6.3 二氧化碳的实验室制取 第2课时（教学设计）化学新教材人教版九年级上册

第三节 二氧化碳的实验室制取 第2课时 实验室制取气体的一般思路和方法 年级 九年级 学科 化学 课型 新授课 教材 人教版 第六单元 课题3 第2课时 教学目标 1.通过对比实验室制取O2、CO2的实验方案，归纳实验室制取气体的一般思路，明确反应原理选择、发生装置选择、收集装置选择、气体检验与验满的核心依据。 2.掌握4种固液常温型发生装置的优缺点，能根据实验需求选择合适的发生装置；掌握多功能瓶在排空气法、排水法收集气体时的进气规律。 3.能运用气体制备的一般思路，独立设计氢气、乙炔等陌生气体的实验室制备方案。 4.证据推理与模型认知：通过对已知气体制备实验的梳理，建立“原理确定-装置设计-气体验证”的实验室制气认知模型，能运用模型解决陌生气体制备的相关问题。 5.科学探究与创新意识：通过对比不同生成CO2反应的适用性，体会实验方案筛选的严谨性，能根据反应速率控制、药品添加需求等优化实验装置。 6.科学态度与社会责任：了解气体制备时对反应速率、产物纯度、操作安全、环保性的考量，树立安全实验、绿色化学的科学观念。 教学重点 实验室制取气体的一般思路和方法，反应原理、发生装置、收集装置、检验验满的选择依据。 教学难点 运用实验室制气的认知模型设计陌生气体的完整制备方案，灵活判断多功能瓶收集气体的进气方向。 教材分析 本节教学内容源于人教版九年级上册第六单元《碳和碳的氧化物》课题3第2课时，是初中化学气体制备模块的核心总结性内容。本节课承接前一课时二氧化碳实验室制取的知识点，同时呼应上册第二单元氧气的实验室制法，通过对两类常见气体制备逻辑的梳理，归纳形成实验室制取气体的一般思路，既是对前面零散气体实验知识的系统化整合，也为后续氢气的实验室制取、乃至高中阶段复杂气体的制备探究提供了可迁移的思维模型，在初中化学实验体系中具有承前启后的关键作用。 按照课标要求，本节课内容围绕“反应原理选择-发生装置选择-收集装置选择-气体检验验满”的逻辑线展开，先拆解每一步选择的依据，再通过制取氢气的探究活动落实思路的迁移，配套的典例和当堂练习贴合中考命题方向，兼顾基础巩固和能力提升，着重培养学生“模型认知”“科学探究”的化学核心素养。 学情分析 本节课的教学对象是九年级学生，此时学生已经具备一定的化学实验基础：已经完整学习了氧气、二氧化碳的实验室制取操作，能够识别常见的气体制备、收集装置，对检验、验满操作有具象的实践经验，对化学实验探究有较强的兴趣。但学生此前掌握的气体制备知识多是零散的、碎片化的，尚未形成系统的思维框架，面对陌生气体的制备探究时容易出现思路混乱，对反应原理选择依据、多功能瓶的灵活使用等内容易产生混淆。 从思维发展规律来看，九年级学生正处于从具象经验思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，已经具备初步的归纳、类比能力，教学中可以从学生已有的氧气、二氧化碳制备的旧知入手，通过对比、归纳的探究活动引导学生自主建构气体制备的一般思路，再通过陌生气体制备的迁移练习强化模型应用，既符合学生的认知规律，也能有效降低学习难度，帮助学生落实核心素养的发展。 教学过程 教学内容 设计意图 课堂导入 【互动设问】同学们，咱们学校下周即将开展“趣味化学科技节”活动，咱们班承接了两个气体制备的实践任务：一是制备纯净的二氧化碳用于“自制灭火器”的展示实验，二是制备氢气填充活动现场的装饰气球。之前咱们已经分别学习过实验室制取氧气和二氧化碳的相关操作，但是氢气是咱们还没系统学习制备方法的气体，大家开动脑筋想一想，要顺利完成这两个制备任务，我们需要从哪些维度来设计实验方案呀？（留1-2分钟让学生小组讨论后举手发言，学生大概率会提到“选什么药品反应”“用什么装置装”“怎么证明做出来的就是目标气体”等内容，老师适时板书学生提到的关键词：反应原理、装置、检验等） 【过渡衔接】大家说的都很有道理，其实不管是咱们已经学过的氧气、二氧化碳，还是这次要制备的陌生气体氢气，甚至是今后你会遇到的其他实验室气体制备，都有一套通用的、可迁移的思路和方法。今天咱们就通过对比梳理O₂、CO₂的制备逻辑，共同归纳出这套通用方法，帮咱们完美完成科技节的实践任务。 1.激发学生兴趣：以贴近学生校园生活的科技节实践任务作为导入情境，将枯燥的方法总结转化为解决真实问题的实用工具，赋予学习内容实际价值，能够快速吸引学生注意力，调动学生参与课堂的积极性。 