初中化学二氧化碳的实验室制法教案设计

这是一份初中化学二氧化碳的实验室制法教案设计，共11页。教案主要包含了知识目标，核心素养目标，实验室制取气体的一般思路等内容，欢迎下载使用。
一、知识目标
1.了解实验室制取二氧化碳的原理，能写出对应的化学方程式。
2.探究并掌握实验室制取二氧化碳的装置及步骤，学会检查装置气密性、收集和检验二氧化碳的方法。
3.比较实验室制取氧气和二氧化碳的方法，归纳出实验室制取气体的一般思路和方法。
二、核心素养目标
1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识实验室制取二氧化碳的药品、现象和操作；从微观角度理解反应原理，分析不同反应产生不同现象的原因。
2.证据推理与模型认知：通过对不同制取二氧化碳反应的实验现象分析，推理出适宜的实验原理；建立实验室制取气体的一般思路和方法的模型。
3.科学探究与创新意识：依据探究目标设计并实施制取二氧化碳的实验方案，体会合作与交流在科学探究中的重要作用；尝试对实验装置进行创新设计。
4.科学态度与社会责任：认识到化学实验的严谨性和规范性，培养安全意识和环保意识；了解二氧化碳在生活和生产中的应用，体会化学与社会的紧密联系。
一、教学重点
1. 实验室制取二氧化碳的原理、装置及步骤；实验室制取气体的一般思路和方法。
二、教学难点
1. 根据反应原理和气体性质选择合适的实验装置；对不同实验装置特点的分析和应用。
本节教学内容出自沪教版2024年版九年级化学上册第五章第二节《二氧化碳的实验室制法》。二氧化碳作为初中化学的重要物质，其实验室制法是初中化学气体制取的重点内容，具有承上启下的作用。在学习氧气制取的基础上，进一步探究二氧化碳的制取，能加深学生对气体制取原理、装置选择等知识的理解和应用，为后续学习其他气体的制取奠定基础。
教材首先通过工业制取二氧化碳的原理引发学生思考该反应是否适用于实验室制取，进而引导学生探究实验室制取二氧化碳的适宜原理。接着详细介绍了制取二氧化碳的装置及步骤，包括发生装置和收集装置的选择依据，以及实验操作的具体流程。最后归纳总结了实验室制取气体的一般思路，使学生对气体制取有更系统、更深入的认识。这种编排符合学生的认知规律，有助于培养学生的科学探究能力和归纳总结能力。
教学对象是九年级学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，如氧气的制取、常见物质的性质等，对化学实验也有了一定的操作技能和观察分析能力。在思维方面，正从形象思维向抽象思维过渡，开始具备一定的逻辑推理和分析归纳能力，但在综合运用知识解决实际问题的能力上还有待提高。
在学习本节课之前，学生虽然对气体制取有了初步的了解，但对于如何选择合适的药品、装置以及确定实验步骤等还缺乏深入的思考和实践。因此，在教学过程中，要充分利用学生已有的知识和经验，引导他们通过对比、分析、实验探究等方法，自主构建实验室制取二氧化碳的知识体系。同时，要关注学生在实验操作和问题解决过程中可能遇到的困难，及时给予指导和帮助，培养他们的科学探究精神和创新意识。此外，还要注重引导学生将所学知识与生活实际相结合，提高学生学习化学的兴趣和积极性。
教学环节一 新课导入
【播放视频】同学们，老师先给大家播放一段视频。视频中展示的是碳酸饮料的生产过程，大家可以看到在生产过程中会有大量的气泡产生，这些气泡就是二氧化碳气体。在我们的生活中，二氧化碳也有着广泛的应用，比如舞台上的烟雾效果、人工降雨等都离不开二氧化碳。而在工业生产中，二氧化碳也是一种重要的化工原料。
【提出问题】既然二氧化碳在生活和生产中有这么多的用途，那大家想一想，我们如何才能获取二氧化碳呢？在工业上，我们可以通过高温煅烧石灰石来制取二氧化碳，但是这个反应对反应条件要求很高，那么这个方法是否同样适用于实验室制取二氧化碳呢？
【组织讨论】除了工业制取二氧化碳的方法，还有哪些化学反应可以生成二氧化碳呢？老师给大家列举几个，比如一氧化碳燃烧 、碳在氧气中充分燃烧 、碳酸氢铵受热分解。大家分组讨论一下，这些化学反应适合于实验室制取二氧化碳吗？
【设计意图】
1.激发学生兴趣：通过播放碳酸饮料生产过程的视频，展示二氧化碳在生活和生产中的实际应用，能让学生直观地感受到二氧化碳的重要性，从而激发学生对获取二氧化碳方法的探究兴趣，提高学生的课堂参与度。
2.联系生活生产：将二氧化碳的制取与生活中的碳酸饮料生产、舞台烟雾效果、人工降雨以及工业生产中的化工原料等实际场景相联系，使抽象的化学知识变得具体而有趣，让学生明白化学知识在生活和生产中的广泛应用。
3.引发思考，导入新课：提出工业制取二氧化碳的方法是否适用于实验室以及列举其他生成二氧化碳的反应并让学生讨论是否适合实验室制取，这些问题能引发学生的思考，自然地过渡到本节课关于实验室制取二氧化碳的主题，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。
教学环节二 实验室制取CO2的原理
活动一 引入实验室制取CO2的探究
【引入】在生活、生产和实验室中，我们都需要用到CO2。那么如何获取CO2呢？工业上制取的原理是CaCO3=​=​=高温CaO+CO2↑，但这个反应条件要求高。那这个反应是否同样适用于实验室制取CO2呢？还有哪些化学反应可以生成二氧化碳，这些反应又是否适合实验室制取呢？这就是我们接下来要探究的内容。
【设计意图】通过生活、工业制取CO2的情境，引发学生对实验室制取CO2方法的思考，激发学生的探究欲望。
【师生活动】
1.教师提出问题，展示工业制取CO2的原理，引导学生思考其是否适用于实验室。
2.教师进一步提问：“还有哪些化学反应可以生成二氧化碳？”让学生分组交流讨论。
3.学生分组讨论后，代表回答可能的反应，如一氧化碳燃烧、碳在氧气中充分燃烧、碳酸氢铵受热分解等。
4.教师引导学生分析这些反应是否适合实验室制取CO2，学生得出这些反应生成的气体不纯，不适合实验室制取的结论。
【对应训练1】下列反应中，不适合实验室制取二氧化碳的是（ ）
A. 碳酸钠与稀盐酸反应
B. 石灰石与稀盐酸反应
C. 一氧化碳燃烧
D. 碳酸钙与稀盐酸反应
【答案】C
【解析】一氧化碳燃烧生成二氧化碳的反应，生成的气体不易收集且操作不安全，不适合实验室制取二氧化碳。而碳酸钠与稀盐酸反应、石灰石（主要成分碳酸钙）与稀盐酸反应都可以用于实验室制取二氧化碳。所以答案选C。
【对应训练2】工业上高温煅烧石灰石制取，反应的化学方程式为CaCO3=​=​=高温CaO+CO2↑，该反应能否用于实验室制取，为什么？
【答案】不能。因为该反应条件是高温，在实验室中难以实现，且反应速率不易控制，所以不适合实验室制取。
【解析】实验室制取气体需要考虑反应条件简便、反应速率适中、操作安全等因素。工业制取的高温条件在实验室较难达到，不符合实验室制取气体的要求。
活动二 探究实验室制取CO2的适宜药品
【引入】我们已经知道一些生成CO2的反应不适合实验室制取，那还有其他反应可以考虑。下面我们来探究几种可以产生二氧化碳的反应，看看哪些适合实验室制取。
【设计意图】通过对不同反应的实验现象观察和分析，让学生自主探究出实验室制取CO2的适宜药品，培养学生的实验观察和分析能力。
【师生活动】
1.教师展示可以产生二氧化碳的反应：碳酸钠与稀盐酸反应、碳酸钠与稀硫酸反应、石灰石与稀盐酸反应、石灰石与稀硫酸反应，并给出相应的化学方程式。
2.教师提出问题：“这些方法是否都适用于实验室制取CO2？”让学生分组进行实验探究。
3.学生分组进行实验，观察并记录生成CO2的反应实验现象，如碳酸钠粉末与稀盐酸/稀硫酸反应剧烈，迅速产生大量气泡；碳酸钙粉末与稀盐酸反应产生气泡，速率适中；块状石灰石与稀盐酸反应产生气泡，速率适中；块状石灰石与稀硫酸反应有少量气泡产生，一段时间后反应停止。
4.教师引导学生根据实验现象判断适宜的实验原理，学生得出实验室常用块状石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳的结论。
5.教师讲解实验室制取二氧化碳的化学反应原理，包括药品（石灰石或大理石，主要成分是与稀盐酸）和反应原理（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3，H2CO3=H2O+CO2↑，总反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑）。
【对应训练3】实验室制取二氧化碳时，不能用稀硫酸代替稀盐酸的原因是（ ）
A. 稀硫酸与石灰石不反应
B. 反应速率太快，不易控制
C. 生成的气体不纯
D. 生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在石灰石表面，阻止反应继续进行
【答案】D
【解析】稀硫酸与石灰石反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在石灰石表面，阻止反应继续进行，导致反应不能持续产生二氧化碳，所以不能用稀硫酸代替稀盐酸。因此答案选D。
教学环节三 实验室制取的装置及步骤
活动一 确定实验室制取CO2的装置
【引入】我们已经确定了实验室制取CO2的原理，接下来要考虑制取CO2的装置。那么确定气体发生装置和收集装置时应考虑哪些因素呢？
【设计意图】引导学生思考确定气体制取装置的因素，为选择实验室制取CO2的装置奠定基础，培养学生的逻辑思维能力。
【师生活动】
1.教师提出问题：“确定气体发生装置和收集装置时应考虑的因素有哪些？”引导学生思考。
2.学生回答后，教师总结：发生装置要考虑反应物状态和反应条件，收集装置要考虑气体的密度、是否与空气成分反应、溶解性以及是否与水反应。
3.教师分析实验室制取CO2的情况：反应物状态是固态（石灰石）+液体（稀盐酸），反应条件是常温；CO2密度比空气大，溶于水，能与水反应。从而得出发生装置为固液常温型，收集装置为向上排空气法。
4.教师展示锥形瓶、平底烧瓶、烧杯、试管、集气瓶、长颈漏斗、导管、水槽、酒精灯、分液漏斗等仪器，让学生选择仪器设计制取二氧化碳的装置。
5.学生分组设计装置，教师巡视指导。
6.各小组展示设计的装置，教师分析不同装置的特点，如操作简便，适于制取少量气体；方便添加液体药品；可控制滴加液体的量和速率，从而控制反应等。
【对应训练1】实验室制取二氧化碳时，应选择的发生装置和收集装置分别是（ ）
A. 固体加热型、排水法
B. 固液常温型、向下排空气法
C. 固液常温型、向上排空气法
D. 固体加热型、向上排空气法
【答案】C
【解析】实验室制取二氧化碳是用石灰石（固态）和稀盐酸（液态）在常温下反应，所以发生装置是固液常温型；二氧化碳密度比空气大，能溶于水，所以收集装置是向上排空气法。因此答案选C。
【对应训练2】下列关于实验室制取二氧化碳装置的说法中，错误的是（ ）
A. 可以用长颈漏斗添加液体药品
B. 可以用分液漏斗控制反应速率
C. 发生装置可以用固体加热型
D. 收集装置可以用向上排空气法
【答案】C
【解析】实验室制取二氧化碳是固液常温型反应，不需要加热，所以发生装置不能用固体加热型。长颈漏斗可用于添加液体药品，分液漏斗可控制滴加液体的速率从而控制反应速率，二氧化碳密度比空气大，可用向上排空气法收集。所以答案选C。
活动二 学习实验室制取CO2的步骤
【引入】我们已经确定了实验室制取CO2的装置，接下来要学习制取CO2的具体步骤。
【设计意图】让学生掌握实验室制取CO2的正确步骤，培养学生的实验操作能力和规范意识。
【师生活动】
1.教师讲解实验室制取CO2的步骤：
连接装置，检查装置气密性。教师介绍检查气密性的方法，如关闭弹簧夹，向长颈漏斗中注水，一段时间内，液面不持续下降，说明气密性良好；推动注射器活塞，长颈漏斗内液面上升；拉动注射器活塞，长颈漏斗下端冒气泡。
装入试剂：先装入石灰石，再加入稀盐酸。
收集并检验：将气体通入到澄清石灰水中，若变浑浊，则为CO2。
验满：将燃着的木条放在集气瓶口，若熄灭，则已满。
2.教师进行演示实验，展示制取CO2的完整步骤，学生观察并记录。
3.教师引导学生思考每个步骤的注意事项和原理，如检查气密性的原理是利用装置内外压强差，检验CO2是因为CO2能使澄清石灰水变浑浊等。
【对应训练3】实验室制取二氧化碳的步骤正确的顺序是（ ）
①连接装置 ②检查装置气密性 ③装入石灰石 ④加入稀盐酸 ⑤收集并检验 ⑥验满
A. ①②③④⑤⑥B. ②①③④⑤⑥C. ①③②④⑤⑥D. ①②④③⑤⑥
【答案】A
【解析】实验室制取二氧化碳的正确步骤是先连接装置，再检查装置气密性，然后装入石灰石，接着加入稀盐酸，进行收集并检验，最后验满。所以顺序是①②③④⑤⑥，答案选A。
教学环节四 实验室制取的装置及步骤
活动一 总结实验室制取气体的一般思路
【引入】我们已经学习了实验室制取CO2的原理、装置和步骤，现在我们来总结一下实验室制取气体的一般思路。
【设计意图】通过对实验室制取CO2和之前学过的制取氧气方法的对比分析，总结出实验室制取气体的一般思路，培养学生的归纳总结能力。
【师生活动】
1.教师引导学生回顾实验室制取CO2和氧气的反应原理、发生装置、收集装置、检验验满方法等。
2.教师提出问题：“实验室制取气体的一般思路包括哪些方面？”让学生分组讨论。
3.学生分组讨论后，代表回答，教师总结：实验室制取气体的一般思路包括确定反应原理、发生装置、收集装置、检验验满方法等。
4.教师详细讲解确定每个方面需要考虑的因素：
反应原理：要考虑反应条件简便、反应速率适中易控、产生的气体纯净易收集、实验操作安全简单、实验过程无污染、试剂价格便宜等。
发生装置：根据反应物状态和反应条件选择，如固体加热型、固液常温型。
收集装置：根据气体的密度、是否与空气反应、溶解性、是否与水反应选择，如向上排空气法、向下排空气法、排水法。
检验和验满：根据气体的性质选择合适的方法，如氧气用带火星的木条检验和验满，二氧化碳用澄清石灰水检验，用燃着的木条验满。
【对应训练1】实验室确定制取气体的化学反应原理不需要考虑的因素是（ ）
A. 反应速率的大小B. 产生的气体是否纯净
C. 反应条件是否易于达到D. 气体的密度
【答案】D
【解析】确定制取气体的化学反应原理时，需要考虑反应速率的大小、产生的气体是否纯净、反应条件是否易于达到等因素，而气体的密度是选择收集装置时需要考虑的因素，不是确定反应原理时需要考虑的。所以答案选D。
【对应训练2】实验室制取氢气可以用锌粒与稀硫酸反应，该反应的化学方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。根据实验室制取气体的一般思路，分析该反应制取氢气的发生装置和收集装置。
【答案】发生装置：固液常温型。因为反应物是锌粒（固态）和稀硫酸（液态），反应条件是常温。收集装置：可以用向下排空气法或排水法。因为氢气密度比空气小，且难溶于水。
【解析】根据反应物状态和反应条件确定发生装置，根据氢气的密度和溶解性确定收集装置。这体现了实验室制取气体的一般思路。
【对应训练3】实验室制取气体时，选择发生装置和收集装置应考虑哪些因素？请举例说明。
【答案】选择发生装置应考虑反应物状态和反应条件。例如，实验室用高锰酸钾制取氧气，反应物是固体，反应条件是加热，所以选择固体加热型发生装置；实验室制取二氧化碳，反应物是固态（石灰石）和液态（稀盐酸），反应条件是常温，所以选择固液常温型发生装置。选择收集装置应考虑气体的密度、是否与空气反应、溶解性、是否与水反应。例如，氧气密度比空气大，不易溶于水，且不与水反应，所以可以用向上排空气法或排水法收集；二氧化碳密度比空气大，能溶于水，且与水反应，所以用向上排空气法收集。
【解析】通过具体的例子说明选择发生装置和收集装置时需要考虑的因素，加深学生对实验室制取气体一般思路的理解。
第2节 二氧化碳的实验室制法
一、实验室制取CO₂的原理
1.药品选择原则
反应速率适中
操作安全方便
制得气体纯净
便于收集
2.常用药品：石灰石或大理石（CaCO₃）与稀盐酸
3.反应原理：CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
二、实验室制取CO₂的装置及步骤
1.装置
发生装置：固液常温型
收集装置：向上排空气法
2.步骤
连接装置，检查气密性
装入试剂（先固后液）
收集并检验（通入澄清石灰水）
验满（燃着木条放瓶口）
三、实验室制取气体的一般思路
1.反应原理
考虑因素：反应条件、速率、气体纯度等
2.发生装置：反应物状态 + 反应条件
3.收集装置：气体密度、溶解性及与空气、水反应情况
4.检验和验满：依据气体性质
1．（24-25九年级上·贵州贵阳·阶段练习）欲在实验室制取某气体时，下列因素中不需要考虑的是
A．药品容易获得，能生成所要制取的气体
B．反应条件易于控制，反应速率适中
C．操作简便易行，安全可靠，节能环保
D．所要制取气体的颜色和气味
【答案】D
【解析】A、实验室制取气体，首先得有合适的药品。药品容易获得，才能保证实验可进行，并且这些药品要能通过反应生成所要制取的气体，这是制取气体的基础，不符合题意。
B、反应条件易于控制很重要，比如有的反应需要加热，有的在常温下即可，如果条件难控制，实验就不好操作。反应速率也得适中，速率太快，气体来不及收集；速率太慢，实验效率太低，不符合题意。
C、操作简便易行，能让实验在常规实验室条件下顺利开展；安全可靠是为了保障实验人员和设备的安全；节能环保符合现代实验的理念和要求，不符合题意。
D、所要制取气体的颜色和气味，只是气体本身的物理性质，不会影响气体的制取过程，比如制取氧气，不管氧气是无色无味的，制取方法都是根据反应原理、条件等确定，符合题意。
故选D。
2．（2025·山东聊城·模拟预测）下图所示实验操作正确的是
A．检查装置的气密性
B．倾倒液体
C．过滤
D．二氧化碳的验满
【答案】A
【解析】A、推注射器时，装置中的压强增大，若长颈漏斗中的液面会上升，且液面一段时间不下降，该选项操作正确；
B、倾倒液体时，试剂瓶应紧挨试管口，标签向手心，瓶塞倒放，该选项操作不正确；
C、过滤时液体应用玻璃棒引流，漏斗下端管口要紧靠烧杯内壁，该选项操作不正确；
