧化碳的制取、收集和验满”。如图所示是他的主要实验步骤，其中操作有误的是 （ ）
7.如图所示是有关气体的制取、收集和检验的装置，其中不正确的是（ ）
A．实验室可用甲装置来制取氧气 B．乙装置可用来制取、检验二氧化碳
C．收集氢气可用丙装置 D．丁装置可用来收集氧气
8. 图6-27是某同学设计的实验室制取二氧化碳的装置，根据此装置回答。
（1）长颈漏斗的下端管口没有浸没在液面下，造成的后果是： ；再找出图中另外两个错误 、 。
（2）装置改正后，检验二氧化碳的方法是： 。写出实验室制取二氧化碳反应的化学方程式 。
9. 请结合图6-28所示实验装置回答有关问题：
图6-28
（1）写出装置中标号仪器的名称。a ；b 。
（2）写出一个实验室制取氧气的化学方程式 ，根据该反应原理，可选择图6-28中 (填标号，下同)与 组装一套制取氧气的装置。
（3）你所组装的上述制取氧气的装置 （填“能”或“不能”）用于实验室制取二氧化碳，理由是 。
10. 化学课外小组设计了如图6-29所示的一套气体发生和收集装置，以探究该装置的多功能性。
（1）甲同学认为装置Ⅰ可作为实验室制取O2的发生器，则Ⅰ的a仪器中可加入 ，b仪器加入 ，反应的化学方程式为 ，装置Ⅱ中从管口进气即可作为O2的收集装置。
（2）乙同学认为利用装置Ⅰ可作为实验 ( http: / / www.21cnjy.com )室制二氧化碳的发生器，则Ⅰ中a仪器可加入 ，b中加入 。如果收集H2，则装置Ⅱ中从 管口进气即可收集H2。
11． 小张用足量的盐酸、石灰石反应，并尝试直接利用图6-30所示装置制取和收集一瓶CO2。你认为小张 （ ）
A．不可能收集到一瓶CO2，因为CO2可溶于水
B．选择B、C两种装置，导管b接导管d可收集到一瓶CO2
C．选择B、C两种装置，导管c接导管d可收集到一瓶CO2
D．选择A、B两种装置，导管a接导管b。可收集到一瓶CO2
12. 在实验台上摆放着如图6-31所示仪器和药品：
图6-31
（1）根据提供的仪器和药品可以制取的一种气体是 ，发生反应的化学方程式为： 。
（2）利用以上仪器和药品制取该气体应选择的仪器为 。（填编号）
（3）检验该气体是否集满进行的操作是 。
（4）利用提供的药品还可以制得初中学习过的另一种气体，反应的化学方程式为：
用该药品制取这种气体时还需要补充的仪器是 和 。
（5）利用问题（2）中所选仪器设计的制取气体的装置，你发现它存在的不足是 。
（6）根据所学的实验室制气体的方法和思路可知：实验室制取气体，在选择发生装置和收集时不需考虑： 。
A．反应物的状态 B．反应条件 C．气体的性质 D．气体的用途
答案：
1. D 2. B 3. D 4. C 5. B 6. D 7. C
8. （1）生成的气体从长颈漏斗口逸出
采用向下排空气法收集气体 伸入锥形瓶内的导气管太长(或导气管插人液面下)
（2）将气体通入澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
9. （1）长颈漏斗 集气瓶
（2）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ B E（或B D）（答案合理即可）
（3）不能，实验室制取二氧化碳属于固体和液体反应，不需要加热，而上述反应原理为固体加热的反应。
10. （1） 双氧水 二氧化锰 2H2O22H2O+O2↑ c
（2）稀盐酸 石灰石（或大理石） d
11. C
12. （1）CO2 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
（2）①③⑤
（3）将燃着的木条平伸到集气瓶口处，观察火焰是否熄灭
（4）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ 铁架台 酒精灯
（5）不能随时添加液体药品（或不能控制反应速率）（合理即可）
（6）D
