第六单元实验活动 3 二氧化碳的实验室制取与性质教学设计--2026-2027学年九年级化学人教版上册

该初中化学教学设计聚焦二氧化碳的实验室制取与性质，通过生活实例创设情境，衔接氧气制取旧知，构建气体制备通用思路，为实验探究搭建学习支架。 以任务式驱动教学，通过四组药品对比实验自主筛选制取方案，四朵石蕊纸花对照实验突破性质难点，培养科学思维与科学探究能力，强调性质决定用途，落实科学态度与责任，提升学生实验技能和知识迁移能力，助力教师高效开展实验教学。

实验活动 3 二氧化碳的实验室制取与性质（教学设计） 课题 课时安排 教材分析 本实验是人教版九年级化学上册第六单元核心实验活动，承接氧气实验室制取的知识体系，是气体制备与性质探究的重点实操课程。教材整合反应原理、装置选择、实操制取、性质验证等核心内容，构建完整的气体探究流程。既是对前期理论知识的落地应用，也是学生掌握气体制备通用思路、提升实验探究能力的关键课程，为后续化学实验学习奠定基础。 学情分析 九年级学生已掌握氧气制取的原理与操作，熟悉基础实验仪器使用，具备初步的实验观察、分析和操作能力。学生对二氧化碳的生活用途有直观认知，实验探究兴趣浓厚。但学生对装置选择的逻辑依据、实验误差分析、二氧化碳与水的隐性反应理解薄弱，实操中易出现操作不规范、步骤混乱等问题，需要任务式引导逐步突破。 核心 素养目标 宏观辨识与微观探析：结合实验现象认知二氧化碳性质，关联反应微观本质。 科学思维：归纳气体制取的装置、收集方法的选择规律。 科学探究与创新意识：自主完成组装、制取、验证实验，优化实验操作。 科学态度与责任：恪守实验规范，养成严谨求实的探究习惯，树立安全实验、绿色化学的学科理念。 重点 和难点 教学重点：实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置组装、规范操作流程，以及二氧化碳的检验、验满方法与核心化学性质。 教学难点：依据反应物状态、反应条件选择实验装置，理解二氧化碳与水、澄清石灰水的反应本质，精准分析实验操作中的误差与异常现象。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 导入新课 生活中二氧化碳无处不在，汽水冒泡、植物光合作用、灭火都离不开它。我们已知二氧化碳的诸多用途，那实验室中如何规范制取纯净的二氧化碳？又该如何通过实验验证它的特殊性质？本节课将通过层层任务探究，自主掌握二氧化碳的实验室制取方法，直观解锁其物理、化学性质，揭开常见气体的实验探究奥秘。 结合生活实例创设情境，拉近化学与生活的距离，激发学生探究兴趣。以问题设问引发思考，衔接新旧知识，自然引出本节课实验探究核心任务，调动学生课堂参与主动性。 讲授新课 任务一：温故知新，梳理气体制备通用思路 在正式开展二氧化碳实验探究前，首先引导学生回顾前期所学的氧气实验室制取相关知识，构建气体制备的通用探究框架，为本次实验奠定理论基础。教师组织学生以小组为单位，自主梳理实验室制取气体的完整流程，明确探究核心环节。学生结合过往学习经验，总结得出气体制备需依次确定反应原理、选择实验装置、规范实验操作、进行气体检验与验满、分析实验现象与误差五大核心步骤。 小组展示梳理成果后，教师进行补充总结，明确不同气体制备的核心判断依据：反应物的状态、反应是否需要加热等条件，决定气体发生装置的选择；气体的密度、溶解性、是否与空气或水反应，决定气体收集装置的选择。同时，教师针对性抛出探究问题，引导学生定向思考：结合二氧化碳的已知特点，实验室制取二氧化碳该选择哪些药品？无需加热的反应该搭配何种发生装置？二氧化碳能溶于水、密度大于空气的特点，对应哪种收集方法？ 通过本任务的递进式探究，帮助学生打破单一气体学习的局限，形成系统化的气体制备思维模型，实现氧气制取知识的迁移运用，让学生明白化学实验探究并非孤立操作，而是有规律、有逻辑的科学过程，为后续自主设计二氧化碳实验方案提供思维支撑。同时培养学生归纳总结、知识迁移的能力，落实科学思维核心素养。 任务二：探究实验室制取二氧化碳的反应原理 本任务核心目标是让学生自主探究、对比筛选，确定实验室制取二氧化碳的最佳药品，理解对应的化学反应原理，摒弃死记硬背的学习模式。教师提供四组对比实验药品组合，分别是碳酸钠与稀盐酸、碳酸钙粉末与稀盐酸、大理石（石灰石）与稀盐酸、大理石与稀硫酸，组织学生分组开展微型对比实验，观察、记录各组实验现象。 学生分组实验过程中，逐一观察现象：碳酸钠与稀盐酸反应速率过快，剧烈冒泡，气体产生急促，难以收集气体；碳酸钙粉末与稀盐酸反应同样速率过快，反应不易控制；大理石与稀盐酸反应速率适中，持续平稳产生气泡，反应可控，便于气体收集；大理石与稀硫酸反应初期产生少量气泡，随后反应迅速停止。各组记录现象后，开展小组讨论，分析不同反应现象的原因。 教师结合学生讨论结果，进行精准点拨讲解：碳酸钠、碳酸钙粉末反应物接触面积过大，导致反应速率过快，不适合实验室制取气体；稀硫酸与碳酸钙反应会生成微溶于水的硫酸钙，覆盖在大理石表面，隔绝反应物接触，终止反应。由此确定，实验室制取二氧化碳的最佳药品为大理石（或石灰石，主要成分为碳酸钙）与稀盐酸。 在此基础上，教师引导学生书写化学反应方程式，拆解反应原理：碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳气体。同时强调实验注意事项，明确药品选择禁忌，禁止使用浓盐酸，因为浓盐酸具有挥发性，会挥发出氯化氢气体，导致收集的二氧化碳气体不纯。通过对比探究，让学生深刻理解实验药品选择的科学性、严谨性，明白实验室实验需兼顾反应速率、气体纯度、操作可行性等多重因素。 任务三：选择并组装二氧化碳制取实验装置 基于前两个任务的理论铺垫，本任务聚焦实验装置的选择与组装，落实学生实操能力培养。教师首先展示初中化学常见实验仪器，包括试管、锥形瓶、长颈漏斗、分液漏斗、橡胶塞、导管、集气瓶、玻璃片等，让学生结合反应原理和二氧化碳的性质，自主选择、组装发生装置与收集装置。 学生结合反应特点分析：本次反应为固体大理石与液体稀盐酸在常温下反应，无需加热，因此选择固液常温型发生装置。小组自主设计两种常见装置，一种是试管搭配单孔橡胶塞、导管的简易装置，结构简单、操作便捷，适合少量气体制取；另一种是锥形瓶搭配长颈漏斗、双孔橡胶塞、导管的可控装置，可随时添加液体药品，适合持续制取气体。教师引导学生对比两种装置的优缺点，明确不同实验场景的装置选择方法。 在收集装置选择上，学生结合二氧化碳的性质判断：二氧化碳能溶于水且能与水发生反应，不可选用排水法收集；二氧化碳密度比空气大，且不与空气中的成分发生反应，因此选用向上排空气法收集。教师重点强调装置组装的规范要点：组装仪器遵循“自下而上、从左到右”的原则；导管伸入发生装置内不宜过长，刚露出橡胶塞即可，防止气体滞留；长颈漏斗下端必须伸入液面以下，形成液封，避免气体从漏斗逸出。 学生分组动手组装实验装置，组内成员分工协作，一人组装仪器，一人检查装置气密性，一人记录组装要点。教师巡回指导，及时纠正学生的不规范操作，针对装置漏气、导管安装错误、未液封等常见问题进行针对性讲解。组装完成后，各小组交叉检查装置合理性，确保每一套装置均可正常使用，让学生在实操中掌握装置组装逻辑与规范要求，提升实验动手与纠错能力。 任务四：规范操作，制取、检验与验满二氧化碳 本任务是本节课核心实操环节，学生依托组装好的实验装置，完整完成二氧化碳制取、检验、验满的全过程实验，熟练掌握标准化实验流程。教师先带领学生梳理完整实验步骤，明确操作先后顺序与核心规范，杜绝操作混乱、步骤颠倒等问题。 第一步，检查装置气密性。学生自主操作：将导管一端伸入水中，用手紧握容器外壁，观察导管口是否有气泡冒出，松开手后观察是否形成稳定水柱，以此判断装置气密性良好。教师强调，所有气体制取实验，必须先查气密性再加药品，这是实验成功的前提。第二步，装入药品，遵循“先固后液”的原则，先将大理石平铺于容器底部，再通过长颈漏斗缓慢加入稀盐酸，控制液体用量，避免药品过量浪费。第三步，固定装置，整理导管，保证装置稳固、导管通畅。第四步，收集气体，采用向上排空气法，导管需伸入集气瓶底部，确保集气瓶内空气完全排出，收集到纯净的二氧化碳。 气体收集过程中，学生同步完成检验与验满操作。气体检验：将生成的气体通入澄清石灰水中，观察澄清石灰水变浑浊，证明制取的气体为二氧化碳。教师讲解反应原理，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水，这是检验二氧化碳的专属方法。气体验满：将燃着的木条放在集气瓶瓶口，若木条熄灭，证明集气瓶内二氧化碳已收集满。同时对比区分检验与验满的不同位置、不同标准，纠正学生将木条伸入瓶内验满的常见错误。 实验全程，学生认真观察实验现象、记录实验数据，小组合作完成实验报告。实验结束后，按照“先撤导管、后停反应、清洗仪器、整理台面”的流程收尾，养成规范的实验习惯。教师针对学生实验中的共性问题进行集中讲解，如石灰水不变浑浊、木条不熄灭、气体收集过慢等异常现象的原因与解决方法，培养学生分析实验误差、处理实验异常的能力。 任务五：分组探究二氧化碳的核心性质 依托制取的二氧化碳气体，本任务开展二氧化碳物理、化学性质的全方位探究，将制取实操与性质验证深度结合，实现学以致用。本次探究包含三个核心实验，层层递进，逐步解锁二氧化碳的核心性质。 探究实验一：二氧化碳的密度与可燃性探究。学生将收集好的二氧化碳气体缓缓倒入放置有高低两层燃着蜡烛的烧杯中，观察实验现象。实验中可清晰观察到下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭。学生结合现象自主分析，得出结论：二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，且密度比空气大。教师结合该性质，关联生活实际，讲解二氧化碳可用于灭火的原理，实现化学知识与生活应用的衔接。 探究实验二：二氧化碳与水的反应探究。该实验是本节课难点，学生通过对照实验突破认知误区。学生取四朵用紫色石蕊溶液染成的干燥纸花，第一朵纸花直接喷水，纸花不变色，证明水不能使石蕊变色；第二朵纸花直接放入干燥二氧化碳集气瓶中，纸花不变色，证明干燥二氧化碳不能使石蕊变色；第三朵纸花喷水后放入二氧化碳中，纸花变红，证明二氧化碳与水反应生成了酸性物质碳酸；第四朵变红的纸花取出烘干，纸花重新变回紫色，证明碳酸不稳定，受热易分解。通过四组对照实验，让学生直观理解二氧化碳与水的隐性反应，破除“二氧化碳能使石蕊变红”的错误认知。 探究实验三：二氧化碳与澄清石灰水的反应复盘。学生再次将二氧化碳通入澄清石灰水，持续观察现象，初期石灰水变浑浊，继续通入二氧化碳，浑浊的液体重新变澄清。教师分步讲解反应原理，第一步二氧化碳与氢氧化钙生成碳酸钙沉淀，石灰水变浑浊；第二步碳酸钙与水、二氧化碳反应生成可溶于水的碳酸氢钙，液体恢复澄清。拓展该反应在生活中的应用，解释溶洞形成的化学原理，拓宽学生知识视野。 所有性质探究实验结束后，小组汇总所有实验结论，系统梳理二氧化碳的物理性质和化学性质，构建完整的物质性质知识体系。物理性质：无色无味气体、能溶于水、密度大于空气；化学性质：不燃烧不助燃、能与水反应生成碳酸、能与氢氧化钙反应生成沉淀、碳酸不稳定易分解。 任务六：课堂总结、错题梳理与知识升华 本任务聚焦知识整合与能力提升，帮助学生梳理本节课核心内容，查漏补缺，构建系统化知识框架。首先，各小组自主梳理本节课六大核心内容，包括制取药品、反应原理、装置选择、实验操作流程、气体检验验满方法、二氧化碳核心性质。小组内互相提问、查漏补缺，梳理实验操作中的易错点、误区。 随后，教师带领全班进行整体总结，串联本节课知识脉络，再次强调重难点内容。重点巩固装置选择的逻辑依据、对照实验的探究思路、实验异常现象分析方法。同时拓展延伸二氧化碳的用途与温室效应的相关知识，结合二氧化碳的性质对应其灭火、制汽水、光合作用、化工原料等用途，让学生明白物质的性质决定用途的化学核心规律。 在知识升华环节，教师引导学生思考拓展问题：实验室制取气体的通用思路是什么？对比氧气与二氧化碳的制取实验，总结异同点？如何改进实验装置，实现二氧化碳制取的可控操作？学生自主思考、小组讨论，踊跃发言，通过对比归纳，彻底掌握气体制备的通用探究方法，实现知识的迁移与升华。同时渗透绿色化学理念，引导学生规范使用药品、妥善处理实验废液，培养严谨的科学态度与社会责任。 本节课采用任务式驱动教学，贴合新教材实验探究逻辑，以学生自主探究为核心，打破传统教师演示、学生观摩的单一教学模式。通过分层递进的六大任务，层层拆解重难点，从理论梳理、原理探究、装置组装，到实操制取、性质验证、知识总结，实现理论与实操的深度融合。全程以小组合作探究为载体，充分发挥学生的主体地位，让学生在动手操作、对比分析、讨论总结中掌握实验技能，构建知识体系。同时精准落地四维核心素养，培养学生科学探究能力、逻辑思维能力与严谨的实验态度，实现学以致用的教学目标。 板书设计 实验活动3 二氧化碳的实验室制取与性质 一、制取原理 药品：大理石（石灰石）+ 稀盐酸 方程式：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑ 二、实验装置 发生装置：固液常温型（无加热） 收集装置：向上排空气法（密度大于空气、可溶于水） 三、检验与验满 检验：通入澄清石灰水，石灰水变浑浊 验满：燃着木条放瓶口，木条熄灭 四、二氧化碳性质 1. 物理性质：无色无味、能溶于水、密度＞空气 2. 化学性质：不燃不助燃；与水反应生成碳酸（不稳定）；与澄清石灰水反应变浑浊 五、核心规律：性质决定用途，实验遵循严谨、可控、安全原则 作业布置 完成分层作业 教学反思 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $