资源简介

5．3 二氧化碳
素养目标
1.通过探究活动了解二氧化碳的性质。
2.了解实验室制取二氧化碳的方法。
3.认识实验室制取气体的方法。
4.了解二氧化碳对人类生活的影响。
5.了解自然界的碳循环和氧循环。
教学重点
1.二氧化碳的性质。
2.实验室制取气体的方法。
教学难点
二氧化碳性质的探究过程和方法。
教学用具
仪器：集气瓶、玻璃片、烧杯、试管、导管、铁架台（带铁夹）、酒精灯、火柴、橡胶塞、蜡烛、塑料瓶、滴管、试管夹、注射器。
试剂：石灰石、稀盐酸、石蕊溶液、澄清石灰水、水、碳酸钠、浓盐酸、稀硫酸。
教学过程
[新课引入]大多数燃料都含有碳元素，含碳燃料在燃烧时都会产生二氧化碳。二氧化碳对生态环境具有重要影响。
[教师讲解]通常情况下，二氧化碳是无色、无气味的气体。在加压和降温条件下，二氧化碳可以转变为液体，还可以进一步凝固为俗称干冰的白色固体，二氧化碳的三态变化过程可表示如下：
[学生实验]组织学生分组进行课本【实验5-5】“倾倒二氧化碳”实验,教师注意巡查指导。
现象：蜡烛自下向上依次熄灭。
[推 断]（1）二氧化碳密度比空气大。
（2）二氧化碳不燃烧，不支持燃烧。
[学生实验]组织学生进行课本P153-154【实验5-6】,指导学生进行观察并根据现象推测二氧化碳具有的性质。
[实现记录]
步骤 现象（证据）
（1）往集满二氧化碳的软质塑料瓶中注入约1/3的蒸馏水，立即旋紧瓶盖，手拿塑料瓶上方（瓶盖处），充分振荡 塑料瓶变瘪
（2）取瓶内液体数毫升于试管中，滴加紫色石蕊溶液，振荡 溶液由紫色变为红色
（3）加热上述试管 溶液由红色变为紫色
[交流讨论]组织学生分组讨论，推测该实验现象与二氧化碳的哪些性质有关。
[分析解释]根据步骤（1）中塑料瓶变瘪，可推测CO2能溶于水或能与水反应。
根据步骤（2）中溶液由紫色变为红色，可推测CO2能与水反应。
根据步骤（3）中溶液由红色变为紫色，可推测二氧化碳与水反应生成的物质不稳定。
[教师讲解]紫色石蕊溶液在酸性条件下显红色，在反应中，紫色石蕊溶液变红，是因为有酸性物质生成，二氧化碳与水反应生成的物质叫作碳酸，碳酸在水溶液中显酸性，因此可用紫色石蕊溶液检验碳酸。
[学生实验]组织学生进行课本P154【实验5-7】,指导学生进行观察并根据现象推测二氧化碳具有的性质。
现象：澄清石灰水变浑浊。
推测：二氧化碳能与澄清石灰水反应，生成不溶于水的物质。
[教师讲解]二氧化碳能与氢氧化钙[Ca(OH)2]反应生成白色的碳酸钙(CaCO3)沉淀,此反应的现象明显，因此常用来检验二氧化碳气体。
[交流讨论]组织学生分析上述实验与证据，讨论那些与CO2的物理性质有关。那些与CO2的化学性质有关。
[总 结]1.CO2的物理性质
(１)通常情况下是无色、无气味的气体。
(２)密度大于空气。
(３)能溶于水。
2.CO2的化学性质
(１) 一般情况下，二氧化碳不可燃，且不支持燃烧。
(２)二氧化碳无毒，但不能供给呼吸。
(３)二氧化碳能与水反应生成碳酸（H2CO3）,碳酸能使紫色石蕊溶液变红（CO2+H2O==H2CO3）。
碳酸不稳定，容易分解成水和二氧化碳（H2CO3==CO2+H2O）。
二氧化碳能与氢氧化钙[Ca(OH)2]反应生成白色的碳酸钙(CaCO3)沉淀。
[学生练习]人吸入空气，排出CO2等气体。为了证明人呼出的气体中含有CO2且能有效排除空气中CO2的干扰，某学生设计了下图所示的实验装置，为了除去空气中的CO2和检验人呼出的气体中含有CO2，则锥形瓶Ⅰ、Ⅱ中加入的试剂为（ B ）
瓶Ⅰ 瓶Ⅱ
A Ca(OH)2 NaOH
B NaOH Ca(OH)2
C 石蕊 酚酞
D Na2SO4 CaCl2
[过 渡]碳燃烧可以得到二氧化碳，但是这种方法难以收集到纯净的二氧化碳，所以实验室常用稀盐酸和大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）在常温下反应来制取二氧化碳。反应原理可以用化学方程式表示：CaCO3 + 2HCl == CaCl2 + H2O + CO2↑。
[教师讲解]这个反应实际包含了连续发生的两个反应。首先，碳酸钙与盐酸发生
反应生成氯化钙和碳酸，然后，碳酸不稳定分解产生二氧化碳。
[思考]实验室还有其他可以发生反应产生二氧化碳的试剂吗？如果用这些试剂来制取二氧化碳会有什么效果呢？
