資源簡介

課題2 二氧化碳制取的研究
一、教學目標
1.了解實驗室制取二氧化碳的反應原理；
2.探究實驗室中制取二氧化碳的裝置，并利用設計的裝置制取二氧化碳；
3.總結并領會實驗室制取氣體的一般思路和方法，并初步學會選擇合適的裝置去制取一般的氣體。
二、教學重難點
重點：實驗室制取二氧化碳的化學反應原理、實驗裝置和制取方法。
難點：實驗室中制取氣體的思路和方法的培養。
三、教學過程
【問題引入】上節課我們認識了碳單質及其化學性質，接下來我們繼續學習和研究碳的氧化物，你能想到的碳的氧化物有哪些？
【過渡】二氧化碳是植物光合作用的主要原料，也為我們的地球帶來了綠色生機。其實二氧化碳還有很多的用途，被廣泛應用于工業、農業、生活中的很多方面。在實驗室中研究二氧化碳之前，我們需要先制取它。今天我們就來探究一下實驗室中二氧化碳的制取吧！
【板書】二氧化碳制取的研究
我們以前已經學過了實驗室制取氧氣的思路和方法，即要從反應原理、實驗藥品、實驗裝置等方面綜合考慮。同樣制取二氧化碳氣體也是如此。下面我們先來探究一下實驗室制取二氧化碳的反應原理和實驗藥品。
【講解】實驗室藥品的選擇有以下幾個原則：①藥品是否易得；②反應條件是否容易達到，操作是否簡便；③產生氣體是否純凈，速度是否適中。
【交流討論】聯系所學知識和日常生活，列舉你所知道的能生成二氧化碳的反應。
（1）生物體的呼吸作用可產生二氧化碳
（2）碳在氧氣中燃燒生成二氧化碳C+O2CO2
（3）蠟燭燃燒可生成二氧化碳 石蠟+氧氣 二氧化碳+水
（4）木炭還原氧化銅，生成銅和二氧化碳C+2CuO2Cu+CO2↑
【思考】根據藥品選擇的原理想一想，這些方法中哪些適用于實驗室制取的二氧化碳？
【總結】上述4個反應中，前3個反應制取氣體不純，第4個反應條件是高溫，條件要求高，不易操作，都不適合用于實驗室制取氧氣。實驗室常用含碳酸根的化合物和酸在常溫下制取二氧化碳
【資料1】含碳酸根離子的化合物能與稀鹽酸(HCl)或稀硫酸產生較純凈的二氧化碳氣體。
（1）Na2CO3+2HCl = 2NaCl+H2O+CO2↑
（2）CaCO3+H2SO4 = CaSO4+H2O+ CO2↑
（3）CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑
【探究實驗】學生利用提供的藥品，以小組合作的形式進行以下實驗，并完成實驗報告。
實驗1：在試管①中取一定量碳酸鈉，再加入適量稀鹽酸。
實驗2：在試管②中取一定量大理石，再加入適量稀鹽酸。
實驗3：在試管③中取一定量大理石，再加適量稀硫酸。
實驗報告如下表：
實驗藥品 實驗現象 實驗分析(是否適用于實驗室制取氣體）
1.碳酸鈉和稀鹽酸
2.石灰石跟稀鹽酸
3.石灰石跟稀硫酸
小組交流實驗成果，并確定實驗室制取二氧化碳氣體的藥品。
【總結與交流】有二氧化碳生成的化學反應很多，但不一定都適用于實驗室制取二氧化碳，這里首先要考慮可操作性，在可操作的前提下，再考慮哪個更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。實驗1：反應的速率太快，產生的氣體不利于收集，故不便采用；實驗3雖然開始會產生二氧化碳，但由于生成的硫酸鈣是微溶物質，會覆蓋在大理石的表面，阻礙反應進一步進行。故也不便采用；實驗2操作簡便，原料廉價，反應速率適中，氣體易于收集，反應條件易于控制且生成物無雜質。故實驗室通常選用大理石（或石灰石）與稀鹽酸反應來制取二氧化碳。
【講解】該反應的反應物是石灰石和稀鹽酸，石灰石的主要成分是碳酸鈣；稀鹽酸的主要成分是氯化氫和水，大理石的主要成分也是碳酸鈣，因此，也可以用大理石來替代石灰石，該反應的原理是，石灰石或大理石中的碳酸鈣與稀鹽酸中的氯化氫反應，生成氯化鈣和碳酸，CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3，碳酸不穩定，很容易分解成二氧化碳和水，H2CO3 =H2O+CO2↑。將第一個反應式中的碳酸用水和二氧化碳加以替換，這樣，就得到了該反應的總的化學方程式。 CaCO3+2HCl= CaCl2+H2O +CO2↑
【過渡】實驗室制取氣體的裝置一般分為發生裝置和收集裝置兩部分，還記得實驗室制取氧氣的裝置圖吧！你能分清其中的哪些部分屬于發生裝置嗎？
【交流討論】確定氣體的發生裝置時應考慮哪些因素？
【總結】確定氣體的發生裝置要考慮兩個因素：
（1）是反應物的狀態：是固體與固體反應；還是固體與液體反應；還是液體與液體反應；……
（2）反應條件：是否需要加熱；是否需要催化劑；……
【學生活動】二氧化碳和氧氣的實驗室制取及相關性質比較
制取原理 反應物的狀態 反應條件
CO2 稀鹽酸與大理石（或石灰石）
O2 加熱高錳酸鉀
加熱氯酸鉀
分解過氧化氫溶液
【總結】適合于固液、液液，且不需要加熱制取氣體的反應 。
【交流討論】確定氣體的收集裝置時應考慮哪些因素？
（1）向上排空氣法——密度比空氣的大；
（2）向下排空氣法——密度比空氣的小；
（3）排水法——不易溶于水；不與水反應。
【資料2】空氣的平均相對分子質量為29，若某氣體的相對分子質量大于29，則這種氣體的密度比空氣大；若某氣體的相對分子質量小于29，則這種氣體的密度比空氣小。
1.二氧化碳的相對分子質量為44，則二氧化碳的密度大于空氣.
2.二氧化碳能溶于水并與水反應。
【總結】實驗室收集二氧化碳用向上排空氣法。
【學生活動】學生觀察課本P114圖片中提供的儀器，教師介紹儀器的用途。
小組合作組合一套制取二氧化碳的裝置并上臺用多媒體手段展示裝置，同時介紹各組裝置的特點。
【學生實驗】用上述實驗原理和下列裝置圖制取二氧化碳。并在實驗中思考下列問題：
1.長頸漏斗下端管口為什么要伸入液面以下？（防止氣體從長頸漏斗排出。）
2.集氣瓶內的導管為什么要伸入到接近集氣瓶底部？（排盡集氣瓶內的空氣，以收集到更純的二氧化碳。）
3.如何檢驗收集的氣體為二氧化碳？（將氣體通入到澄清石灰水中，若石灰水變渾濁，則氣體為CO2。）
4.用集氣瓶收集二氧化碳時，怎樣證明集氣瓶中已充滿了二氧化碳？（將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條熄滅，則CO2已滿。）
【總結】實驗室制取二氧化碳的操作步驟：
查—氣密性
裝—藥品
收—收集CO2
驗—是否集滿
放—放置備用
【交流討論】實驗室制取氣體的一般思路和方法。
【總結】實驗室里制取氣體的一般思路方法：
1.選擇適當的反應（原理），包括反應物和反應條件。
2.選擇合適的實驗裝置。
3.驗證所得的氣體 。
【課堂小結】
二氧化碳的實驗室制法：
1.實驗藥品：大理石（或石灰石）與稀鹽酸
2.實驗原理：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
3.實驗裝置：
4.檢驗方法：將氣體通入澄清的石灰水，石灰水變渾濁，證明生成的氣體是CO2。
5.驗滿方法：將燃著的木條伸到集氣瓶口，木條熄滅，則說明集滿。
【課堂練習】略
【板書設計】
二氧化碳制取的研究
1．實驗原理
大理石（或石灰石）與稀鹽酸在常溫下反應：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
2．制取裝置
3．驗滿方法
4．檢驗方法
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