初中化学九年级（科粤版）第五单元《二氧化碳的性质与制法》巅峰复习知识清单

初中化学九年级（科粤版）第五单元《二氧化碳的性质与制法》巅峰复习知识清单

一、核心素养导航：构建物质认知的顶层视角

本清单并非简单的知识罗列，而是基于“宏观-微观-符号”三重表征和“性质决定用途，用途体现性质”的化学核心观念，对二氧化碳这一重要化合物进行的深度学习与复习。我们将从物质分类、结构特点出发，深度剖析其物理性质、化学性质的底层逻辑，并通过实验室制法的探究，迁移至气体制备的一般思路。最终，我们将视角拓展至自然界碳循环、环境效应与跨学科应用，旨在培养解决真实复杂问题的关键能力，体现2022年版课标强调的“大单元教学”与“跨学科实践”理念【非常重要】【高频考点】。

二、二氧化碳的物理性质：基于分子间作用力的宏观表现

（一）常态下的基本性质

在通常状况下（25℃，101.3kPa），二氧化碳是一种无色、无味的气体。【基础】

（二）关键物理量的定量分析

1.密度：标准状况下，二氧化碳的密度为1.977g/L，约为空气密度（1.293g/L）的1.5倍。这一数据是理解其能像倾倒液体一样从一个容器倒入另一个容器，以及采用向上排空气法收集的根本原因【重要】。

2.溶解性：二氧化碳能溶于水。在通常状况下，1体积的水约能溶解1体积的二氧化碳，增大压强还可溶解更多。这解释了汽水、可乐等饮料的制备原理，也是其不宜用排水法收集的主要原因。但需注意，“能溶于水”不等于“易溶于水”（如氯化氢），也不等于“与水剧烈反应”【重要】。

（三）三态变化与“干冰”

在加压和降温的条件下，二氧化碳会变成无色液体，进而凝固成雪花状的固体。固态二氧化碳直接升华（由固态变为气态）而不经过液态，因此得名“干冰”。干冰升华时能吸收大量的热，使周围温度急剧降低，这一物理性质使其成为常用的制冷剂，用于人工降雨（作为凝结核使水蒸气凝结）、舞台烟雾效果（水蒸气冷凝成小水滴形成白雾）以及冷链运输【基础】。

三、二氧化碳的化学性质：从分子结构与反应机理深度解读

二氧化碳作为碳的+4价氧化物（碳酸酐），其化学性质由其碳氧双键结构和氧化态决定。

（一）不支持燃烧与不可燃性（氧化还原反应的体现）【非常重要】【高频考点】

1.核心性质：在一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧。

2.实验实证：【实验5-5】倾倒二氧化碳。将一瓶二氧化碳沿烧杯内壁缓缓倒入放有燃着蜡烛的烧杯中，观察到下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭。

3.深度解析：此现象同时证明了二氧化碳的两个关键性质：①密度比空气大（物理性质，导致气体下沉）；②不燃烧，也不支持燃烧（化学性质，导致火焰熄灭）。

4.思辨与拓展：这里强调“一般情况”，是因为有些活泼金属（如镁、钠）能在二氧化碳中继续燃烧，生成金属氧化物和碳单质。例如：2Mg+CO₂=点燃=2MgO+C。这说明二氧化碳在特定条件下可以表现出有限的氧化性，打破了“绝对不助燃”的思维定势【难点】。

（二）与水反应：碳酸的生成与分解【非常重要】【高频考点】

5.反应过程：二氧化碳与水反应生成碳酸，这是一个化合反应。化学方程式为：CO₂+H₂O=H₂CO₃。

6.碳酸的性质：碳酸是一种弱酸，不稳定，能使紫色石蕊试液变红。

7.实验探究链：【实验5-6】是揭示该反应机理的关键。

（1）现象A：向充满CO₂的软塑料瓶中加入水，旋紧瓶盖后振荡，塑料瓶变瘪。这首先证明了CO₂能溶于水（物理变化），同时也为后续化学反应提供了条件。

（2）现象B：取瓶内液体滴加紫色石蕊溶液，溶液变红。引发思考：是什么使石蕊变红？是CO₂？是水？还是新物质？

（3）对比实验（设计思想）：需补充实验：①将干燥的紫色石蕊小花直接放入CO₂中，不变红，证明CO₂不能使石蕊变红；②向干燥的紫色石蕊小花喷水，不变红，证明水不能使石蕊变红；③将喷水后的湿润小花放入CO₂中，变红，证明是CO₂与水反应生成的酸性物质（碳酸）使石蕊变红。

