4.3 二氧化碳的实验室制法-2024-2025学年沪教版（上海）化学九年级第一学期

配套中学沪教版(上海) 二氧化碳的实验室制法 一、教材分析 本章节内容是在学生学习了氧气的实验室制法以及二氧化碳的性质等知识基础上进行的深入探究，在初中化学知识体系中具有承上启下的重要作用。既巩固了气体制备的一般思路和方法，又为后续学习其他气体的制取以及高中化学中有关化学实验的设计与操作奠定了基础。 通过对二氧化碳实验室制法的学习，学生将进一步理解化学反应原理、实验装置的选择依据以及实验操作的规范和要点，培养学生的实验技能和科学探究精神，同时也有助于学生将化学知识与实际生活应用紧密联系起来，提高学生对化学学科价值的认识。 二、教学目标 化学观念 形成物质制备的观念，理解根据反应物的状态和反应条件选择合适的发生装置，依据气体的性质选择收集装置的原理，构建气体制备的思维模型。 深入理解复分解反应的概念，通过碳酸钙与盐酸反应制取二氧化碳的实验，明确化学反应的本质是原子的重新组合，以及化学变化过程中元素种类和质量守恒的观念。 科学思维 通过对比氧气和二氧化碳的实验室制法，分析异同点，培养学生的比较、归纳和总结能力，提高学生的逻辑思维能力。 在设计二氧化碳实验室制取方案的过程中，引导学生思考实验步骤、仪器选择、药品用量等因素，培养学生的创新思维和批判性思维，学会从多个角度优化实验方案。 科学探究 经历 “提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价” 等科学探究过程，探究二氧化碳的实验室制法，提高学生的实验探究能力和科学素养。 培养学生观察实验现象、记录实验数据、分析实验结果的能力，以及在探究过程中发现问题、解决问题的能力，增强学生对科学探究的兴趣和自信心。 科学态度与责任 培养学生严谨、认真、实事求是的科学态度，让学生认识到科学实验必须遵循一定的规范和原则，任何一个细节的疏忽都可能导致实验结果的偏差或失败。 通过了解二氧化碳在生活和生产中的应用以及实验室制取二氧化碳的实际意义，增强学生对化学学科的认同感和责任感，使学生意识到化学知识可以为解决实际问题提供有力的支持，培养学生将化学知识应用于实际生活的意识。 三、教学重难点 教学重点 二氧化碳实验室制法的反应原理，即碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳（CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑），让学生理解该反应的特点和优势，明确选择该反应作为实验室制取二氧化碳的原因。 二氧化碳实验室制取的装置选择，包括发生装置（固液不加热型）和收集装置（向上排空气法）的确定依据，使学生能够根据反应物和生成物的性质以及实验条件，正确选择和组装实验装置。 二氧化碳的检验和验满方法，掌握用澄清石灰水检验二氧化碳（CO₂ + Ca (OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O）以及用燃着的木条放在集气瓶口验满二氧化碳的操作技能和原理，确保学生能够准确判断二氧化碳的生成和收集情况。 教学难点 实验装置的优化设计，引导学生思考如何改进实验装置，使其更加简便、高效、环保，培养学生的创新思维和实践能力。例如，如何设计可以随时控制反应发生和停止的装置，如何解决实验过程中可能出现的气体泄漏、反应速率过快或过慢等问题。 对实验过程中出现的异常现象的分析和解释，如在制取二氧化碳时，可能会出现反应速率过快导致液体溢出、收集到的气体不纯等现象，要求学生能够运用所学知识，从反应物的浓度、纯度、装置的气密性等多个方面分析原因，并提出相应的解决措施，培养学生的问题解决能力和科学探究精神。 四、教学过程 一、导入新课 师：同学们，在生活中我们经常会接触到二氧化碳，比如汽水、灭火器等，大家能说一说二氧化碳有哪些性质吗？ 生：二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，不支持燃烧，密度比空气大。 师：非常好！那大家想不想知道在实验室中我们是如何制取二氧化碳的呢？这就是我们今天要学习的内容 —— 二氧化碳的实验室制法。 二、知识讲解 （一）反应原理 师：我们知道，在实验室制取气体时，首先要考虑的是选择合适的化学反应。那么，哪些物质反应可以生成二氧化碳呢？同学们可以回忆一下之前学过的含碳化合物的化学反应。 生：木炭在氧气中燃烧可以生成二氧化碳，但是这个反应不好收集二氧化碳，因为有氧气混入。 师：说得很对，那还有其他反应吗？ 生：碳酸钙高温分解也能产生二氧化碳，但是需要高温条件，实验室不太好操作。 师：大家思考得很全面。