資源簡介

課題2 二氧化碳制取的研究
一、教材分析
氣體的實驗室制法是初中化學實驗的重點和難點。如何確定制取氣體的原理？如何確定氣體的制取裝置？對于培養學生的科學素養，具有重要的意義。學生前面已經學過了氧氣的制取，初步具備了制取氣體的思路，所以引導學生進行二氧化碳制取的研究，可以讓學生進一步掌握制取氣體的一般思路，對以后的學習意義非常重大。教材首先給出了實驗室制取二氧化碳的化學反應原理，然后分部設計，探究實驗室制取二氧化碳的裝置，最后總結出實驗室制取氣體的一般思路和方法。
二、學情分析
學生已經學習了氧氣的實驗室制法，對于氣體的制取原理、裝置、收集有了一定的基礎，已有了初步設計實驗室制取二氧化碳的知識和技能，所以本課題的難度不會很大。教師要考慮到雖然學生對化學尤其是化學實驗充滿興趣，但由于學生接觸化學的時間不長，實驗動手能力和分析能力還較弱，還不具備自主的實驗探究能力，所以學習過程中，需要教師進行適當的分析引導。讓學生形成實驗室里制取氣體的一般思路和方法，特別是要讓學生明確實驗過程中的一些注意事項。
三、教學目標
1.了解實驗室制取二氧化碳的化學反應原理。
2.探究實驗室制取二氧化碳的裝置。
3.了解實驗室制取氣體的一般思路和方法。
四、教學重難點：探究實驗室制取二氧化碳的裝置。
五、教學過程
【圖片展示】水草缸。
【問題引入】水草缸即是以水草為主題的水族缸，水草生長需要進行光合作用，光合作用必須有二氧化碳的參與，而水草缸中的水是死水，無法像自然界中的活水不斷提供二氧化碳，因此需要透過二氧化碳供應系統來補充水中二氧化碳的濃度，那么如何制取CO2呢？今天我們就來探究一下實驗室中二氧化碳的制取吧！
【學生活動】交流討論：聯系所學知識和日常生活，列舉你所知道的能生成二氧化碳的反應。
（1）生物體的呼吸作用可產生二氧化碳
（2）蠟燭燃燒可生成二氧化碳：石蠟+氧氣 二氧化碳+水
（3）碳在氧氣中燃燒生成二氧化碳：C+O2CO2
（4）木炭還原氧化銅生成二氧化碳：C+2CuO2Cu+CO2↑
【思考】根據藥品選擇的原理想一想，這些方法中哪些適用于實驗室制取的二氧化碳？
【總結】反應1，呼出的氣體中除了有二氧化碳，還有氮氣等其他氣體，不純凈；反應2和3，蠟燭或木炭在氧氣中燃燒產生二氧化碳，若燃燒不充分還可能產生一氧化碳，產生的氣體不純凈；反應4的反應條件是高溫，條件要求高，不易操作。以上四個反應都不適合用于實驗室制取氧氣。
【查閱資料】可以產生二氧化碳的反應。
（1）石灰石高溫分解：CaCO3 CaO+CO2↑
（2）碳酸鈉與稀鹽酸反應：Na2CO3+2HCl = 2NaCl+H2O+CO2↑
（3）石灰石與稀硫酸反應：CaCO3+H2SO4 = CaSO4+H2O+ CO2↑
（4）石灰石與稀鹽酸反應：CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑
【思考】這些方法中哪些適用于實驗室制取的二氧化碳？
【總結】同樣地，反應1的反應條件是高溫，條件要求高，不易操作。其他反應不熟悉，下面通過以下實驗探究的資料分析實驗原理是否可行。
生成CO2的反應 實驗現象 是否適宜用于實驗室制取
1.碳酸鈉和稀鹽酸 劇烈反應，迅速產生大量氣泡 ×
2.石灰石和稀鹽酸 產生氣泡，速率適中 √
3.石灰石和稀硫酸 剛開始有少量氣泡產生，一段時間后反應停止 ×
【總結】有二氧化碳生成的化學反應很多，但不一定都適用于實驗室制取二氧化碳，這里首先要考慮可操作性，在可操作的前提下，再考慮哪個更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。實驗1：反應的速率太快，產生的氣體不利于收集，故不便采用；實驗3雖然開始會產生二氧化碳，但由于生成的硫酸鈣是微溶物質，會覆蓋在大理石的表面，阻礙反應進一步進行。故也不便采用；實驗2操作簡便，原料廉價，反應速率適中，氣體易于收集，反應條件易于控制且生成物無雜質。故實驗室通常選用大理石（或石灰石）與稀鹽酸反應來制取二氧化碳。
【講解】實驗室制取二氧化碳的反應物是石灰石（或大理石）和稀鹽酸，石灰石（或大理石）的主要成分是碳酸鈣；稀鹽酸的主要成分是氯化氫和水，石灰石或大理石中的碳酸鈣與稀鹽酸中的氯化氫反應，生成氯化鈣和碳酸，CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3，碳酸不穩定，很容易分解成二氧化碳和水，H2CO3 =H2O+CO2↑。將第一個反應式中的碳酸用水和二氧化碳加以替換，這樣，就得到了該反應的總的化學方程式：CaCO3+2HCl= CaCl2+H2O +CO2↑。
【過渡】確定了氣體的制取原理之后，還需要確定制取氣體的實驗裝置、實驗操作和氣體的檢驗、驗滿等。
【學生活動】交流討論：回顧實驗室制氧氣的原理和裝置，分析確定氣體的發生裝置和收集裝置時應考慮哪些因素？
【總結】實驗室制取氣體的裝置一般分為發生裝置和收集裝置兩部分，確定氣體的發生裝置要考慮兩個因素：（1）反應物的狀態：是固體與固體反應；還是固體與液體反應；還是液體與液體反應；（2）反應條件：是否需要加熱；是否需要催化劑。確定氣體的收集裝置要依據氣體的性質，根據密度和是否與空氣成分反應確定排空氣法，根據溶解性和是否與水反應確定排水法。
【學生活動】二氧化碳和氧氣的實驗室制取及相關性質比較——確定發生裝置。
制取原理 反應物的狀態 反應條件
CO2 稀鹽酸與大理石（或石灰石） 固體+液體 常溫
O2 加熱高錳酸鉀 固體 加熱
加熱氯酸鉀 固體 加熱、二氧化錳作催化劑
分解過氧化氫溶液 液體 常溫、二氧化錳作催化劑
【總結】加熱高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣，反應物都是固體，反應都需要加熱，故使用固體加熱型發生裝置，而分解過氧化氫溶液制氧氣，反應物是液體，反應不需要加熱，催化劑為固體，故使用固液常溫型發生裝置。實驗室用稀鹽酸與大理石或石灰石反應制取二氧化碳，反應物為固體和液體，反應不需要加熱，故應使用固液常溫型發生裝置。
【學生活動】二氧化碳和氧氣的實驗室制取及相關性質比較——確定收集裝置。
氣體的密度與空氣的比較（大或小） 是否溶于水， 是否與水反應 收集裝置
CO2 大 溶于水，與水反應
O2 大 不易溶于水，不與水反應
【總結】實驗室收集二氧化碳用向上排空氣法。
【學生活動】選擇以下實驗儀器，小組合作組合一套制取二氧化碳的裝置并介紹各組裝置的特點。
【總結】
② ③ ④
裝置①操作簡便，但由于試管容積小，所以一次性添加藥品的量少，產生的氣體少，適于制取少量氣體；裝置②③④容積大，而且可以多次添加液體藥品，產生氣體的量大，還方便隨時添加液體藥品；裝置③④還可以通過控制添加液體的量從而控制產生氣體的量，通過控制滴加液體的速率，在一定程度上也能控制反應的速率。
【學生活動】觀看實驗室制取二氧化碳的視頻或教師演示實驗，總結實驗室制取二氧化碳的操作步驟。
【總結】實驗室制取二氧化碳的操作步驟：
查—氣密性
裝—藥品
收—收集CO2
驗—是否集滿
放—放置備用
【學生活動】交流討論：
1.長頸漏斗下端管口為什么要伸入液面以下？（防止氣體從長頸漏斗排出。）
2.集氣瓶內的導管為什么要伸入到接近集氣瓶底部？（排盡集氣瓶內的空氣，以收集到更純的二氧化碳。）
3.如何檢驗收集的氣體為二氧化碳？（將氣體通入到澄清石灰水中，若石灰水變渾濁，則氣體為CO2。）
4.用集氣瓶收集二氧化碳時，怎樣證明集氣瓶中已充滿了二氧化碳？（將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條熄滅，則CO2已滿。）
【學生活動】總結實驗室制取氣體的一般思路和方法。
【總結】實驗室里制取氣體的一般思路方法：
1.選擇適當的反應（原理）和藥品。
2.選擇合適的實驗裝置，依據反應物的狀態和反應條件選擇發生裝置，依據氣體的密度和溶解性等選擇收集裝置。
3.確定操作步驟，選擇合適的氣體檢驗方法和驗滿方法。
【課堂小結】
【課堂練習】略
六、板書設計
課題2 二氧化碳制取的研究
一、反應原理
石灰石或大理石、稀鹽酸
CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
二、實驗裝置
發生裝置：固液常溫型
收集裝置：向上排空氣法
三、CO2的檢驗
通入澄清石灰水——變渾濁
四、CO2的驗滿
燃著的木條放在集氣瓶口——熄滅

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