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第十四章 内能的利用
5.3 二氧化碳
1．知识与技能：让学生了解二氧化碳的物理性质、化学性质和用途。
2．过程和方法：学会使用实验方法获取信息，并用比较、归纳等方法对获取的信息进行整理总结。
3．情感、态度与价值观：感知环境中二氧化碳作用的重要性，培养学生保护环境的意识，加强“性质决定用途，用途体现性质”的辩证思维方式的培养，激发学生学习科学的兴趣，保持和增强对化学现象的好奇心和探究欲。
【重点】二氧化碳的性质。
【难点】引导学生自主探究，总结归纳二氧化碳的性质。
【知识回顾】
1.多样的碳单质
（1）石墨和金刚石
金刚石 石墨
结构
颜色、状态 无色透明、正八面体状的固体 深灰色有金属光泽、不透明的片状固体
硬度 天然存在的最硬的物质 质软
导电性 几乎不导电 良好
导热性 很差 良好
用途 作钻头、玻璃刀、装饰品等 作电极、润滑剂、制铅笔芯等
注意：金刚石、石墨都是碳单质，性质迥异，是因为碳原子的排列方式不同
（2）无定形碳
名称 性质 用途
木炭 吸附性，可燃性 吸附剂，生活常用燃料，冶金
活性炭 吸附性 防毒口罩的滤毒层，作防毒面具的滤毒罐，净水器的吸附材料，脱色剂
炭黑 常温时，非常稳定 制作墨汁、油漆、鞋油、颜料、橡胶
焦炭 与金属化合物反应，可燃性 冶炼金属，生活常用燃料
（3）“富勒烯（C60）”“石墨烯”等
①C60它在超导体、材料科学和生物学上有着非常广泛的用途。
②石墨烯是世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的。所以它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料，如手机膜。
③碳纳米管实际上就是石墨烯卷成了筒状，碳纳米管导电性极强，特殊涂层可以发电。
2.碳的化学性质
（1）稳定性：常温下性质稳定
（2）可燃性：在高温条件下，各种碳单质都能燃烧。
氧气充足，生成二氧化碳：
氧气不充足，生成一氧化碳：
（3）碳与二氧化碳的反应
3.一氧化碳的性质
（1）物理性质：
通常情况下为无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。
（2）化学性质：
a.可燃性：
b.毒性：跟血液中的血红蛋白结合，使血液失去输氧能力，发生中毒，俗称煤气中毒。
一、二氧化碳有什么性质
二氧化碳是空气的成分之一，自然界中的生命活动都离不开二氧化碳，今天就让我们一起来研究它的性质。
二氧化碳通常是无色、无味的气体。加压和降温的条件下，可以转变为液体，还可以进一步凝固为俗称干冰的固体。
学生实验探究 目的 认识二氧化碳的物理性质和化学性质。
实验与证据
【实验5-5】如图5.3-1，在大烧杯中放置一个铁皮架，架上固定两支点燃的蜡烛，将一瓶二氧化碳向烧杯内倾倒。
观察现象 结论
二氧化碳使蜡烛火焰熄灭，下层阶梯上的蜡烛火焰先熄灭，上层的后熄灭 1、CO2的密度比空气大。 2、CO2的不能燃烧，也不支持燃烧。
【实验5-6】(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，观察现象。
(2)取瓶内液体数毫升于试管中，滴加紫色石蕊溶液，振荡，有什么现象
(3)再将上述试管加热，又有什么现象
步骤 观察现象 结论
塑料瓶变瘪了 瓶里气体压强减小，二氧化碳能溶于水
石蕊溶液变红色 二氧化碳能和水反应生成酸
试管中产生气泡，液体由红色变成紫色 碳酸不稳定容易分解，受热时气体逸出
【实验5-7】如图5.3-2所示，将注射器中的纯净二氧化碳气体通入盛有澄清石灰水(氢氧化钙溶液)的烧杯中，观察现象。
操作 观察现象 结论
澄清石灰水变浑浊 CO2能与石灰水反应
结论：能与石灰水反应CO2 +Ca(OH) 2 ==CaCO3↓+ H20 （可用于检验CO2）
二、实验室怎样制取二氧化碳
我们知道碳燃烧可产生二氧化碳，那么我们想得到纯净的二氧化碳能不能用碳燃烧的方法？不能，因为碳燃烧产生的二氧化碳不纯净，而且很难收集。
想一想：实验室我们应该怎样收集一瓶纯净的二氧化碳？
实验室制取气体的思路:
