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课题2 二氧化碳制取的研究
一、教材分析
气体的实验室制法是初中化学实验的重点和难点。如何确定制取气体的原理？如何确定气体的制取装置？对于培养学生的科学素养，具有重要的意义。学生前面已经学过了氧气的制取，初步具备了制取气体的思路，所以引导学生进行二氧化碳制取的研究，可以让学生进一步掌握制取气体的一般思路，对以后的学习意义非常重大。教材首先给出了实验室制取二氧化碳的化学反应原理，然后分部设计，探究实验室制取二氧化碳的装置，最后总结出实验室制取气体的一般思路和方法。
二、学情分析
学生已经学习了氧气的实验室制法，对于气体的制取原理、装置、收集有了一定的基础，已有了初步设计实验室制取二氧化碳的知识和技能，所以本课题的难度不会很大。教师要考虑到虽然学生对化学尤其是化学实验充满兴趣，但由于学生接触化学的时间不长，实验动手能力和分析能力还较弱，还不具备自主的实验探究能力，所以学习过程中，需要教师进行适当的分析引导。让学生形成实验室里制取气体的一般思路和方法，特别是要让学生明确实验过程中的一些注意事项。
三、教学目标
1.了解实验室制取二氧化碳的化学反应原理。
2.探究实验室制取二氧化碳的装置。
3.了解实验室制取气体的一般思路和方法。
四、教学重难点：探究实验室制取二氧化碳的装置。
五、教学过程
【图片展示】水草缸。
【问题引入】水草缸即是以水草为主题的水族缸，水草生长需要进行光合作用，光合作用必须有二氧化碳的参与，而水草缸中的水是死水，无法像自然界中的活水不断提供二氧化碳，因此需要透过二氧化碳供应系统来补充水中二氧化碳的浓度，那么如何制取CO2呢？今天我们就来探究一下实验室中二氧化碳的制取吧！
【学生活动】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）蜡烛燃烧可生成二氧化碳：石蜡+氧气 二氧化碳+水
（3）碳在氧气中燃烧生成二氧化碳：C+O2CO2
（4）木炭还原氧化铜生成二氧化碳：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】反应1，呼出的气体中除了有二氧化碳，还有氮气等其他气体，不纯净；反应2和3，蜡烛或木炭在氧气中燃烧产生二氧化碳，若燃烧不充分还可能产生一氧化碳，产生的气体不纯净；反应4的反应条件是高温，条件要求高，不易操作。以上四个反应都不适合用于实验室制取氧气。
【查阅资料】可以产生二氧化碳的反应。
（1）石灰石高温分解：CaCO3 CaO+CO2↑
（2）碳酸钠与稀盐酸反应：Na2CO3+2HCl = 2NaCl+H2O+CO2↑
（3）石灰石与稀硫酸反应：CaCO3+H2SO4 = CaSO4+H2O+ CO2↑
（4）石灰石与稀盐酸反应：CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑
【思考】这些方法中哪些适用于实验室制取的二氧化碳？
【总结】同样地，反应1的反应条件是高温，条件要求高，不易操作。其他反应不熟悉，下面通过以下实验探究的资料分析实验原理是否可行。
生成CO2的反应 实验现象 是否适宜用于实验室制取
1.碳酸钠和稀盐酸 剧烈反应，迅速产生大量气泡 ×
2.石灰石和稀盐酸 产生气泡，速率适中 √
3.石灰石和稀硫酸 刚开始有少量气泡产生，一段时间后反应停止 ×
【总结】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】实验室制取二氧化碳的反应物是石灰石（或大理石）和稀盐酸，石灰石（或大理石）的主要成分是碳酸钙；稀盐酸的主要成分是氯化氢和水，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】确定了气体的制取原理之后，还需要确定制取气体的实验装置、实验操作和气体的检验、验满等。
【学生活动】交流讨论：回顾实验室制氧气的原理和装置，分析确定气体的发生装置和收集装置时应考虑哪些因素？
【总结】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，确定气体的发生装置要考虑两个因素：（1）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。确定气体的收集装置要依据气体的性质，根据密度和是否与空气成分反应确定排空气法，根据溶解性和是否与水反应确定排水法。
【学生活动】二氧化碳和氧气的实验室制取及相关性质比较——确定发生装置。
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） 固体+液体 常温
O2 加热高锰酸钾 固体 加热
加热氯酸钾 固体 加热、二氧化锰作催化剂
分解过氧化氢溶液 液体 常温、二氧化锰作催化剂
【总结】加热高锰酸钾或氯酸钾制氧气，反应物都是固体，反应都需要加热，故使用固体加热型发生装置，而分解过氧化氢溶液制氧气，反应物是液体，反应不需要加热，催化剂为固体，故使用固液常温型发生装置。实验室用稀盐酸与大理石或石灰石反应制取二氧化碳，反应物为固体和液体，反应不需要加热，故应使用固液常温型发生装置。
【学生活动】二氧化碳和氧气的实验室制取及相关性质比较——确定收集装置。
气体的密度与空气的比较（大或小） 是否溶于水， 是否与水反应 收集装置
CO2 大 溶于水，与水反应
O2 大 不易溶于水，不与水反应
【总结】实验室收集二氧化碳用向上排空气法。
【学生活动】选择以下实验仪器，小组合作组合一套制取二氧化碳的装置并介绍各组装置的特点。
【总结】
② ③ ④
装置①操作简便，但由于试管容积小，所以一次性添加药品的量少，产生的气体少，适于制取少量气体；装置②③④容积大，而且可以多次添加液体药品，产生气体的量大，还方便随时添加液体药品；装置③④还可以通过控制添加液体的量从而控制产生气体的量，通过控制滴加液体的速率，在一定程度上也能控制反应的速率。
【学生活动】观看实验室制取二氧化碳的视频或教师演示实验，总结实验室制取二氧化碳的操作步骤。
【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
【学生活动】交流讨论：
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。）
【学生活动】总结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）和药品。
2.选择合适的实验装置，依据反应物的状态和反应条件选择发生装置，依据气体的密度和溶解性等选择收集装置。
3.确定操作步骤，选择合适的气体检验方法和验满方法。
【课堂小结】
【课堂练习】略
六、板书设计
课题2 二氧化碳制取的研究
一、反应原理
石灰石或大理石、稀盐酸
CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
二、实验装置
发生装置：固液常温型
收集装置：向上排空气法
三、CO2的检验
通入澄清石灰水——变浑浊
四、CO2的验满
燃着的木条放在集气瓶口——熄灭

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