[学生阅读]阅读课本P155-156“观察活动”内容，思考以上内容。
[学生活动]按照课本P155-156“观察活动”内容进行【实验5-8】,教师注意巡查指导实验操作。
[实验记录]
试剂 现象
（1）浓盐酸与块状大理石 剧烈反应，迅速产生大量气泡，并伴有白雾
（2）稀硫酸与块状大理石 刚开始时产生气泡，后面反应速率逐渐减慢直至停止
（3）稀盐酸与碳酸钠(或碳酸钙粉末) 剧烈反应，迅速产生大量气泡
[教师讲解]（1）浓盐酸有强挥发性（挥发到空气中会形成白雾），会使制得的CO2中混有HCl气体。
（2）稀硫酸与大理石中的碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在大理石表面，会阻止反应继续进行，因此反应一段时间后就会停止。
（3）稀盐酸与碳酸钠(或碳酸钙粉末)反应速率过快，产生的气体不便于收集。
[总 结]实验室制取气体，确定反应原理时需要考虑反应的快慢、制得的气体是否纯净、是否易于收集等因素。
[过 渡]通过制取氧气我们已经知道实验室制取气体的装置包括两部分：发生装置和收集装置，选择什么装置与多种因素有关，下面我们来对比氧气的制取和二氧化碳的制取原理。
[学生活动]比较实验室制取氧气和二氧化碳的原料状态和反应条件。
[交流总结]
制取气体 试剂 试剂状态 反应条件
CO2 稀盐酸、大理石(或石灰石) 固体、液体 常温
O2 高锰酸钾 固体 加热
氯酸钾、二氧化锰 固体 加热、催化剂
过氧化氢溶液、二氧化锰 固体、液体 常温、催化剂
[小结]实验室制取CO2的发生装置与过氧化氢分解制取O2的相似。
[教师讲解]实验室制取气体的装置选择可从实验室制取气体的原理出发，根据反应物的状态(如固体与固体反应、固体与液体反应、液体与液体反应等)、反应条件(如是否需要加热、使用催化剂等)来确定气体发生装置。实验室制取分解过氧化氢制取O2的发生装置是固液常温型装置，常见装置有以下几种：
装置
装置特点 简易装置，可用于制取少量气体 便于添加液体 便于添加液体，能控制反应速率 可通过开关弹簧夹控制反应的发生与停止
[学生活动]比较氧气和二氧化碳的相关性质。
[交流总结]
气体 密度 溶解性 是否能与水反应
CO2 比空气的大 能溶于水 能与水反应
O2 比空气的略大 不易溶于水 不与水反应
［教师讲解］确定气体收集装置可根据气体的性质选择（排空气法或排水法）确定气体收装置。二氧化碳密度比能溶于水、能与水反应，不能选用排水法收集，二氧化碳密度比空气的大，因此可用向上排空气法收集。
［小结］实验室制取二氧化碳可选用向上排空气法收集。
[学生活动]在课本P157图5.3-4中，选择适当的仪器，设计制取二氧化碳的发生装置和收集装置，并绘制装置设计方案图。
[成果展示]实验室制取二氧化碳装置设计图。
方案一： 方案二：
[评价交流]组织学生对各组的设计图进行评价，并尝试总结各装置的特点。
[总 结]方案一：装置简单，适用于少量气体制取，不便于添加试剂。
方案二：便于添加试剂，适用于制取较多量气体。
[学生阅读]组织学生阅读课本P158图5.3-5，了解并交流实验室制取并检验二氧化碳操作步骤，并思考个步骤的具体操作。
[教师讲解]实验室制取并检验二氧化碳，需要经历以下步骤：①检查装置气密性→②加入试剂→③收集
气体→④进行验满→ ⑤检验气体。
[学生实验]各小组按照自己的设计，组装仪器，按照正确的实验步骤进行实验，并收集一瓶二氧化碳。
实验用品：铁架台（带铁夹）、试管、带导管的橡胶塞、玻璃导管、集气瓶、大理石、稀盐酸、澄清石灰水。
实验记录:
实验内容与步骤 现象及分析
①检查装置气密性：将导管伸入水中，手握试管，观察水中导管口的现象 导管口有气泡冒出，说明装置气密性良好
②加入试剂：打开胶塞，在试管中加入适量块状大理石，倒入6mL稀盐酸,迅速盖好胶塞
③收集气体：将试管固定在铁架台上，用向上排空气法收集气体 试管内产生大量气泡
④进行验满：用燃着的木条靠近集气瓶口，检验气体是否集满 若木条熄灭，则说明气体已集满
⑤检验气体：往集气瓶中滴加适量澄清石灰水 石灰水变浑浊，说明该气体是二氧化碳
[提出问题]为什么可以用步骤4的方法检验二氧化碳是否集满？
[学生回答]二氧化碳的密度比空气的大，进入集气瓶后会沉在下方，且二氧化碳不可燃，也不支持燃烧，若放在集气瓶口的木条熄灭，则说明二氧化碳已集满。
[教师讲解]实验室制取气体的方法：
（1）选择合适的试剂（要求保证安全、操作方便、反应速率适中，并兼顾环保、经济性）。
（2）确定制取气体的装置（包含气体发生装置和收集装置，有时还需要气体净化装置和尾气处理装置），其中气体发生装置根据反应物的聚集状态和反应条件选择，气体收集装置根据气体产物的性质选择。
发生装置 固液常温型 固体加热型
收集装置 向上排空气法 向下排空气法 排水法
（3）组装仪器进行实验：要按照先下后上、先左后右的顺序组装仪器，并检查装置气密性。加入试剂时，先加固体试剂，后加液体试剂，最后点燃酒精灯(如果需要加热的话)，使用排水集气法收集气体时，为防止水倒吸，实验结束时要先将气体导管从水中移出，再停止加热。
[过 渡]学习了二氧化碳的物理性质和化学性质之后，我们可以认识到二氧化碳与人类生活和环境的密切关系。
[学生阅读]指导学生阅读课本P160-161“二氧化碳对人类生活和环境有何影响”内容，总结二氧化碳的用途。
[交流总结]1.二氧化碳的用途：
（1）作为化工原料，用于制造纯碱、化肥等。
（2）灭火。
（3）作制冷剂、用于人工增雨。
（4）作气体肥料。
[教师讲解]二氧化碳没有毒性，但它不能供给呼吸，所以人在二氧化碳浓度偏高的环境中，会感到气闷、头痛乃至窒息死亡，因此进入久未开启的菜窖或干涸的深井之前应先做灯火试验，如果灯火燃烧不旺盛或熄灭，说明该环境中二氧化碳浓度较大，人不宜进入。
[学生阅读]指导学生阅读课本P161-162知识视窗内容，了解温室效应。
[交流总结]温室效应
（1）定义：地球近地层大气中的水蒸气或CO2就像温室的玻璃或塑料膜一样，让阳光可以透过，又能吸收地表的红外线辐射，阻止地表热量向外散发，起保温的作用，这种现象就是温室效应。
（2）作用：使地表温度适合人类生存。
（3）常见温室气体：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O )、氟氯代烷(氟利昂)等
（4）温室效应加剧的原因：含碳燃料消耗激增，使CO2的排放量迅猛增加森林遭受破坏，使CO2的吸收量减少。
（5）危害：使全球性气候变暖，冰川融化、海平面升高，危及沿海城市引起气候反常，土地变成沙漠，生态环境恶化，生物物种减少，人类健康受到损害。
（6）防治措施：绿色低碳发展,“积极稳妥推进碳达峰碳中和”。
[教师讲解]地球上的生物都含有碳元素，而碳元素在自然界的生物圈、大气圈、水圈、岩石圈不断交换，形成碳循环，维持地球上的碳含量守恒。二氧化碳含有碳元素和氧元素，在自然界的碳循环和氧循环中都起到了非常重要的作用。
[学生阅读]指导学生阅读课本P162“自然界的碳循环和氧循环”内容，总结大气中二氧化碳产生和消耗的途径。
[总 结]大气中CO2产生途径：含碳燃料的燃烧，人和动植物的呼吸作用，微生物的分解作用等。
CO2消耗途径：绿色植物的光合作用，水体的溶解吸收等。
[学生练习]氨气极易溶于水，常温常压下，1体积水可溶解700体积的氨气，溶解后可与水反应生成一水合氨，溶液显碱性。氨气的密度比空气的小。已知：2NH4Cl(固体)+Ca(OH)2(固体) △ 2NH3↑+CaCl2+2H2O。
（1）如果制取并收集保存氨气，请从图中选取装置和仪器（填序号）。
（2）氨气不能用排水法收集，原因是_______________。
【解析】（1）由于氨气是用固体和固体加热来制取的，且有水生成，所以发生装置选用A；又因为氨气极易溶于水，密度比空气的小，所以应用向下排空气法收集，收集装置选用E。（2）氨气不能用排水法收集的原因是氨气极易溶于水。
【答案】（1）A、E（2）氨气极易溶于水
[教学板书]
5.3 二氧化碳
1.二氧化碳的性质
（1）CO2的物理性质。
（2）CO2的化学性质。
2.二氧化碳的实验室制取
（1）反应原理及试剂的选用。
（2）实验室制取气体的装置设计（发生装置与收集装置的类型及选用）。
（3）实验室仪器组装的基本原则。
（4）实验室制取二氧化碳的操作步骤。
3.实验室制取气体的方法。
4.二氧化碳对人类生活和环境的影响。
（1）二氧化碳的用途。
（2）温室效应、碳中和与碳达峰。
5.自然界的碳循环与氧循环。
课后作业
完成练习册本课时课后练习。

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