“捉”碳记-二氧化碳的性质探究 教学设计

捉“碳”记——二氧化碳的性质探究（宿城第一初级中学教师姓名：李艳艳；指导教师：李婷婷、武莉）课标呈现通过实验探究CO2的主要性质，认识物质的性质与用途的关系。以自然界中的碳循环为例，认识物质在自然界中可以相互转化及其对生活和环境的影响。教材分析本节选自人教版义务教育教科书《化学》九年级上册第六单元课题3第1课时，二氧化碳是继氧气之后学生重点学习的气体之一，也是酸性氧化物的代表和碳循环中的重要物质之一，为今后学习“酸、碱、盐”起到铺垫作用。教材从二氧化碳的性质及其对生活和环境的影响2个方面来介绍二氧化碳：对二氧化碳的性质，通过3个实验（倾倒二氧化碳、二氧化碳的溶解性实验、二氧化碳与水的反应）展开，用图片和大量文字介绍二氧化碳对生活和环境的影响。学情分析本单元的学习是在学生具备了一定的化学基本概念和基本技能之后更加深入、细致的研究具体物质。学生对二氧化碳并不陌生，知道它是空气的组分之一，能用于制冷剂、人工降雨、灭火、制汽水是工业原料还知道它是植物光合作用的原料之一。二氧化碳为什么会有这么多用途，是由什么性质决定的？通过本节课的学习不仅要让学生了解知识本身，更重要的是形成结论的探究过程和思维方法。教学目标1.能简要描述CO2的主要物理性质，能运用其解释实验和生活中的某些现象。2.知道常见的检验CO2的方法，能基于证据说明CO2能溶于水，且溶于水后发生了化学反应生成了酸性物质。3.以自然界中的碳循环为例，认识物质在自然界中可以相互转化，辩证地看待CO2对生活和环境的影响，树立低碳生活理念。教学方法学生分组实验、小组合作讨论、教师展示讲述实验用品具支试管、橡胶管、T型管、集气瓶、烧杯、石灰石、稀盐酸、澄清石灰水、紫色石蕊试纸、火柴、橡胶塞、铷磁铁、纱布包教学重难点重点：CO2的性质难点：探究CO2性质的方法设计思路图1教学设计流程图教学过程环节一、“识”碳引入：同学们，你们了解CO2吗？人和动植物的呼吸，煤、石油和天然气等化燃料的燃烧都会产生CO2，而绿色植物的光作用却吸收CO2，放出O2。因此，大气中CO2的含量是相对稳定的，但是近几十年来，一方面，随着工业生产的高速发展和人们生活水平的不断提高，人类所消耗的化石能源急剧增加，排入大气中的CO2越来越多；另一方面，能够吸收CO2的森林却因为天灾和人类的乱砍滥伐等各种因素而不断减少，结果大气中CO2的含量不断上升，从而导致温室效应增强，全球气候变暖。全球变暖已使人类的生存环境遭受严重的威胁。如果我们能将大气中的CO2分子抓住，把他们从空气中分离出来，是不是就可以减少他们对环境的危害了呢？这是一项浩大的工程，因为CO2分子太小了，想抓住他们谈何容易，好在科学家们已经开始研究通过物理或化学方法使气体中的二氧化碳分离出来的方法，这就叫做二氧化碳捕捉技术。今天我们就跟随科学家的脚步一起来学习如何捕捉二氧化碳。既然，这节课我们要捕捉二氧化碳，现在，我们就要了解它。【历史再现1】早在公元300年以前的西晋时期，张华所著的《博物志》书中，已有烧白石作白灰时产生气体的记载。白石就是白石灰石，白灰就是石灰，所产生的气体就是CO2，但是由于技术的局限性，当时还没有发现这种气体就是CO2。转眼1000多年过去了，17世纪初，比利时化学家海尔蒙特对CO2进行过许多观察、研究，发现木炭燃烧后，有灰烬产生，还有不能保存在容器中也不可见的物质产生，他命名为“森林之精”，并通过实验证明这种气体不助燃，烛火在其中会熄灭。他还在地窖、洞穴等低凹地发现过CO2。【问题1】通过海尔蒙特的研究你能猜想出CO2有哪些性质?【活动1】学生根据资料讨论CO2的性质：CO2是无色的气体，不可燃不助燃，还在地窖、洞穴等地发现过CO2，说明CO2密度大于空气。【活动1】学生根据CO2的性质设计实验。教师加以点评。【实验1】图2验证CO2不可燃不助燃、密度大于空气的实验【归纳1】CO2密度大于空气、不可燃不助燃。用CO2灭火器灭火时，灭火器的喷射口应在火焰的侧面对准，这样灭火效果会更好。设计意图：用《博物志》中记载了烧白石作白灰时有气体产生，但却不知道是CO2。海尔蒙特发现CO2这段化学史启发学生从化学史中总结知识、发现问题，并引导学生设计实验来验证CO2的密度大于空气且不可燃不助燃的性质。通过使用T型管和Y型管的现象不同，引发学生思考，总结出CO2灭火器的正确使用方式。环节二、“捉”碳【过渡】【历史再现2】1755年，英格兰化学家布莱克在做煅烧白垩（石灰石）时发现产生了纯净的CO2，并用石灰水捕捉到了它们。【问题2-1】人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳，同学们试一试能不能用桌子上摆放的澄清的石灰水捕捉到呼出气体中的CO2？【活动2-1】学生分组交流讨论捕捉CO2的方法，教师点评。【实验2-1】用吸管向澄清石灰水中吹气。图3捕捉CO2【查阅资料】CO2与澄清石灰水中的Ca(OH)2反应，生成难溶于水的白色沉淀CaCO3和一种常见的氧化物。【任务2-1】请根据查阅资料写出反应的化学方程式。学生书写化学方程式。