二氧化碳制取的研究-教學設計一、教材分析 本節內容位于人教版九年級化學教材第五單元第二節，主要是通過實驗室制取二氧化碳的反應原理研究氣體制備時發生裝置的選擇和收集裝置的選擇。因學生在第三單元已經學過實驗室制取氧氣的反應原理及發生裝置和收集裝置，已有一定氣體制備的基礎，氣體制備屬于中考中重點考察的內容。因此，本節內容主要以自主合作探究模式進行。二、學情分析學生在第二單元學習了氧氣的實驗室制法，對于氣體的制取原理、裝置、收集有一定基礎，已有了初步設計實驗室制取二氧化碳的知識、技能，所以本課題的難度不會很大。由于初三學生剛接觸化學不久，對化學尤其是化學實驗充滿興趣，但由于學生接觸化學的時間不長，實驗動手能力和分析能力較弱，還不具備自主的實驗探究能力。學生易錯點分析及說明：學生極易將“檢驗”和“驗滿”混淆；、制取CO2操作中易出現的錯誤:（1）通過長頸漏斗添加稀鹽酸時，學生可能未將末端液封，導致產生的氣體逸出；（2）收集氣體時，導管沒有伸入瓶底，造成不易將瓶內空氣排盡。三、教學目標知識與技能：(1)了解實驗室制取二氧化碳的反應原理，用對比的方法探究實驗室制取二氧化碳的裝置，并利用設計的裝置制取二氧化碳，初步學習二氧化碳的制取、驗證、驗滿等操作。(2)了解實驗室制取氣體的方法和設計思路過程與方法：通過二氧化碳實驗室制法的探究活動，使學生經歷科學探究的基本過程，提出自己的觀點，并引導學生對設計的方案進行評價，并進行有效的探究活動。情感態度價值觀：通過自主探究，體驗探究活動的樂趣和學習成功的喜悅，并培養善于合作，勇于探究等科學精神，充分激發學生學習興趣和探究欲望。四、重點：實驗室制取二氧化碳原理和裝置的探究，學習二氧化碳的制取、驗證、驗滿等操作。難點：實驗室制取二氧化碳實驗裝置的設計和評價。五、教學過程教學環節教師活動學生活動設計意圖一、新課引入5min【提問1】生活中那些物質中存在二氧化碳氣體？（圖片展示如：動植呼吸、植物的光合作用、舞臺效果、人工降雨滅火器、干冰升華、可樂雪碧等碳酸飲料）【提問2】如何證明碳酸飲料中有二氧化碳？可能回答：燃著的木條伸入會熄滅（燃著的木條熄滅能不能證明是二氧化碳？或許是氮氣？）【演示1】展示雪碧：如何將飲料瓶中的二氧化碳通入澄清石灰水？教師演示：將雪碧瓶口塞上單孔橡皮塞，導管通入裝有澄清石灰水的試管中，稍微搖晃雪碧，觀察現象。(圖片展示，有時間再做演示實驗)討論并回答： 或回答通入澄清石灰水變渾濁。討論并思考：如何連接？觀察實驗：石灰水變渾濁。結合生活中二氧化碳的存在引入，并以碳酸飲料中的二氧化碳的驗證思考，引起學生探究興趣。二、實驗室制取氣體的一般思路5min【過渡】實驗室如何制取二氧化碳呢？【回顧】前面已經學習了有關氧氣的實驗室制法，請同學們回顧一下實驗室制取氧氣的方法有幾種？我們是如何實驗室制取氧氣的？【學生回答】方法一：方法二：方法三：高錳酸鉀制氧氣、氯酸鉀制氧氣、過氧化氫制氧氣【提問1】這些反應原理確定后怎么做？選實驗裝置：發生裝置和收集裝置發生裝置：根據反應物的狀態以及條件來確定。收集裝置：根據氧氣的密度和溶解性來定。【提問2】如何驗證氧氣和驗滿氧氣？【師生小結】實驗室制取二氧化碳的一般思路反應原理（反應物、反應方程式）發生裝置（反應物的狀態以及反應條件）收集裝置（氣體的密度和溶解性、是否與水反應）檢驗和驗滿（利用氣體的化學性質）【過渡】我們沿著實驗室制取氣體的思路來研究實驗室如何制取二氧化碳的？思考并回答。學生思考、討論、交流、歸納：（如高錳酸鉀制氧氣、氯酸鉀制氧氣為固體+固體，加熱，選擇發生裝置為A；氧化氫制氧氣為固體+液體，不加熱，選擇發生裝置為B）【學生回答】驗證氧氣：用帶火星的木條伸進瓶內，若木條復燃則為氧氣。驗滿氧氣：用帶火星的木條放在瓶口，木條復燃則氧氣已滿。以實驗室制取氧氣的思路引導學生給出實驗室制取氣體的一般思路，從特殊到一般，再由一般到特殊（實驗室制取二氧化碳）。三、探究實驗室制取二氧化碳的反應原理。10min【提問1】：在我們所學過的反應中，或者生活中有哪些反應可以產生二氧化碳呢？實驗室里能選用這些反應來制備二氧化碳嗎？并說明理由。學生回答：碳與氧氣、蠟燭燃燒、碳酸鈣高溫分解、碳還原氧化鐵、碳酸分解等【學生分析】碳和氧氣反應的結果比較復雜。如果氧氣充足，最后制得的氣體中混有雜質氧氣；如果氧氣不足，最后制得的氣體中混有一氧化碳。所得氣體不純凈。石蠟燃燒不充分會有CO和黑色的單質C同時還有H2O蒸汽，得到的二氧化碳不純凈；的反應條件是高溫，在實驗室中不容易達到該條件。H2CO3的溶解度很小,事實上H2CO3都是靠CO2加壓溶解到水中獲得,顯然這不是制CO2的途徑。H2CO3不穩定易分解，碳酸中得到的二氧化碳很少。【討論小結】我們所了解的這些能夠產生二氧化碳的反應，因為生成的氣體可能不純、反應條件較難滿足等原因，不能用來實驗室制取二氧化碳。接下來，給同學們介紹四個能夠生成二氧化碳的反應，讓我們通過一組較為粗略的對比實驗，看看哪些反應適用于實驗室制取二氧化碳？【簡要介紹】井穴板的使用（由5mL6孔圓柱形井穴組成的塑料井穴板，具有燒杯、試管、點滴班的功能，可用于對比實驗的反應器，符合“綠色化學”的反應器。）【學生實驗】先將半藥匙碳酸鈉粉末和碳酸鈣粉末分別放入井穴板的1、2中，然后分別倒入大約1毫升稀鹽酸或稀硫酸（每個井穴板5 mL）；將一至兩粒石灰石分別放入井穴板的4、5號中；再分別倒入1 mL左右的稀鹽酸或稀硫酸； 【提問2】以上4組實驗的現象？（小組派代表回答）對比實驗實驗藥品實驗現象1號：Na2CO3粉末和稀硫酸產生氣泡，速率很快2號：CaCO3 粉末和稀鹽酸4號：塊狀石灰石和稀硫酸5號：塊狀石灰石和稀鹽酸產生氣泡，速率緩慢漸止產生氣泡，速率適中【提問3】：針對上述實驗現象，同學們想一想，實驗室里制取二氧化碳的最佳反應是？是不是越快越好？整理實驗原理的確定因素。【溫馨提示】確定實驗室制取氣體的反應原理時，我們要就以下因素加以綜合考慮：制得的氣體較純；反應條件容易滿足；反應速率適中等。【思考1】能否用石灰石和稀硫酸？（反應發生一會就停止了？）【思考2】能否用濃鹽酸代替稀鹽酸與石灰石反應？出示濃鹽酸，打開瓶蓋，并描述現象（有白霧出現）。【小結】石灰石和稀鹽酸的反應符合上述幾點要求，因此，我們將該反應確定為實驗室制取二氧化碳氣體的反應。板書反應原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3 ；H2CO3 =H2O+CO2；總反應化學方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2【講述】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。該反應原理：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，碳酸不穩定，很容易分解成二氧化碳和水。