資源簡介

5．3 二氧化碳
素養(yǎng)目標
1.通過探究活動了解二氧化碳的性質(zhì)。
2.了解實驗室制取二氧化碳的方法。
3.認識實驗室制取氣體的方法。
4.了解二氧化碳對人類生活的影響。
5.了解自然界的碳循環(huán)和氧循環(huán)。
教學(xué)重點
1.二氧化碳的性質(zhì)。
2.實驗室制取氣體的方法。
教學(xué)難點
二氧化碳性質(zhì)的探究過程和方法。
教學(xué)用具
儀器：集氣瓶、玻璃片、燒杯、試管、導(dǎo)管、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、火柴、橡膠塞、蠟燭、塑料瓶、滴管、試管夾、注射器。
試劑：石灰石、稀鹽酸、石蕊溶液、澄清石灰水、水、碳酸鈉、濃鹽酸、稀硫酸。
教學(xué)過程
[新課引入]大多數(shù)燃料都含有碳元素，含碳燃料在燃燒時都會產(chǎn)生二氧化碳。二氧化碳對生態(tài)環(huán)境具有重要影響。
[教師講解]通常情況下，二氧化碳是無色、無氣味的氣體。在加壓和降溫條件下，二氧化碳可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，還可以進一步凝固為俗稱干冰的白色固體，二氧化碳的三態(tài)變化過程可表示如下：
[學(xué)生實驗]組織學(xué)生分組進行課本【實驗5-5】“傾倒二氧化碳”實驗,教師注意巡查指導(dǎo)。
現(xiàn)象：蠟燭自下向上依次熄滅。
[推 斷]（1）二氧化碳密度比空氣大。
（2）二氧化碳不燃燒，不支持燃燒。
[學(xué)生實驗]組織學(xué)生進行課本P153-154【實驗5-6】,指導(dǎo)學(xué)生進行觀察并根據(jù)現(xiàn)象推測二氧化碳具有的性質(zhì)。
[實現(xiàn)記錄]
步驟 現(xiàn)象（證據(jù)）
（1）往集滿二氧化碳的軟質(zhì)塑料瓶中注入約1/3的蒸餾水，立即旋緊瓶蓋，手拿塑料瓶上方（瓶蓋處），充分振蕩 塑料瓶變癟
（2）取瓶內(nèi)液體數(shù)毫升于試管中，滴加紫色石蕊溶液，振蕩 溶液由紫色變?yōu)榧t色
（3）加熱上述試管 溶液由紅色變?yōu)樽仙?br/>[交流討論]組織學(xué)生分組討論，推測該實驗現(xiàn)象與二氧化碳的哪些性質(zhì)有關(guān)。
[分析解釋]根據(jù)步驟（1）中塑料瓶變癟，可推測CO2能溶于水或能與水反應(yīng)。
根據(jù)步驟（2）中溶液由紫色變?yōu)榧t色，可推測CO2能與水反應(yīng)。
根據(jù)步驟（3）中溶液由紅色變?yōu)樽仙赏茰y二氧化碳與水反應(yīng)生成的物質(zhì)不穩(wěn)定。
[教師講解]紫色石蕊溶液在酸性條件下顯紅色，在反應(yīng)中，紫色石蕊溶液變紅，是因為有酸性物質(zhì)生成，二氧化碳與水反應(yīng)生成的物質(zhì)叫作碳酸，碳酸在水溶液中顯酸性，因此可用紫色石蕊溶液檢驗碳酸。
[學(xué)生實驗]組織學(xué)生進行課本P154【實驗5-7】,指導(dǎo)學(xué)生進行觀察并根據(jù)現(xiàn)象推測二氧化碳具有的性質(zhì)。
現(xiàn)象：澄清石灰水變渾濁。
推測：二氧化碳能與澄清石灰水反應(yīng)，生成不溶于水的物質(zhì)。
[教師講解]二氧化碳能與氫氧化鈣[Ca(OH)2]反應(yīng)生成白色的碳酸鈣(CaCO3)沉淀,此反應(yīng)的現(xiàn)象明顯，因此常用來檢驗二氧化碳氣體。
[交流討論]組織學(xué)生分析上述實驗與證據(jù)，討論那些與CO2的物理性質(zhì)有關(guān)。那些與CO2的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。
[總 結(jié)]1.CO2的物理性質(zhì)
(１)通常情況下是無色、無氣味的氣體。
(２)密度大于空氣。
(３)能溶于水。
2.CO2的化學(xué)性質(zhì)
(１) 一般情況下，二氧化碳不可燃，且不支持燃燒。
(２)二氧化碳無毒，但不能供給呼吸。
(３)二氧化碳能與水反應(yīng)生成碳酸（H2CO3）,碳酸能使紫色石蕊溶液變紅（CO2+H2O==H2CO3）。
碳酸不穩(wěn)定，容易分解成水和二氧化碳（H2CO3==CO2+H2O）。
二氧化碳能與氫氧化鈣[Ca(OH)2]反應(yīng)生成白色的碳酸鈣(CaCO3)沉淀。
[學(xué)生練習(xí)]人吸入空氣，排出CO2等氣體。為了證明人呼出的氣體中含有CO2且能有效排除空氣中CO2的干擾，某學(xué)生設(shè)計了下圖所示的實驗裝置，為了除去空氣中的CO2和檢驗人呼出的氣體中含有CO2，則錐形瓶Ⅰ、Ⅱ中加入的試劑為（ B ）
瓶Ⅰ 瓶Ⅱ
A Ca(OH)2 NaOH
B NaOH Ca(OH)2
C 石蕊 酚酞
D Na2SO4 CaCl2
[過 渡]碳燃燒可以得到二氧化碳，但是這種方法難以收集到純凈的二氧化碳，所以實驗室常用稀鹽酸和大理石或石灰石（主要成分是碳酸鈣）在常溫下反應(yīng)來制取二氧化碳。反應(yīng)原理可以用化學(xué)方程式表示：CaCO3 + 2HCl == CaCl2 + H2O + CO2↑。
[教師講解]這個反應(yīng)實際包含了連續(xù)發(fā)生的兩個反應(yīng)。首先，碳酸鈣與鹽酸發(fā)生
反應(yīng)生成氯化鈣和碳酸，然后，碳酸不穩(wěn)定分解產(chǎn)生二氧化碳。
[思考]實驗室還有其他可以發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳的試劑嗎？如果用這些試劑來制取二氧化碳會有什么效果呢？
[學(xué)生閱讀]閱讀課本P155-156“觀察活動”內(nèi)容，思考以上內(nèi)容。
[學(xué)生活動]按照課本P155-156“觀察活動”內(nèi)容進行【實驗5-8】,教師注意巡查指導(dǎo)實驗操作。
[實驗記錄]
試劑 現(xiàn)象
（1）濃鹽酸與塊狀大理石 劇烈反應(yīng)，迅速產(chǎn)生大量氣泡，并伴有白霧
（2）稀硫酸與塊狀大理石 剛開始時產(chǎn)生氣泡，后面反應(yīng)速率逐漸減慢直至停止
（3）稀鹽酸與碳酸鈉(或碳酸鈣粉末) 劇烈反應(yīng)，迅速產(chǎn)生大量氣泡
[教師講解]（1）濃鹽酸有強揮發(fā)性（揮發(fā)到空氣中會形成白霧），會使制得的CO2中混有HCl氣體。
（2）稀硫酸與大理石中的碳酸鈣反應(yīng)生成的硫酸鈣微溶于水，覆蓋在大理石表面，會阻止反應(yīng)繼續(xù)進行，因此反應(yīng)一段時間后就會停止。
（3）稀鹽酸與碳酸鈉(或碳酸鈣粉末)反應(yīng)速率過快，產(chǎn)生的氣體不便于收集。
[總 結(jié)]實驗室制取氣體，確定反應(yīng)原理時需要考慮反應(yīng)的快慢、制得的氣體是否純凈、是否易于收集等因素。
[過 渡]通過制取氧氣我們已經(jīng)知道實驗室制取氣體的裝置包括兩部分：發(fā)生裝置和收集裝置，選擇什么裝置與多種因素有關(guān)，下面我們來對比氧氣的制取和二氧化碳的制取原理。
[學(xué)生活動]比較實驗室制取氧氣和二氧化碳的原料狀態(tài)和反應(yīng)條件。
[交流總結(jié)]
制取氣體 試劑 試劑狀態(tài) 反應(yīng)條件
CO2 稀鹽酸、大理石(或石灰石) 固體、液體 常溫
O2 高錳酸鉀 固體 加熱
氯酸鉀、二氧化錳 固體 加熱、催化劑
過氧化氫溶液、二氧化錳 固體、液體 常溫、催化劑
[小結(jié)]實驗室制取CO2的發(fā)生裝置與過氧化氫分解制取O2的相似。
[教師講解]實驗室制取氣體的裝置選擇可從實驗室制取氣體的原理出發(fā)，根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)(如固體與固體反應(yīng)、固體與液體反應(yīng)、液體與液體反應(yīng)等)、反應(yīng)條件(如是否需要加熱、使用催化劑等)來確定氣體發(fā)生裝置。實驗室制取分解過氧化氫制取O2的發(fā)生裝置是固液常溫型裝置，常見裝置有以下幾種：
裝置
裝置特點 簡易裝置，可用于制取少量氣體 便于添加液體 便于添加液體，能控制反應(yīng)速率 可通過開關(guān)彈簧夾控制反應(yīng)的發(fā)生與停止
[學(xué)生活動]比較氧氣和二氧化碳的相關(guān)性質(zhì)。
[交流總結(jié)]
氣體 密度 溶解性 是否能與水反應(yīng)
CO2 比空氣的大 能溶于水 能與水反應(yīng)
O2 比空氣的略大 不易溶于水 不與水反應(yīng)
［教師講解］確定氣體收集裝置可根據(jù)氣體的性質(zhì)選擇（排空氣法或排水法）確定氣體收裝置。二氧化碳密度比能溶于水、能與水反應(yīng)，不能選用排水法收集，二氧化碳密度比空氣的大，因此可用向上排空氣法收集。
［小結(jié)］實驗室制取二氧化碳可選用向上排空氣法收集。
[學(xué)生活動]在課本P157圖5.3-4中，選擇適當?shù)膬x器，設(shè)計制取二氧化碳的發(fā)生裝置和收集裝置，并繪制裝置設(shè)計方案圖。
[成果展示]實驗室制取二氧化碳裝置設(shè)計圖。
方案一： 方案二：
[評價交流]組織學(xué)生對各組的設(shè)計圖進行評價，并嘗試總結(jié)各裝置的特點。
[總 結(jié)]方案一：裝置簡單，適用于少量氣體制取，不便于添加試劑。
方案二：便于添加試劑，適用于制取較多量氣體。
[學(xué)生閱讀]組織學(xué)生閱讀課本P158圖5.3-5，了解并交流實驗室制取并檢驗二氧化碳操作步驟，并思考個步驟的具體操作。
[教師講解]實驗室制取并檢驗二氧化碳，需要經(jīng)歷以下步驟：①檢查裝置氣密性→②加入試劑→③收集
氣體→④進行驗滿→ ⑤檢驗氣體。
[學(xué)生實驗]各小組按照自己的設(shè)計，組裝儀器，按照正確的實驗步驟進行實驗，并收集一瓶二氧化碳。
實驗用品：鐵架臺（帶鐵夾）、試管、帶導(dǎo)管的橡膠塞、玻璃導(dǎo)管、集氣瓶、大理石、稀鹽酸、澄清石灰水。
實驗記錄:
實驗內(nèi)容與步驟 現(xiàn)象及分析
①檢查裝置氣密性：將導(dǎo)管伸入水中，手握試管，觀察水中導(dǎo)管口的現(xiàn)象 導(dǎo)管口有氣泡冒出，說明裝置氣密性良好
②加入試劑：打開膠塞，在試管中加入適量塊狀大理石，倒入6mL稀鹽酸,迅速蓋好膠塞
③收集氣體：將試管固定在鐵架臺上，用向上排空氣法收集氣體 試管內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡
④進行驗滿：用燃著的木條靠近集氣瓶口，檢驗氣體是否集滿 若木條熄滅，則說明氣體已集滿
⑤檢驗氣體：往集氣瓶中滴加適量澄清石灰水 石灰水變渾濁，說明該氣體是二氧化碳
[提出問題]為什么可以用步驟4的方法檢驗二氧化碳是否集滿？
[學(xué)生回答]二氧化碳的密度比空氣的大，進入集氣瓶后會沉在下方，且二氧化碳不可燃，也不支持燃燒，若放在集氣瓶口的木條熄滅，則說明二氧化碳已集滿。
[教師講解]實驗室制取氣體的方法：
（1）選擇合適的試劑（要求保證安全、操作方便、反應(yīng)速率適中，并兼顧環(huán)保、經(jīng)濟性）。
（2）確定制取氣體的裝置（包含氣體發(fā)生裝置和收集裝置，有時還需要氣體凈化裝置和尾氣處理裝置），其中氣體發(fā)生裝置根據(jù)反應(yīng)物的聚集狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇，氣體收集裝置根據(jù)氣體產(chǎn)物的性質(zhì)選擇。
發(fā)生裝置 固液常溫型 固體加熱型
收集裝置 向上排空氣法 向下排空氣法 排水法
（3）組裝儀器進行實驗：要按照先下后上、先左后右的順序組裝儀器，并檢查裝置氣密性。加入試劑時，先加固體試劑，后加液體試劑，最后點燃酒精燈(如果需要加熱的話)，使用排水集氣法收集氣體時，為防止水倒吸，實驗結(jié)束時要先將氣體導(dǎo)管從水中移出，再停止加熱。
[過 渡]學(xué)習(xí)了二氧化碳的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)之后，我們可以認識到二氧化碳與人類生活和環(huán)境的密切關(guān)系。
[學(xué)生閱讀]指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P160-161“二氧化碳對人類生活和環(huán)境有何影響”內(nèi)容，總結(jié)二氧化碳的用途。
