实验4 二氧化碳的实验室制取与性质教学设计-2026-2027学年九年级化学仁爱科普版上册

实验4 二氧化碳的实验室制取与性质 仁爱科普版 · 初中化学 · 九年级上册 一、教材分析 本实验是仁爱科普版九年级上册的核心学生实验，位于学生系统学习氧气制取与性质之后，承担着气体制取研究方法迁移与物质性质探究能力提升的双重功能。教材以“提出问题—设计方案—动手实验—归纳结论”为主线，引导学生综合运用反应原理、装置选择、收集方法和性质验证等知识，构建气体实验室研究的完整认知链条，为后续学习燃烧与灭火、金属与酸碱盐等内容奠定方法基础。 二、四维核心素养 化学观念：认识二氧化碳的组成与性质，理解“物质结构决定性质、性质决定用途”的化学基本观念。 科学思维：通过对比氧气与二氧化碳的制取条件，归纳气体制取的一般思路与装置选择依据。 科学探究与实践：独立完成二氧化碳制取与多项性质验证实验，规范取用药品、组装仪器和观察记录。 科学态度与责任：养成严谨求实的实验态度，关注二氧化碳与温室效应、低碳生活的真实联系。 三、教学重难点 教学重点：实验室制取二氧化碳的反应原理、发生与收集装置选择、验满方法，以及二氧化碳密度比空气大、不燃烧也不支持燃烧、与水和澄清石灰水反应等主要性质。 教学难点：根据反应条件和气体性质选择发生与收集装置的思维方法；理解二氧化碳与水反应生成新物质、与石灰水反应使石灰水变浑浊的微观本质。 四、新课导入 教师出示一瓶汽水，轻轻摇晃后打开瓶盖，请学生观察气泡冒出的现象，并提问：“这些气泡是什么气体？它藏在汽水里为什么看不到？实验室能不能像制氧气那样，自己动手制取这种气体？”再展示舞台干冰造雾、灭火器灭火、植物光合作用图片，让学生意识到二氧化碳就在身边，由此自然引出本节课课题——二氧化碳的实验室制取与性质。 五、上课过程设计意图 本节课以“小小实验室探秘工程师”为角色任务情境，将整堂课设计为“领取任务—对比研讨—设计方案—动手制取—性质探秘—归纳建构—联系生活”七个递进任务群。设计意图在于：第一，以真实问题驱动学生主动探究，把课堂主体位置交还给学生，让学生在做中学、在合作中学；第二，通过与氧气制取的横向对比，引导学生自主归纳气体制取的一般方法，实现知识的正迁移；第三，把性质实验设计成系列小探秘活动，让学生在观察、质疑、解释中深化对物质性质的理解；第四，将实验操作规范、环保意识与低碳生活理念融入每个任务环节，体现化学学科的育人价值。 六、教学过程 任务一 情境激趣——探秘身边的二氧化碳 教师活动：教师手持一瓶透明汽水走到学生中间，先不打开，提问：“同学们，夏天喝的汽水、可乐，打开瓶盖时会冒出大量气泡。这些气泡是什么气体？它为什么平时藏在液体里看不见？”待学生回答后，教师轻轻摇晃瓶身再缓慢打开瓶盖，让前排学生观察气泡涌出的现象，并追问：“这种气体就是我们今天要研究的主角——二氧化碳。它在生活中还有哪些身影？”随后投影展示四幅图片：舞台上缭绕的白雾、灭火器喷出的白色气体、大棚里补充的“气肥”、光合作用示意图。请学生用一个词语概括二氧化碳在生活中的角色。 学生活动：学生观察汽水冒气泡的现象，结合生活经验自由发言：有的说汽水“有气”，有的说灭火器里有二氧化碳，有的说舞台上的白雾是干冰变成的。学生在教师引导下归纳出二氧化碳“看不见、摸不着，却无处不在”的特点，并在任务单上写下自己最想探究的一个问题。 设计意图：用学生最熟悉的汽水实验制造认知冲突，把抽象的气体拉回生活；通过四幅图片搭建生活与化学的桥梁，激发探究欲望，自然引出本节课的核心任务。 任务二 温故知新——对比氧气制取找思路 教师活动：教师在黑板左侧画出实验室制取氧气的装置简图（加热高锰酸钾型与过氧化氢催化型），提问：“我们已经学过实验室制取氧气，谁能回忆一下：制取气体一般要研究哪几个问题？”根据学生回答，教师在黑板上梳理出四个关键词：用什么药品、在什么条件下反应、用什么装置发生、用什么方法收集。接着追问：“如果今天要制取二氧化碳，我们能不能照着制取氧气的思路来研究？”引导学生把这四个关键词迁移到二氧化碳上。 学生活动：学生以小组为单位，对照氧气制取的知识清单，在任务单上完成一张“气体制取研究思路表”，分别填写：药品选择要考虑什么、反应装置由什么决定、收集方法由什么决定、验满依据是什么。小组代表汇报时，其他组补充完善。学生逐步形成共识：制取气体要先确定反应物和反应条件，再据此选择发生装置；根据气体密度和溶解性选择收集方法。 设计意图：利用学生已有的氧气制取经验搭建“先行组织者”，让新知识挂靠在旧知识之上；通过对比研讨，帮助学生把零散的实验经验上升为可迁移的一般方法。 任务三 方案研讨——制取二氧化碳用什么药品 教师活动：教师提供三组试剂信息：第一组是块状大理石（石灰石）与稀盐酸；第二组是碳酸钠粉末与稀盐酸；第三组是块状大理石与稀硫酸。教师不直接给出结论，而是提出三个思考问题：“如果用碳酸钠粉末与稀盐酸反应，你猜反应速度会怎样？好不好控制？如果用大理石与稀硫酸反应，生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面，你猜反应还能持续进行吗？”请小组讨论后给出选择方案。 学生活动：各组围绕三个问题展开热烈讨论。有的组认为碳酸钠粉末接触面大，反应会很剧烈，来不及收集；有的组联想到水垢、蛋壳，认为大理石与酸反应会产生气体；对于稀硫酸，学生经过推理得出结论：表面被覆盖后反应会慢慢停止，不适合制取。最终全班达成一致：实验室制取二氧化碳选用块状大理石（石灰石）与稀盐酸。学生在任务单上记录下选择理由，并标注“不能用稀硫酸代替稀盐酸”“不宜用碳酸钠粉末代替大理石”。 设计意图：把药品选择变成“猜想—推理—决策”的思维活动，而不是直接告诉学生结论；让学生在比较中体会实验室选择药品要兼顾反应速率、反应持续性和气体纯度。 任务四 装置设计——画出你的制取装置图 教师活动：教师在讲台上摆放锥形瓶、试管、铁架台、带导管的双孔橡皮塞、长颈漏斗、分液漏斗、集气瓶、毛玻璃片、水槽等仪器，请学生分组讨论：“大理石是块状固体，稀盐酸是液体，反应不需要加热。我们应该选择哪套发生装置？要不要加热仪器？长颈漏斗和分液漏斗各有什么优点？二氧化碳能溶于水、密度比空气大，应该用什么方法收集？怎么验满？” 学生活动：各组在任务单上画出装置草图，并在全班交流。学生通过对比发现：由于反应不需要加热，发生装置应选用固液不加热型，不需要酒精灯；长颈漏斗可以随时添加稀盐酸，下端必须伸入液面以下形成“液封”，防止气体从漏斗逸出；分液漏斗可以控制滴加速度，从而控制反应快慢。收集方法上，学生结合“二氧化碳能溶于水”否定排水法，结合“密度比空气大”确定向上排空气法。验满时，将燃着的木条平放在集气瓶口，若木条熄灭，说明二氧化碳已集满。学生互相检查装置图，纠正错误。 设计意图：让学生亲手画图、互评互纠，把装置选择的依据内化为思维习惯；强调“液封”“导管伸入瓶底”等关键操作细节，为下一步动手实验扫清障碍。 任务五 动手制取——组装装置并收集两瓶二氧化碳 教师活动：教师边示范边讲解操作步骤：“第一步，连接仪器并检查装置气密性；第二步，先向锥形瓶中加入几块大理石，再塞紧带长颈漏斗和导管的橡皮塞；第三步，从长颈漏斗缓慢注入稀盐酸，直到液面浸没漏斗下端；第四步，观察导管口冒出的气泡；第五步，用向上排空气法收集气体，导管要伸到集气瓶底部；第六步，用燃着的木条在瓶口验满。”