（4）现象C：将变红的溶液加热，溶液由红色变为紫色，并有气泡产生。这说明碳酸不稳定，受热易分解，化学方程式为：H₂CO₃=△=H₂O+CO₂↑。

8.生活应用：打开汽水瓶盖冒出大量气泡，除了压强减小导致气体溶解度降低外，也包含了碳酸分解的因素。

（三）与碱反应：二氧化碳的检验与吸收【非常重要】【高频考点】

9.与氢氧化钙反应（特征反应）：将二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，生成白色沉淀。化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。

原理深度剖析：这是CO₂的鉴定反应，现象明显。其本质是酸性氧化物与碱反应生成盐和水。该反应也解释了久置石灰水瓶壁上的白膜形成原因，以及用石灰浆【主要成分Ca(OH)₂】抹墙会变硬变白的原因。

10.与氢氧化钠反应（完全吸收）：将二氧化碳通入氢氧化钠溶液中，无明显现象，但反应剧烈。化学方程式：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O。

考点延伸：如何证明CO₂与NaOH发生了反应？【高频考点】【难点】

设计思路：证明反应发生，通常需要证明反应物减少或新物质生成。由于无明显现象，需借助“外力”。

（1）压差法：在一个充满CO₂的软塑料瓶或集气瓶中，迅速倒入NaOH溶液，旋紧瓶盖振荡，观察到塑料瓶变瘪或连通器产生倒吸，证明瓶内气体减少，压强减小，从而证明反应发生。注意：此处需设置对比实验（用等量水代替NaOH溶液），因为CO₂也能溶于水，但NaOH溶液吸收效果更好，变瘪程度更大。

（2）检验生成物法：反应后，向溶液中滴加稀盐酸，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则证明有碳酸钠生成；或滴加氯化钙/氯化钡溶液，若产生白色沉淀，也证明有碳酸钠生成。

（四）与碳反应（高温下的氧化性）【重要】

在高温条件下，二氧化碳能与碳反应，生成一氧化碳。化学方程式：CO₂+C=高温=2CO。这是一个吸热反应，也是工业制取水煤气（主要成分CO和H₂）的副反应之一，体现了CO₂在特定条件下的氧化性。

四、二氧化碳的实验室制法：气体制备模型的建构与应用

这部分内容是对氧气制取知识的迁移与深化，旨在构建实验室制取气体的一般思路与方法模型。【非常重要】【高频考点】

（一）药品选择与反应原理的精研

1.选定药品：大理石或石灰石（主要成分CaCO₃）和稀盐酸（HCl的水溶液）。

2.核心反应（分步理解）：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑。

本质上是碳酸钙与盐酸发生复分解反应，生成氯化钙和碳酸（H₂CO₃），碳酸随即分解为水和二氧化碳。总反应式即为上述。

3.药品选择的对比分析（为什么是它们？）【难点】：

（1）为何不用稀硫酸？：因为反应生成的硫酸钙（CaSO₄）微溶于水，会覆盖在石灰石表面，形成致密层，阻止内部碳酸钙与酸接触，使反应很快停止。

（2）为何不用浓盐酸？：浓盐酸挥发性极强，会导致制得的CO₂气体中混有大量HCl气体，使气体不纯。

（3）为何不用碳酸钠（纯碱）？：碳酸钠是粉末状固体，且溶于水，与酸反应速率太快，瞬间产生大量气体，不便于收集和控制反应速率。

（二）发生装置：固液不加热型

4.装置选择依据：反应物状态（固体+液体）和反应条件（不需要加热）。

5.典型装置与优劣评价【高频考点】：

（1）简易装置（试管+单孔塞+导管）：装置简单，但不能随时添加酸液。

（2）带长颈漏斗的装置：便于随时添加酸液，但长颈漏斗下端必须液封（伸入液面以下），否则气体会从漏斗口逸出。

（3）带分液漏斗的装置：既能添加酸液，又能通过活塞控制液体滴加速率，从而控制反应速率。

（4）启普发生器及其简易装置（如使用破试管、有孔塑料板等）：优点是可以控制反应的发生和停止。原理是通过关闭止水夹，使试管内气体压强增大，将液体压入长颈漏斗或压回容器，使固液分离，反应停止；打开止水夹，气体导出，压强减小，液体重新浸没固体，反应发生。【非常重要】

（三）收集、检验与验满

6.收集装置：向上排空气法。因为CO₂密度比空气大，且能溶于水。导管需伸入集气瓶底部，以排尽空气。

7.检验方法（鉴别气体是否为CO₂）：将气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，证明该气体是二氧化碳。化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。

8.验满方法（证明集气瓶已收集满）：将一根燃着的木条放在集气瓶口（注意：不是伸入瓶内！），若木条熄灭，则证明已收集满。

（四）实验操作步骤（可归纳为：查、装、收、验）【基础】

连接仪器→检查装置气密性→装入大理石（先固后液）→从长颈漏斗加入稀盐酸→收集气体→验满→检验气体。

五、知识网络建构与跨学科融合

（一）物质间的相互转化（碳及其化合物之间的“多米诺”关系）【非常重要】

建立“碳三角”或碳链转化关系：

C--(不完全燃烧/高温)--＞CO--(燃烧)--＞CO₂

C--(充分燃烧)--＞CO₂

CO₂--(与C高温)--＞CO

CO₂--(与H₂O)--＞H₂CO₃--(加热/分解)--＞CO₂

CO₂--(与Ca(OH)₂)--＞CaCO₃--(与HCl/高温)--＞CO₂

CaCO₃--(高温)--＞CaO+CO₂↑（工业制生石灰和二氧化碳）

（二）跨学科视角：二氧化碳与生命科学、环境科学

1.光合作用与呼吸作用（生命科学）：CO₂是绿色植物光合作用的重要原料（6CO₂+6H₂O=光能/叶绿素=C₆H₁₂O₆+6O₂），为地球生命提供物质和能量基础；同时又是动物呼吸的代谢终产物。

2.温室效应（环境科学）：CO₂是主要的温室气体之一。其过量排放（化石燃料燃烧）与吸收失衡（森林砍伐），导致全球气候变暖，引发冰川融化、海平面上升、极端气候等问题。这体现了化学对社会可持续发展的责任担当。碳中和、碳达峰等国家战略与本知识紧密相关。

3.密度与压强（物理）：干冰升华吸热致冷原理；CO₂溶于水的压强变化（启普发生器原理）；倾倒实验中的气体流动性。

六、高频考点、题型突破与易错点辨析

（一）选择题常见考向

1.性质与用途对应关系判断【基础】

例：下列用途，主要利用了二氧化碳化学性质的是（D）

A.干冰用于人工降雨（物理性质：升华吸热）

B.用于汽水的原料（既利用了能溶于水的物理性质，也利用了与水反应的化学性质，需具体分析，通常侧重于化学变化生成碳酸）

C.制冷剂（物理性质）

D.灭火（既利用了密度比空气大的物理性质，也利用了不支持燃烧的化学性质，为综合性考查。但若单选“主要”或“化学性质”，通常选D或不支持燃烧的选项）

2.实验现象描述辨析【重要】

例：下列关于CO₂的实验现象描述，正确的是（C）

A.将CO₂通入紫色石蕊试液中，溶液变蓝（应为变红）

B.将干燥的石蕊小花放入CO₂中，小花变红（应为不变）

C.将CO₂通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊（正确）

D.将燃着的木条伸入CO₂中，木条燃烧更旺（应为熄灭）

3.气体制备装置的选择【基础】

（二）填空题与实验探究题高频考向

4.综合实验题：【非常重要】

常将CO₂的制取、除杂（如除去HCl气体，通过饱和NaHCO₃溶液）、干燥（通过浓硫酸）、性质检验（与石蕊、与石灰水反应）、尾气吸收等环节串联成一个完整的实验流程。

易错点：洗气瓶（多功能瓶）的长进短出原则（用于收集密度比空气大的气体或除杂时，气体应“长进短出”；若用于排水法收集气体，则应“短进长出”）。

5.探究性实验题：【非常重要】【难点】

（1）探究CO₂与NaOH溶液的反应（如前所述，压差法与产物检验法结合，并注意设置对照实验）。

（2）探究CO₂与水反应的中间产物（如利用四朵紫色石蕊小花的系列对比实验）。

（三）计算题【基础】

通常结合化学方程式进行简单计算，如：计算实验室制取一定质量CO₂所需CaCO₃的质量，或测定某石灰石样品中CaCO₃的质量分数。

（四）简答题

例：为什么长期放置的澄清石灰水瓶壁会有一层白膜？如何清洗？

答案：石灰水与空气中的CO₂反应，生成了不溶于水的白色碳酸钙（CaCO₃）固体。可用稀盐酸清洗，因为盐酸能与CaCO₃反应生成可溶的氯化钙、水和CO₂。

（五）易错点与思维盲区归纳

6.概念混淆：误将“二氧化碳能使紫色石蕊试液变红”当作直接性质，忽略是“二氧化碳与水反应生成的碳酸”的作用。

7.思维定势：认为所有物质燃烧都需要氧气/空气支持，忽略镁等活泼金属能在CO₂中燃烧。

8.操作