5.2 二氧化碳的实验室制法（教学设计）化学新教材沪教版九年级上册

5.2二氧化碳的实验室制法 第1课时 二氧化碳的实验室制法 年级 九年级 学科 化学 课型 新授课 教材 新教材沪教版九年级上册 教学目标 1.知道实验室制取 CO₂常用的药品（大理石或石灰石与稀盐酸）及反应原理；理解发生装置、收集装置的选择依据，形成 "物质的性质决定制取方法" 的化学观念。 2.通过对药品筛选、装置选择的比较与分析，发展证据推理与模型认知能力，初步建立实验室制取气体的一般思路。 3.通过分组实验制取二氧化碳并进行检验、验满，提高基本实验操作技能，增强合作探究能力。在实验中体会严谨求实的科学态度，关注实验安全与药品节约，感受化学与生活、生产的联系。 教学重点 实验室制取二氧化碳的反应原理、装置选择与操作要点。 教学难点 建立并迁移 "确定原理→选择装置→检验收集" 的制取气体一般思路。 教材分析 1. 本课为沪教版（2024 年版）九年级上册第 5 章《奇妙的二氧化碳》第 2 节，紧承第 1 节二氧化碳的性质，是气体制取专题的核心课时。学生在氧气学习中已初步接触气体制取，本课在对比中完成 "实验室制取气体" 认知模型的构建，也是后续学习酸碱盐反应、气体净化与 "万能瓶" 装置的基础。学科网 2. 编排特点：教材以 "性质 — 制取 — 用途" 为主线组织内容，先呈现药品与原理，再讨论装置选择依据，最后总结一般思路，突出 "由特殊到一般" 的方法论。 3. 内容结构：药品与原理（是什么）→ 装置与操作（怎么做）→ 一般思路（为什么、可迁移）。 学情分析 学生已学习氧气的实验室制法，初步了解依据反应物状态与条件选择发生装置、依据密度与溶解性选择收集装置；已学习二氧化碳的性质，具备气密性检查、排空气法收集等基本操作技能。但还存在以下问题：① 对药品选择缺乏基于反应速率、气体纯度的深度推理，易机械记忆；② 装置选择时不能自觉关联选择依据，容易凭印象套用；③ 易混淆 "检验" 与 "验满" 的操作对象与目的。 心理特点：九年级学生对化学实验兴趣浓厚、动手欲强，但操作规范性和证据意识仍需强化，需要明确的任务分工与巡视指导。 教学过程 教学内容 设计意图 课堂导入 【引入】从实验室制取氧气实验中我们已经知道，设计合理的实验方案要从反应原理、原料、装置、条件和环保等多方面综合考虑。在实验室中，应如何设计制取二氧化碳的实验方案并完成实验？ 【学生思考】结合 CO₂的性质，回忆氧气制取的一般过程（原理→装置→收集），自由发言提出制取 CO₂需要解决的问题？ 【讲授】肯定学生思路，明确本课将从 "反应原理、发生装置、收集与检验" 三个方面研究 CO₂的实验室制法，并最终总结实验室制取气体的一般思路。 1.以贴近生活的情境激发学习兴趣，建立 "性质 — 制取 — 用途" 的联系； 2.引导学生回顾氧气制取经验，为新知学习提供方法支架，体现 "先行组织者" 策略。 环节一 探究反应原理 问题一 如何选择合适的药品？ 【教师提问】 1.哪些化学反应可以生成二氧化碳？写出相关化学方程式。 2.上述化学反应适合用于实验室制取二氧化碳吗？为什么？ 【学生活动】回顾已知的化学反应，写出产物中有二氧化碳的化学方程式，并分析是否适用于实验室制取二氧化碳。 【讲解】 1.生成二氧化碳的反应： （1）：不适合用于实验室中制取二氧化碳，有氧气参加反应，可能会导致收集到的二氧化碳不纯。 （2）；不适合用于实验室中制取二氧化碳，有氧气和一氧化碳参加反应，可能会导致收集到的二氧化碳不纯。 （3）；反应需要在高温下进行，实验操作不够简便，不适合用于实验室制取二氧化碳。 （4）NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑；生成的气体中有二氧化碳和氨气，不容易分离，制得的二氧化碳不纯，不适合于实验室制取二氧化碳。 【资料】碳酸盐能与酸在常温下反应生成二氧化碳。块状大理石（或石灰石）、碳酸钠粉末分别与稀盐酸或稀硫酸反应均能产生二氧化碳。 【学生实验】在试管A中加入大理石，试管B中注入少量澄清的石灰水；随后向试管A中加入少量稀盐酸，塞紧橡胶塞，观察现象。 【讲解】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。其化学方程式如下：。 【思考讨论】1.能否使用粉末状的碳酸钙或碳酸钠？为什么？ 2.能否将稀盐酸换成稀硫酸？为什么？ 3.能否将稀盐酸换成浓盐酸？为什么？ 请完成以下分组实验，结合实验现象分析回答。 实验操作 实验现象 结论 向碳酸钠粉末中加入稀盐酸（或稀硫酸） 迅速产生大量的气泡 反应速率过快，不利于收集气体，不适合制取二氧化碳 向块状大理石中加入稀硫酸 有气泡产生，一段时间后气泡逐渐消失 生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在大理石表面，阻碍反应的进行，不适合实验室制二氧化碳 分别打开浓盐酸和稀盐酸的瓶塞，观察 浓盐酸瓶口有白雾产生，稀盐酸瓶口无现象 浓盐酸具有挥发性，会使二氧化碳不纯（混有氯化氢气体） 由此可知：；该反应的反应速率适中，常温下即可进行，制得的气体中不含其他杂质，适用于实验室制取二氧化碳。 知识总结 1. 实验室制取二氧化碳的药品：大理石（或石灰石）、稀盐酸 2. 反应方程式： 3. 选择理由：反应速率适中、产物纯净、条件温和 【例】按如图1装置进行实验，倾斜锥形瓶，使10mL稀盐酸与碳酸钙充分接触，瓶内气压随时间的变化如图2所示。下列有关说法不正确的是 A．m=1 B．图中d点溶液中只有CaCl2 C．对比a、c或b、d可知，粉末状CaCO3反应更快 D．t时刻，粉末状CaCO3与稀盐酸反应产生的CO2更多 【答案】B 【解析】A、根据单一变量原则，除反应物的接触面积不同外，其他条件均相同，故药品质量应相同，都是1g，A正确。 B、d点反应还未结束，压强还在继续上升，说明盐酸还未反应完，溶液中还有HCl，B错误。 C、对比a、c可知，生成相同体积的气体，粉末状的药品所需时间更短，反应速率更快；对比b、d可知，相同时间内，粉末状的药品制得的二氧化碳体积更多，反应速率更快，C正确。 D、根据图像可知，t时刻，粉末状CaCO3与稀盐酸反应产生的CO2更多，D正确。 故选B。 【变式】下列哪个反应适用于实验室制取二氧化碳 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A、有氧气参加反应，会导致制备的二氧化碳气体不纯，A错误。 B、反应在高温条件下才能进行，条件不容易达到，B错误。 C、反应速率适中、生成的气体纯净且操作简单，适合实验室制二氧化碳，C正确。 D、反应在高温条件下进行，反应条件不容易达到，D错误。 故选C。 1. 建立药品选择的评价标准，发展证据推理能力。引导学生回顾、写出能生成 CO₂的反应，并逐条从反应条件（是否需加热或高温）、气体纯度、操作简便性等角度评价，使学生经历 "由原理到选择" 的完整推理过程，体会实验室制取气体必须综合考虑的要素，渗透 "性质决定制取" 的学科观念。 2.以分组对比实验为证据，突破药品选择易错点。通过碳酸钠粉末（反应过快）、稀硫酸（生成微溶 CaSO₄阻碍反应）、浓盐酸（挥发出 HCl 使气体不纯）三组对比实验，用真实现象支撑结论，帮助学生从反应速率、生成物溶解性、试剂挥发性等角度理解 "为什么选块状大理石与稀盐酸"，发展科学探究与实证意识。 3. 为装置选择与 "一般思路" 建模奠定原理基础。 环节二 选择实验装置 问题二 如何选择合适的发生和收集装置？ 【教师提问】 1.依据反应物（固体＋液体）的状态和反应条件（常温），发生装置应选哪种类型？对照氧气装置，长颈漏斗使用时要注意什么？ 2.CO₂的密度和溶解性如何？应选用哪种收集方法？按照怎样的步骤进行实验？ 3.如何检验、如何验满？ 【学生活动】 对比迁移，选择固液常温型发生装置；动手组装（锥形瓶＋长颈漏斗＋双孔塞＋导管）；讨论长颈漏斗末端伸入液面以下的原因；根据密度大于空气、能溶于水得出向上排空气法；讨论装置气密性检查的方法；尝试检验与验满操作。 【讲解】 （1）发生装置：固液常温型，长颈漏斗末端必须伸入液面以下形成 "液封"，防止气体从漏斗口逸散； ①简易装置：操作简便 ②长颈漏斗的作用：可以随时添加液体药品 ③分液漏斗的优点：可通过控制液体的滴加速率进而控制反应的速率；获得平稳气流 ④多孔隔板：上方放块状固体，可通过打开/关闭活塞控制装置内压强，进而控制反应的发生和停止。 （2）检查装置气密性的方法：①关闭止水夹，向长颈漏斗中注水，一段时间内，液面不持续下降，证明气密性良好；②推动注射器活塞，长颈漏斗内液面上升；拉动注射器活塞，长颈漏斗下端冒气泡 （3）收集装置：向上排空气法（密度大于空气），因 CO₂能溶于水，能与水反应，一般不用排水法收集； （4）连接装置→检查装置的气密性→装入药品（先固后液）→收集气体→检验及验满； （5）检验：将气体通入澄清石灰水，变浑浊； （6）验满：将燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭说明已满。 知识总结 1.发生装置：反应条件、反应物的状态——固液常温型 长颈漏斗——随时添加液体药品 分液漏斗——控制反应速率 多孔隔板——控制反应发生和停止 2.收集装置：气体的密度、溶解性 向上排空气法：密度比空气大 3.实验步骤：连接装置→检查装置气密性→装药品→收集→检验验满 【例】 “二氧化碳的实验室制取与性质”实验涉及的下列实验装置及操作正确的是 A．制备CO2 B．收集CO2 C．干燥CO2 D．证明CO2能溶于 【答案】D 【解析】A、长颈漏斗下端没有伸入液面以下，气体从长颈漏斗逸出，A错误。 B、二氧化碳密度比空气大，采用向上排空气法收集，B错误。 C、浓硫酸干燥二氧化碳导管应长进短出，C错误。 D、振荡后软塑料瓶变瘪，可证明二氧化碳能溶于水，D正确。 故选D。 【变式】同学们在实验室里用以下仪器制取二氧化碳，下列说法正确的是 A．仪器⑦的名称是锥形瓶 B．仪器可选择①②④⑦⑧ C．先加稀盐酸再放碳酸钙 D．集气瓶瓶口放带火星的木条验满 【答案】A 【解析】A、仪器⑦的名称是锥形瓶，A正确。 B、实验室制取二氧化碳在常温下反应，无需加热，不需要选择酒精灯，B错误。 C、装药品时应先添加固体药品，后添加液体药品，C错误。 D、检验二氧化碳是否集满应在集气瓶口放燃着的木条，D错误。 故选A。 1.引导学生自觉运用 "反应物状态与反应条件"" 密度与溶解性 "两条依据选择装置，实现从" 模仿 "到" 建模 "； 2.动手组装与操作，培养实验技能与严谨求实的科学态度； 3. 通过" 检验 vs 验满 " 对比，澄清操作误区。 环节三 实验室制取气体的一般思路 问题三 实验室制取气体要考虑哪些问题？ 【教师提问】回顾氧气与二氧化碳的实验室制法，实验室制取一种气体，一般需要依次解决哪些问题？每一步的依据是什么？ 【学生思考】小组合作，用表格或思维导图梳理两节课的共性与差异，尝试总结 "定原理→选装置→检验收集" 的一般思路。 制取的气体 该气体的发生装置（填装置编号） 该气体的收集装置（填装置编号） O2 A/B/C E/F CO2 B/C E 【讲解】 与学生共同提炼制取气体的一般思路：① 确定原理（药品与反应条件）；② 依据反应物状态与反应条件选择发生装置；③ 依据气体的密度与溶解性选择收集装置；④ 确定实验步骤，依据气体的特有性质选择检验与验满方法。并举例迁移到氢气等气体，说明该思路可推广。 知识总结 实验室制取气体的一般思路： 1.确定反应原理 2.依据反应物状态、反应条件确定发生装置 3.依据气体的密度与溶解性确定收集装置 4.确定实验步骤，依据气体的特有性质选择检验与验满方法 【例】选择制作简易供氧器的反应原理时，不需要考虑的因素是（ ） A．原料是否价廉易得 B．是否安全环保 C．反应速率是否适中 D．制得气体的性质 【答案】D 【解析】A、简易装置要求原料廉价易得，获取方便，需要考虑。 B、反应需要安全环保，避免发生危险和污染环境，需要考虑。 C、反应速率需要适中，过快不利于气体收集，过慢会导致供氧效率不足，需要考虑。 D、简易供氧器的目标是制备氧气，无需考虑制得气体的性质。 故选D。 【变式】建立模型是学习化学的重要方法，下列有关模型正确的是(　　) A.自来水净化模型 B.物质构成模型 C.氧化反应模型 D.实验室制取气体的一般思路和方法 【答案】D 【解析】A、自来水净化过程中无需进行蒸馏，A错误。 B、分子是由原子构成的，离子不能构成分子，B错误 C、氧化反应分为缓慢氧化和剧烈氧化，爆炸不一定发生氧化反应，C错误。 D、实验室制取气体的一般步骤为：确定反应原理，选择反应装置，设计实验步骤，实验结束后进行系统反思，D正确。 故选D。 1.通过归纳对比，帮助学生把零散知识结构化，突破 "一般思路" 这一教学难点； 2.