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课题2 二氧化碳制取的研究
一、教学目标
1.了解实验室制取二氧化碳的反应原理；
2.探究实验室中制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳；
3.总结并领会实验室制取气体的一般思路和方法，并初步学会选择合适的装置去制取一般的气体。
二、教学重难点
重点：实验室制取二氧化碳的化学反应原理、实验装置和制取方法。
难点：实验室中制取气体的思路和方法的培养。
三、教学过程
【问题引入】上节课我们认识了碳单质及其化学性质，接下来我们继续学习和研究碳的氧化物，你能想到的碳的氧化物有哪些？
【过渡】二氧化碳是植物光合作用的主要原料，也为我们的地球带来了绿色生机。其实二氧化碳还有很多的用途，被广泛应用于工业、农业、生活中的很多方面。在实验室中研究二氧化碳之前，我们需要先制取它。今天我们就来探究一下实验室中二氧化碳的制取吧！
【板书】二氧化碳制取的研究
我们以前已经学过了实验室制取氧气的思路和方法，即要从反应原理、实验药品、实验装置等方面综合考虑。同样制取二氧化碳气体也是如此。下面我们先来探究一下实验室制取二氧化碳的反应原理和实验药品。
【讲解】实验室药品的选择有以下几个原则：①药品是否易得；②反应条件是否容易达到，操作是否简便；③产生气体是否纯净，速度是否适中。
【交流讨论】联系所学知识和日常生活，列举你所知道的能生成二氧化碳的反应。
（1）生物体的呼吸作用可产生二氧化碳
（2）碳在氧气中燃烧生成二氧化碳C+O2CO2
（3）蜡烛燃烧可生成二氧化碳 石蜡+氧气 二氧化碳+水
（4）木炭还原氧化铜，生成铜和二氧化碳C+2CuO2Cu+CO2↑
【思考】根据药品选择的原理想一想，这些方法中哪些适用于实验室制取的二氧化碳？
【总结】上述4个反应中，前3个反应制取气体不纯，第4个反应条件是高温，条件要求高，不易操作，都不适合用于实验室制取氧气。实验室常用含碳酸根的化合物和酸在常温下制取二氧化碳
【资料1】含碳酸根离子的化合物能与稀盐酸(HCl)或稀硫酸产生较纯净的二氧化碳气体。
（1）Na2CO3+2HCl = 2NaCl+H2O+CO2↑
（2）CaCO3+H2SO4 = CaSO4+H2O+ CO2↑
（3）CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑
【探究实验】学生利用提供的药品，以小组合作的形式进行以下实验，并完成实验报告。
实验1：在试管①中取一定量碳酸钠，再加入适量稀盐酸。
实验2：在试管②中取一定量大理石，再加入适量稀盐酸。
实验3：在试管③中取一定量大理石，再加适量稀硫酸。
实验报告如下表：
实验药品 实验现象 实验分析(是否适用于实验室制取气体）
1.碳酸钠和稀盐酸
2.石灰石跟稀盐酸
3.石灰石跟稀硫酸
小组交流实验成果，并确定实验室制取二氧化碳气体的药品。
【总结与交流】有二氧化碳生成的化学反应很多，但不一定都适用于实验室制取二氧化碳，这里首先要考虑可操作性，在可操作的前提下，再考虑哪个更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。实验1：反应的速率太快，产生的气体不利于收集，故不便采用；实验3虽然开始会产生二氧化碳，但由于生成的硫酸钙是微溶物质，会覆盖在大理石的表面，阻碍反应进一步进行。故也不便采用；实验2操作简便，原料廉价，反应速率适中，气体易于收集，反应条件易于控制且生成物无杂质。故实验室通常选用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应来制取二氧化碳。
【讲解】该反应的反应物是石灰石和稀盐酸，石灰石的主要成分是碳酸钙；稀盐酸的主要成分是氯化氢和水，大理石的主要成分也是碳酸钙，因此，也可以用大理石来替代石灰石，该反应的原理是，石灰石或大理石中的碳酸钙与稀盐酸中的氯化氢反应，生成氯化钙和碳酸，CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3，碳酸不稳定，很容易分解成二氧化碳和水，H2CO3 =H2O+CO2↑。将第一个反应式中的碳酸用水和二氧化碳加以替换，这样，就得到了该反应的总的化学方程式。 CaCO3+2HCl= CaCl2+H2O +CO2↑
【过渡】实验室制取气体的装置一般分为发生装置和收集装置两部分，还记得实验室制取氧气的装置图吧！你能分清其中的哪些部分属于发生装置吗？
【交流讨论】确定气体的发生装置时应考虑哪些因素？
【总结】确定气体的发生装置要考虑两个因素：
（1）是反应物的状态：是固体与固体反应；还是固体与液体反应；还是液体与液体反应；……
（2）反应条件：是否需要加热；是否需要催化剂；……
【学生活动】二氧化碳和氧气的实验室制取及相关性质比较
制取原理 反应物的状态 反应条件
CO2 稀盐酸与大理石（或石灰石）
O2 加热高锰酸钾
加热氯酸钾
分解过氧化氢溶液
【总结】适合于固液、液液，且不需要加热制取气体的反应 。
【交流讨论】确定气体的收集装置时应考虑哪些因素？
（1）向上排空气法——密度比空气的大；
（2）向下排空气法——密度比空气的小；
（3）排水法——不易溶于水；不与水反应。
【资料2】空气的平均相对分子质量为29，若某气体的相对分子质量大于29，则这种气体的密度比空气大；若某气体的相对分子质量小于29，则这种气体的密度比空气小。
1.二氧化碳的相对分子质量为44，则二氧化碳的密度大于空气.
2.二氧化碳能溶于水并与水反应。
【总结】实验室收集二氧化碳用向上排空气法。
【学生活动】学生观察课本P114图片中提供的仪器，教师介绍仪器的用途。
小组合作组合一套制取二氧化碳的装置并上台用多媒体手段展示装置，同时介绍各组装置的特点。
【学生实验】用上述实验原理和下列装置图制取二氧化碳。并在实验中思考下列问题：
1.长颈漏斗下端管口为什么要伸入液面以下？（防止气体从长颈漏斗排出。）
2.集气瓶内的导管为什么要伸入到接近集气瓶底部？（排尽集气瓶内的空气，以收集到更纯的二氧化碳。）
3.如何检验收集的气体为二氧化碳？（将气体通入到澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则气体为CO2。）
4.用集气瓶收集二氧化碳时，怎样证明集气瓶中已充满了二氧化碳？（将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则CO2已满。）
【总结】实验室制取二氧化碳的操作步骤：
查—气密性
装—药品
收—收集CO2
验—是否集满
放—放置备用
【交流讨论】实验室制取气体的一般思路和方法。
【总结】实验室里制取气体的一般思路方法：
1.选择适当的反应（原理），包括反应物和反应条件。
2.选择合适的实验装置。
3.验证所得的气体 。
【课堂小结】
二氧化碳的实验室制法：
1.实验药品：大理石（或石灰石）与稀盐酸
2.实验原理：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
3.实验装置：
4.检验方法：将气体通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊，证明生成的气体是CO2。
5.验满方法：将燃着的木条伸到集气瓶口，木条熄灭，则说明集满。
【课堂练习】略
【板书设计】
二氧化碳制取的研究
1．实验原理
大理石（或石灰石）与稀盐酸在常温下反应：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
2．制取装置
3．验满方法
4．检验方法
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