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【单元教案】人教版化学九年级上册--第六单元 碳和碳的氧化物 课时教案（含答案）
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这是一份【单元教案】人教版化学九年级上册--第六单元 碳和碳的氧化物 课时教案（含答案），共26页。
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
【知识目标】
1.知道金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质;知道金刚石和石墨的主要物理性质和用途。
2.知道木炭、活性炭的吸附性及其应用。
3.了解碳单质在常温下化学性质稳定,在高温(或点燃)的条件下能跟一些物质反应,会书写有关反应的化学方程式。
【素养目标】
1.通过碳单质的学习,引导学生以发展的观点看待碳的单质,培养学生的辩证唯物主义观点和关注社会的责任感。
2.通过对碳的几种单质的结构、性质和用途的学习,建构:“结构—性质—用途”三者之间的思维关系模型。
【教学重点】
碳单质的化学性质。
【教学难点】
碳跟某些氧化物的反应。
一、导入新课
【导入1】
张开你的嘴并说“啊……”,咦!你的牙齿上有个小洞。现在你需要请牙医补牙了。牙医在补牙之前,先要用钻孔器将龋齿上的损坏部分清理掉。为什么牙医用的钻孔器那么坚硬和锋利,可以方便地在牙齿上打洞?答案还应从碳元素开始寻找。这种钻孔器的钻头是用金刚石制成的。金刚石是单质碳的一种形式,是天然存在的最硬的物质。正因为有了金刚石钻头,所以钻孔器才变得如此锋利。石墨是单质碳的另一种形式,是天然存在的最软的矿物质之一。
为什么金刚石和石墨差别这么大呢?现在我们就来学习一下吧!
【导入2】
[提问]同学们认为最昂贵的物质是什么?
[展示]金刚石“库利南”图片。
[讲解]钻石也叫金刚石,观看最大的金刚石“库利南”以及南非最大的金刚石“南非之星”。说一说它的主要成分是什么。
[过渡]金刚石坚硬耐磨、美丽动人,他有个“孪生兄弟”叫石墨。相比起金刚石的坚硬耐磨,石墨的质地却很软,又是一副黑黑的模样。既然金刚石和石墨的性质有如此大的差异,为什么把它俩称为“孪生兄弟”,其原因在哪里呢?
二、探究新知
探究一、碳的单质
(一)金刚石
1.物理性质:无色透明,正八面体形状的固体,硬度大,熔点高,不导电(自然界最硬的物质)。
2.用途:作钻头、钻石等。
(二)石墨
1.物理性质:深灰色、有金属光泽、不透明、细鳞片状固体、很软、电的良导体、熔点高、有滑腻感。
2.用途:作铅笔芯、电极材料等。
[介绍]由于石墨很软,所以常用石墨作铅笔芯,但由于太软,既易断又易磨损,因此生产上常在石墨粉末中掺进一些黏土粉以增加硬度。最软的铅笔是6B,最硬的铅笔是6H,HB铅笔则软硬适中。
[演示实验]把一根6B的铅笔芯和导线连接在一起,接上电池和灯泡,接通电源后,观察灯泡是否发亮。
[学生讨论回答]石墨有良好的导电性。
[展示]干电池中的石墨电极。
(三)木炭、活性炭
1.组成:由石墨微小晶体和少量杂质构成的混合物。
2.特点:疏松多孔,表面积大,具有较强的吸附性。
[设问]利用这一性质,活性炭会有什么用途?
[学生发言]
1.防毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的。
2.冰箱的除味剂。
3.制糖工业的脱色剂。
[活动探究]在盛有半瓶水的小锥形瓶里,加入一滴红墨水,使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡,观察现象。
[交流]我们可以看到淡红色的水颜色褪去。
(四)C60
一个C60分子是由60个碳原子构成的,分子形似足球,又名足球烯。
[讨论]结合金刚石、石墨和木炭的性质和用途,讨论物质的性质和用途之间有什么关系。
[小结]
1.结构性质用途。
2.不同元素可以组成不同的物质,同一种元素也可以组成不同的物质。
3.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质,但它们的物理性质各不相同,是因为碳原子的排列方式不同。
【例1】 (1)金刚石可作玻璃刀,因为金刚石的硬度极大,是天然存在的最硬的物质。
(2)石墨可作电池里的电极,因为石墨具有良好的导电性。
(3)活性炭可用于防毒面具的滤毒罐里,因为活性炭有吸附性,可吸附毒气。
(4)木炭能脱色,因为木炭具有疏松多孔的结构,具有吸附性,可吸附色素,使一些有色物质脱色。
(5)石墨可作铅笔芯,因为石墨质软,且呈灰黑色,在纸上划过可留下痕迹。
解析:考查碳单质的物理性质和用途。物质的特殊结构决定了它具有特殊的性质,具有什么样的性质决定了它有什么用途。这一规律在化学学习中很有指导作用。
探究二、碳的化学性质
[投影]资料:我国古代一些书法家、画家用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色。
1.常温下,碳的化学性质不活泼。
2.高温下,碳能跟多种物质反应。
(1)可燃性:C+O2CO2(充分燃烧)
2C+O22CO(不充分燃烧)
(2)跟某些氧化物反应
3.[活动与探究] 2CuO+C2Cu+CO2↑。
①现象:澄清石灰水变浑浊,试管中黑色粉末变红。
②酒精灯加网罩的作用:集中火焰,提高温度。
③实验完毕,先撤出导管,后熄灭酒精灯。(防倒吸)
4.[分析]从分子组成上看CuO转变为Cu,发生了什么变化?是谁导致了这种变化?
(1)[讨论回答]CuO转变为Cu失去了氧,是碳夺走了CuO中的氧。
(2)还原反应:含氧化合物里的氧被夺去的反应氧化反应:物质得到氧的反应
(3)还原性:能夺走含氧化合物里的氧的物质具有还原性。
(4)[练习]焦炭在工业上可用来炼铁:2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑。
反应中得到氧的物质→被氧化→发生氧化反应→作还原剂→具有还原性反应中失去氧的物质→被还原→发生还原反应→作氧化剂→具有氧化性
【例2】 根据木炭还原氧化铜实验(如图)填空:
用木炭还原氧化铜
(1)反应开始后,盛澄清石灰水的试管中观察到的现象是澄清石灰水变浑浊,说明反应中有CO2(填化学式)生成,被加热的试管中发生反应的化学方程式是C+2CuO2Cu+CO2↑。
(2)反应完成后,把被加热的试管里的粉末倒在纸上可以看到有红色的铜,这是由于氧化铜发生了还原反应。
(3)图中的酒精灯上加一金属网罩的作用是使酒精灯的火焰集中,以提高温度。
(4)实验结束时,应先将导管从石灰水中撤出,再熄灭酒精灯,防止石灰水倒流使试管炸裂。
解析:木炭还原氧化铜的明显现象是黑色粉末变成亮红色,产生能使澄清的石灰水变浑浊的气体,所以澄清石灰水是检验二氧化碳的一种试剂,也是此类型题目中的提示点;酒精灯加网罩,目的是使火焰集中,提高温度,该实验要求温度较高,如果有条件最好用酒精喷灯;实验结束后试管里的温度较高,若不先撤出导管,石灰水会倒流,使试管炸裂。
1.下列关于金刚石与石墨的说法中正确的是 ( D )
A.都能导电 B.都是黑色固体
C.硬度都很小 D.都由碳元素组成
2.下列物质的用途主要由其化学性质决定的是 ( B )
A.用金刚石作玻璃刀的刀头
B.用碳酸氢钠治疗胃酸过多症
C.用石墨制铅笔芯写字
D.用钨作灯泡里的灯丝
3.防毒面具中用来除去有毒气体的物质是 ( C )
A.焦炭 B.炭黑 C.活性炭 D.石墨
4.石墨烯是由碳元素组成的,通常状况下,石墨烯呈固态,具有超强导电、导热的性能。下列关于石墨烯的认识错误的是 ( B )
A.可作导热材料 B.是一种化合物
C.可作电池的电极 D.完全燃烧生成二氧化碳
课题2 二氧化碳制取的研究
【知识目标】
1.了解实验室中制取CO2的方法和设计思路。
2.能用化学方程式表示出实验室制取二氧化碳的反应原理。
3.通过二氧化碳的实验室制法的研讨,提高学生分析问题和解决实际问题的能力。
【素养目标】
1.能合理使用课堂资料设计和改进实验方案,并设计装置进行制取和收集。
2.通过实验问题的讨论,培养学生求实创新、合作的科学品质,通过教师与学生、学生与学生之间的合作学习、研究性学习体验探究成功的乐趣,激发学生的求知欲,形成持续不断的学习化学的兴趣。
【教学重点】
实验室中制取CO2的反应原理、实验装置和验证方法。
【教学难点】
从实验室中制取氧气的设计思路和方法出发,学习二氧化碳的实验室制法。
一、导入新课
【导入1】
[演示]“海中升明月”。
[讲述]缓缓升起的“明月”是一枚鹌鹑蛋,向水中加入的是稀盐酸。同学们知道蛋的表面产生的大量气泡是什么气体吗?是二氧化碳,二氧化碳是一种应用非常广泛的气体,在我们的生活中也常会见到二氧化碳,如打开碳酸饮料瓶,有大量气泡冒出,气泡就是二氧化碳气体;我们实验室配有二氧化碳灭火器。这节课就来研究如何在实验室中制取这种有用而神奇的气体。
【导入2】
课前,教师准备了一只空饮料瓶,向其中倒入半瓶热水后倒掉,然后迅速拧紧瓶盖,将其浸入冷水中,瓶子马上变瘪了。然后教师又拿出一只事先收集满二氧化碳的饮料瓶,对同学们说:“刚才我用热水做的这个实验,现在改用冷水,看看能否成功。”当教师向瓶中注入约13体积的水后,立即拧紧瓶盖,用力振荡,发现瓶子也慢慢变瘪了。这时学生们有点迷惑了,教师趁机鼓动:“大家想不想亲手做一下,在每组仪器用品中,都有一只塑料瓶,大家试验一下吧!”