建立可迁移的认知模型，发展模型认知素养，为后续学习奠基。 课堂小结 七、板书设计 5.2 二氧化碳的实验室制法 一、药品：大理石、稀盐酸 二、原理： 三、装置： 1.发生装置：固液常温型 2.收集装置：向上排空气法 四、检验与验满： 1.检验：通入澄清的石灰水→变浑浊 2.验满：燃着的木条放瓶口→熄灭 五、制取气体的一般思路： 确定原理→选择装置→确定步骤→检验验满 随堂练习 1.实验室制取二氧化碳时不使用稀硫酸是因为(　　) A．不能反应 B．反应发生后生成的微溶物阻止反应继续进行 C．生成的气体不纯净 D．反应速率太快 【答案】B 【解析】碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石的表面阻碍反应的进行，故选B。 2.小聪用如图所示的装置制取二氧化碳，以下说法正确的是 A．漏斗下端应该伸入液面以下 B．该装置不能控制反应的发生和停止 C．装置中的铜网不能用多孔塑料隔板代替 D．不能将稀盐酸换成稀硫酸 【答案】D 【解析】A. 气体在U形管右侧产生，不会从漏斗处逸出；漏斗的作用是使装置与大气相通，可通过控制压强控制反应的发生和停止，不能伸入液面以下，A错误。 B.该装置可通过打开/关闭弹簧夹控制反应的发生和停止，B错误； C. 铜网可以用多孔塑料隔板代替，C错误； D. 碳酸钙会与稀硫酸反应生成微溶于水的硫酸钙，阻碍反应的进行，D选项正确。 答案选D。 3.根据下列装置，结合所学化学知识回答下列问题： (1)写出图中标号仪器的名称：①_________； (2)实验室制取少量二氧化碳时，发生装置最好选用_____（填字母，下同），收集装置选用____，只能用此收集方法的原因是____________________，如需随时控制反应速率并节约药品，发生装置最好选用__________； (3)实验室用高锰酸钾制取氧气时，发生装置应选用______（填字母）；其反应的化学方程式为___________________________________，反应的基本类型是___________，二氧化锰是该反应的______________。 (4)如用F装置收集氧气，判断氧气是否收集满的方法是___________________________。 【答案】（1）长颈漏斗 （2）C E 密度比空气大，能溶于水 B （3）D 分解反应 生成物 （4）集气瓶口有大气泡冒出 【解析】（1）①的名称是长颈漏斗。 （2）实验室制二氧化碳的药品是大理石与稀盐酸，常温下进行反应，选择固液常温型装置，需要的二氧化碳量少，选择装置C。 二氧化碳的密度比空气大，能溶于水，收集方法选择向上排空气法，故选E装置。 若要控制反应的速率，则需要控制液体药品的滴加速率，故选装置B，通过分液漏斗控制液体的滴加速率，进而控制反应的速率。 （3）高锰酸钾在加热的条件下分解产生氧气，反应物是固体，条件需要加热，故选装置D。反应的化学方程式为： 。反应物只有一种，生成物有三种，符合“一变多”的特点，属于分解反应，该反应中二氧化锰是生成物。 （4）用排水法收集气体，当集气瓶口有大气泡冒出时，说明气体已经集满。 教学反思 本课以氧气制取经验为起点，以 "选药品→选装置→归纳思路" 问题链推进，主线清晰，符合学生认知规律。 成功之处：①用对比实验（碳酸钠粉末、稀硫酸、浓盐酸）让药品选择理由证据化，直观突破难点；②以气压变化图像题、装置判断等例题变式，把 "反应速率"" 长颈漏斗液封 ""检验与验满" 等易错点落到实处，发展证据推理与模型认知素养；③用 O₂、CO₂装置对比表格归纳 "定原理→选装置→检验收集" 的一般思路，实现由特殊到一般的建模。 不足与改进：①环节多、例题变式量偏大，时间紧张，部分对比实验只能演示，学生动手体验不充分，宜精简例题或转为课后巩固；②个别小组操作不规范（未先检查气密性、先加液体后加固体），需加强巡视与分工指导；③学生对 "检验" 与 "验满" 仍有混淆，可设计对比任务单边实验边落实；④气压图像题对部分学生偏难，宜先用数字化实验直观感知气压变化，再迁移到图像分析。 后续教学中应压缩讲授、增加学生动手与表达机会，让 "证据推理 — 建模迁移" 真正落地。。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $