實驗活動3二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)課程：初中化學(xué)教材：初中化學(xué)人教版（2024）九年級上冊章節(jié)：實驗活動3二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)教材分析該實驗位于初中化學(xué)第六單元“碳和碳的氧化物”末尾，緊接在實驗室制取氧氣之后，是學(xué)生繼氧氣后第二次系統(tǒng)學(xué)習(xí)氣體的制取與性質(zhì)驗證，起到從單質(zhì)氣體向化合物氣體認知過渡的作用，有助于學(xué)生建立“氣體制取—收集—性質(zhì)檢驗”的實驗思維模型。學(xué)完實驗室制取氧氣后，學(xué)生已掌握基本裝置連接與氣密性檢查方法，本實驗通過使用石灰石與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳，即CaCO3+2HCl=C學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧氣的實驗室制取方法和基本的氣體性質(zhì)探究，掌握了固體與液體反應(yīng)制取氣體的裝置搭建及向上排空氣法收集氣體的操作，這為本節(jié)課中利用石灰石與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳提供了知識基礎(chǔ)。同時，學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中接觸過酸堿指示劑和澄清石灰水檢驗二氧化碳的反應(yīng)，即$\ce{CO2+Ca(OH)2->CaCO3v+H2O}$，具備初步的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象觀察能力。但初中生抽象思維尚在發(fā)展，對“無色無味氣體”的性質(zhì)理解容易停留在表面，難以將宏觀現(xiàn)象與微觀粒子行為聯(lián)系起來。在實驗操作中，學(xué)生可能在裝置氣密性檢查、氣體收集時機判斷以及控制變量進行性質(zhì)對比實驗時出現(xiàn)操作失誤或觀察偏差。特別是通入二氧化碳后石蕊溶液變紅再加熱恢復(fù)紫色的過程，涉及$\ce{CO2+H2O<=>H2CO3}$的可逆反應(yīng)，學(xué)生易誤解為顏色變化是二氧化碳直接作用所致，而忽略碳酸生成與分解的本質(zhì)，這對他們的邏輯推理和實驗分析能力提出了更高要求。教學(xué)目標化學(xué)觀念通過觀察電解水實驗示意圖及產(chǎn)物檢驗方法，理解水由氫、氧元素組成，認識化學(xué)變化中元素種類不變?？茖W(xué)思維結(jié)合圖示分析電解水過程中分子分解與原子重組的過程，運用微粒觀推理化學(xué)變化的實質(zhì)?？茖W(xué)探究與實踐通過模擬電解水實驗現(xiàn)象的觀察與氣體檢驗操作，掌握從實驗現(xiàn)象推斷產(chǎn)物的科學(xué)方法?？茖W(xué)態(tài)度與責任基于電解水實驗事實形成尊重證據(jù)的科學(xué)態(tài)度，認識水資源分解與合成對能源開發(fā)的啟示。重點難點教學(xué)重點通過實驗裝置連接與氣密性檢查，掌握二氧化碳的實驗室制取方法。通過傾倒、通入試劑等操作，驗證二氧化碳的密度大于空氣和與水、石灰水反應(yīng)的性質(zhì)。教學(xué)難點理解二氧化碳使澄清石灰水變渾濁的反應(yīng)原理：Ca通過石蕊溶液顏色變化及加熱實驗，分析二氧化碳與水反應(yīng)及其不穩(wěn)定性：CO課堂導(dǎo)入請你提供具體的【教材原文】（含圖片地址），這樣我才能按照要求為你設(shè)計實驗課導(dǎo)入環(huán)節(jié)。探究新知提出探究問題教師引導(dǎo)：同學(xué)們，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了二氧化碳的一些基本性質(zhì)，比如它不支持燃燒、能與水反應(yīng)生成碳酸、能使澄清石灰水變渾濁等。今天我們要動手制取二氧化碳，并通過實驗驗證這些性質(zhì)。請大家觀察教材圖6-21中的裝置，思考：為什么選擇石灰石和稀鹽酸來制取二氧化碳？能否用硫酸代替鹽酸？如果裝置漏氣會有什么后果？如何判斷氣體已經(jīng)收集滿？學(xué)生活動：有同學(xué)提出：“反應(yīng)剛開始就有氣泡，但為什么不能立即收集？”還有同學(xué)問：“傾倒二氧化碳時蠟燭熄滅，是不是說明它比空氣重？”這些問題引發(fā)了大家的興趣。經(jīng)過討論，我們確定本次探究的核心問題是：如何正確制取二氧化碳并系統(tǒng)驗證其物理和化學(xué)性質(zhì)？這一問題自然引出了我們的下一步——對可能的現(xiàn)象和原理進行科學(xué)猜想。猜想與假設(shè)教師組織：現(xiàn)在請各小組圍繞“二氧化碳的制取與性質(zhì)”展開討論。你們認為石灰石與稀鹽酸反應(yīng)會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？生成的氣體具有哪些特性？在傾倒二氧化碳時蠟燭為什么會熄滅？通入水中后石蕊溶液變紅又說明了什么？學(xué)生小組交流：第一組認為：“石灰石與稀鹽酸反應(yīng)會劇烈冒泡，產(chǎn)生的氣體無色無味，應(yīng)該可以用向上排空氣法收集?！钡诙M推測：“二氧化碳不支持燃燒，所以倒入燒杯后下層蠟燭先熄滅，說明它密度比空氣大?！钡谌M提出：“石蕊溶液變紅說明生成了酸性物質(zhì)，可能是CO?與H?O反應(yīng)生成了碳酸。”教師總結(jié)：大家的假設(shè)都有依據(jù)，接下來我們需要明確實驗?zāi)繕?，將這些猜想轉(zhuǎn)化為可操作的探究任務(wù)。明確實驗?zāi)繕私處煄椭鷮W(xué)生梳理思路：根據(jù)剛才的討論，我們可以把本次實驗的目標具體化為兩點：第一，掌握實驗室制取二氧化碳的方法，包括裝置連接、氣密性檢查、藥品添加及收集方法；第二，通過系列實驗驗證二氧化碳的物理性質(zhì)（如密度）和化學(xué)性質(zhì)（如不助燃、與水反應(yīng)、與石灰水反應(yīng)）。這不僅要求我們動手操作，還需要理解背后的化學(xué)原理，才能準確解釋現(xiàn)象。學(xué)生表述：我們要通過實驗回答“二氧化碳是如何制得的？”“它有哪些重要性質(zhì)？”以及“這些性質(zhì)在生活中有何應(yīng)用？”這三個核心問題。明確了目標后，我們必須回顧相關(guān)理論知識，為實驗打下堅實基礎(chǔ)?；仡檶嶒炘砘瘜W(xué)反應(yīng)原理

實驗室制取二氧化碳的反應(yīng)是碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)，化學(xué)方程式為：C該反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)，常溫下即可快速進行，適合在課堂中制取氣體。定量計算依據(jù)

若需估算產(chǎn)氣量，可根據(jù)摩爾質(zhì)量關(guān)系計算。例如，每100gCaCO?理論上可生成44gCO?。實際中因鹽酸濃度、反應(yīng)速率等因素影響，產(chǎn)率略低?？赏ㄟ^排水集氣法粗略測量體積，結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程估算物質(zhì)的量。儀器選擇邏輯

采用固液常溫型發(fā)生裝置（如圖6-21），因反應(yīng)無需加熱且為塊狀固體與液體反應(yīng)，可用試管配單孔橡膠塞導(dǎo)出氣體。集氣采用向上排空氣法，因CO2密度（約1.977g/L）大于空氣（約現(xiàn)象判斷方法氣體收集滿的標志：將燃著的木條置于瓶口，若火焰立即熄滅，則說明已滿。與水反應(yīng)的驗證：滴加紫色石蕊溶液，若變紅則說明生成酸性物質(zhì)（H?CO?）。與石灰水反應(yīng)：出現(xiàn)白色渾濁（CaCO?沉淀），反應(yīng)方程式為：C過量通入后渾濁消失，因生成可溶的碳酸氫鈣：C這些理論知識為我們設(shè)計實驗提供了科學(xué)支撐。設(shè)計實驗方案實驗步驟操作內(nèi)容注意事項1.裝置連接與氣密性檢查組裝儀器，將導(dǎo)管末端浸入水中，用手捂住試管，觀察是否有氣泡冒出手溫不宜過高，防止試管破裂2.加藥反應(yīng)向試管加入3–5小塊石灰石，注入15mL稀鹽酸，迅速塞緊帶導(dǎo)管塞子鹽酸避免過量，防止噴濺3.收集氣體用向上排空氣法收集兩瓶CO?，一瓶用于傾倒實驗，一瓶備用每瓶收集約3–5分鐘，瓶口驗滿4.性質(zhì)驗證①：不助燃固定短蠟燭于燒杯底部，點燃后緩慢傾倒CO?傾倒時沿燒杯內(nèi)壁緩緩倒入5.性質(zhì)驗證②：與水反應(yīng)兩支試管各加2mL蒸餾水+1滴石蕊，一支通CO?，一支對照，加熱前者通氣時間不少于1分鐘6.性質(zhì)驗證③：與石灰水反應(yīng)向試管加2mL澄清石灰水，通入CO?，觀察變化持續(xù)通氣觀察是否由渾變清試劑清單（每組）：石灰石（或大理石）：5–8g稀鹽酸（6mol/L）：20mL澄清石灰水：10mL紫色石蕊溶液：數(shù)滴蒸餾水：適量蠟燭、火柴、木條若干儀器設(shè)備：

燒杯、試管×3、集氣瓶×2、玻璃片×2、導(dǎo)管、乳膠管、單孔橡膠塞、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、鑷子、量筒（10mL）安全須知：稀鹽酸具腐蝕性，避免接觸皮膚或衣物加熱試管時管口勿對人實驗后廢液統(tǒng)一回收，不得隨意傾倒點燃蠟燭注意防火實驗操作與觀察學(xué)生開始操作：連接裝置后，手捂試管，導(dǎo)管口有連續(xù)氣泡冒出，松手后形成一段水柱，說明氣密性良好。加入石灰石后注入稀鹽酸，立即產(chǎn)生大量無色氣泡，反應(yīng)持續(xù)約5分鐘。用燃著的木條在集氣瓶口檢驗，火焰瞬間熄滅，確認已收集滿。傾倒二氧化碳時，下層蠟燭先熄滅，上層隨后熄滅，說明CO?從底部上升取代空氣。通入石蕊溶液的試管由紫色變?yōu)榧t色，加熱后顏色恢復(fù)紫色，說明碳酸不穩(wěn)定。向澄清石灰水中通入CO?，溶液迅速變渾濁，繼續(xù)通氣后渾濁部分消失。異常情況：有一組學(xué)生發(fā)現(xiàn)反應(yīng)中途停止，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)鹽酸已耗盡，補充后反應(yīng)恢復(fù)。另一組加熱試管時未預(yù)熱導(dǎo)致試管炸裂，提醒全班注意規(guī)范操作。分析數(shù)據(jù)從現(xiàn)象看，所有預(yù)期結(jié)果基本達成。氣體產(chǎn)生速率前期快后期慢，符合反應(yīng)物濃度下降規(guī)律。蠟燭熄滅順序證明CO?密度大于空氣且不助燃。石蕊變紅再加熱褪色，證實了CO誤差主要來自：①氣密性不佳導(dǎo)致氣體逸散；②通氣時間不足使現(xiàn)象不明顯；③加熱不均造成儀器損壞。建議下次使用更穩(wěn)定的發(fā)生裝置（如啟普發(fā)生器模型），并加強操作培訓(xùn)。得出結(jié)論實驗結(jié)果表明：二氧化碳可通過石灰石與稀鹽酸在常溫下反應(yīng)高效制取，適合用向上排空氣法收集。其物理性質(zhì)表現(xiàn)為無色無味、密度大于空氣；化學(xué)性質(zhì)包括不支持燃燒、能與水反應(yīng)生成不穩(wěn)定的碳酸、能使澄清石灰水變渾濁。所有假設(shè)均得到驗證，尤其“CO?比空氣重”“碳酸受熱易分解”等規(guī)律被實驗證實。這為我們理解其在滅火、飲料、建筑材料中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。問題討論問題1：如何檢查集氣瓶中是否已收集滿二氧化碳?

教師引導(dǎo)：我們知道氧氣可用帶火星木條復(fù)燃來驗滿，那二氧化碳呢？它有什么典型性質(zhì)可以利用？

學(xué)生回答：它不支持燃燒，所以可以用燃著的木條放在瓶口試試。

參考答案：將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條火焰立即熄滅，說明CO?已收集滿。

教師點評：很好！這就是利用其“不助燃”的性質(zhì)進行驗滿，區(qū)別于氧氣的驗滿方式。問題2：怎樣用實驗證明碳酸飲料中含有二氧化碳？請試一試。

教師引導(dǎo)：打開汽水瓶蓋時你會看到什么？能不能用我們今天的方法檢測？

學(xué)生回答：有氣泡冒出，可以把氣體導(dǎo)入澄清石灰水中看是否變渾。

參考答案：取少量汽水于試管中，塞上帶導(dǎo)管的塞子，將氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)白色沉淀，則證明含有CO?。

教師點評：這個方法巧妙地將生活現(xiàn)象與化學(xué)檢驗結(jié)合，體現(xiàn)了科學(xué)探究的價值。實驗反思教師引導(dǎo)：請大家從四個方面反思本次實驗：方案是否合理？操作是否規(guī)范？數(shù)據(jù)記錄是否準確？結(jié)論是否可靠？學(xué)生活動：有同學(xué)指出，用試管作反應(yīng)器容易因壓力過大噴液，改用錐形瓶更安全；也有同學(xué)反思加熱時未移動試管導(dǎo)致局部過熱。數(shù)據(jù)方面，部分小組未記錄反應(yīng)時間，影響趨勢分析。結(jié)論雖正確，但個別現(xiàn)象解釋不夠深入，如未說明“渾濁消失”的原因。改進意見：可增加對照組（如用硫酸代替鹽酸對比反應(yīng)速率），使用數(shù)字化傳感器測pH變化，提升實驗精度。整體來看，團隊協(xié)作良好，但細節(jié)把控仍需加強。知識拓展教師引導(dǎo)：二氧化碳不僅是實驗室常見的氣體，還在生活中廣泛應(yīng)用。比如碳酸飲料就是將CO?加壓溶解于水中制成的，開瓶減壓后氣體逸出產(chǎn)生氣泡。工業(yè)上，CO?用于制造尿素、干冰、碳酸鈉等化學(xué)品。在環(huán)保領(lǐng)域，碳捕集技術(shù)正嘗試將電廠排放的CO?收集封存，減少溫室效應(yīng)。更前沿的是人工光合作用研究——科學(xué)家正在開發(fā)催化劑，模擬植物將CO?和水在光照下轉(zhuǎn)化為有機物和氧氣，有望解決能源與環(huán)境雙重危機。此外，在跨學(xué)科方面，生物學(xué)中植物光合作用吸收CO?，地理學(xué)中關(guān)注碳循環(huán)與氣候變化，數(shù)學(xué)中可用函數(shù)擬合氣體體積隨時間變化曲線?？梢姡粋€簡單的氣體實驗，背后連接著廣闊的科學(xué)世界。設(shè)計意圖本教學(xué)設(shè)計通過真實問題驅(qū)動，融合實驗操作、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)分析與反思拓展，全面提升學(xué)生的科學(xué)探究能力、實踐素養(yǎng)和批判性思維，促進深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。板書設(shè)計二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)原理$\ce{CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2^}$石灰石量→CO?生成速率CO?不燃不助燃，溶于水生成碳酸：$\ce{CO2+H2O\rightleftharpoonsH2CO3}$結(jié)論蠟燭熄滅→CO?密度↗，不支持燃燒石蕊變紅→加熱復(fù)色→H?CO?不穩(wěn)定澄清石灰水變渾→$\ce{CO2+Ca(OH)2=CaCO3v+H2O}$課標分析本實驗對應(yīng)《義務(wù)教育化學(xué)課程標準》中“身邊的化學(xué)物質(zhì)”主題，要求學(xué)生掌握常見氣體的實驗室制法及性質(zhì)。通過制取二氧化碳并驗證其性質(zhì)，落實“能結(jié)合實例說明二氧化碳的主要性質(zhì)與用途”的課標要求。實驗涉及氣體制取、收集及性質(zhì)探究，強化學(xué)生對酸與碳酸鹽反應(yīng)原理的理解，如CaCO3+課前任務(wù)任務(wù)一：知識梳理1.實驗室制取二氧化碳的化學(xué)方程式為：__________。2.本次實驗的兩個目的分別是：①__________；②__________。任務(wù)二：方案設(shè)計1.在連接好制取二氧化碳的裝置后，第一步要進行的操作是__________，簡述該操作的具體方法：__________。2.在向試管中加入石灰石（或大理石）和稀鹽酸時，應(yīng)先加__________，后加__________，這樣操作的原因是__________。任務(wù)三：材料準備1.請列出實驗中用到的玻璃儀器：__________。2.實驗中用到的稀鹽酸的大致濃度范圍是__________（查閱資料可得）。任務(wù)四：現(xiàn)象預(yù)測1.制取二氧化碳時，觀察到試管內(nèi)的現(xiàn)象是：，產(chǎn)生氣體的顏色為。2.向放有燃著蠟燭的燒杯中傾倒二氧化碳，預(yù)測觀察到的現(xiàn)象是：__________，該現(xiàn)象說明二氧化碳具有__________的性質(zhì)。3.向滴有石蕊溶液的蒸餾水中通入二氧化碳，溶液顏色會變?yōu)開_________，加熱該溶液后，溶液顏色又會變?yōu)開_________，這兩個現(xiàn)象分別說明二氧化碳具有什么性質(zhì)？__________。參考答案任務(wù)一：$\ce{CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑}$練習(xí)實驗室里制取二氧化碳和用向上排空氣法收集氣體；加深對二氧化碳性質(zhì)的認識任務(wù)二：檢查裝置的氣密性；將導(dǎo)管一端浸入水中，用手緊握試管外壁，若導(dǎo)管口有氣泡冒出，松開手后導(dǎo)管內(nèi)形成一段水柱，則裝置氣密性良好石灰石（或大理石）；稀鹽酸；防止酸液濺出任務(wù)三：燒杯、試管、集氣瓶、量筒、玻璃導(dǎo)管、乳膠管、帶導(dǎo)管的單孔橡膠塞、玻璃片、酒精燈一般為1:2（體積比）左右（不同版本教材略有差異，合理即可）任務(wù)四：有氣泡產(chǎn)生；無色蠟燭熄滅；密度比空氣大，不燃燒也不支持燃燒紅色；紫色；二氧化碳能與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸不穩(wěn)定，受熱易分解課堂總結(jié)實驗課堂總結(jié)實驗?zāi)康恼莆諏嶒炇抑迫《趸技跋蛏吓趴諝夥ㄊ占瘹怏w的操作，通過實驗深入理解二氧化碳的物理和化學(xué)性質(zhì)。實驗原理制取反應(yīng)：CaCO3+2操作要點制取與收集：檢查裝置氣密性后，先加石灰石，再加稀鹽酸；用向上排空氣法收集，燃著木條置于瓶口驗滿。性質(zhì)驗證：傾倒二氧化碳時動作要緩慢，觀察蠟燭熄滅順序；通入石藍溶液和石灰水時注意對比現(xiàn)象。現(xiàn)象與結(jié)論操作步驟實驗現(xiàn)象結(jié)論分析傾倒CO?至蠟燭下層蠟燭先熄滅CO?密度大于空氣且不支持燃燒通入澄清石灰水溶液變渾濁生成白色CaCO?沉淀，證明CO?存在通入石藍溶液后加熱溶液變紅，加熱后紅色褪去CO?與水生成碳酸，碳酸不穩(wěn)定受熱分解實驗要點關(guān)鍵點1：制氣時不可用濃鹽酸（揮發(fā)HCl影響純度），也不可用硫酸（生成微溶CaSO?阻礙反應(yīng)）。關(guān)鍵點2：驗滿時木條應(yīng)放在集氣瓶口，不可伸入瓶內(nèi)。課堂練習(xí)第1題【題文】下列圖像能夠正確反映對應(yīng)變化關(guān)系的是A．①電解水一段時間B．②用等質(zhì)量、等濃度的雙氧水分別制取氧氣C．③一定質(zhì)量的硫粉在過量氧氣中燃燒D．④一定質(zhì)量的高錳酸鉀制取氧氣【答案】B第2題【題文】下列實驗設(shè)計能達到實驗?zāi)康牡氖菍嶒炘O(shè)計實驗?zāi)康腁．測定空氣中氧氣含量B．證明蠟燭燃燒生成二氧化碳實驗設(shè)計實驗?zāi)康腃．探究不同種催化劑對H2D．制取蒸餾水A．AB．BC．CD．D【答案】D第3題【題文】下列有關(guān)加熱高錳酸鉀制取氧氣的實驗操作正確的是A．組裝儀器B．加熱固體C．導(dǎo)管連接D．氧氣驗滿A．AB．BC．CD．D【答案】C拓展遷移【教師活動】我們可以將二氧化碳的性質(zhì)與環(huán)境保護聯(lián)系起來。比如，全球變暖與二氧化碳排放密切相關(guān)，但二氧化碳本身也有“功勞”——植物光合作用就離不開它。我們可以設(shè)計一個模擬實驗：在密閉透明容器中放置一支點燃的蠟燭和一株綠色植物，用二氧化碳傳感器監(jiān)測不同時間點的氣體濃度變化。通過實驗觀察，學(xué)生可以初步理解植物在光照條件下吸收二氧化碳的過程，即6C【參考答案】通過實驗觀察植物在光照下吸收二氧化碳的現(xiàn)