二、探究新知
探究一、实验室制取CO2的反应原理、装置
1.实验室制取CO2的反应原理
CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
2.实验室制取CO2的装置
实验室里制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分(如图)。
气体发生装置反应物的状态固体和固体反应固体和液体反应液体和液体反应……反应条件(是否需要加热、加催化剂等)
气体收集装置排空气法密度比空气大——向上排空气法密度比空气小——向下排空气法排水法(不易溶于水且不与水发生反应)
3.二氧化碳和氧气、氢气制取实验及相关性质的比较
制取原理
(写化学方程式)
反应物
的状态
反应
条件
气体的密
度比空气
的大或小
是否溶于
水、是否
与水反应
二氧
化碳
CaCO3+2HCl
CaCl2+CO2↑+H2O
固体和
液体
常温
大
溶于水且
与水反应
氧气
2KMnO4K2MnO4
+MnO2+O2↑
固体
加热
大
不易溶于
水且不与
水反应
2H2O22H2O
+O2↑
固体和
液体
常温
2KClO32KCl
+3O2↑
固体和
固体
加热
氢气
Zn+2HClZnCl2
+H2↑
固体和
液体
常温
小
难溶于水
且不与水
反应
[讨论]如何判断气体密度的大小?
用以下仪器组装制取二氧化碳的装置:
【例1】 在实验室里制取二氧化碳气体,可选择的药品是 ( D )
A.碳酸钠粉末与浓盐酸 B.块状石灰石与稀硫酸
C.石灰石 D.块状大理石和稀盐酸
解析:碳酸钠粉末与浓盐酸反应过快,且浓盐酸易挥发,碳酸钠价格贵,故A错误;不能用稀硫酸与石灰石反应制二氧化碳,因为反应生成的硫酸钙会阻止反应继续进行,故B错误;高温分解石灰石是二氧化碳的工业制法,故C错误;大理石和稀盐酸的反应速率适中,易于操作和收集,是合适的药品,故D正确。
探究二、制取CO2的步骤
1.检查装置的气密性;
2.加入药品;
3.制取并收集气体。
[思考](1)如何验证所制出的气体是CO2?
(2)如何验证集气瓶中CO2已收集满?
[补充]验证CO2气体的方法。
(1)检验方法:将导管通入澄清石灰水,若石灰水变浑浊,证明生成的气体是CO2。
(2)验满方法:将燃着的木条放在集气瓶口,若木条熄灭,则说明CO2已收集满。
[探究] (1)能否用浓盐酸代替稀盐酸?
(2)能否用稀硫酸代替稀盐酸?
(3)能否用Na2CO3代替CaCO3?
(4)收集满CO2的集气瓶正放还是倒放在桌面?
[思考]实验室制取气体的思路是什么?
[总结](1)选择反应原理;(2)选择合适的实验装置;(3)确定验证气体的方法。
【例2】 如图所示是制取并收集二氧化碳的装置。
(1)当发生装置连接好后,接着进行的实验步骤是检查装置的气密性。
(2)实验时应怎样加试剂?先向锥形瓶中加入大理石或石灰石,再从长颈漏斗加入稀盐酸。
(3)收集气体时,导管为什么要伸入集气瓶底部?便于排尽集气瓶内的空气,收集到纯的CO2。
(4)长颈漏斗的下端要伸到液面以下,原因是防止产生的CO2从长颈漏斗逸出。
解析:制取气体以前,先检查装置是否漏气,装药品时先加固体,再加液体;为了防止产生的CO2从长颈漏斗逸出,长颈漏斗下端必须插到液面以下。用排空气法收集气体时,导管伸到集气瓶底部便于将瓶中空气排尽。
1.铅蓄电池中含有硫酸,如果不慎将硫酸漏到大理石地面上,会发出“嘶嘶”声,并有气体产生。这种气体是 ( D )
A.二氧化硫 B.氧气
C.氢气 D.二氧化碳
2.检验集气瓶里收集的是不是二氧化碳的方法最好的是( A )
A.加入澄清石灰水,观察是否变浑浊
B.将燃着的木条插入集气瓶中,观察是否立即熄灭
C.加入紫色石蕊溶液,观察是否变红色
D.将燃着的木条放在集气瓶口,观察是否立即熄灭
3.实验操作考试中,小红同学抽到“实验室制取二氧化碳”,以下是她的部分实验操作,其中有错误的一项是 ( D )
4.实验室用下列各组物质制取气体中,不正确的是 ( D )
A.用氯酸钾和二氧化锰混合加热制取O2
B.用石灰石和稀盐酸制取CO2
C.用过氧化氢和二氧化锰混合制取O2
D.用大理石和稀硫酸制取CO2
5.如图是实验室制取与收集气体的装置图,据此回答有关问题。
(1)仪器①的名称是试管。
(2)实验室用石灰石与稀盐酸制取二氧化碳气体,应选用的发生装置和收集装置的组合是AC(填序号),反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑;该组合装置还可以用来制取氧气,其化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。
(3)实验室利用F装置收集氢气时,气体应从b端(填“a”或“b”)通入。
课题3 二氧化碳和一氧化碳
第1课时 二氧化碳
【知识目标】
1.认识二氧化碳,掌握其重要的化学性质,了解其物理性质和主要用途。
2.懂得设计实验来验证物质性质的方法。
3.学会对实验中出现的现象进行分析并得出结论的方法。
【素养目标】
1.通过对二氧化碳的密度以及水溶性进行实验设计,培养学生的问题意识以及思维的严密性。
2.通过与石蕊溶液相互混合的各种情况来进行实验探究,让学生亲自参与到知识的形成过程中,从而获得成功的喜悦和对化学学习的持续兴趣。
【教学重点】
二氧化碳的性质。
【教学难点】
1.CO2与水的反应。
2.CO2与澄清石灰水的反应。
一、导入新课
【导入1】
[创设情景](魔术)空集气瓶中倒入一些水,然后迅速盖上玻璃片,倒置,玻璃片不掉落。
[激趣设疑]玻璃片为什么不掉落?老师告诉同学们吧,其实这根本不是空集气瓶,老师事先在集气瓶中装的是二氧化碳。为什么会这么神奇呢?我们今天就来认识一下二氧化碳,通过学习,看看同学们能不能自己将魔术揭秘。
【导入2】
毒谷之谜:在意大利的那不勒斯附近,有个世界闻名的“杀狗洞”,任何一只健壮的狗走进去,过不了多久,就会倒毙在洞中,而人走进去却安然无恙。这是什么原因?是因为二氧化碳不能支持呼吸,而且二氧化碳的密度比空气大。
二、探究新知
探究一、二氧化碳的性质和用途
1.[活动与探究]
(1)点燃两支短蜡烛,分别放在白铁皮架的两个台阶上,把白铁皮架放在烧杯里,将一个集气瓶中的CO2缓慢地沿烧杯内壁倒入烧杯中(注意:集气瓶上的玻璃片不要拿掉,只需露出瓶口的13),观察现象并分析。
现象
下面蜡烛先熄灭,上面蜡烛后熄灭
分析
说明二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧,同时密度比空气的大
(2)向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约13体积的水,立即旋紧瓶塞,振荡,观察现象并分析。
现象
塑料瓶向内凹陷
分析
说明二氧化碳能溶于水,使瓶内气压减小
[探究]你知道汽水、啤酒打开时为何冒气泡吗?放出的气体是什么?
[小结]二氧化碳能溶于水,增大压强,还会溶解得更多。
(3)根据上述观察分析填写下表:
物质
颜色
状态
气味
密度(与空
气比较)
溶解性
是否支
持燃烧
是否
燃烧
CO2
无色
气体
无味
比空气大
能溶
于水
不支持
燃烧
不能
燃烧
2.[活动与探究] 取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的小花。第一朵小花喷上稀醋酸,第二朵小花喷上水,第三朵小花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中,第四朵小花喷上水后,再放入盛满二氧化碳的集气瓶中,观察四朵花的颜色变化。然后将第一朵小花和第四朵小花取出小心加热,观察现象。
第一朵
第二朵
第三朵
第四朵
现象
小花变成红色
小花遇水
不变色
小花遇二氧
化碳不变色
小花变红色
加热后红色
未褪去
加热后红色
褪去
分析
①说明水和二氧化碳接触后发生了化学反应,生成类似醋酸的物质
②说明二氧化碳与水反应生成的物质不稳定,受热易分解
(1)CO2能与H2O反应生成碳酸,碳酸能使紫色的石蕊溶液变成红色。
CO2+H2OH2CO3
碳酸很不稳定,容易分解为二氧化碳和水,受热时分解更快。
H2CO3H2O+CO2↑
[教师]我们已经知道二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊,你知道这是什么原因吗?
(2)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
用于检验CO2。
(3)CO2能与NaOH溶液反应
CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
用于吸收CO2(除杂)。
(4)镁条能在CO2中燃烧
2Mg+CO22MgO+C
[问题]为了使用石灰浆[Ca(OH)2]抹的墙壁快点干燥,为什么常在室内生个炭火盆?为什么开始放炭火盆时,墙壁反而变得潮湿?
[小结]因为木炭燃烧生成二氧化碳,二氧化碳与石灰浆[Ca(OH)2]反应生成碳酸钙沉淀和水,所以墙壁越来越硬,刚开始放炭火盆时,墙壁反而变得潮湿。
3.CO2的用途
(1)二氧化碳能促进植物的光合作用,可作温室里的气体肥料。
(2)能灭火。
(3)因为能溶于水,所以可制汽水等碳酸饮料。
(4)干冰可用于人工降雨,创造云雾缭绕的景象;还可作制冷剂,用于冷藏食物。
(5)是一种很好的化工原料。
【例1】 如图所示,在一个盛有氢氧化钙溶液的容器中有一支燃着的蜡烛,现用一只杯子将蜡烛罩住,猜想一下,会发生的现象是 ( D )
A.蜡烛燃烧不变,液面下降
B.火焰逐渐熄灭,液面下降
C.蜡烛燃烧更旺,液面上升
D.火焰逐渐熄灭,液面上升
解析:蜡烛燃烧消耗氧气,生成二氧化碳和水。当杯中的氧气被耗尽后,蜡烛火焰熄灭,生成的二氧化碳与氢氧化钙溶液反应,使杯中的气体减少,压强减小,液面会上升。
探究二、二氧化碳对生活和环境的负面影响——温室效应
1.全球温度升高,可能导致两极的冰川融化,海平面升高,淹没许多城市。
2.现在温带的农业发达地区,由于气温升高,蒸发加强,气候会变得干旱,土地沙漠化,农业减产。
3.防止温室效应进一步加剧,可采取以下措施:①减少使用煤、石油、天然气等化石燃料,更多地利用太阳能、风能、地热等清洁能源;②促进节能产品和技术的开发和普及,提高能源的生产效率和使用效率;③大力植树造林,严禁乱砍滥伐森林;④人工吸收CO2。
【例2】 二氧化碳气体是主要的温室气体,也是导致全球气候变暖的元凶,世界上的发达国家都在限制CO2等温室气体的排放量,以控制日趋严重的温室效应。请回答下列问题:
(1)绿色植物通过光合作用吸收CO2,放出氧气(或O2)。
(2)为了缓解大气中CO2含量的增加,以下建议可行的是AC(填字母)。
A.开发太阳能、水能、风能、地热能等新型能源
B.禁止使用煤、石油、天然气等化石燃料
C.提倡植树造林,禁止乱砍滥伐
解析:(1)绿色植物通过光合作用,将水、二氧化碳转变成有机物,同时释放氧气。(2)能减少二氧化碳的生成及增大二氧化碳的消耗的建议都是可行的。
1.下列关于二氧化碳的说法错误的是 ( C )
A.二氧化碳可用于制碳酸饮料
B.干冰(固体二氧化碳)可用于人工降雨
C.常温下二氧化碳是一种有刺激性气味的有毒气体
D.大气中二氧化碳的消耗途径主要是植物的光合作用
2.“低碳生活”倡导我们在生活中所耗用的能量、材料要尽量减少,从而降低二氧化碳的排放量。下列做法不符合“低碳生活”理念的是 ( C )
A.教科书循环使用
B.多用电子邮箱、QQ等即时通信工具
C.夏天为了更凉快,把室内空调温度设置到很低
D.提倡乘坐公共交通工具、骑自行车或步行等出行方式
3.我们曾经做过以下一组对比实验,该对比实验得出的结论是 ( B )
①CO2的密度比空气的密度大 ②CO2能够与水发生化学反应 ③CO2不能使干石蕊纸花变色 ④CO2不支持燃烧
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
4.我国在世界上首先用二氧化碳作原料生产出了一种无毒、阻气、透明、全降解塑料——二氧化碳聚合物。下列有关说法错误的是 ( D )
A.生产该聚合物可以减少二氧化碳的排放,减缓温室效应
B.可以充分利用丰富的廉价资源生产全降解塑料
C.该塑料可广泛应用于医药和食品包装、一次性餐具等方面
D.二氧化碳聚合物就是固体二氧化碳
5.如图所示有关二氧化碳的实验中,只能证明二氧化碳物理性质的是 ( D )
A B
C D
第2课时 一氧化碳
【知识目标】
1.说出一氧化碳毒性的原理,知道使用一氧化碳的注意事项。
2.说出一氧化碳的可燃性,知道一氧化碳泄漏后的应急措施。
3.说出一氧化碳的还原性,以及还原氧化铜的装置及操作顺序。
【素养目标】
1.增强学生对有害气体使用的认识,激发学习化学的兴趣,培养大胆、细致、勇于实践的科学精神。
2.让学生体验化学的魅力,从而热爱化学、钻研化学。
【教学重点】
一氧化碳的化学性质。
【教学难点】
一氧化碳的化学性质。
一、导入新课
【导入1】
[引入](电脑展示燃烧的煤炉)煤炭在不同的条件下燃烧可生成两种氧化物——CO、CO2,CO分子比CO2分子少一个O原子。这种分子构成上的差异,会给两种碳的氧化物的性质带来什么差异呢?结合新闻报道,引出令人谈之色变的煤气中毒的罪魁祸首的庐山真面目又是怎样的呢?这节课让我们揭开CO的神秘面纱,研究CO的性质。
【导入2】
冬天用煤炉取暖,门窗紧闭,排烟不良时,常发生煤气中毒事件。煤气中毒时病人最初感觉为头痛、头昏、恶心、呕吐、软弱无力,当他意识到中毒时,常挣扎下床开门、开窗,但一般仅有少数人能打开门,大部分病人迅速发生昏迷,两颊、前胸皮肤及口唇呈樱桃红色,如救治不及时,可很快因呼吸抑制而死亡。煤气中毒就是一氧化碳中毒。
二、探究新知
探究、一氧化碳的性质及用途
(一)一氧化碳的物理性质
无色、无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(二)一氧化碳的化学性质
1.一氧化碳有剧毒
CO中毒的原理:一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合,从而使血红蛋白不能很好地与氧气结合,造成生物体内缺氧,所以会出现上述现象,严重时会危及生命。
[讨论](1)在什么条件下容易发生煤气中毒?
(煤气泄漏,室内通风不良,或生煤炉火的房间不装烟囱等)
(2)有人用煤火取暖,又担心煤气中毒,临睡前在煤炉上和地上放两大盆冷水,这样做能预防煤气中毒吗?(水不能预防煤气中毒,因为CO难溶于水)
(3)煤气厂为什么常在家用煤气(含有一氧化碳)中掺入微量具有难闻气味的气体?如发生煤气泄漏应当怎么办?(便于煤气泄漏易被察觉;关闭煤气阀门,然后开窗通风)
2.一氧化碳具有可燃性,燃烧时放出大量的热,火焰呈蓝色。
2CO+O22CO2
[介绍]煤炉里煤层上方的蓝色火焰,就是一氧化碳在燃烧。
3.还原性
[演示实验]
在玻璃管中放入氧化铜,通入一氧化碳赶走玻璃管内的空气后,加热,观察现象并与木炭还原氧化铜的实验作对比。
现象:玻璃管中的黑色粉末变成红色,澄清石灰水变浑浊。
分析:说明一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。
CO+CuOCu+CO2
注意:一氧化碳有毒,用酒精灯点燃尾气是防止未与氧化铜充分反应的一氧化碳扩散到空气中,污染环境。
[问题]该反应是否是还原反应?若是还原反应,哪种物质具有还原性?
[小结]是还原反应,一氧化碳具有还原性。
(三)一氧化碳的用途
1.作燃料。
2.冶炼金属。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
[小结]本节课主要学习了一氧化碳的三大性质:可燃性、毒性、还原性。另外锻炼了大家观察、分析问题的能力。
【例题】 下列叙述中,不符合如图实验设计意图的是 ( B )
A.说明一氧化碳具有还原性
B.说明生成物二氧化碳的密度比空气大
C.说明一氧化碳和氧化铜的反应需要加热
D.可防止有毒的一氧化碳气体对空气的污染
解析:本实验验证了一氧化碳能还原金属氧化物,具有还原性。为防止尾气中含有的CO对环境产生影响,采用点燃的方法除去,所以A、C、D三项通过本装置都能体现出来;CO2的密度比空气大在本实验中未得到验证。
一氧化碳物理性质:无色、无味的气体化学性质可燃性还原性毒性
1.下列物质中,不能用来鉴别CO和CO2的是 ( B )
A.澄清的石灰水 B.蒸馏水
C.灼热的氧化铜 D.紫色的石蕊溶液
2.下列属于一氧化碳和二氧化碳共同点的是 ( A )
A.物理性质:无色无味 B.化学性质:有可燃性
C.用途:人工降雨 D.来源:煅烧石灰石
3.对比是学习化学的重要方法。下列关于CO2与CO的比较中错误的是 ( C )
A.CO2可用于灭火,CO可用作燃料
B.CO2能溶于水,CO难溶于水
C.CO2可用于光合作用,CO可用于人工降雨
D.CO2会造成温室效应,CO易与血液中的血红蛋白结合引起中毒
4.下列有关一氧化碳的说法正确的是 ( D )
A.一氧化碳是有刺激性气味的毒气
B.在炉子上放盆水,可以避免一氧化碳中毒
C.一氧化碳和二氧化碳都是由碳和氧两种元素组成的,所以它们的化学性质相似
D.一氧化碳既有可燃性,又有还原性
5.“归纳比较”是化学学习的重要方法。下列关于CO和CO2的不同点比较错误的是 ( B )
A.构成:一个二氧化碳分子比一个一氧化碳分子多一个氧原子
B.组成:二氧化碳比一氧化碳在组成上多一个氧元素
C.用途:二氧化碳可用于灭火等,一氧化碳可用作生活燃料
D.危害:二氧化碳会造成“温室效应”,一氧化碳会引起中毒
实验活动2 二氧化碳的实验室制取与性质
【知识目标】
1.练习实验室里制取二氧化碳和用向上排空气法收集气体,培养学生的动手能力。
2.加深对二氧化碳性质的认识。
【素养目标】
1.通过探究活动,培养学生求实、创新、严谨、合作的科学品质,集体协作的团队精神。
2.继续提高学生学习化学的好奇心和探究的欲望,激发和发展学生学习化学的兴趣。
【教学重点】
二氧化碳的制取及二氧化碳的性质。
【教学难点】
二氧化碳制取时的注意事项。
一、导入新课
【导入】
前面几节课中我们学习了二氧化碳的制取与二氧化碳的性质,请同学们回忆一下,实验室制取二氧化碳的实验用品是什么,实验原理是什么?教师请同学回答并板演。
二、探究新知
1.制取二氧化碳
(1)实验原理:CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。
(2)实验装置:如图1所示(或课题2中设计的装置,如图2所示)。
①发生装置:由于该反应是用块状的大理石(或石灰石)与稀盐酸反应,且不需要加热,其发生装置应选用“固+液不加热型”。
②收集装置:CO2能溶于水,且能与水反应生成碳酸,故不能用排水法收集。因为CO2的密度比空气的密度大,故可用向上排空气法收集。
(3)实验步骤(简记为“查、装、液、塞、收”)
①连接仪器,检查装置气密性。
a.常用方法:如图3所示,组装好仪器后,先把导气管的一端浸入水里,然后用手紧贴容器外壁,如果导气管口有气泡冒出,松开手后,导气管口浸水的一端形成一段高于水面的水柱,则表明装置气密性良好。夏季气温较高时,可用酒精灯对容器微热。
b.特殊方法:如图4所示,从长颈漏斗中加水,直至将长颈漏斗的下端封闭,然后可以按常规方法检查;或将导气管外端胶皮管用弹簧夹夹住,然后向长颈漏斗中加水到一定程度后,如果长颈漏斗中液面下降,则说明气密性不好;如果长颈漏斗中液面不下降,则说明气密性良好。
②装入块状大理石(或石灰石)。
③再加入稀盐酸。
④用带有导管的橡胶塞塞紧试管,导气管的另一端伸入集气瓶底部。
⑤用向上排空气法收集气体。
2.二氧化碳的性质
(1)把一支短蜡烛固定在烧杯内,点燃。拿起收集满二氧化碳的集气瓶,向烧杯内缓慢倾倒二氧化碳,如图所示,观察到燃着的蜡烛熄灭。
(2)向两支试管中分别加入2 mL蒸馏水,然后各滴入1~2滴石蕊溶液,观察到试管中的溶液为紫色。将其中一支试管静置,向另一支试管中通入二氧化碳,观察现象,并与静置的试管中溶液的颜色进行对比,发现溶液逐渐变成红色。将通入二氧化碳的试管放在酒精灯火焰上加热,观察到溶液又由红色逐渐变成紫色。
(3)另取一支试管,向其中注入少量澄清石灰水,然后通入二氧化碳,观察到澄清石灰水变浑浊。
(4)还可利用如图所示装置,向烧杯内倾倒二氧化碳气体,来验证二氧化碳的密度大于空气。
【例题】 如图是实验室制取并验证某种气体化学性质的有关装置,据此回答下列问题:
(1)仪器①的名称是分液漏斗。
(2)组装好装置A后,必须首先检查装置的气密性。
(3)若A与C连接,C中澄清的石灰水变浑浊,则实验室制取该气体的化学方程式是CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,用向上排空气法收集该气体。
(4)若A与B连接,则B中紫色石蕊试液变红色。
解析:(1)仪器①的名称是分液漏斗。(2)在装药品前,应该检查装置的气密性,这是实验成功的保证。(3)若A与C连接,C中澄清的石灰水变浑浊,说明有二氧化碳生成,在实验室中,通常用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应来制取二氧化碳,大理石(或石灰石)的主要成分是碳酸钙,碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,反应的化学方程式是CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,二氧化碳的密度比空气大,能溶于水,可用向上排空气法来收集。(4)二氧化碳与水反应生成碳酸,碳酸呈酸性,能使紫色的石蕊试液变红色。若A与B连接,则B中紫色石蕊试液变红色。
1.下面是某同学在制取二氧化碳时,选用的实验装置或操作方法,正确的是 ( D )
2.下列关于CO2的实验室制法及性质实验的说法不正确的是 ( A )
3.根据下列装置进行实验,请你参与并回答:
(1)仪器①的名称是试管。
(2)写出实验室用装置A制氧气的化学方程式:2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑;收集氧气的装置可选D(或E)(填字母序号),理由是氧气的密度比空气大(或氧气不易溶于水,也不与水反应)。
(3)实验室制取二氧化碳,可选用的发生装置是B(填字母序号);若用装置C收集二氧化碳气体,气体由a(填“a”或“b”)端进入;检验二氧化碳是否集满的方法是把燃着的木条放到b口处,若木条熄灭,说明已经收集满了。
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
【知识目标】
1.知道金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质;知道金刚石和石墨的主要物理性质和用途。
2.知道木炭、活性炭的吸附性及其应用。
3.了解碳单质在常温下化学性质稳定,在高温(或点燃)的条件下能跟一些物质反应,会书写有关反应的化学方程式。
【素养目标】
1.通过碳单质的学习,引导学生以发展的观点看待碳的单质,培养学生的辩证唯物主义观点和关注社会的责任感。
2.通过对碳的几种单质的结构、性质和用途的学习,建构:“结构—性质—用途”三者之间的思维关系模型。
【教学重点】
碳单质的化学性质。
【教学难点】
碳跟某些氧化物的反应。
一、导入新课
【导入1】
张开你的嘴并说“啊……”,咦!你的牙齿上有个小洞。现在你需要请牙医补牙了。牙医在补牙之前,先要用钻孔器将龋齿上的损坏部分清理掉。为什么牙医用的钻孔器那么坚硬和锋利,可以方便地在牙齿上打洞?答案还应从碳元素开始寻找。这种钻孔器的钻头是用金刚石制成的。金刚石是单质碳的一种形式,是天然存在的最硬的物质。正因为有了金刚石钻头,所以钻孔器才变得如此锋利。石墨是单质碳的另一种形式,是天然存在的最软的矿物质之一。
为什么金刚石和石墨差别这么大呢?现在我们就来学习一下吧!
