第5章基础实验4二氧化碳的实验室制取与性质教学设计--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

基础实验4 二氧化碳的实验室制取与性质 教学设计 教材版本：沪教版（2024）九年级上册 所属章：第5章 课型：学生实验课 一、教材分析 本课是沪教版九年级上册第5章中的学生必做基础实验。教材以“制取—收集—验满—性质验证”为主线，将二氧化碳的实验室制法与性质探究整合为一个完整的实验任务。学生此前已经历氧气的制取实验，本课是其第二次系统完成气体制取全过程，对迁移形成气体制取的一般思路、发展实验探究能力具有承上启下的重要作用。 二、四维核心素养 化学观念：通过制取与性质实验，初步形成“物质的制取需依据反应原理和物质性质选择装置与方法”的物质转化观念，认识二氧化碳是含碳物质燃烧与呼吸作用的共同产物。 科学思维：在药品选择、装置组装与现象解释中，发展基于证据的分析推理与模型认知能力，能从反应物状态和反应条件推演发生装置，从气体性质推演收集方法。 科学探究：在药品比选、气密性检查、气体收集与性质验证的完整探究链中，提升动手操作、观察记录与合作交流能力。 科学态度与责任：在规范操作、安全防护与废液处理中，养成严谨求实的科学态度和爱护环境的责任意识。 三、教学重难点 教学重点：实验室制取二氧化碳的药品选择依据、发生与收集装置的组装方法、气体的收集与验满操作，以及二氧化碳主要性质的实验验证。 教学难点：依据反应原理和物质性质综合选择发生装置与收集方法，理解长颈漏斗下端伸入液面以下形成液封的原因，并能依据蜡烛熄灭顺序、石蕊变色等现象推理二氧化碳的性质。 四、设计意图 本课以“实验室需要制取一瓶二氧化碳并验证其性质”为真实任务情境，将教材中分散的制取步骤与性质实验整合为连贯的任务链。学生在任务驱动下经历“选药品—装装置—查气密—收集—验满—验性质”的完整探究过程，类比氧气制取的已有经验，迁移形成气体制取的一般思路。各任务环节设置讨论、对比、动手操作与现象描述，让学生在做中学、在思中悟，既落实实验操作技能，又发展基于证据推理的科学思维，同时强化实验安全与规范意识，避免将实验课变成按方抓药的机械操作。 五、教学过程 任务情境：制取一瓶纯净的二氧化碳 教师上课伊始，向学生展示一个空集气瓶，并创设任务情境：实验室下周要举办一场“奇妙的二氧化碳”主题展示活动，需要各小组今天先在实验室制取一瓶纯净的二氧化碳，并通过实验验证它的几项重要性质。展示活动上将由同学们向其他班级介绍自己制取气体的过程与发现。 教师引导学生回顾此前制取氧气的经历，提问：我们当时是怎样一步步把一瓶氧气“变”出来的？学生七嘴八舌地回答——先想清楚用什么药品和反应，再选发生装置，然后想怎么收集，最后还要验证它是不是氧气。教师顺势板书“反应原理—发生装置—收集方法—验满与检验”的思路主线，并告诉学生：今天这条思路要用来解决二氧化碳的制取问题，只不过二氧化碳的脾气和氧气不太一样，需要大家根据它的特点来做选择。 教师随后出示本节课的任务清单：第一，选定制取二氧化碳的药品；第二，组装发生装置并检查气密性；第三，用合适的方法收集一瓶二氧化碳并验满；第四，通过三个小实验验证二氧化碳的性质；第五，整理归位并交流发现。 任务一：选定制取二氧化碳的药品 教师先在讲台上摆出四组备选材料：碳酸钠粉末与稀盐酸、大理石与稀盐酸、大理石与稀硫酸、大理石与浓盐酸。请各小组结合教材第5章中关于二氧化碳制取的阅读内容，讨论哪一组最适合在实验室制取二氧化碳，并说明理由。 学生分组讨论。教师巡视，倾听各组的理由，适时追问。 讨论结束后，教师组织全班交流。有小组选择碳酸钠与稀盐酸，理由是两者一接触就剧烈反应、气泡很多。教师追问：反应这么快，气体还来得及收集吗？学生意识到碳酸钠粉末与稀盐酸接触面积大，反应过于剧烈，气流太快不易控制，也不便于随时停止，不适合作为实验室制取气体的药品。 又有小组提出大理石与稀硫酸。教师引导学生阅读教材中的提示：大理石与稀硫酸反应时，会生成一种微溶于水的物质，它会紧紧附着在大理石表面，把大理石包住，让酸与大理石无法继续接触，反应就会越来越慢，最后几乎停止。学生恍然大悟——这条路走不通，因为反应不能持续平稳地进行下去。 还有小组注意到浓盐酸。教师提醒：浓盐酸有很强的挥发性，会挥发出另一种气体混在二氧化碳里，这样收集到的气体就不纯净了。学生由此理解，不能使用浓盐酸。 经过一番比较，全班达成共识：实验室制取二氧化碳，选用块状的大理石（或石灰石）与稀盐酸最为合适。块状大理石与稀盐酸接触面积适中，反应速率平稳均匀，便于用导管持续收集；生成的气体也比较纯净。教师在此处特别强调：选择实验药品不能只看“能不能反应”，还要看反应是否平稳、是否持续、产物是否纯净，这是实验室选择制取气体药品的基本思路。 任务二：组装发生装置并检查气密性 教师将讲台上的仪器逐一展示给学生：锥形瓶、长颈漏斗、双孔橡胶塞、玻璃导管、橡胶导管、集气瓶、毛玻璃片、试管架、试管、铁架台、火柴、小木条。请各小组对照教材插图，先不急着动手，而是讨论两个问题：第一，根据反应物的状态和反应是否需要加热，这套发生装置属于什么类型？第二，怎样把这些仪器正确连接起来？ 学生结合刚得出的结论——大理石是固体、稀盐酸是液体、反应在常温下就能进行——判断出这套发生装置属于“固液常温型”，不需要酒精灯加热。教师顺势与制取氧气时加热高锰酸钾或氯酸钾的“固体加热型”装置做对比，帮助学生体会：发生装置的选择，本质上是由反应物状态和反应条件决定的。 学生开始动手组装。教师提醒：双孔橡胶塞的一个孔插入长颈漏斗，另一个孔插入玻璃导管，再用橡胶导管把玻璃导管延长。教师特别走到几组身边，观察长颈漏斗的下端位置。 组装完成后，教师请一位同学上台示范如何检查装置的气密性。该同学把导管的一端浸入盛水的烧杯中，双手紧贴锥形瓶外壁。全班一起观察：导管口缓缓冒出一连串小气泡。这位同学松开手后，导管内倒吸入一小段水柱，液面高于烧杯中的水面。教师请大家解释这个现象：手握住锥形瓶使瓶内空气受热膨胀，从导管口逸出；松手后瓶内空气冷却收缩，压强减小，水被大气压压入导管，形成水柱。这就说明装置不漏气。 教师顺势抛出一个关键问题：长颈漏斗的下端为什么必须伸到液面以下，而不能悬在液面上？学生思考后回答：如果下端在液面上方，生成的气体就会顺着长颈漏斗“跑”到空气中，无法被收集。教师总结：长颈漏斗下端伸入液面以下，形成了一层“液封”，气体只能从导管走，不能从漏斗走。学生纷纷低头检查自己小组的装置，把长颈漏斗调整到液面以下。 任务三：收集一瓶二氧化碳并验满 教师引导学生思考：二氧化碳应该用什么方法收集？请同学们回忆二氧化碳有哪些性质——它的密度比空气大还是小？它能不能溶于水？ 学生结合教材中已学的二氧化碳性质，回答：二氧化碳的密度比空气大，会沉在空气下方；同时二氧化碳能溶于水，还能与水发生反应。由此判断，不能用排水法收集，应该用向上排空气法收集——把集气瓶正放，导管伸到集气瓶底部，让二氧化碳从瓶底慢慢把“轻”的空气向上挤出去。 学生往长颈漏斗中缓缓倒入稀盐酸，立即看到大理石表面冒出大量气泡。导管口也陆续有气体冒出。教师提醒：刚开始冒出的气体里混有锥形瓶中原有的空气，不要急着收集，先让气体排一会儿空气，再把导管伸入集气瓶底部。 收集片刻后，教师请各组思考：怎么知道集气瓶已经收集满了？教材中给出的方法是——把一根燃着的小木条放在集气瓶口，而不是伸到瓶里。学生按此操作：燃着的小木条一靠近瓶口，火焰立刻熄灭。全班欢呼“满了！”教师追问：为什么放在瓶口就够了？学生回答：二氧化碳密度比空气大，集满后会从瓶口溢出，瓶口的木条接触到溢出的二氧化碳就会熄灭，这说明瓶里已经装满了二氧化碳。 验满后，学生用毛玻璃片盖住集气瓶口，把集气瓶正放在实验台上备用。教师特别提醒：集满二氧化碳的集气瓶要正放，因为它密度比空气大，倒放会从瓶口漏走。 任务四：动手验证二氧化碳的三项性质 活动一：烧杯里的“灭火梯” 教师向每个小组发放一个烧杯，烧杯中放着一高一低两支已经点燃的小蜡烛。教师请学生把刚才集满的二氧化碳像“倒水”一样，沿着烧杯内壁缓缓倾倒，注意不要直接浇在蜡烛火焰上。 学生小心操作。奇迹发生了：低处的蜡烛先熄灭，过了一会儿，高处的蜡烛才跟着熄灭。学生瞪大眼睛观察这一反差。教师请各组讨论：为什么是“从下到上”依次熄灭？ 学生分析：二氧化碳像水一样沉入烧杯底部，把烧杯里的空气“挤”上去；低处的蜡烛先被二氧化碳包围，而二氧化碳既不能燃烧，也不支持燃烧，所以先灭；等二氧化碳慢慢积累到高处，高处的蜡烛才被熄灭。由此推理出两条性质：第一，二氧化碳的密度比空气大；第二，二氧化碳不能燃烧，也不能支持一般可燃物的燃烧。教师补充：正是因为这两条，二氧化碳才被广泛用于制作灭火器。 活动二：会变色的紫色石蕊 教师取一支洁净的试管，倒入少量紫色石蕊试液，再把导管伸入试液中，通入刚才制得的二氧化碳。学生观察：紫色的石蕊试液逐渐变成了红色。 教师提问：是什么让紫色石蕊变红的？是二氧化碳本身吗？教师接着把这支变红的试管放在酒精灯上小心加热。学生惊喜地发现：红色又慢慢变回了紫色。教师引导学生推理：二氧化碳通入水中后，与水发生了反应，生成了一种酸性物质，正是这种酸性物质使紫色石蕊变红；而这种酸性物质不稳定，一受热就分解，酸性消失，石蕊又恢复紫色。教师强调：这说明二氧化碳并非“什么都不做”地溶解在水里，而是与水发生了化学变化。 活动三：澄清石灰水的“变浑浊” 教师请学生另取一支试管，倒入少量澄清石灰水，把导管伸入石灰水中，通入二氧化碳。学生观察：原本清澈透明的石灰水慢慢变浑浊，像掺入了细白的粉末。 教师指出：这是检验二氧化碳最特征的方法——只要一种无色无味的气体能使澄清石灰水变浑浊，就可以初步判断它是二氧化碳。学生互相观察各组的试管，石灰水变浑浊的程度略有不同，教师解释这与通入气体的量和石灰水的浓度有关。 三个小实验做完后，教师引导学生把二氧化碳的性质连起来说一遍：密度比空气大、不能燃烧也不支持燃烧、能与水反应生成不稳定的酸性物质、能使澄清石灰水变浑浊。学生边说边在实验记录单上填写。 任务五：交流评价与整理归位 教师请各小组派代表上台，用一两句话汇报本组最得意的发现或遇到的问题。有的小组说：我们组第一次检查气密性时，导管口根本没有气泡，后来发现橡胶塞没塞紧，重新塞紧后就有气泡了。有的小组说：我们的蜡烛是两支同时熄灭的，因为二氧化碳倒得太急，一股脑冲下去了。还有的小组说：我们的石灰水没有变浑浊，因为收集时一开始就把导管伸进去了，排出来的都是空气。 教师把这些问题一一与全班分享，引导学生意识到：实验中的“异常”往往来自操作细节——装置是否漏气、气体是否纯净、倾倒是否从容。教师顺势总结气体制取的一般思路：先根据反应物状态和反应条件选发生装置，再根据气体密度和溶解性选收集方法，最后利用气体的特征性质进行验满和检验。这条思路今后还会用到其他气体的制取上。 最后，教师带领学生整理仪器：把废液倒入指定的废液缸，不能直接倒入水槽；清洗锥形瓶、试管并放回试管架；把大理石残渣倒入回收盒；擦净桌面。教师强调：实验结束后的整理与归位，也是科学探究不可缺少的一部分。 六、板书设计 基础实验4 二氧化碳的实验室制取与性质 一、药品选择：大理石（石灰石）+ 稀盐酸 反应平稳、持续、气体纯净 二、发生装置：固液常温型 锥形瓶 + 长颈漏斗（液封）+ 导管 气密性检查：导管入水，手握瓶壁看气泡 三、收集与验满： 向上排空气法（密度比空气大，能溶于水） 验满：燃着木条放瓶口，火焰熄灭即满 四、性质验证： 蜡烛阶梯 — 自下而上熄灭（密度大，不燃不助燃） 紫色石蕊 — 先变红，加热后恢复紫色 澄清石灰水 — 变浑浊（检验二氧化碳） 学科网（北京）股份有限公司 $