2.衔接已有知识：设问引导学生主动回忆之前零散学习的氧气、二氧化碳制备的相关知识点，激活学生的原有知识储备，为后续对比归纳通用思路做好铺垫，符合从已知到未知的认知规律。 3.明确学习目标：自然引出本节课的核心主题“实验室制取气体的一般思路和方法”，同时点出本节课会解决陌生气体氢气的制备问题，让学生清晰感知本节课的学习意义，带着明确的任务目标进入后续探究学习，提升学习的主动性。 环节一 实验室制取气体的一般思路和方法 任务一 反应原理与药品的选择 【情景引入】制取气体的第一步，就是要确定合适的反应和实验药品，不是所有能生成目标气体的反应都适合实验室制备。 【教师提问】我们学过的能生成O₂的反应有很多，比如高锰酸钾受热分解、过氧化氢分解、植物光合作用等，为什么实验室只选前两个？选择反应原理时需要考虑哪些因素？ 【学生思考】小组讨论后回答：光合作用速率太慢，不好收集；还要考虑反应条件好不好实现，反应速率会不会太快或者太慢，生成的气体纯不纯，操作安不安全之类的。 【讲解】总结反应原理的选择依据： 1.反应条件简便，易于实现； 2.反应速率适中，易于控制； 3.生成的气体纯净，易收集； 4.实验操作安全、简单，无污染，试剂价廉易得。 任务二 发生装置的选择 【引入】确定了反应原理和药品，接下来就要选择合适的发生装置。 【教师提问】对比三个反应的发生装置： ① ② ③CaCO3+2HCl == CaCl2+H2O+CO2↑ ①和②③的发生装置不同，决定发生装置类型的核心因素是什么？ 【学生思考】回答：①的反应物是固体，需要加热；②③的反应物是固体和液体，不需要加热，所以发生装置是由反应物的状态和反应条件决定的。 【讲解】总结发生装置的两类基本模型： 1.固体加热型：适用于反应物都是固体、需要加热的反应 2.固液常温型：适用于反应物是固体+液体、不需要加热的反应。拓展常见固液常温型装置的特点： 装置类型 特点 简易装置（试管+单孔塞） 操作简单，适用于制取少量气体 长颈漏斗+锥形瓶 方便随时添加液体药品 分液漏斗+锥形瓶 可通过控制分液漏斗活塞，控制液体滴加速率和用量，进而控制反应速率 带多孔隔板的装置 可控制反应的发生和停止 任务三 收集装置的选择 【情景引入】发生装置生成的气体，需要用合适的装置收集。 【教师提问】O2可以用向上排空气法和排水法收集，CO2只能用向上排空气法收集，选择收集装置的依据是什么？ 【学生思考】回答：根据气体的性质，密度比空气大的用向上排空气法，小的用向下排空气法；难溶于水、不与水反应的可以用排水法，还要考虑会不会和空气的成分反应。 【讲解】总结收集装置的选择依据： 1.排空气法：依据气体密度与空气的大小关系，且气体不与空气中的成分反应 o密度大于空气：向上排空气法 o密度小于空气：向下排空气法 2. 排水法：气体难溶/不易溶于水，且不与水反应 3. 拓展多功能瓶的使用（a为短管、b为长管）：  排空气法收集密度大于空气的气体：气体从长管b端通入，空气从短管排出 排空气法收集密度小于空气的气体：气体从短管a端通入，空气从长管排出 排水法收集气体：先将瓶内盛满水，气体从短管a端通入，水从长管排出 注意：若制取的气体中混有杂质，或者气体有毒，还需要增设除杂装置和尾气处理装置。 任务四 气体的检验与验满 【情景引入】收集到的气体是不是我们要制备的目标气体？有没有收集满？我们需要通过实验验证，这就是气体的检验和验满。 【教师提问】分别说出O2、CO2的检验和验满方法，思考检验和验满的操作有什么不同，依据是什么？ 【学生思考】 学生回答： 1.O2检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃则为O2；验满：将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃则已满 2.CO2检验：将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊则为CO2；验满：将燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭则已满 检验是要确认瓶内的气体是目标气体，所以要深入瓶内；验满是确认瓶口处已经充满气体，所以放在瓶口，都是利用气体的特性。 