①确定反应药品；②根据反应物的状态和反应的条件确定气体发生装置，根据气体的在水中的溶解性和密度确定收集方法；③验证和验满。
【实验准备】
阅读下列信息，并填写下列空白。
碳酸钠、大理石或石灰石等碳酸盐，均能与稀盐酸或稀硫酸等酸直接反应生成二氧化碳。
二氧化碳的性质信息：
1.把燃烧的木条放入二氧化碳中，木条熄灭，说明二氧化碳不支持燃烧。
2.打开汽水瓶盖可观察到 有气泡冒出 ，这个事实说明二氧化碳在水里的溶解性为 可溶于水 ,且二氧化碳能与水反应。
3.向澄清石灰水中吹气，现象为石灰水变浑浊，说明二氧化碳能与石灰水中的氢氧化钙反应，以此来鉴定二氧化碳气体。
4.在标准状况下二氧化碳的密度为1.977g/l，空气的密度为1.293g/l，说明二氧化碳的密度比空气的密度 大 。
观察活动 目的 认识实验室制取二氧化碳应选用的试剂。
【实验5-8】如图5.3-3所示，在6支试管中分别加入相同质量的块状大理石、碳酸钠、粉末状碳酸钙，再分别加入等量的稀盐酸和稀硫酸，观察现象并加以比较，分析用什么试剂制备二氧化碳效果最好。
实验现象：
（1）第一组中两试管内开始均有气泡冒出，一段时间后滴加稀硫酸的试管中气泡变少。
（2）第二组中两试管内反应剧烈，均有大量气泡冒出，反应很快结束。
（3）第三组中两试管内反应剧烈，均有大量气泡冒出，反应很快结束。
结论：使用稀盐酸和块状大理石反应速度适中，效果最好。
学生实验探究 目的 学习二氧化碳的实验室制取与检验。
【实验5-9】
提出问题 实验室制取二氧化碳的发生装置和手机装置应如何设计？如何连接仪器？如何检验生成的气体是二氧化碳？如何验满？
设计实验
设计、组装装置
发生装置 可根据反应物的状态和反应的条件进行选择。
气体发生装置 原料的状态 是否需要加热 装置选用
固体与业态 不需要
气体收集装置 密度与空气比较 是否溶于水
大于空气 可溶（1：1）
注：空气的平均相对分子质量为29，所收集气体的相对分子质量若大于29，则密度大于空气；若小于29，则密度小于空气。
进行实验
主要实验步骤：①检查装置气密性一②加入试剂一③收集气体一④进行验满一⑤检验气体。
分析讨论
检验二氧化碳时，利用了二氧化碳的哪些性质？不可燃，不支持燃烧，密度比空气大。
思路与方法引导
实验室制取气体的方法
实验室制取气体须选择合适的试剂，要求保证安全、操作方便、反应速率适中，并兼顾环保、经济性。
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。各装置中具体仪器的选择需要考虑反应物的聚集状态(固体或液体)、反应条件(加热或不加热)、气体产物的性质(比空气重或轻、是否溶于水、是否与水反应、是否有毒或污染空气)等因素。选择仪器后，要按照先下后上、先左后右的顺序组装仪器，并检查装置的气密性。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，实验结束时需要先将气体导管从水中移出，再停止加热。拆卸仪器的顺序一般与组装顺序相反。
【拓展延伸】在你家的厨房里你能制取到二氧化碳吗？（鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙，醋是酸）教学反思：积极响应。培养学生综合运用能力，自我归纳能力，体验科学发现的完整过程，再次体验探究成功的喜悦。通过知识的类比，让学生既巩固了旧知识，又获取了新的知识和技能，让自己的思维再次得到升华。让学生思维得以继续扩展，真正感受到化学实验不用局限在实验室，可以无处不在。
三、二氧化碳对人类生活和环境有何影响
1.根据二氧化碳的性质，可以推断其用途：
性质 用途
与氢氧化钠等物质反应 制造纯碱、化肥等
不可燃，不助燃，密度比空气大 用于灭火
干冰升华时吸收大量的热 制冷剂、人工降雨
是光合作用的原料之一 用作气体肥料
2.温室效应加剧与碳中和
温室效应：地球近地层大气中的水蒸气或二氧化碳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。
二氧化碳是主要的温室气体，由于人类活动排放的二氧化碳过多，引起温室效应加剧，使地球的气温上升，导致冰川融化、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。