[交流總結(jié)]1.二氧化碳的用途：
（1）作為化工原料，用于制造純堿、化肥等。
（2）滅火。
（3）作制冷劑、用于人工增雨。
（4）作氣體肥料。
[教師講解]二氧化碳沒有毒性，但它不能供給呼吸，所以人在二氧化碳濃度偏高的環(huán)境中，會感到氣悶、頭痛乃至窒息死亡，因此進入久未開啟的菜窖或干涸的深井之前應(yīng)先做燈火試驗，如果燈火燃燒不旺盛或熄滅，說明該環(huán)境中二氧化碳濃度較大，人不宜進入。
[學(xué)生閱讀]指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P161-162知識視窗內(nèi)容，了解溫室效應(yīng)。
[交流總結(jié)]溫室效應(yīng)
（1）定義：地球近地層大氣中的水蒸氣或CO2就像溫室的玻璃或塑料膜一樣，讓陽光可以透過，又能吸收地表的紅外線輻射，阻止地表熱量向外散發(fā)，起保溫的作用，這種現(xiàn)象就是溫室效應(yīng)。
（2）作用：使地表溫度適合人類生存。
（3）常見溫室氣體：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O )、氟氯代烷(氟利昂)等
（4）溫室效應(yīng)加劇的原因：含碳燃料消耗激增，使CO2的排放量迅猛增加森林遭受破壞，使CO2的吸收量減少。
（5）危害：使全球性氣候變暖，冰川融化、海平面升高，危及沿海城市引起氣候反常，土地變成沙漠，生態(tài)環(huán)境惡化，生物物種減少，人類健康受到損害。
（6）防治措施：綠色低碳發(fā)展,“積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和”。
[教師講解]地球上的生物都含有碳元素，而碳元素在自然界的生物圈、大氣圈、水圈、巖石圈不斷交換，形成碳循環(huán)，維持地球上的碳含量守恒。二氧化碳含有碳元素和氧元素，在自然界的碳循環(huán)和氧循環(huán)中都起到了非常重要的作用。
[學(xué)生閱讀]指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P162“自然界的碳循環(huán)和氧循環(huán)”內(nèi)容，總結(jié)大氣中二氧化碳產(chǎn)生和消耗的途徑。
[總 結(jié)]大氣中CO2產(chǎn)生途徑：含碳燃料的燃燒，人和動植物的呼吸作用，微生物的分解作用等。
CO2消耗途徑：綠色植物的光合作用，水體的溶解吸收等。
[學(xué)生練習(xí)]氨氣極易溶于水，常溫常壓下，1體積水可溶解700體積的氨氣，溶解后可與水反應(yīng)生成一水合氨，溶液顯堿性。氨氣的密度比空氣的小。已知：2NH4Cl(固體)+Ca(OH)2(固體) △ 2NH3↑+CaCl2+2H2O。
（1）如果制取并收集保存氨氣，請從圖中選取裝置和儀器（填序號）。
（2）氨氣不能用排水法收集，原因是_______________。
【解析】（1）由于氨氣是用固體和固體加熱來制取的，且有水生成，所以發(fā)生裝置選用A；又因為氨氣極易溶于水，密度比空氣的小，所以應(yīng)用向下排空氣法收集，收集裝置選用E。（2）氨氣不能用排水法收集的原因是氨氣極易溶于水。
【答案】（1）A、E（2）氨氣極易溶于水
[教學(xué)板書]
5.3 二氧化碳
1.二氧化碳的性質(zhì)
（1）CO2的物理性質(zhì)。
（2）CO2的化學(xué)性質(zhì)。
2.二氧化碳的實驗室制取
（1）反應(yīng)原理及試劑的選用。
（2）實驗室制取氣體的裝置設(shè)計（發(fā)生裝置與收集裝置的類型及選用）。
（3）實驗室儀器組裝的基本原則。
（4）實驗室制取二氧化碳的操作步驟。
3.實驗室制取氣體的方法。
4.二氧化碳對人類生活和環(huán)境的影響。
（1）二氧化碳的用途。
（2）溫室效應(yīng)、碳中和與碳達峰。
5.自然界的碳循環(huán)與氧循環(huán)。
課后作業(yè)
完成練習(xí)冊本課時課后練習(xí)。

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