其实，实验室常用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应来制取二氧化碳。这是因为大理石（或石灰石）的主要成分碳酸钙与稀盐酸反应比较温和，容易控制，而且成本较低。大家看一下这个反应的化学方程式：CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑。从这个方程式中，我们可以看出这是一个复分解反应，碳酸钙中的碳酸根离子与盐酸中的氢离子结合生成碳酸，碳酸不稳定，分解成水和二氧化碳。大家能理解吗？ 生：能理解。 师：好，那大家思考一下，为什么不用浓盐酸呢？ 生：浓盐酸有挥发性，会使制得的二氧化碳中混有氯化氢气体，不纯。 师：非常棒！那能不能用稀硫酸呢？ 生：（思考片刻）好像不行，因为碳酸钙和稀硫酸反应会生成硫酸钙，硫酸钙微溶于水，会覆盖在碳酸钙表面，阻止反应继续进行。 师：完全正确！大家对反应原理理解得很透彻了。 （二）实验装置 师：确定了反应原理，接下来就要选择合适的实验装置了。我们先来看发生装置。大家回忆一下，我们之前学过的氧气的实验室制法，过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气用的是什么发生装置？ 生：固液不加热型装置。 师：对，那大理石（或石灰石）与稀盐酸反应制取二氧化碳也是固液不加热型反应，所以发生装置和过氧化氢制取氧气的发生装置类似。（展示固液不加热型发生装置的图片）大家看，这个装置有哪些仪器组成呢？ 生：有锥形瓶、长颈漏斗、双孔橡皮塞、导气管。 师：很好，长颈漏斗的作用是什么呢？ 生：添加稀盐酸。 师：那如果把长颈漏斗换成分液漏斗好不好呢？ 生：好，可以控制稀盐酸的滴加速度，从而控制反应速率。 师：非常聪明！接下来我们看收集装置，二氧化碳的密度比空气大，而且能溶于水，所以我们应该用什么方法收集二氧化碳呢？ 生：向上排空气法。 师：对，（展示向上排空气法收集装置的图片）这就是向上排空气法收集二氧化碳的装置，大家注意导气管要伸到集气瓶底部，这样才能把瓶内的空气排尽。那如何检验二氧化碳是否收集满了呢？ 生：用燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，说明二氧化碳已经收集满了。 师：非常好！大家对实验装置这部分内容掌握得不错。 （三）实验步骤 师：下面我们来看一下具体的实验步骤。首先，连接仪器并检查装置的气密性，这一步非常关键，如果装置漏气，就收集不到二氧化碳或者收集的气体不纯。怎么检查气密性呢？大家看（演示检查气密性的方法），将导管的一端浸入水中，用手握住锥形瓶，如果导管口有气泡冒出，说明装置气密性良好。检查完气密性后，接下来做什么呢？ 生：先往锥形瓶中加入大理石（或石灰石），再从长颈漏斗中加入稀盐酸。 师：对，加入药品的顺序不能颠倒。然后就可以用向上排空气法收集二氧化碳了。收集满后，用玻璃片盖住集气瓶口，正放在桌面上。因为二氧化碳的密度比空气大。最后，大家别忘了整理实验仪器。 三、实验演示 师：现在老师来给大家演示一下二氧化碳的实验室制取过程，大家要仔细观察实验现象和老师的操作步骤。 （老师按照实验步骤进行实验操作，制取二氧化碳，并将产生的二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊） 师：大家看到了什么现象？ 生：有气泡产生，澄清石灰水变浑浊。 师：很好，这说明我们成功制取了二氧化碳，而且二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，这也是检验二氧化碳的方法。 四、学生实验 师：接下来，大家就按照刚才老师讲的实验步骤和注意事项，自己动手制取二氧化碳吧。每个小组要分工合作，注意安全，遇到问题可以举手问老师。 （学生分组进行实验，老师巡视指导，及时纠正学生的操作错误） 五、课堂总结 师：好，同学们，实验都做得差不多了。我们一起来总结一下今天学习的内容。我们学习了二氧化碳的实验室制法，包括反应原理，是碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳；实验装置是固液不加热型发生装置和向上排空气法收集装置；实验步骤有连接仪器、检查气密性、加药品、收集气体、验满和整理仪器等。大家在实验过程中有没有遇到什么问题呢？ 生：我们组在检查气密性的时候，刚开始没有看到气泡，后来发现是导管没有插好。 师：这就提醒我们在做实验的时候一定要认真仔细，每一个环节都很重要。通过这次实验，大家对二氧化碳的实验室制法是不是有了更深刻的认识呢？ 五、板书设计 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$