碳中和：在一定时期内，人为排放的二氧化碳或温室气体总量，通过植树造林和节能减排等方式加以吸收或抵消，达到相对的零排放。
四、自然界的碳循环和氧循环
碳元素在自然界中的含量比较少，但含碳的化合物种类却是所有元素中最多的。
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。
动植物的呼吸、含碳燃料的燃烧都消耗氧气，产生二氧化碳；
绿色植物和水中的藻类则通过光合作用吸收二氧化碳，放出氧气。
【典型例题】
【例1】下列实验或现象能说明二氧化碳的密度比空气密度大的是（　D　）
A．CO2不支持燃烧
B．空气中二氧化碳含量很小
C．随着压强的增加，二氧化碳在水中溶解度增大
D．充满空气的气球可以漂浮在二氧化碳气体中
【例2】根据如图所示实验，不能得到的结论是(　D　)
A．CO2不能燃烧
B．CO2不支持燃烧
C．CO2的密度比空气的大
D．蜡烛燃烧生成CO2和H2O
【例3】空气的成分中，植物光合作用必不可少的气体是（　D　）
A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳
【例4】下列关于二氧化碳的说法正确的是(　C　)
A．二氧化碳排放过多，是导致酸雨的主要原因
B．二氧化碳是一种有毒的气体，排放到空气中会导致空气污染
C．二氧化碳在生活中，可以作灭火剂、温室气体肥料、制碳酸饮料等
D．二氧化碳排放过多会导致“温室效应”，禁止向大气中排放二氧化碳
【例5】实验室制取二氧化碳的实验操作正确的是（　A　）
A．搭好装置后，检查装置气密性
B．先加入大理石，再加入稀硫酸
C．用向下排空气法收集二氧化碳
D．用带火星的木条放在瓶口验满
【例6】实验室制备并收集CO2，通常有以下操作步骤：①检查装置气密性；②连接装置；③加入大理石；④加入稀盐酸；⑤收集；⑥验满。其中排列顺序正确的是(　C　)
A．①②③④⑤⑥ B．②①④③⑤⑥
C．②①③④⑤⑥ D．②③④①⑤⑥
【例7】鉴别二氧化碳的正确方法是（　A　）
A．将气体通入澄清石灰水中
B．吸入该气体，看是否感到气喘、头疼
C．将气体通入紫色的石蕊试液
D．将燃着的木条伸入集气瓶中，火焰熄灭
【例8】检验二氧化碳气体是否收集满的正确方法是（　B　）
A．加入石灰水充分振荡
B．把燃着的木条放在瓶口
C．把燃着的木条放在瓶内
D．加入紫色石蕊溶液充分振荡
【例9】用你学过的学科观点分析碳循环和氧循环，其中正确的是（　C　）
A．变化观：只有植物、动物、微生物等生物参与碳、氧循环
B．守恒观：碳、氧循环过程中各元素守恒，其化合价不变
C．平衡观：碳、氧循环有利于维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
D．微粒观：绿色植物的作用是使自然界中的氧原子总数增加
【例10】二氧化碳虽然只占空气总体积的0.03%，但对动植物的生命活动起着极为重要的作用，自然界中二氧化碳的循环如图所示，下列过程放在X处不合理的是(　A　)
A．利用太阳能发电
B．人和动物的呼吸
C．化石燃料的燃烧
D．植物的呼吸作用
本节内容通过回忆氧气实验室制取引导学生了解实验室制取气体装置的设计思路，然后让学生对提供的仪器进行选择组装一套制取二氧化碳的装置，再分组交流讨论，比较各自装置的优缺点，从中确定一套最佳装置制取二氧化碳，最后找几名学生对本节内容进行总结，归纳出制取气体的一般思路，培养学生归纳小结，自我反馈的能力。在教学中，我充分发挥学生的主体作用，鼓励学生敢于实践，勇于创新，积极参与到教学活动中来。
在教学中，注重让学生自己观察、自己发现、自己概括，充分调动学生自主学习的积极性，
从而较好地突破了实验室制取二氧化碳反应发生装置的这一教学难点，学生在活动中产生了深刻体验，从而牢固地建构了判断气体发生装置的方法。从这一教学实践中，我深刻认识到学生要想牢固掌握化学知识，就必须用心的创造与体验来学习化学，课堂教学在本质上是一个学生在教师引导下主动参与、主动发现与探索、独立思考和不断创新的过程，而不是去简单、被动地接受教师和教材提供现成的观点和结论。

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