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。完成導學案中的表格，并小組討論分析所寫的反應是否試用于實驗室制取二氧化碳。學生分組實驗探究反應原理，并注意觀察實驗現象、記錄現象、對比四個個反應中氣泡產生的快慢。學生思考討論后得出結論：稀鹽酸和石灰石的反應速率適中，適用實驗室制取二氧化碳氣體。回答1.生成的硫酸鈣微溶于水，覆蓋在石灰石的表面，阻止了反應的進行。）回答2： 濃鹽酸具有很強的揮發性，會發出的氯化氫氣體與空氣中的水蒸氣結合生成鹽酸小液體，如果用濃鹽酸制取二氧化碳會使氣體不純。（二氧化碳混有氯化氫氣體）通過分析生成二氧化碳的反應，并說明理由，為之后實驗探究反應原理做鋪墊。井穴板的使用，減少了反應用量，利于對比實驗，符合“綠色化學”的概念。引導學生分析哪種反應適用于實驗室制取二氧化碳氣體，同時培養學生觀察能力、實驗能力和分析能力。四、探究實驗室制取二氧化碳的發生裝置和收集裝置15min【過渡】：確定了實驗室制取二氧化碳的原理，接下來，我們該研究什么呢？（制取裝置）【師生分析】發生裝置考慮：二氧化碳的反應物的狀態為：固體+液體（不加熱型）。收集裝置考慮：二氧化碳密度比空氣大，可用向上排空氣法。二氧化碳能溶于水，并與水反應，不能用排水法。【PPT】發生裝置及收集裝置的選擇。展示不同的實驗儀器，讓學生組裝實驗室制取二氧化碳的裝置（學生合作，注意操作步驟及注意事項）。教師評價裝置的易用性方面的優缺點。選擇發生裝置和收集裝置發生裝置和收集裝置優點說明氣密性檢查及注意事項【分析】裝置的優點、氣密性、注意事項類型一：DH試管+單孔塞（優點：裝置很簡單，操作方便。）AH 錐形瓶+單孔塞或BH平底燒瓶+單孔塞（優點：容量相對試管更大，能制取更多的氣體。）【提問】如何檢查上述三套發生裝置的氣密性？以試管為例：把導管口的下端浸入水中，用雙手緊握試管。如果觀察到導氣管口有氣泡冒出，則證明裝置不漏氣。（錐形瓶或平底燒瓶同樣可以用捂熱法；若效果不明顯，可用微熱法，試管直接微熱，錐形瓶或平底燒瓶微熱需要墊石棉網）【注意】導管口稍微露出橡膠塞即可。（利于導氣）類型二：FGA長頸漏斗+雙孔塞+錐形瓶FGC長頸漏斗+雙孔塞+試管FGD長頸漏斗+雙孔塞+平底燒瓶優點：長頸漏斗可隨時添加液體，隨時發生反應。氣密性檢查：從漏斗加入一定量的水，使漏斗的下端管口浸沒在液面以下，夾緊彈簧夾，再加入少量的水，停止加水后，漏斗中與錐形瓶中液面差（即水柱高度）保持不變，說明該裝置不漏氣。（法2：把導管口的下端浸入水中，從漏斗加入一定量的水，若加水過程中導管口產生氣泡說明裝置不漏氣。）【注意】長頸漏斗下端的管口應伸入液面下，錐形瓶中的導氣管不應伸入液面以下，應剛露出膠塞為宜。類型三：MAH注射器+錐形瓶+單孔塞MCH注射器+平底燒瓶+單孔塞MDH注射器+試管+單孔塞優點：可連續制取并能控制反應速率注射器氣密性檢查：法一：輕輕下推注射器活塞一小段距離后松手，若注射器能夠回到原來的刻度，則說明不漏氣。法二：把導管口的下端浸入水中，注射器先注入一定量的水，再往錐形瓶中注水，若加水過程中導管口產生氣泡說明裝置不漏氣。【補充介紹】MAH 分液漏斗+錐形瓶+雙孔塞MCH分液漏斗+平底燒瓶+雙孔塞MDH分液漏斗+試管+雙孔塞（分液漏斗和注射器的效果相同，通過控制液體的量，可連續制取并能控制反應速率）分液漏斗氣密性檢查：關閉分液漏斗上的活塞，把導氣管的一端浸入水中，用雙手緊握試管底部。如果觀察到導氣管口有氣泡冒出，而且在松開手后，導管中形成一段水柱，則證明裝置氣密性好，不會漏氣。類型四：“隨開隨用、隨關隨停”【展示】帶有多孔塑料片的裝置，同學們觀察這個裝置能否隨時反應、隨時停止呢？請同學上來演示。打開長頸漏斗，緩慢添加鹽酸，反應發生并產生氣體，當把彈簧夾夾緊時，試管內的大量氣體使得試管內氣壓增大，將鹽酸溶液又圧回長頸漏斗中，反應停止。（可引導學生分析）【介紹】另一種隨時反應，隨時停止的發生裝置：齊普發生器（荷蘭科學家齊普發明的，以他的姓命名）由球形漏斗、容器和導氣管三部分組成。適用于塊狀固體與液體在常溫下反應制取氣體。（氣密性檢查和長頸漏斗相似）使用時，將儀器橫放，把大理石由容器上插導氣管的口中加入，然后放正儀器，再將裝導氣管的塞子塞好。接著由球形漏斗口加入稀鹽酸。使用時，扭開導氣管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟大理石接觸而發生反應，產生的氣體從導氣管放出。不用時關閉導氣管的活塞，容器內繼續反應產生的氫氣使容器內壓強加大，把酸液壓回球形漏斗，使酸液與大理石脫離接觸，反應自行停止。（中間球體容器中放玻璃棉防止固體顆粒掉落到底部容器中）固體必須是塊狀的(不能是粉末)。【過渡】分析了發生裝置，收集裝置？【展示】收集裝置（向上排空氣法）注意：收集二氧化碳導管口應接近集氣瓶底部以利于排凈空氣。學生回答：發生裝置（反應物的狀態以及反應條件）收集裝置（氣體的密度和溶解性、是否與水反應）小組合作：討論并思考選擇發生裝置和收集裝置。組裝制取二氧化碳的發生裝置。【討論分析】各小組派代表上臺展示裝置并分析所展示發生裝置的優點。并演示裝置氣密性的檢查。學生代表上臺演示長頸漏斗的氣密性檢查及注意事項。學生代表上臺演示注射器的氣密性檢查及注意事項。【思考】上述裝置（分液漏斗和注射器可以控制反應速率）但是有沒有可以隨時反應，隨時停止的發生裝置呢？同學們能否組裝？觀察裝置并討論思考觀察齊普發生器及演示齊普發生器的反應。學生理解：該裝置符合“隨開隨用、隨關隨停”的原則。能節約藥品，控制反應的發生和停止，可隨時向裝置中添加液體藥品。學生組裝收集裝置并展示。學生小組互相討論發生裝置，并思考裝置的優點，有助于學生真正理解制取二氧化碳的最優裝置，活躍課堂，激發學生探究興趣。學生自主探究裝置的優點及氣密性檢查，真正體現學生為主體的教育思想。學生自主探究裝置的優點及氣密性檢查，真正體現學生為主體的教育思想。從發生裝置的不斷優化過程中，培養學生的科學探究精神，分析問題解決問題的能力。 簡單介紹齊普發生器，有利于學生對于裝置“隨開隨用、隨關隨停”的理解，為高中學習該裝置做鋪墊。五、制取二氧化碳5min【PPT】實驗室制取二氧化碳的步驟？(連 檢 裝 制 集 驗）步驟：連接裝置檢查裝置的氣密性加入石灰石或大理石（兩到三粒），注入稀鹽酸（約15mL）制取CO2 收集CO2 檢驗及驗滿CO2 【師生分析】實驗過程中出現的問題【歸納小結】實驗室制取二氧化碳的思路實驗室制取氣體的一般思路。學生分組實驗：制取二氧化碳，并檢驗和驗滿。【小結】實驗室制取氣體存在的問題。學生實驗，利于真正掌握實驗室制取氣體的操作。六、課堂小練導學案上習題練習。（四題）補充：若時間有剩余即可課堂完成練習。(3min)思考完成導學案上練習復習鞏固實驗室制二氧化碳六、板書設計8