【导入2】
[提问]同学们认为最昂贵的物质是什么?
[展示]金刚石“库利南”图片。
[讲解]钻石也叫金刚石,观看最大的金刚石“库利南”以及南非最大的金刚石“南非之星”。说一说它的主要成分是什么。
[过渡]金刚石坚硬耐磨、美丽动人,他有个“孪生兄弟”叫石墨。相比起金刚石的坚硬耐磨,石墨的质地却很软,又是一副黑黑的模样。既然金刚石和石墨的性质有如此大的差异,为什么把它俩称为“孪生兄弟”,其原因在哪里呢?
二、探究新知
探究一、碳的单质
(一)金刚石
1.物理性质:无色透明,正八面体形状的固体,硬度大,熔点高,不导电(自然界最硬的物质)。
2.用途:作钻头、钻石等。
(二)石墨
1.物理性质:深灰色、有金属光泽、不透明、细鳞片状固体、很软、电的良导体、熔点高、有滑腻感。
2.用途:作铅笔芯、电极材料等。
[介绍]由于石墨很软,所以常用石墨作铅笔芯,但由于太软,既易断又易磨损,因此生产上常在石墨粉末中掺进一些黏土粉以增加硬度。最软的铅笔是6B,最硬的铅笔是6H,HB铅笔则软硬适中。
[演示实验]把一根6B的铅笔芯和导线连接在一起,接上电池和灯泡,接通电源后,观察灯泡是否发亮。
[学生讨论回答]石墨有良好的导电性。
[展示]干电池中的石墨电极。
(三)木炭、活性炭
1.组成:由石墨微小晶体和少量杂质构成的混合物。
2.特点:疏松多孔,表面积大,具有较强的吸附性。
[设问]利用这一性质,活性炭会有什么用途?
[学生发言]
1.防毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的。
2.冰箱的除味剂。
3.制糖工业的脱色剂。
[活动探究]在盛有半瓶水的小锥形瓶里,加入一滴红墨水,使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡,观察现象。
[交流]我们可以看到淡红色的水颜色褪去。
(四)C60
一个C60分子是由60个碳原子构成的,分子形似足球,又名足球烯。
[讨论]结合金刚石、石墨和木炭的性质和用途,讨论物质的性质和用途之间有什么关系。
[小结]
1.结构性质用途。
2.不同元素可以组成不同的物质,同一种元素也可以组成不同的物质。
3.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质,但它们的物理性质各不相同,是因为碳原子的排列方式不同。
【例1】 (1)金刚石可作玻璃刀,因为金刚石的硬度极大,是天然存在的最硬的物质。
(2)石墨可作电池里的电极,因为石墨具有良好的导电性。
(3)活性炭可用于防毒面具的滤毒罐里,因为活性炭有吸附性,可吸附毒气。
(4)木炭能脱色,因为木炭具有疏松多孔的结构,具有吸附性,可吸附色素,使一些有色物质脱色。
(5)石墨可作铅笔芯,因为石墨质软,且呈灰黑色,在纸上划过可留下痕迹。
解析:考查碳单质的物理性质和用途。物质的特殊结构决定了它具有特殊的性质,具有什么样的性质决定了它有什么用途。这一规律在化学学习中很有指导作用。
探究二、碳的化学性质
[投影]资料:我国古代一些书法家、画家用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色。
1.常温下,碳的化学性质不活泼。
2.高温下,碳能跟多种物质反应。
(1)可燃性:C+O2CO2(充分燃烧)
2C+O22CO(不充分燃烧)
(2)跟某些氧化物反应
3.[活动与探究] 2CuO+C2Cu+CO2↑。
①现象:澄清石灰水变浑浊,试管中黑色粉末变红。
②酒精灯加网罩的作用:集中火焰,提高温度。
③实验完毕,先撤出导管,后熄灭酒精灯。(防倒吸)
4.[分析]从分子组成上看CuO转变为Cu,发生了什么变化?是谁导致了这种变化?
(1)[讨论回答]CuO转变为Cu失去了氧,是碳夺走了CuO中的氧。
(2)还原反应:含氧化合物里的氧被夺去的反应氧化反应:物质得到氧的反应
(3)还原性:能夺走含氧化合物里的氧的物质具有还原性。
(4)[练习]焦炭在工业上可用来炼铁:2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑。
反应中得到氧的物质→被氧化→发生氧化反应→作还原剂→具有还原性反应中失去氧的物质→被还原→发生还原反应→作氧化剂→具有氧化性
【例2】 根据木炭还原氧化铜实验(如图)填空:
用木炭还原氧化铜
(1)反应开始后,盛澄清石灰水的试管中观察到的现象是澄清石灰水变浑浊,说明反应中有CO2(填化学式)生成,被加热的试管中发生反应的化学方程式是C+2CuO2Cu+CO2↑。
(2)反应完成后,把被加热的试管里的粉末倒在纸上可以看到有红色的铜,这是由于氧化铜发生了还原反应。
(3)图中的酒精灯上加一金属网罩的作用是使酒精灯的火焰集中,以提高温度。
(4)实验结束时,应先将导管从石灰水中撤出,再熄灭酒精灯,防止石灰水倒流使试管炸裂。
解析:木炭还原氧化铜的明显现象是黑色粉末变成亮红色,产生能使澄清的石灰水变浑浊的气体,所以澄清石灰水是检验二氧化碳的一种试剂,也是此类型题目中的提示点;酒精灯加网罩,目的是使火焰集中,提高温度,该实验要求温度较高,如果有条件最好用酒精喷灯;实验结束后试管里的温度较高,若不先撤出导管,石灰水会倒流,使试管炸裂。
1.下列关于金刚石与石墨的说法中正确的是 ( D )
A.都能导电 B.都是黑色固体
C.硬度都很小 D.都由碳元素组成
2.下列物质的用途主要由其化学性质决定的是 ( B )
A.用金刚石作玻璃刀的刀头
B.用碳酸氢钠治疗胃酸过多症
C.用石墨制铅笔芯写字
D.用钨作灯泡里的灯丝
3.防毒面具中用来除去有毒气体的物质是 ( C )
A.焦炭 B.炭黑 C.活性炭 D.石墨
4.石墨烯是由碳元素组成的,通常状况下,石墨烯呈固态,具有超强导电、导热的性能。下列关于石墨烯的认识错误的是 ( B )
A.可作导热材料 B.是一种化合物
C.可作电池的电极 D.完全燃烧生成二氧化碳
课题2 二氧化碳制取的研究
【知识目标】
1.了解实验室中制取CO2的方法和设计思路。
2.能用化学方程式表示出实验室制取二氧化碳的反应原理。
3.通过二氧化碳的实验室制法的研讨,提高学生分析问题和解决实际问题的能力。
【素养目标】
1.能合理使用课堂资料设计和改进实验方案,并设计装置进行制取和收集。
2.通过实验问题的讨论,培养学生求实创新、合作的科学品质,通过教师与学生、学生与学生之间的合作学习、研究性学习体验探究成功的乐趣,激发学生的求知欲,形成持续不断的学习化学的兴趣。
【教学重点】
实验室中制取CO2的反应原理、实验装置和验证方法。
【教学难点】
从实验室中制取氧气的设计思路和方法出发,学习二氧化碳的实验室制法。
一、导入新课
【导入1】
[演示]“海中升明月”。
[讲述]缓缓升起的“明月”是一枚鹌鹑蛋,向水中加入的是稀盐酸。同学们知道蛋的表面产生的大量气泡是什么气体吗?是二氧化碳,二氧化碳是一种应用非常广泛的气体,在我们的生活中也常会见到二氧化碳,如打开碳酸饮料瓶,有大量气泡冒出,气泡就是二氧化碳气体;我们实验室配有二氧化碳灭火器。这节课就来研究如何在实验室中制取这种有用而神奇的气体。
【导入2】
课前,教师准备了一只空饮料瓶,向其中倒入半瓶热水后倒掉,然后迅速拧紧瓶盖,将其浸入冷水中,瓶子马上变瘪了。然后教师又拿出一只事先收集满二氧化碳的饮料瓶,对同学们说:“刚才我用热水做的这个实验,现在改用冷水,看看能否成功。”当教师向瓶中注入约13体积的水后,立即拧紧瓶盖,用力振荡,发现瓶子也慢慢变瘪了。这时学生们有点迷惑了,教师趁机鼓动:“大家想不想亲手做一下,在每组仪器用品中,都有一只塑料瓶,大家试验一下吧!”
二、探究新知
探究一、实验室制取CO2的反应原理、装置
1.实验室制取CO2的反应原理
CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
2.实验室制取CO2的装置
实验室里制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分(如图)。
气体发生装置反应物的状态固体和固体反应固体和液体反应液体和液体反应……反应条件(是否需要加热、加催化剂等)
气体收集装置排空气法密度比空气大——向上排空气法密度比空气小——向下排空气法排水法(不易溶于水且不与水发生反应)
3.二氧化碳和氧气、氢气制取实验及相关性质的比较
制取原理
(写化学方程式)
反应物
的状态
反应
条件
气体的密
度比空气
的大或小
是否溶于
水、是否
与水反应
二氧
化碳
CaCO3+2HCl
CaCl2+CO2↑+H2O
固体和
液体
常温
大
溶于水且
与水反应
氧气
2KMnO4K2MnO4
+MnO2+O2↑
固体
加热
大
不易溶于
水且不与
水反应
2H2O22H2O
+O2↑
固体和
液体
常温
2KClO32KCl
+3O2↑
固体和
固体
加热
氢气
Zn+2HClZnCl2
+H2↑
固体和
液体
常温
小
难溶于水
且不与水
反应
[讨论]如何判断气体密度的大小?
用以下仪器组装制取二氧化碳的装置:
【例1】 在实验室里制取二氧化碳气体,可选择的药品是 ( D )
A.碳酸钠粉末与浓盐酸 B.块状石灰石与稀硫酸
C.石灰石 D.块状大理石和稀盐酸
解析:碳酸钠粉末与浓盐酸反应过快,且浓盐酸易挥发,碳酸钠价格贵,故A错误;不能用稀硫酸与石灰石反应制二氧化碳,因为反应生成的硫酸钙会阻止反应继续进行,故B错误;高温分解石灰石是二氧化碳的工业制法,故C错误;大理石和稀盐酸的反应速率适中,易于操作和收集,是合适的药品,故D正确。
探究二、制取CO2的步骤
1.检查装置的气密性;
2.加入药品;
3.制取并收集气体。
[思考](1)如何验证所制出的气体是CO2?
(2)如何验证集气瓶中CO2已收集满?
[补充]验证CO2气体的方法。
(1)检验方法:将导管通入澄清石灰水,若石灰水变浑浊,证明生成的气体是CO2。
(2)验满方法:将燃着的木条放在集气瓶口,若木条熄灭,则说明CO2已收集满。
[探究] (1)能否用浓盐酸代替稀盐酸?
(2)能否用稀硫酸代替稀盐酸?
(3)能否用Na2CO3代替CaCO3?
(4)收集满CO2的集气瓶正放还是倒放在桌面?
[思考]实验室制取气体的思路是什么?
[总结](1)选择反应原理;(2)选择合适的实验装置;(3)确定验证气体的方法。
【例2】 如图所示是制取并收集二氧化碳的装置。
(1)当发生装置连接好后,接着进行的实验步骤是检查装置的气密性。
(2)实验时应怎样加试剂?先向锥形瓶中加入大理石或石灰石,再从长颈漏斗加入稀盐酸。
(3)收集气体时,导管为什么要伸入集气瓶底部?便于排尽集气瓶内的空气,收集到纯的CO2。
(4)长颈漏斗的下端要伸到液面以下,原因是防止产生的CO2从长颈漏斗逸出。
解析:制取气体以前,先检查装置是否漏气,装药品时先加固体,再加液体;为了防止产生的CO2从长颈漏斗逸出,长颈漏斗下端必须插到液面以下。用排空气法收集气体时,导管伸到集气瓶底部便于将瓶中空气排尽。
1.铅蓄电池中含有硫酸,如果不慎将硫酸漏到大理石地面上,会发出“嘶嘶”声,并有气体产生。这种气体是 ( D )
A.二氧化硫 B.氧气
C.氢气 D.二氧化碳
2.检验集气瓶里收集的是不是二氧化碳的方法最好的是( A )
A.加入澄清石灰水,观察是否变浑浊
B.将燃着的木条插入集气瓶中,观察是否立即熄灭
C.加入紫色石蕊溶液,观察是否变红色
D.将燃着的木条放在集气瓶口,观察是否立即熄灭
3.实验操作考试中,小红同学抽到“实验室制取二氧化碳”,以下是她的部分实验操作,其中有错误的一项是 ( D )
4.实验室用下列各组物质制取气体中,不正确的是 ( D )
A.用氯酸钾和二氧化锰混合加热制取O2
B.用石灰石和稀盐酸制取CO2
C.用过氧化氢和二氧化锰混合制取O2
D.用大理石和稀硫酸制取CO2
5.如图是实验室制取与收集气体的装置图,据此回答有关问题。
(1)仪器①的名称是试管。
(2)实验室用石灰石与稀盐酸制取二氧化碳气体,应选用的发生装置和收集装置的组合是AC(填序号),反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑;该组合装置还可以用来制取氧气,其化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。
(3)实验室利用F装置收集氢气时,气体应从b端(填“a”或“b”)通入。
课题3 二氧化碳和一氧化碳
第1课时 二氧化碳
【知识目标】
1.认识二氧化碳,掌握其重要的化学性质,了解其物理性质和主要用途。
2.懂得设计实验来验证物质性质的方法。
3.学会对实验中出现的现象进行分析并得出结论的方法。
【素养目标】
1.通过对二氧化碳的密度以及水溶性进行实验设计,培养学生的问题意识以及思维的严密性。
2.通过与石蕊溶液相互混合的各种情况来进行实验探究,让学生亲自参与到知识的形成过程中,从而获得成功的喜悦和对化学学习的持续兴趣。
【教学重点】
二氧化碳的性质。
【教学难点】
1.CO2与水的反应。
2.CO2与澄清石灰水的反应。
一、导入新课
【导入1】
[创设情景](魔术)空集气瓶中倒入一些水,然后迅速盖上玻璃片,倒置,玻璃片不掉落。
[激趣设疑]玻璃片为什么不掉落?老师告诉同学们吧,其实这根本不是空集气瓶,老师事先在集气瓶中装的是二氧化碳。为什么会这么神奇呢?我们今天就来认识一下二氧化碳,通过学习,看看同学们能不能自己将魔术揭秘。
【导入2】
毒谷之谜:在意大利的那不勒斯附近,有个世界闻名的“杀狗洞”,任何一只健壮的狗走进去,过不了多久,就会倒毙在洞中,而人走进去却安然无恙。这是什么原因?是因为二氧化碳不能支持呼吸,而且二氧化碳的密度比空气大。
二、探究新知
探究一、二氧化碳的性质和用途
1.[活动与探究]
(1)点燃两支短蜡烛,分别放在白铁皮架的两个台阶上,把白铁皮架放在烧杯里,将一个集气瓶中的CO2缓慢地沿烧杯内壁倒入烧杯中(注意:集气瓶上的玻璃片不要拿掉,只需露出瓶口的13),观察现象并分析。
现象
下面蜡烛先熄灭,上面蜡烛后熄灭
分析
说明二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧,同时密度比空气的大
(2)向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约13体积的水,立即旋紧瓶塞,振荡,观察现象并分析。
现象
塑料瓶向内凹陷
分析
说明二氧化碳能溶于水,使瓶内气压减小
[探究]你知道汽水、啤酒打开时为何冒气泡吗?放出的气体是什么?