D、二氧化碳验满时，应将燃着的木条放在集气瓶口，而不是伸入集气瓶中，该选项操作不正确。
故选A。
3．（2025·江苏连云港·二模）化学是以实验为基础的学科，下列实验室制取CO2的实验操作正确的是
A．CO2的制取B．CO2的验满
C．CO2的收集D．CO2的检验
【答案】C
【解析】A、该装置中长颈漏斗下端没有伸入到液面以下，会导致生成的二氧化碳气体从长颈漏斗逸出，无法收集到二氧化碳气体，故A错误；
B、二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，二氧化碳验满的方法是：将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，说明二氧化碳已收集满，故B错误；
C、二氧化碳密度比空气大，能溶于水也与水反应，因此可以采用向上排空气法进行收集，故C正确；
D、检验二氧化碳应将气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，说明该气体是二氧化碳，故D错误。
故选C。
4．（25-26九年级上·黑龙江绥化·开学考试）如图是实验室制取气体的常见装置，请回答问题：
（1）仪器①的名称是 。
（2）实验室用高锰酸钾制取氧气时，选择的发生装置是 （填字母）。用C装置收集氧气时，当 时开始收集，写出高锰酸钾制取氧气的化学方程式 ，试管口处放一团棉花的作用是 ，试管口略向下倾斜的原因是 。
（3）实验室制取二氧化碳的化学方程式为 ，收集二氧化碳可选用的装置是 （填字母）。
（4）F装置可用于排水法收集气体，收集时气体应从 口进入（填字母）。
【答案】（1）锥形瓶
（2）A 导管口气泡均匀、连续冒出 防止固体粉末进入导管，堵塞导管 防止冷凝水倒流，炸裂试管。
（3） D
（4）a
【解析】（1）由图示可知，标号仪器①是锥形瓶。
（2）高锰酸钾为固体，制取氧气时需要加热，根据反应物状态和反应条件，应选择固固加热发生装置，故填：A。用排水法收集氧气时，刚开始排出的是试管内的空气，若此时收集会导致氧气不纯，当导管口气泡均匀、连续冒出时，说明排出的是氧气，此时才可以开始收集。高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，化学方程式为：。高锰酸钾是粉末状固体，加热时容易随气流进入导管，在试管口放一团棉花可防止其堵塞导管，故填：防止固体粉末进入导管，堵塞导管。加热时，固体中含有的水分会蒸发成水蒸气，在试管口处冷凝成水珠，若试管口不略向下倾斜，水珠会倒流回试管底部，由于试管底部温度较高，会导致试管炸裂，所以试管口略向下倾斜是为了防止冷凝水倒流，炸裂试管。
（3）实验室制取二氧化碳常用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应，化学方程式为：。二氧化碳密度比空气大且能溶于水，所以收集二氧化碳可选用向上排空气法对应的装置，故填：D。
（4）F 装置用于排水法收集气体时，由于水的密度比气体大，气体应从短导管进入，将水从长导管排出，因此气体应从短管口a进入。
在本次教学中，通过引导学生讨论工业制取二氧化碳的方法是否适用于实验室，激发了学生的思考和探究欲望。在探究实验室制取二氧化碳的原理时，让学生通过对比不同反应的现象，自主选择合适的药品和反应原理，培养了学生的科学思维和实验探究能力。在讲解制取装置和步骤时，结合实际操作和多媒体展示，使学生更直观地理解。但在教学过程中，也发现部分学生对实验装置的选择和组装存在一定困难，后续应加强这方面的练习和指导。同时，在小组讨论环节，个别学生参与度不高，需要进一步关注并鼓励他们积极参与。