【讲解】评价学生回答，强调：检验利用的是气体的特征性质（如CO2使澄清石灰水变浑浊是其特有性质，不能用燃着的木条检验CO2，因为不支持燃烧的气体还有N2等）；验满利用的是气体的易检测的通用性质，操作都在集气瓶口进行。 任务五 思路迁移：实验室制取氢气 【情景引入】我们已经构建出了实验室制取气体的一般模型，现在我们用这个模型来解决陌生气体的制备问题，设计实验室制取氢气的方案。 【教师提问1】已知下列两个反应都能生成氢气： ① ②Zn + H2SO4 === ZnSO4 +H2↑ 哪个适合作为实验室制氢气的反应原理？说明理由。 【学生思考】回答：选②，①反应需要通电，能耗高，且生成的H2和O2混合，不纯，不易分离；②反应是常温下进行，生成的气体只有H2，纯净，速率适中。 【教师提问2】根据反应物锌粒是块状固体，稀硫酸是液体，反应不需要加热，应该选择什么类型的发生装置？ 【学生思考】回答：固液常温型发生装置，如果要控制反应速率可以选带分液漏斗的装置，要控制反应发生停止可以选带多孔隔板的装置。 【教师提问3】已知氢气是无色无味的气体，密度比空气小，难溶于水，不与空气和水反应，可以选择什么收集装置？ 【学生思考】回答：可以用向下排空气法，也可以用排水法收集。 【讲解】梳理整个制氢气的设计流程，验证我们构建的通用思路完全适用于陌生气体的制备。 知识总结 实验室制取气体的一般思路和方法： 1.确定反应原理：选择合适的药品和反应，综合考虑反应条件、速率、气体纯度、操作安全性等因素，写出对应的化学方程式。 2.选择实验装置： o发生装置：依据反应物的状态和反应条件选择，分为固体加热型、固液常温型两类； o收集装置：依据气体的密度、溶解性，以及是否与空气、水反应选择，必要时增设除杂、尾气处理装置。 3.气体检验与验满：依据气体的特性，选择合适的试剂和操作方法，区分检验（伸入瓶内）和验满（放在瓶口）的操作差异。 【对应训练1】确定某气体的实验室制法时，不需要考虑的是 A．气体的用途 B．反应所需条件和药品 C．气体的验证 D．实验装置 【答案】A 【详解】气体发生装置的选择要考虑反应物状态和反应条件；收集装置的选择要考虑气体的密度和是否溶于水能否和水发生反应；收集到气体之后要进行验满和验证；不需要考虑气体的用途。 故选A。 【对应训练2】如图是制取某气体的装置。完成制取该气体的实验操作中，正确的一项（ ） A．无需检查装置气密性 B．长颈漏斗管口无需插入液面下 C．加入固体时需用镊子 D．导管伸入集气瓶内较短，方便气体导出 【答案】C 【对应训练3】实验室制取气体的常用装置如图，下列说法正确的是 A．装置①可以较好地控制反应速率 B．装置①和④组合可以用来制取氧气 C．装置①和②组合可以用来制取氢气 D．装置③和④都可以用来收集二氧化碳 【答案】B 1.让学生理解反应原理的选择依据，能自主判断适合实验室制备的反应，强化证据推理意识。 2.让学生掌握发生装置的选择依据，能根据实验需求选择最优的发生装置，提升实验设计能力。 3.让学生掌握收集装置的选择逻辑，熟练掌握多功能瓶的使用方法，突破难点。 4.帮助学生区分检验和验满的差异，明确两种操作的原理和注意事项，避免实验操作误区。 5.通过迁移应用，强化学生对制取气体通用模型的掌握，提升学生解决陌生问题的能力，落实核心素养要求。 课堂小结 七、板书设计 第六单元 碳和碳的氧化物 课题3第2课时 实验室制取气体的一般思路和方法 一、实验室制取气体的一般思路 1. 反应原理选择 选择依据：反应速率适中、生成气体纯净、操作安全简便、试剂廉价易得、环保无污染 示例：实验室制CO₂选块状石灰石（或大理石）和稀盐酸 2. 实验装置选择 （1）发生装置 选择依据：反应物状态、反应条件 常见类型：①固体加热型（如加热KMnO₄制O₂）；②固液常温型（4种装置特点：简单型、可加液型、可控速率型、可控制反应启停型） （2）收集装置 选择依据：气体密度、溶解性、是否与水/空气反应 常见类型：向上排空气法、向下排空气法、排水法、多功能瓶 3. 气体检验与验满 选择依据：气体的化学特性 示例：O₂用带火星木条检验/验满；CO₂用澄清石灰水检验，用燃着木条验满 二、思路应用：实验室制取氢气 1.反应原理：Zn + H2SO4 === ZnSO4 +H2↑ 2.发生装置：固液常温型 3.收集装置：向下排空气法、排水法 随堂练习 1．欲在实验室制取某气体时，下列因素中不需要考虑的是 A．