[小结]二氧化碳能溶于水,增大压强,还会溶解得更多。
(3)根据上述观察分析填写下表:
物质
颜色
状态
气味
密度(与空
气比较)
溶解性
是否支
持燃烧
是否
燃烧
CO2
无色
气体
无味
比空气大
能溶
于水
不支持
燃烧
不能
燃烧
2.[活动与探究] 取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的小花。第一朵小花喷上稀醋酸,第二朵小花喷上水,第三朵小花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中,第四朵小花喷上水后,再放入盛满二氧化碳的集气瓶中,观察四朵花的颜色变化。然后将第一朵小花和第四朵小花取出小心加热,观察现象。
第一朵
第二朵
第三朵
第四朵
现象
小花变成红色
小花遇水
不变色
小花遇二氧
化碳不变色
小花变红色
加热后红色
未褪去
加热后红色
褪去
分析
①说明水和二氧化碳接触后发生了化学反应,生成类似醋酸的物质
②说明二氧化碳与水反应生成的物质不稳定,受热易分解
(1)CO2能与H2O反应生成碳酸,碳酸能使紫色的石蕊溶液变成红色。
CO2+H2OH2CO3
碳酸很不稳定,容易分解为二氧化碳和水,受热时分解更快。
H2CO3H2O+CO2↑
[教师]我们已经知道二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊,你知道这是什么原因吗?
(2)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
用于检验CO2。
(3)CO2能与NaOH溶液反应
CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
用于吸收CO2(除杂)。
(4)镁条能在CO2中燃烧
2Mg+CO22MgO+C
[问题]为了使用石灰浆[Ca(OH)2]抹的墙壁快点干燥,为什么常在室内生个炭火盆?为什么开始放炭火盆时,墙壁反而变得潮湿?
[小结]因为木炭燃烧生成二氧化碳,二氧化碳与石灰浆[Ca(OH)2]反应生成碳酸钙沉淀和水,所以墙壁越来越硬,刚开始放炭火盆时,墙壁反而变得潮湿。
3.CO2的用途
(1)二氧化碳能促进植物的光合作用,可作温室里的气体肥料。
(2)能灭火。
(3)因为能溶于水,所以可制汽水等碳酸饮料。
(4)干冰可用于人工降雨,创造云雾缭绕的景象;还可作制冷剂,用于冷藏食物。
(5)是一种很好的化工原料。
【例1】 如图所示,在一个盛有氢氧化钙溶液的容器中有一支燃着的蜡烛,现用一只杯子将蜡烛罩住,猜想一下,会发生的现象是 ( D )
A.蜡烛燃烧不变,液面下降
B.火焰逐渐熄灭,液面下降
C.蜡烛燃烧更旺,液面上升
D.火焰逐渐熄灭,液面上升
解析:蜡烛燃烧消耗氧气,生成二氧化碳和水。当杯中的氧气被耗尽后,蜡烛火焰熄灭,生成的二氧化碳与氢氧化钙溶液反应,使杯中的气体减少,压强减小,液面会上升。
探究二、二氧化碳对生活和环境的负面影响——温室效应
1.全球温度升高,可能导致两极的冰川融化,海平面升高,淹没许多城市。
2.现在温带的农业发达地区,由于气温升高,蒸发加强,气候会变得干旱,土地沙漠化,农业减产。
3.防止温室效应进一步加剧,可采取以下措施:①减少使用煤、石油、天然气等化石燃料,更多地利用太阳能、风能、地热等清洁能源;②促进节能产品和技术的开发和普及,提高能源的生产效率和使用效率;③大力植树造林,严禁乱砍滥伐森林;④人工吸收CO2。
【例2】 二氧化碳气体是主要的温室气体,也是导致全球气候变暖的元凶,世界上的发达国家都在限制CO2等温室气体的排放量,以控制日趋严重的温室效应。请回答下列问题:
(1)绿色植物通过光合作用吸收CO2,放出氧气(或O2)。
(2)为了缓解大气中CO2含量的增加,以下建议可行的是AC(填字母)。
A.开发太阳能、水能、风能、地热能等新型能源
B.禁止使用煤、石油、天然气等化石燃料
C.提倡植树造林,禁止乱砍滥伐
解析:(1)绿色植物通过光合作用,将水、二氧化碳转变成有机物,同时释放氧气。(2)能减少二氧化碳的生成及增大二氧化碳的消耗的建议都是可行的。
1.下列关于二氧化碳的说法错误的是 ( C )
A.二氧化碳可用于制碳酸饮料
B.干冰(固体二氧化碳)可用于人工降雨
C.常温下二氧化碳是一种有刺激性气味的有毒气体
D.大气中二氧化碳的消耗途径主要是植物的光合作用
2.“低碳生活”倡导我们在生活中所耗用的能量、材料要尽量减少,从而降低二氧化碳的排放量。下列做法不符合“低碳生活”理念的是 ( C )
A.教科书循环使用
B.多用电子邮箱、QQ等即时通信工具
C.夏天为了更凉快,把室内空调温度设置到很低
D.提倡乘坐公共交通工具、骑自行车或步行等出行方式
3.我们曾经做过以下一组对比实验,该对比实验得出的结论是 ( B )
①CO2的密度比空气的密度大 ②CO2能够与水发生化学反应 ③CO2不能使干石蕊纸花变色 ④CO2不支持燃烧
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
4.我国在世界上首先用二氧化碳作原料生产出了一种无毒、阻气、透明、全降解塑料——二氧化碳聚合物。下列有关说法错误的是 ( D )
A.生产该聚合物可以减少二氧化碳的排放,减缓温室效应
B.可以充分利用丰富的廉价资源生产全降解塑料
C.该塑料可广泛应用于医药和食品包装、一次性餐具等方面
D.二氧化碳聚合物就是固体二氧化碳
5.如图所示有关二氧化碳的实验中,只能证明二氧化碳物理性质的是 ( D )
A B
C D
第2课时 一氧化碳
【知识目标】
1.说出一氧化碳毒性的原理,知道使用一氧化碳的注意事项。
2.说出一氧化碳的可燃性,知道一氧化碳泄漏后的应急措施。
3.说出一氧化碳的还原性,以及还原氧化铜的装置及操作顺序。
【素养目标】
1.增强学生对有害气体使用的认识,激发学习化学的兴趣,培养大胆、细致、勇于实践的科学精神。
2.让学生体验化学的魅力,从而热爱化学、钻研化学。
【教学重点】
一氧化碳的化学性质。
【教学难点】
一氧化碳的化学性质。
一、导入新课
【导入1】
[引入](电脑展示燃烧的煤炉)煤炭在不同的条件下燃烧可生成两种氧化物——CO、CO2,CO分子比CO2分子少一个O原子。这种分子构成上的差异,会给两种碳的氧化物的性质带来什么差异呢?结合新闻报道,引出令人谈之色变的煤气中毒的罪魁祸首的庐山真面目又是怎样的呢?这节课让我们揭开CO的神秘面纱,研究CO的性质。
【导入2】
冬天用煤炉取暖,门窗紧闭,排烟不良时,常发生煤气中毒事件。煤气中毒时病人最初感觉为头痛、头昏、恶心、呕吐、软弱无力,当他意识到中毒时,常挣扎下床开门、开窗,但一般仅有少数人能打开门,大部分病人迅速发生昏迷,两颊、前胸皮肤及口唇呈樱桃红色,如救治不及时,可很快因呼吸抑制而死亡。煤气中毒就是一氧化碳中毒。
二、探究新知
探究、一氧化碳的性质及用途
(一)一氧化碳的物理性质
无色、无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(二)一氧化碳的化学性质
1.一氧化碳有剧毒
CO中毒的原理:一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合,从而使血红蛋白不能很好地与氧气结合,造成生物体内缺氧,所以会出现上述现象,严重时会危及生命。
[讨论](1)在什么条件下容易发生煤气中毒?
(煤气泄漏,室内通风不良,或生煤炉火的房间不装烟囱等)
(2)有人用煤火取暖,又担心煤气中毒,临睡前在煤炉上和地上放两大盆冷水,这样做能预防煤气中毒吗?(水不能预防煤气中毒,因为CO难溶于水)
(3)煤气厂为什么常在家用煤气(含有一氧化碳)中掺入微量具有难闻气味的气体?如发生煤气泄漏应当怎么办?(便于煤气泄漏易被察觉;关闭煤气阀门,然后开窗通风)
2.一氧化碳具有可燃性,燃烧时放出大量的热,火焰呈蓝色。
2CO+O22CO2
[介绍]煤炉里煤层上方的蓝色火焰,就是一氧化碳在燃烧。
3.还原性
[演示实验]
在玻璃管中放入氧化铜,通入一氧化碳赶走玻璃管内的空气后,加热,观察现象并与木炭还原氧化铜的实验作对比。
现象:玻璃管中的黑色粉末变成红色,澄清石灰水变浑浊。
分析:说明一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。
CO+CuOCu+CO2
注意:一氧化碳有毒,用酒精灯点燃尾气是防止未与氧化铜充分反应的一氧化碳扩散到空气中,污染环境。
[问题]该反应是否是还原反应?若是还原反应,哪种物质具有还原性?
[小结]是还原反应,一氧化碳具有还原性。
(三)一氧化碳的用途
1.作燃料。
2.冶炼金属。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
[小结]本节课主要学习了一氧化碳的三大性质:可燃性、毒性、还原性。另外锻炼了大家观察、分析问题的能力。
【例题】 下列叙述中,不符合如图实验设计意图的是 ( B )
A.说明一氧化碳具有还原性
B.说明生成物二氧化碳的密度比空气大
C.说明一氧化碳和氧化铜的反应需要加热
D.可防止有毒的一氧化碳气体对空气的污染
解析:本实验验证了一氧化碳能还原金属氧化物,具有还原性。为防止尾气中含有的CO对环境产生影响,采用点燃的方法除去,所以A、C、D三项通过本装置都能体现出来;CO2的密度比空气大在本实验中未得到验证。
一氧化碳物理性质:无色、无味的气体化学性质可燃性还原性毒性
1.下列物质中,不能用来鉴别CO和CO2的是 ( B )
A.澄清的石灰水 B.蒸馏水
C.灼热的氧化铜 D.紫色的石蕊溶液
2.下列属于一氧化碳和二氧化碳共同点的是 ( A )
A.物理性质:无色无味 B.化学性质:有可燃性
C.用途:人工降雨 D.来源:煅烧石灰石
3.对比是学习化学的重要方法。下列关于CO2与CO的比较中错误的是 ( C )
A.CO2可用于灭火,CO可用作燃料
B.CO2能溶于水,CO难溶于水
C.CO2可用于光合作用,CO可用于人工降雨
D.CO2会造成温室效应,CO易与血液中的血红蛋白结合引起中毒
4.下列有关一氧化碳的说法正确的是 ( D )
A.一氧化碳是有刺激性气味的毒气
B.在炉子上放盆水,可以避免一氧化碳中毒
C.一氧化碳和二氧化碳都是由碳和氧两种元素组成的,所以它们的化学性质相似
D.一氧化碳既有可燃性,又有还原性
5.“归纳比较”是化学学习的重要方法。下列关于CO和CO2的不同点比较错误的是 ( B )
A.构成:一个二氧化碳分子比一个一氧化碳分子多一个氧原子
B.组成:二氧化碳比一氧化碳在组成上多一个氧元素
C.用途:二氧化碳可用于灭火等,一氧化碳可用作生活燃料
D.危害:二氧化碳会造成“温室效应”,一氧化碳会引起中毒
实验活动2 二氧化碳的实验室制取与性质
【知识目标】
1.练习实验室里制取二氧化碳和用向上排空气法收集气体,培养学生的动手能力。
2.加深对二氧化碳性质的认识。
【素养目标】
1.通过探究活动,培养学生求实、创新、严谨、合作的科学品质,集体协作的团队精神。
2.继续提高学生学习化学的好奇心和探究的欲望,激发和发展学生学习化学的兴趣。
【教学重点】
二氧化碳的制取及二氧化碳的性质。
【教学难点】
二氧化碳制取时的注意事项。
一、导入新课
【导入】
前面几节课中我们学习了二氧化碳的制取与二氧化碳的性质,请同学们回忆一下,实验室制取二氧化碳的实验用品是什么,实验原理是什么?教师请同学回答并板演。
二、探究新知
1.制取二氧化碳
(1)实验原理:CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。
(2)实验装置:如图1所示(或课题2中设计的装置,如图2所示)。
①发生装置:由于该反应是用块状的大理石(或石灰石)与稀盐酸反应,且不需要加热,其发生装置应选用“固+液不加热型”。
②收集装置:CO2能溶于水,且能与水反应生成碳酸,故不能用排水法收集。因为CO2的密度比空气的密度大,故可用向上排空气法收集。
(3)实验步骤(简记为“查、装、液、塞、收”)
①连接仪器,检查装置气密性。
a.常用方法:如图3所示,组装好仪器后,先把导气管的一端浸入水里,然后用手紧贴容器外壁,如果导气管口有气泡冒出,松开手后,导气管口浸水的一端形成一段高于水面的水柱,则表明装置气密性良好。夏季气温较高时,可用酒精灯对容器微热。
b.特殊方法:如图4所示,从长颈漏斗中加水,直至将长颈漏斗的下端封闭,然后可以按常规方法检查;或将导气管外端胶皮管用弹簧夹夹住,然后向长颈漏斗中加水到一定程度后,如果长颈漏斗中液面下降,则说明气密性不好;如果长颈漏斗中液面不下降,则说明气密性良好。
②装入块状大理石(或石灰石)。
③再加入稀盐酸。
④用带有导管的橡胶塞塞紧试管,导气管的另一端伸入集气瓶底部。
⑤用向上排空气法收集气体。
2.二氧化碳的性质
(1)把一支短蜡烛固定在烧杯内,点燃。拿起收集满二氧化碳的集气瓶,向烧杯内缓慢倾倒二氧化碳,如图所示,观察到燃着的蜡烛熄灭。
(2)向两支试管中分别加入2 mL蒸馏水,然后各滴入1~2滴石蕊溶液,观察到试管中的溶液为紫色。将其中一支试管静置,向另一支试管中通入二氧化碳,观察现象,并与静置的试管中溶液的颜色进行对比,发现溶液逐渐变成红色。将通入二氧化碳的试管放在酒精灯火焰上加热,观察到溶液又由红色逐渐变成紫色。
(3)另取一支试管,向其中注入少量澄清石灰水,然后通入二氧化碳,观察到澄清石灰水变浑浊。
(4)还可利用如图所示装置,向烧杯内倾倒二氧化碳气体,来验证二氧化碳的密度大于空气。
【例题】 如图是实验室制取并验证某种气体化学性质的有关装置,据此回答下列问题:
(1)仪器①的名称是分液漏斗。
(2)组装好装置A后,必须首先检查装置的气密性。
(3)若A与C连接,C中澄清的石灰水变浑浊,则实验室制取该气体的化学方程式是CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,用向上排空气法收集该气体。
(4)若A与B连接,则B中紫色石蕊试液变红色。
解析:(1)仪器①的名称是分液漏斗。(2)在装药品前,应该检查装置的气密性,这是实验成功的保证。(3)若A与C连接,C中澄清的石灰水变浑浊,说明有二氧化碳生成,在实验室中,通常用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应来制取二氧化碳,大理石(或石灰石)的主要成分是碳酸钙,碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,反应的化学方程式是CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,二氧化碳的密度比空气大,能溶于水,可用向上排空气法来收集。(4)二氧化碳与水反应生成碳酸,碳酸呈酸性,能使紫色的石蕊试液变红色。若A与B连接,则B中紫色石蕊试液变红色。
1.下面是某同学在制取二氧化碳时,选用的实验装置或操作方法,正确的是 ( D )
2.下列关于CO2的实验室制法及性质实验的说法不正确的是 ( A )
3.根据下列装置进行实验,请你参与并回答:
(1)仪器①的名称是试管。
(2)写出实验室用装置A制氧气的化学方程式:2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑;收集氧气的装置可选D(或E)(填字母序号),理由是氧气的密度比空气大(或氧气不易溶于水,也不与水反应)。
(3)实验室制取二氧化碳,可选用的发生装置是B(填字母序号);若用装置C收集二氧化碳气体,气体由a(填“a”或“b”)端进入;检验二氧化碳是否集满的方法是把燃着的木条放到b口处,若木条熄灭,说明已经收集满了。
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