【归纳2-1】CO2能使澄清石灰水变浑浊，Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。澄清石灰水可以捕捉CO2。【过渡】除了澄清石灰水之外，还有一种更常见的物质可以捕捉二氧化碳。【展示】请同学们观看汽水是怎么制成的。【问题2-2】水也可以捕捉二氧化碳吗？【活动2-2】学生讨论用水捕捉CO2的方法。教师加以点评。【实验2-2】向集满二氧化碳的塑料瓶中加入适量的水，拧紧瓶盖，振荡。【归纳2-2】CO2能溶于水。【过渡】塑料瓶中的二氧化碳减少了，可以证明它们溶解于水，但是溶液并没有发生明显变化，所以我们说二氧化碳是现形了，但没有完全现形。此时，二氧化碳是否在水里呢？还是转化成了新的物质？怎么办？我们继续追寻化学家的脚步，看看化学家们的办法。【历史再现3】时间来到1774年，德国化学家伯格曼将紫色石蕊加入溶解有CO2的水中，紫色石蕊变色。【任务2-3】请同学们将石蕊滴入盛有二氧化碳溶液的塑料瓶中，观察现象。二氧化碳“现形”了吗？【实验2-3】学生将石蕊滴入盛有二氧化碳溶液的塑料瓶中，观察并描述实验现象。【归纳2-3】将石蕊滴入盛有二氧化碳溶液的塑料瓶中，石蕊变红，二氧化碳“现形”。【问题2-4】使紫色石蕊变红的物质是什么？【活动2-4】学生提出猜想：猜想①水使石蕊变红；猜想②CO2使石蕊变红；猜想③CO2与水反应生成的新物质使石蕊变红。表1学生设计实验内容实验内容设计理由1酸、石蕊证明石蕊遇酸会变色2CO2、H2O、石蕊探究CO2和H2O反应是否生成新物质—酸3CO2、石蕊探究CO2能否使石蕊变色（证伪）4H2O、石蕊探究H2O能否使石蕊变色（证伪）【实验2-4】学生进行实验，教师组织学生汇报实验成果：观察到到盐酸能使干燥的石蕊试纸变红，只有H2O或只有CO2均不能使干燥的紫色石蕊试纸变色，而CO2和H2O混合则可以。图4验证CO2与H2O反应的实验方案【归纳2-4】二氧化碳和水反应生成了碳酸，CO2+H2O=H2CO3。看来水也可以捕捉CO2，在这个“捕捉”的过程中，CO2既溶解于水，也与水发生了化学反应。现在，空气中的二氧化碳排放越来越多，大海也在“捕捉”空气中大量的二氧化碳，因为溶解在水中的二氧化碳和水发生了反应生成了碳酸，所以导致了海水酸化。【演示实验2-5】用吹风机吹变红的石蕊试纸，发现试纸又恢复紫色。【活动2-5】学生思考红色褪去的原因。【归纳2-5】CO2和H2O反应生成了H2CO3，CO2+H2O=H2CO3。碳酸不稳定，容易分解生成CO2和H2O。H2CO3=CO2+H2O。设计意图：从化学史中引导学生了解捕捉CO2的方法，启发学生用澄清石灰水和水来捕捉CO2。以伯格曼的研究和补充材料启发学生设计实验，探究CO2与水的反应，全程体验科学探究的过程。在这个实验中，设计了5个对比实验，训练学生思维的严密性。环节三、“减”碳【过渡】【历史再现4】1850年，美国科学家尤妮斯·富特在自己的论文中首次揭示了CO2在温室效应中的重要作用。她认为，如果某一时期地球大气中CO2所占的比例增加，全球的气温也会随之升高。温室效应有很多的危害：全球变暖、地球上的病虫害增加、海平面上升、土地沙漠化、缺氧、热带雨林消失、新的冰川期来临等（图片展示）。【问题3-1】“捉”碳的局限性是治标不治本，减少碳排放才能从根本上解决问题。我们该如何防止温室效应进一步增强？【活动3-1】学生讨论解决温室效应的措施，减少碳排放和对CO2进行吸收。“碳达峰”和“碳中和”。【归纳3-1】2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。我们国家的研究团队在碳中和方面也取得了突破性进展。2021年9月24日，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和团队的科研成果发表于国际权威学术期刊《科学》，首次实现了利用CO2人工合成淀粉。设计意图：从CO2引发温室效应，使学生认识温室效应的危害，启发学生了解“减”碳的措施。又通过习近平主席提出“碳达峰”、“碳中和”的政策以及我国科研团队在“碳中和”方面的贡献，增强学生低碳环保的意识。【课堂小结】这节课循着化学史的脚步，体验了CO2的发现、制取、捕捉、表征的过程，不仅学到了CO2的相关性质和应用，还学到了实验探究的方法，领悟到了我们要为“碳达峰”、“碳中和”贡献出自己的一份力量。板书设计十、教学反思通过化学史作为情境线贯穿始终，通过情境—问题—活动—实验—知识—素养这几个环节，学生始终以探索者的身份出现；通过观察、分析、讨论、归纳得出正确结论，促使本次教学成为一个再发现、再创造的认知过程。在实验过程中，帮助学生构建自己的化学知识体系，把所学知识转化为解决问题的能力。本节课没有对CO2的溶解性进行定量探究。十一、教学评价本教学设计以二氧化碳的发现和研究史作为历史线，以“识”碳、“捉”碳、“减”碳作为情景线，通过“演示实验”“学生实验”“分组实验”“探究实验”等一系列实验活动学习二氧化碳的物理性质、化学性质，并用所学知识解决日常生活中的实际问题，系统