药品容易获得，能生成所要制取的气体 B．反应条件易于控制，反应速率适中 C．操作简便易行，安全可靠，节能环保 D．所要制取气体的颜色和气味 【答案】D 【详解】A、实验室制取气体，首先得有合适的药品。药品容易获得，才能保证实验可进行，并且这些药品要能通过反应生成所要制取的气体，这是制取气体的基础，不符合题意。 B、反应条件易于控制很重要，比如有的反应需要加热，有的在常温下即可，如果条件难控制，实验就不好操作。反应速率也得适中，速率太快，气体来不及收集；速率太慢，实验效率太低，不符合题意。 C、操作简便易行，能让实验在常规实验室条件下顺利开展；安全可靠是为了保障实验人员和设备的安全；节能环保符合现代实验的理念和要求，不符合题意。 D、所要制取气体的颜色和气味，只是气体本身的物理性质，不会影响气体的制取过程，比如制取氧气，不管氧气是无色无味的，制取方法都是根据反应原理、条件等确定，符合题意。 故选D。 2.氨气是一种无色、密度比空气小且极易溶于水的气体，实验室常用加热氯化铵和熟石灰固体混合物的方法制取氨气，如图是制取氨气的发生装置，下列实验操作中不规范的是 A．检查装置气密性：先把导管伸入水中，再用手紧握试管外壁 B．加热试剂：先让试管均匀受热，再对准固体药品所在部位集中加热 C．收集气体：采用向下排空气法或者排水法收集 D．结束清洁：将试管内药品放入回收缸，待试管冷却后再清洗 【答案】C 3．下列有关实验操作的“先”与“后”的说法中，正确的是 A．制取气体时，先装药品，后检查装置的气密性 B．加热高锰酸钾并用排水法收集实验结束时，先熄灭酒精灯，后移出导管 C．用排水法收集氧气，待集气瓶充满氧气，先把集气瓶移出水面，再盖好玻璃片 D．加热试管时，先使试管底部均匀受热，后用酒精灯的外焰固定加热 【答案】D 【详解】A、制取气体时，先检查装置的气密性后装药品，故错误； B、 加热高锰酸钾制氧气，停止加热时，先把导管移出水面后熄灭酒精灯，防止水倒吸炸裂试管，B错误； C、排水法收集满氧气后，应先盖上玻璃片再取出集气瓶正放在桌面上，故错误； D、加热试管先预热再对准有药品的部位集中加热，防止局部受热炸裂试管，故正确。 故选：D 4．实验室在常温下用块状电石与水反应制取微溶于水、密度比空气小的乙炔气体，该反应必须严格控制加水的速度，以免剧烈反应放引起发生装置炸裂。你认为下图中最适合制取乙炔气体的装置组合为    A．②⑥ B．②⑤ C．③④ D．③⑥ 【答案】D 【详解】实验室在常温下用块状电石与水反应制取微溶于水、密度比空气小的乙炔气体，该反应必须严格控制加水的速度，以免剧烈反应放引起发生装置炸裂，该反应为固液常温型反应，而③装置可以通过注射器控制加水速率，进而可以控制反应速率，②装置不可以，所以发生装置选择③装置；乙炔密度比空气小，微溶于水，所以收集装置是：⑤或⑥，故最适合制取制取乙炔气体的装置组合为③⑤或③⑥，故选D。 5.气体制备： (1)A 装置制氧气药品：_________；试管口棉花作用：_________；预热：酒精灯外焰来回移动，使试管均匀受热；C 排水集气：______时开始收集； (2)B 制CO2方程式：_________________；收集选装置_________； (3)F 中夹持铁丝仪器：_______；铁丝在氧气中燃烧现象：_______；方程式：__________；瓶底水作用：_________________。 【答案】(1) 高锰酸钾 防止加热时固体粉末进入导管，堵塞导管 导管口气泡连续均匀冒出 (2) E (3)坩埚钳 剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体 防止高温熔融物溅落，炸裂集气瓶瓶底 教学反思 本节课通过对比氧气、二氧化碳的实验室制法，引导学生完成了“从个别案例到一般规律”的模型建构，再通过氢气、乙炔的制备探究落实了“从一般规律到陌生应用”的知识迁移，符合学生认知规律，较好落实了化学核心素养中的模型认知要求。但教学中也存在不足：部分学生对多功能瓶的不同使用场景易混淆，固液常温型不同装置的优劣对比环节学生参与度不足。后续教学可增加小组探究活动，让学生自主设计组装装置，加深对装置选择逻辑的理解，同时增加多功能瓶的变式训练，突破易错点。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $