初中人教版（2024）二氧化碳的实验室制取备课课件ppt

这是一份初中人教版（2024）二氧化碳的实验室制取备课课件ppt，共18页。PPT课件主要包含了温故知新引入新课，固体药品，液体药品，误区警示禁用排水法，向上排空气法收集，核心装置组成，关键操作与科学原理，核心操作方法，易错点警示，本课总结知识梳理等内容，欢迎下载使用。
01. 加热高锰酸钾制氧气
反应类型为固体加热型。利用酒精灯加热高锰酸钾固体，使其分解产生氧气，实验装置需使用试管、铁架台和酒精灯等加热仪器。
02. 分解过氧化氢制氧气
反应类型为固液不加热型。在二氧化锰的催化作用下，过氧化氢溶液分解产生氧气，无需加热，装置更简便，可采用固液常温型发生装置。
思考探究：我们已经熟练掌握了氧气的两种制取方法。那么，另一种重要的气体——二氧化碳，我们又该如何在实验室里制取它呢？它的发生装置会和上述哪种氧气制取装置类型相同？
探究活动一：选择合适的药品
大理石 / 石灰石主要成分为碳酸钙 (CaCO₃)，是实验室制取二氧化碳最常用的固体原料，原料来源广泛，价格低廉。
稀盐酸 (HCl)溶质为氯化氢气体的水溶液。使用稀盐酸而非浓盐酸，是为了防止浓盐酸的挥发性导致制取的二氧化碳气体中混入氯化氢杂质。
核心优势：这两种药品在常温条件下即可发生反应，无需加热，反应速率适中，易于控制和收集气体，是实验室制取CO₂的理想组合。
为什么是它们？——药品选择的讨论
01. 为何不用浓盐酸？
浓盐酸具有强烈的挥发性，反应时会挥发出氯化氢(HCl)气体，这会直接导致制得的二氧化碳气体中混入杂质，影响气体纯度，因此不适合选用。
02. 为何不用稀硫酸？
稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙(CaSO₄)是微溶物，会包裹在大理石表面，像一层保护膜，阻止稀硫酸与内部的碳酸钙继续接触，导致反应很快停止。
03. 为何不用碳酸钠(Na₂CO₃)粉末？
碳酸钠是粉末状固体，与稀盐酸的接触面积大，反应速率太快，瞬间产生大量气泡，来不及控制反应进程和收集气体，操作难度极大。
探究活动二：分析反应原理
01 / 宏观视角：物质的变化
将大理石（主要成分碳酸钙）投入稀盐酸中，可观察到固体逐渐溶解，产生大量气泡。该过程的化学方程式为：
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑（重点掌握：实验室制取二氧化碳的核心化学方程式）
02 / 微观视角：离子的结合与分解
反应的本质是大理石中的碳酸根离子（CO₃²⁻）与盐酸中的氢离子（H⁺）发生结合，生成不稳定的碳酸，碳酸随即分解为水和二氧化碳。
① CO₃²⁻ + 2H⁺ = H₂CO₃ (结合生成碳酸)② H₂CO₃ = H₂O + CO₂↑ (碳酸分解，释放气体)
核心小结：宏观上观察到的气泡，正是微观层面离子反应的宏观体现。理解这一反应原理，有助于我们掌握实验室制取气体的关键逻辑。
探究活动三：确定发生装置
化学实验仪器组合展示，合理的仪器搭配是实验成功的基础，需根据反应特性选择合适的仪器进行组装。
01. 发生装置选择依据
① 反应物状态反应药品为大理石（固体）与稀盐酸（液体），属于固液混合反应。
② 反应条件反应在常温下即可迅速进行，不需要额外加热，操作简便且安全。
02. 核心结论：固液常温型装置
综合反应物状态和反应条件，实验室制取二氧化碳应选用“固液常温型”发生装置，与过氧化氢溶液制取氧气的装置类型一致。
发生装置的常见形式（一）
图示：以试管为反应容器的二氧化碳气体发生与检验装置，结构简单直观。
核心结构：试管 + 长颈漏斗 + 导管
以试管作为核心反应容器承载固体药品，通过长颈漏斗可随时向装置内添加液体药品，导管用于导出产生的气体。
主要特点：轻便简易，操作灵活
装置组件少、搭建快速，气密性检查便捷；缺点是试管容积有限，仅适合制取少量气体，且无法控制反应速率。
适用场景：教学演示与分组实验
因其操作门槛低、现象明显的特性，非常适合课堂上教师演示原理，或学生亲手进行分组探究实验。
发生装置的常见形式（二）
图示为以锥形瓶为核心的气体发生装置，配备长颈漏斗用于添加液体反应物，结构简单且操作便捷。
装置结构：锥形瓶 + 长颈漏斗 + 导管
以锥形瓶作为核心反应容器，通过长颈漏斗持续添加液体药品，导管导出产生的气体，装置组装简便，气密性易检查。
核心特点：稳定性强，容量更大
锥形瓶底部宽大，放置时不易倾倒，实验安全性高；相比试管，其容积显著更大，可容纳更多的固体和液体反应物。
适用场景：制取较多量的气体
当实验需要收集或制取较多量的气体（如二氧化碳、氢气等）时，该装置能满足反应的规模需求，实用性优于试管装置。
细节决定成败：发生装置的关键要点
图示：实验室制取气体的发生装置，长颈漏斗下端需伸入液面下形成“液封”。
01. 长颈漏斗的使用规范
操作核心：长颈漏斗的下端管口必须伸入液面以下。此举目的是形成“液封”，能有效阻挡生成的气体从漏斗口逸出，确保实验装置的气密性。
02. 导管伸入长度的把控
操作核心：伸入反应容器内的导管只需伸出橡皮塞少许（约0.5cm）。过长的导管会增加气体排出的阻力，不利于气体顺利导出，影响收集效率。
探究活动四：确定收集装置
01. 密度特性：比空气大
二氧化碳的密度约为空气密度的1.5倍，这一性质决定了它会在空气中下沉，为“排空气法”提供了依据。
02. 溶解性：能溶于水且反应
二氧化碳不仅能溶于水，还会与水发生反应生成碳酸（CO₂ + H₂O = H₂CO₃），因此不能使用排水法收集。
核心方法：向上排空气法
利用二氧化碳密度大于空气的特点，将集气瓶正放，导管伸至瓶底，使瓶内空气从瓶口排出，从而收集到较纯净的二氧化碳。
由于二氧化碳会溶于水并与水发生化学反应，若使用排水法，会导致气体大量损耗，收集效率极低。
装置示意图：利用气体密度与空气的差异，实现瓶内空气的完全置换与排出。
主要由集气瓶、玻璃片和导管组成。集气瓶作为收集容器，导管用于引导气体进入，玻璃片则用于封闭瓶口，防止收集的气体逸出。
操作时务必将导管伸到集气瓶底部。利用二氧化碳密度大于空气的特性，让气体从瓶底向上逐渐填充，把瓶内原有空气彻底从上至下排出，从而收集到纯度更高的二氧化碳气体。
探究活动五：如何验满？
图示：将燃着的木条置于集气瓶口，观察火焰变化以判断是否集满。
取一根燃着的木条，将其放在集气瓶的瓶口（切勿伸入瓶内），观察木条的燃烧情况。
02. 实验现象与结论
若观察到木条的火焰熄灭，说明瓶口已充满二氧化碳，即证明瓶内二氧化碳气体已收集满。
绝对不能将木条伸入瓶内，若伸入瓶内，检验的是瓶内气体是否为CO₂，而非验满。
探究活动六：如何检验？
利用二氧化碳能与澄清石灰水反应生成白色碳酸钙沉淀的特性，是实验室中检验二氧化碳最常用、最可靠的方法。
核心方法将生成的无色无味气体缓慢通入澄清石灰水中，观察溶液是否发生变化。
现象与结论若观察到澄清石灰水变浑浊，则可证明该气体是二氧化碳。若不变浑浊，则不是二氧化碳。
反应原理（化学方程式）CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O
总结归纳：实验步骤一览
图示为检查装置气密性的操作。用手紧握试管，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。
01 查 · 检查气密性
连接仪器并检查装置的气密性，确保装置无漏气现象，这是实验成功的关键前提，防止收集不到气体或造成实验危险。
02 装 · 装入实验药品
按“先固后液”的顺序：先向反应容器中加入固体大理石，再通过长颈漏斗或分液漏斗加入液体稀盐酸，确保反应平稳发生。
03 收 · 收集生成气体
利用二氧化碳密度比空气大且能溶于水的性质，采用“向上排空气法”收集气体，将导管伸入集气瓶底部以排尽空气。
04 验 · 验满与检验
验满：将燃着的木条放在瓶口，若熄灭则满。检验：将气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，证明该气体是二氧化碳。
主要使用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应。大理石来源广泛，反应速率适中，易于控制。
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑利用碳酸盐与酸反应生成二氧化碳气体，属于复分解反应。
采用“固液常温型”发生装置；收集时因CO₂密度比空气大且能溶于水，选用“向上排空气法”。
将燃着的木条放在集气瓶瓶口，若木条立即熄灭，证明瓶内已收集满二氧化碳。利用了二氧化碳不燃烧、不支持燃烧的性质。
将生成的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。反应方程式为：Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O。
实验室制取二氧化碳，应选用的药品是下列哪一项？A. 木炭和氧气 B. 大理石和稀硫酸
正确答案：C. 大理石和稀盐酸
检验二氧化碳是否收集满的正确操作方式是？A. 带火星木条伸入瓶中 B. 燃着木条伸入瓶中
正确答案：C. 将燃着木条放在瓶口
实验室制取二氧化碳的过程中，不需要用到的仪器是？B. 长颈漏斗 C. 集气瓶
正确答案：A. 酒精灯（常温反应）
核心总结：制取CO₂用固液常温型装置，选大理石与稀盐酸；验满看瓶口，利用其不支持燃烧的性质；反应无需加热，故不用酒精灯。
挑战与创新：改进实验装置
图示为启普发生器的工作原理，通过控制止水夹，巧妙利用装置内压强变化，实现固体与液体的接触与分离，从而精准控制化学反应的发生与停止。
传统装置一旦开始反应，就无法中途停止，不仅浪费药品，还可能因气体过量引发安全隐患。我们需要设计一套能随时控制反应启停的装置。
核心方案：启普发生器原理
关键组件：多孔隔板 + 止水夹打开止水夹，固液接触反应开始；关闭止水夹，装置内压强增大，液体被压回漏斗，固液分离，反应即刻停止。