教师特别提醒：“酸液有腐蚀性，取用要小心；大理石块要轻放，防止打破容器；废液要倒入指定烧杯。” 学生活动：各组按步骤合作实验：一名同学负责加固体，一名同学负责加液体，一名同学负责收集，一名同学负责记录。学生观察到：大理石表面迅速产生大量气泡，瓶内气体颜色始终无色透明；当燃着的木条在瓶口熄灭时，立即用毛玻璃片盖住瓶口，将集气瓶正放在桌面上备用。在实验过程中，教师巡视指导，重点关注“长颈漏斗是否液封”“导管是否伸到瓶底”“验满操作是否规范”等细节。实验结束后，各组在任务单上记录实验现象和遇到的问题。 设计意图：通过分工合作完成真实实验，落实基本操作技能；用任务单引导学生边做边记，培养证据意识；教师巡视及时纠错，保证实验安全与成功率。 任务六 性质探秘——五个小实验认识二氧化碳 教师活动：教师宣布进入“性质探秘”环节，把五个小实验分别布置给不同小组，各组完成后向全班汇报。五个小实验分别是：①阶梯蜡烛实验——在烧杯中放一高一短两支蜡烛，沿烧杯壁缓缓倒入二氧化碳，观察蜡烛熄灭顺序；②天平倾倒实验——在自制平衡架两端各挂一只纸杯，向其中一只倾倒二氧化碳，观察平衡变化；③紫色石蕊纸花实验——将干燥的紫色石蕊纸花和喷过水的紫色石蕊纸花分别放入盛有二氧化碳的集气瓶中，对比颜色变化；④澄清石灰水实验——向澄清石灰水中吹气或通入二氧化碳，观察液体变化；⑤干冰升华实验——观察干冰在空气中直接变成白雾、没有液体残留的现象。 学生活动：各组领取任务后认真操作并记录现象。阶梯蜡烛组发现：短蜡烛先熄灭，长蜡烛后熄灭，学生由此推断二氧化碳先聚集在烧杯底部，说明它密度比空气大，且不燃烧也不支持燃烧。天平倾倒组发现：倒入二氧化碳的一侧纸杯下沉，再次证明二氧化碳密度比空气大。石蕊纸花组发现：干燥的紫色纸花不变色，喷水后的纸花变成红色，学生由此推断二氧化碳本身不能使石蕊变色，而是它与水反应生成了新的酸性物质，使石蕊变红。石灰水组发现：澄清石灰水通入二氧化碳后变浑浊，学生解释这是二氧化碳与石灰水中的物质发生反应，生成了不溶于水的白色固体。干冰组发现：干冰在空气中迅速变小，周围产生白雾，瓶壁没有留下液体，说明干冰是固态二氧化碳，升华时直接由固体变为气体，并吸收大量热量，使周围水蒸气冷凝成小水滴。各组代表依次汇报，其他组补充。 设计意图：用系列小实验把抽象性质转化为可见现象；通过“干燥纸花与湿润纸花对比”“长短蜡烛对比”等对照设计，训练学生的比较思维和控制变量意识；让每组都成为性质发现者，提高全员参与度。 任务七 归纳建构——画出二氧化碳知识树 教师活动：教师引导学生：“今天我们既制取了二氧化碳，又研究了它的性质。谁能把这些知识整理成一棵'知识树'？”教师在黑板中央写出“二氧化碳”四个字，请学生从“制取”“物理性质”“化学性质”“用途”四个方向向外拓展。教师不急于补充，而是让学生先独立整理，再小组交流，最后全班共建。 学生活动：学生在任务单上画出知识树：制取分支写出药品选择理由、发生装置类型、收集方法和验满方法；物理性质分支写出无色、无味、密度比空气大、能溶于水、固态干冰易升华；化学性质分支写出不燃烧也不支持燃烧、与水反应生成酸性物质、与澄清石灰水反应产生白色浑浊；用途分支联系生活写出灭火、人工降雨、温室气肥、碳酸饮料等。小组代表上台展示本组知识树，其他组提出补充和修改意见。教师总结：“物质的性质决定了它的用途，用途又反映了性质。” 设计意图：用知识树把零散实验现象结构化，帮助学生形成完整认知；强调“性质决定用途”的学科观念，落实化学观念素养。 任务八 联系生活——二氧化碳与我们的环境 教师活动：教师投影展示两组资料：一组是近百年来地球平均气温变化曲线，一组是森林被砍伐、化石燃料大量使用的图片。提问：“二氧化碳是空气的正常成分，但如果空气中二氧化碳含量过高，会带来什么问题？作为中学生，我们可以做哪些力所能及的事，让二氧化碳排放量降下来？”教师引导学生从“节约用纸、随手关灯、绿色出行、爱护花草树木”等身边小事展开讨论。 学生活动：学生结合已有地理知识回答：二氧化碳过多会引起温室效应，导致全球气候变暖、冰川融化、海平面上升。学生在任务单上写下三条自己能做到的低碳行动，如“出门随手关灯”“尽量乘坐公共交通”“双面用纸”“积极参加植树活动”。学生分享后，教师追问：“既然二氧化碳过多不好，是不是要把它从空气中全部去掉？”学生经过讨论认识到：二氧化碳是植物光合作用的原料，没有它植物无法生存，关键是保持合理含量，实现低碳生活。 设计意图：把化学学习与社会责任联系起来，避免“谈二氧化碳色变”的片面认识；让学生在真实环保议题中形成辩证思维，落实科学态度与责任素养。 任务九 实验反思——寻找实验中的“小意外” 教师活动：教师请各组汇报在刚才的实验中遇到了哪些“小意外”。有的小组发现长颈漏斗下端没有伸到液面以下，导致产生的气体从漏斗口冒出；有的小组把导管伸到集气瓶口就停止了，结果验满时木条一直不灭；有的小组把稀盐酸加成了浓盐酸，结果闻到一股刺激性气味；还有的小组把燃着的木条伸进了集气瓶内，而不是平放在瓶口。教师把这些问题一一板书在黑板右侧，请其他小组帮忙分析原因并提出改进办法。 学生活动：各组对照黑板上的问题清单展开反思。学生分析后得出：漏斗下端必须液封，否则气体就会“抄近路”跑掉；收集气体时导管必须伸到集气瓶底部，才能把瓶里的空气排干净，否则瓶中残留空气，验满自然失败；浓盐酸会挥发出有刺激性气味的氯化氢气体，使收集到的二氧化碳不纯，所以必须使用稀盐酸；验满时木条只能放在瓶口，一旦伸入瓶内，瓶中二氧化碳浓度较高时木条才熄灭，无法判断是否已满。学生在任务单“我的实验反思”一栏写下本次实验最值得改进的一点，并在小组内互相提醒。 设计意图：把“出错”转化为宝贵的教学资源；让学生在纠错中加深对操作规范背后原理的理解，而不是机械记忆步骤；培养学生严谨求实、勇于反思的科学态度。 课堂小结 教师带领学生回顾整堂课：今天我们像小小探秘工程师一样，先从身边的汽水出发，用氧气制取的研究思路找到了制取二氧化碳的方法，亲手组装装置、收集了两瓶气体；又通过五个小实验认识了二氧化碳密度比空气大、不燃烧不支持燃烧、与水反应生成酸性物质、与石灰水反应产生白色浑浊、干冰易升华等性质；最后还把二氧化碳放回生活，讨论了低碳行动。希望同学们课后继续观察生活中的二氧化碳，做一名会观察、会思考、有责任感的化学学习者。 七、板书设计 实验4 二氧化碳的实验室制取与性质 一、制取 药品：大理石（石灰石）+ 稀盐酸 发生装置：固液不加热型（锥形瓶 + 长颈漏斗，下端液封） 收集方法：向上排空气法（密度比空气大、能溶于水） 验满方法：燃着木条平放瓶口，木条熄灭即满 二、性质 物理：无色无味气体，密度比空气大，能溶于水，固态干冰易升华 化学：① 不燃烧、不支持燃烧（阶梯蜡烛由下而上依次熄灭） ② 与水反应生成酸性物质（湿润紫色石蕊纸花变红） ③ 与澄清石灰水反应产生白色浑浊（石灰水变浑浊） 三、用途：灭火、人工降雨、温室气肥、碳酸饮料 四、观念：性质决定用途，用途反映性质；低碳生活，从我做起 学科网（北京）股份有限公司 $