5.1二氧化碳的性质与用途课件--2025-2026学年九年级化学沪教版(2024)上册

沪教版初中化学 第5章 奇妙的 二氧化碳 第1节 二氧化碳的性质与用途 二氧化碳的物理性质 颜色 气味 状态 密度 溶解性 无色 无气味 常温、常压下为气态 通常情况下，密度比空气大 能溶于水 状态 温度 气压 说明 常温常压 25℃ 101kPa 常温、常压和通常状况都是指比较常见的环境中的温度和压强 通常状况 20~25℃ 101kPa 标准状况 0℃ 101kPa 为了便于研究大家制定的标准 标准大气压 - 101.325kPa 常温常压、通常状况、标准状况和标准大气压 二氧化碳的物理性质 二氧化碳的状态变化 常温、常压下，二氧化碳是无色气体 在高温压、低温条件下可以转化为液态 再更高压强、更低温度下可转化为外形与冰相似的固态二氧化碳（称为干冰） 固态二氧化碳（称为干冰） 干冰的性质与用途 干冰在高于-78.5℃时升华，直接转化为气态，吸收大量的热，因此可用于营造舞台效果、制冷剂和人工降雨。 营造舞台效果 用作制冷剂 用于人工增雨 干冰的性质与用途 二氧化碳的空气比空气大 CO2的密度和空气的密度 在标准状况下，二氧化碳的密度1.977g/L，比空气的密度1.293g/L大，约是同体积空气的1.5倍。 二氧化碳的相对分子质量和空气的相对分子质量 空气的平均相对分子质量为29，如果某气体的相对分子质量大于29，则这种气体的密度比相同状况下的空气大；如果小于29，则其密度比相同状况下的空气小 二氧化碳的相对分子质量Mr(CO2)=12+16×2=44 二氧化碳的相对分子质量44＞空气的相对分子质量29 二氧化碳的密度＞空气的密度 同温同压下，气体的密度大小排序，括号内为相对分子质量 CO2(44)＞O2(32)＞空气(29)＞N2(28)>CO(28)>H2(2) 证明二氧化碳的密度比空气大的方法 气球法 将充满空气的气球放入盛有CO2的容器中，气球会上升 称量法 比较等体积的空气和二氧化碳的质量，用如图所示的装置，天平会向右倾斜 熄灭蜡烛法 往装有高低不同燃着蜡烛的烧杯中慢慢倒入CO2气体，下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭 气球法比较二氧化碳的密度 【实验步骤】将盛有空气的小气球置于烧杯中，向烧杯中慢慢通入二氧化碳气体 【实验现象】气球上升 实验室制取CO2的发生装置 升降台 导管口置于烧杯底部，便于观察实验现象 二氧化碳能溶于水 【实验步骤】 向充满二氧化碳的塑料矿泉水瓶中迅速倒入约占溶剂1/3的水，立即旋紧瓶盖并充分振荡，观察发生的现象 【实验现象】 塑料瓶变瘪 【实验分析】 二氧化碳能溶于水，造成瓶内气压减小，外界大气压高于瓶内气压，故塑料瓶变瘪了 二氧化碳在水中的溶解 碳酸饮料 生产碳酸饮料通常是在高压、低温条件下使二氧化碳较多地溶解在饮料中。 打开汽水瓶盖，溶解在饮料中的二氧化碳会迅速逸出。 H2CO3 气体的溶解度大小顺序 常温常压下，气体在水中的溶解度 NH3(1:700)> HCl(1:500)> SO2(1:40)> H2S(1:2.6)> Cl2(1:2)> CO2(1:1)> O2(1:0.03)> N2(1:0.02) HCl：氯化氢，溶液水后形成盐酸溶液 H2S：硫化氢，S元素为-2价 H2难溶于水，且溶解度比O2小（电解水的实验中，负极产生的H2的体积与正极产生的O2的体积比往往大于2:1，其原因是：①氧气在水中的溶解度比氢气大；②氢气易与电解装置的电极发生氧化反应而被消耗） CO难溶于水，在室内放一盆水的方法无法防止CO中毒。收集一氧化碳采用排水法，因为一氧化碳难溶于水，其密度与空气十分接近且一氧化碳有毒，所以不可以用排空气法收集。 O2的密度虽然很小，水中的生物却可以依靠溶解在水中的氧气生存，钢铁浸泡在水中，也会生锈 二氧化碳的化学性质 CO2 化学性质 和水反应 H2O+CO2 = H2CO3 不可燃也不助燃 CO2可用于灭火 和澄清石灰水反应 CO2+Ca(OH)2 = CaCO3↓+H2O 光合作用 6CO2+6H2O C6H12O6+6O21 01 02 03 04 光照 叶绿素 二氧化碳与水反应 【探究问题】二氧化碳是否能与水发生化学反应？ 【提出猜想】二氧化碳 能 （填“能”或“不能”）与水发生化学反应。 猜想的依据：二氧化碳溶于水后的液体有酸味。 【实验探究】 实验1 将白色滤纸条用紫色石蕊溶液浸泡，取出后烘干，放入盛有二氧化碳的集气瓶中，观察实验现象。 碳酸饮料有酸味 二氧化碳气体 【实验现象】纸条不变色 【实验结论】二氧化碳不能使紫色石蕊变色 备注：石蕊是一种色素，遇酸变红色 二氧化碳与水反应 实验2 打开一个汽水瓶的盖子，塞上带导管的橡皮塞（注意导管口不能插入汽水中），将导管伸入滴加了紫色石蕊溶液的蒸馏水中，轻轻振荡汽水瓶，观察并记录实验现象。 【实验现象】汽水瓶中有气泡冒出，试管中液体变为红色 【实验结论】二氧化碳与水反应生成的物质能使紫色石蕊溶液变红 将二氧化碳通入含紫色石蕊溶液的水中 二氧化碳与水反应 实验3 将实验2中的试管加热，观察并记录实验现象。 【实验现象】试管中液体恢复到原来的紫色 【实验结论】新生成的物质受热易分解 加热含石蕊的碳酸溶液 实验结论 溶解于水的二氧化碳能与水反应，有能使紫色石蕊溶液变成红色的新物质生成。 反应生成的物质是碳酸（H2CO3） 碳酸不稳定，稍加热又分解生成二氧化碳气体和水，二氧化碳气体逸散到空气中，石蕊溶液重新变成紫色。 反应的化学方程式为： CO2+H2O H2CO3 H2CO3 H2O+CO2↑ 注意是碳酸使石蕊溶液变色，不是石蕊溶液使碳酸变色，石蕊变色的过程发生的是化学变化 △ 二氧化碳不可燃也不助燃 倾倒二氧化碳 【实验步骤】将集气瓶中的二氧化碳慢慢倒入烧杯中，观察并记录实验现象。 【实验现象】燃着的蜡烛自下而上依次熄灭 【实验分析】倾倒时会在烧杯底部聚集较多的CO2，使下方的蜡烛首先接触到CO2先熄灭，上方的蜡烛接触到CO2后熄灭。 二氧化碳不可燃也不助燃 倾倒二氧化碳 【实验结论】二氧化碳气体可不然也不助燃，密度大于空气 倾倒到烧杯中的二氧化碳气体下沉，从烧杯底部逐渐充满烧杯，因此烧杯中下部蜡烛火焰比上部的先熄灭 二氧化碳与澄清石灰水的反应 【实验操作】将汽水中的二氧化碳通入澄清石灰水中，观察并记录实验现象。 【实验现象】澄清石灰水变浑浊。 【实验分析】二氧化碳与水反应，生成了难溶于水的白色沉淀碳酸钙，故澄清石灰水变浑浊。 将二氧化碳通入澄清石灰水中 二氧化碳与澄清石灰水的反应 澄清石灰水是氢氧化钙的水溶液。实验中，通入汽水中逸出的二氧化碳气体后，澄清石灰水变浑浊，说明有难溶于水的物质生成。这是由于氢氧化钙能与二氧化碳反应生成白色的碳酸钙沉淀。 CO2+Ca(OH)2 = CaCO3↓+H2O 实验室中常利用澄清石灰水检验二氧化碳气体。 拓展 不能用燃着的木条检验CO2气体。因为N2也可以使燃着的木条熄灭 可以用燃着的木条检验CO2是否收集满 澄清石灰水的保存 澄清石灰水吸收空气中的二氧化碳，发生反应而变质，生成的碳酸钙附着在试剂瓶内壁，因此，澄清石灰水需密封保持。 澄清 石灰水 O2的检验和验满 氧气的检验 氧气的验满 将带火星的小木条伸入集气瓶内， 若木条复燃，则证明是氧气 带有火星的木条 O2 O2 O2 用向上排空气法收集氧气时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则证明气体收集满 O2 用排水法收集氧气时，当集气瓶口处有大气泡冒出时，证明已经收集满 N2的检验 氮气的检验 澄清石灰水不变浑浊 N2 将燃着的木条伸入集气瓶中，再加入澄清石灰水，振荡 如果木条熄灭，澄清石灰水不变浑浊，则证明气体是氮气 CO2的检验和验满 将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，说明该气体是二氧化碳 二氧化碳的检验 二氧化碳的验满 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条立即熄灭，说明CO2已收集满 初中化学 从化学角度理解《石灰吟》 于谦和《石灰吟》 石灰吟 [明]于谦 千锤万凿出深山 烈火焚烧若等闲 粉身碎骨浑不怕 要留清白在人间 千锤万凿出深山 将石灰石（主要成分是CaCO3碳酸钙）从矿里挖出来，形状改变，发生了物理变化。 物理变化 化学变化 从化学角度理解《石灰吟》 烈火焚烧若等闲 把石灰石放到石灰窑里面高温煅烧。石灰石在高温条件下发生分解反应，生成氧化钙和二氧化碳。氧化钙俗称生石灰，发生了化学变化。 高温 CaCO3 CaO+CO2↑ 从化学角度理解《石灰吟》 CaO氧化钙 CaO溶于水 粉身碎骨浑不怕 生石灰能与水发生化合反应，生成熟石灰，这是一个放热反应。 CaO+H2O = Ca(OH)2 熟石灰的成分是氢氧化钙。氢氧化钙是一种粉末状的固体。粉末状固体又称“消”。所以熟石灰又称消石灰。粉骨碎身描的就是氧化钙固体在水中溶解生成氢氧化钙的过程。 从化学角度理解《石灰吟》 要留清白在人间 从化学角度理解《石灰吟》 要留清白在人间 氢氧化钙涂在墙上以后，和空气中的二氧化碳反应，又变成了碳酸钙。 Ca(OH)2+CO2 =CaCO3↓+H2O 加热石灰石的实验 实验内容 实验步骤 实验现象 解释 探究石灰石的硬度 不容易捏碎、敲碎 石灰石硬度比较大 高温灼烧石灰石 容易捏碎、敲碎 CaCO3 CaO+CO2↑ CaO与H2O的反应 将石灰石灼烧后的产物投入到盛有冷水的烧杯中 固体溶解、冷水温度升高 CaO+H2O=Ca(OH)2 反应放出大量的热 Ca(OH)2与CO2的反应 将烧杯静置片刻，取少量上层澄清的液体置于试管中，向液体中吹气 溶液变浑浊 Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O Ca(OH)2与人呼出气体中的CO2反应生成CaCO3 取一小块石灰石，仔细观察，看看是否容易捏碎、敲碎 用坩埚钳夹持石灰石，放在酒精灯外焰上灼烧几分钟后，放在陶土网上冷却，看看石灰石灼烧后是否容易捏碎、敲碎 高温 初中阶段接触的含有Ca元素的物质 化学式 名称 相对分子质量 俗称或主要成分 CaO 氧化钙 56 生石灰 Ca(OH)2 氢氧化钙 74 熟石灰、消石灰 CaCO3 碳酸钙 100 大理石、石灰石 CaSO4 硫酸钙 136 石膏 磷肥中含有钙元素 磷矿粉Ca3(PO4)2 钙镁磷肥——钙和镁的磷酸盐 过磷酸钙[Ca(H2PO4)2磷酸二氢钙和CaSO4硫酸钙的混合物] 二氧化碳的用途 作灭火剂 二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧，密度比空气大，是优良的灭火剂 作气体肥料 绿色植物吸收太阳光能，利用二氧化碳和水制作淀粉等有机物，为动物和人提供能量。 制碳酸饮料 在高压、低温条件下将二氧化碳溶解在饮料中，可以制成碳酸饮料。 作化工原料 二氧化碳能与多种物质发生化学反应，是重要的化工原料，常用于生产纯碱、小苏打、化肥、塑料等。 作制冷剂、人工增雨等 干冰升华（或液体二氧化碳汽化）时能从周围环境中吸收大量的热，是良好的制冷剂，常用于食品的保鲜。 干冰升华导致的低温，能使空气中的水蒸气凝结成小水滴，可用于人工增雨。 肥 料 二氧化碳的用途 二氧化碳灭火器 设计合理的实验方案 设计合理的实验方案要从反应原理、原料、装置、条件和环保等多个方面综合考虑。 设计实验的思路就和做饭一样——包1人份的韭菜鸡蛋水饺 菜谱 宫保鸡丁 包饺子 烤羊腿 反应原理 原料 装置 条件 环保 实验室制取气体的一般思路和方法 验证得到的气体就是所要制取的气体 1. 药品廉价易得 2. 反应条件容易达到（如常温、加热、高温、点燃、光照、通电和催化剂等） 3. 操作安全、简单 铁丝在氧气中燃烧的实验，要预先在集气瓶瓶底加少量（或铺少量沙子），防止反应产生的高温固体溅落瓶底，避免集气瓶炸裂 CO还原Fe2O3的实验需要进行尾气处理 不能用手触摸热的实验仪器，要用坩埚钳、试管夹等，热的仪器不能直接放在桌面上，要用陶土网隔离 4. 生成气体便于收集，反应速率快慢合适，可控 确定制取气体的 化学反应原理 设计制取气体的实验装置 实验室制取气体的一般思路和方法 验证得到的气体就是所要制取的气体 确定制取气体的 化学反应原理 设计制取气体的实验装置 发生装置 气体的性质 溶解性 密度 是否与水反应 是否与氧气反应 反应物状态 反应条件 固体与固体 液体与液体 是否需要加热 是否使用催化剂 收集装置 实验室制取气体的一般思路和方法 验证得到的气体就是所要制取的气体 确定制取气体的 化学反应原理 设计制取气体的实验装置 气体的性质 可燃性 助燃性 与某些试剂反应有沉淀生成 与某些试剂反应有H2O、CO2等物质生成 哪些反应可以生成二氧化碳？ 会“跳舞”的红豆：NaHCO3+CH3COOH = CH3COONa+H2O+CO2↑ 反应很快，不便于气体收集 高温煅烧石灰石：CaCO3 CaO+CO2↑ 高温需要消耗大量的热能 蜡烛燃烧：石蜡+氧气 → 水+二氧化碳（生成物中有水蒸气） 加热碳酸氢铵：NH4HCO3 NH3+H2O+CO2↑（生成物中有氨气和水蒸气） C+O2 CO2（氧气不充足时有CO生成，且生成物中混有O2） 2CO+O2 2CO2（生成物中混有O2） 加热铜绿：Cu2(OH)2CO3 2CuO+H2O+CO2↑（生成物中有水蒸气） 蜡烛燃烧、加热碳酸氢铵和加热铜绿的实验都有水蒸气生成，但是不加气体符号“↑”，因为在室温下，水蒸气最终会变成液态水。 高温 △ △ 点燃 点燃 产物中易混 人其他气体 实验室制取CO2的药品 在实验室里，常用块状的石灰石或大理石（主要成分均为碳酸钙）与稀盐酸反应制取二氧化碳。 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 实验时要用块状大理石或石灰石，不能换成粉末状或者纯净的碳酸钙，否则反应剧烈，不利于气体的收集 碳酸钙是白色粉末，石灰石和大理石因含有杂质而呈现灰色、褐色等颜色 白色的碳酸钙粉末 块状石灰石 块状大理石 实验室制取CO2的药品 在实验室里，常用块状的石灰石或大理石（主要成分均为碳酸钙）与稀盐酸反应制取二氧化碳。 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 稀盐酸 浓盐酸 质量分数 ≤20% 20%~37% 性质 酸性（下册内容） 使指示剂变色 和活泼金属反应生成氢气和盐 和某些金属氧化物反应生成水和盐 和碱反应生成盐和水 和某些盐反应生成新的酸和盐 浓盐酸具有极强的挥发性，因此盛有浓盐酸的容器打开后氯化氢气体会挥发，与空气中的水蒸气结合产生盐酸小液滴，使瓶口上方出现酸雾。 盐酸小液滴 浓盐酸 实验室制取二氧化碳的药品选择 药品 实验现象 优缺点分析 稀盐酸与块状大理石 产生气泡，速率适中 反应速率适中，便于气体收集，且原理廉价易得 浓盐酸与块状大理石 剧烈反应，迅速产生大量气泡，并伴有白雾 浓盐酸具有挥发性，会使制得的CO2中混有HCl气体 稀硫酸与块状大理石 刚开始时产生气泡，后来速率减慢并逐渐停止 稀硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙，覆盖在大理石的表面，阻止反应继续进行 稀盐酸与碳酸钠粉末（或纯碳酸钙） 剧烈反应，迅速产生大量气泡 反应速率过快，产生的气体不便于收集 二氧化碳的制备和检验 【实验步骤】 用手握住试管时，导管口有气泡冒出；松开手后过一段时间，导管中会形成一段水柱，则说明装置的气密性良好。 如果没有气泡冒出或未形成水柱，要仔细寻找原因和解决办法，确认装置不漏气后才能进行实验。 检查装置气密性的原理是气体的热胀冷缩。用手紧握试管，试管内的气体热胀冷缩，压强变大，气体的体积增大，如果装置不漏气，则气体从导管口逸出，有气泡产生且放手后，过一段时间导管中会形成一段稳定的水柱。这也间接证明了试管中空气的存在。 导管刚露出橡胶塞为宜，这样便于气体的排出 二氧化碳的制备和检验 二氧化碳的制备和检验 导管刚露出橡胶塞为宜，这样便于气体的排出 二氧化碳的制备和检验 【实验步骤】 在试管A中加入适量大理石（或石灰石），试管B中注入少量澄清石灰水；随后向试管A中注入少量稀盐酸，迅速塞上导管的橡皮塞，并将导管伸入澄清石灰水中。 【实验现象】 有气泡产生，澄清石灰水变浑浊 【二氧化碳的验满】 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条立即熄灭，说明CO2已收集满 实验室制取二氧化碳的装置 长颈漏斗的下端管口应伸入液面以下，防止生成的气体从长颈漏斗口逸出 最简单的发生装置，适用于制取少量气体，不便于随时添加液体试剂 可以制取大量气体，便于随时添加液体试剂 可以制取大量气体，便于随时添加液体试剂；使用分液漏斗或者注射器，可控制反应速率；注射器还可以测量加入液体的体积 利用多孔隔板和弹簧夹，控制反应的发生和停止 多孔隔板 旋转活塞，控制活塞上的小孔与漏斗管口的接触面积，从而控制液体滴加的速率 活塞 小孔 漏斗管口 装置气密性的检查 1. 原理：将装置构成封闭体系，依据改变装置内压强时产生的现象（如气泡产生、水柱的形成、液面的升降等）来判断气密性的好坏。 2. 检验方法 热敷法：将导管的一端浸入水中，用手紧握试管，一段时间后，若导管口有气泡冒出，松开手，导管内液面上升，形成一段稳定的水柱，则表明装置气密性良好。 液封法：通过长颈漏斗加水，直至淹没长颈漏斗末端，关闭止水夹，继续加水，若长颈漏斗中形成一段稳定的水柱，则证明该装置气密性良好。 抽气法：将注射器的活塞向外拉出一段，一段时间后观察注射器的活塞是否挥发原位。若恢复原位，则证明装置气密性良好。 气体的收集 收集方法 装置 优点 向上 排空气法 密度比空气大，不与空气反应且无毒的气体（CO2、O2） 收集的气体干燥，但纯度比排水取气法低 收集满后直接盖上玻璃片正放于桌面上 向下 排空气法 密度比空气小，不与空气反应且无毒的气体，如（H2） 收集的气体干燥，但纯度比排水取气法低 收集满后直接盖上玻璃片倒放于桌面上 排水 取气法 气体不易溶于水且不与水反应（O2、H2、N2、CO） 收集时不易立即收集，先排出装置中的空气，应待气泡连续均匀冒出后再收集，当集气瓶口处有大气泡冒出时，证明已经收集满 排水取气法收集到的气体较纯净，但含有水蒸气，可以浓硫酸除去其中的水蒸气 导管伸入集气瓶底部 长进短出 短进长出 气体 气体 气体的密度比水小，无论气体的密度比空气大还是小，都采用短进长出 水 气体 气体的收集 方法 装置 优点 向上 排空气法 密度比空气大，不与空气反应且无毒的气体（CO2、O2） 收集的气体干燥，但纯度比排水取气法低 收集满后直接盖上玻璃片正放于桌面上 向下 排空气法 密度比空气小，不与空气反应且无毒的气体，如（H2） 收集的气体干燥，但纯度比排水取气法低 收集满后直接盖上玻璃片倒放于桌面上 排水 取气法 气体不易溶于水且不与水反应（O2、H2、N2、CO） 收集时不易立即收集，先排出装置中的空气，应待气泡连续均匀冒出后再收集，当集气瓶口处有大气泡冒出时，证明已经收集满 排水取气法收集到的气体较纯净，但含有水蒸气，可以浓硫酸除去其中的水蒸气 导管伸入集气瓶底部 长进短出 短进长出 气体的密度比水小，无论气体的密度比空气大还是小，都采用短进长出 水 气体 气体 气体 适用于溶于水且或与水反应的气体体积的测量 多功能瓶的用途 测量气体的体积 短进长出 适用于不溶于水且不与水反应的气体体积的测量 洗气 长进短出（使气体和溶液充分接触) 1. 除H2O浓H2SO4 2. 除CO2：NaOH溶液 3. 除HCl：饱和NaHCO3 气体 制取的气体 饱和 NaHCO3溶液 浓H2SO4 制取的CO2中混有少量的HCl气体和水蒸气，实验室常将制取的气体先通过饱和NaHCO3溶液除去HCl气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。 实验室制取气体的发生装置 固体加热型 固液常温型 装 置 图 注意事项 试管口略向下倾斜 铁夹夹在距试管口约1/3处 导管刚露出橡胶塞为宜，便于气体的排出 长颈漏斗下端必须插入液面以下，防止生成的气体从漏斗口逸出 导管刚露出橡胶塞为宜，便于气体的排出 举例 加热高锰酸钾制氧气（导管口放一团棉花） 加热氯酸钾制氧气（练习题） 木炭还原氧化铜（人教版，酒精灯加网罩使火焰集中并提高温度） 分解过氧化氢制取氧气 用大理石和稀盐酸制二氧化碳 锌粒和稀硫酸制取氢气 $