初中化学九年级 二氧化碳的性质与制法 知识清单

初中化学九年级二氧化碳的性质与制法知识清单

一、课程内容构建与学科思想

本知识清单基于核心素养导向，围绕“物质的性质与应用”、“科学探究与化学实验”、“物质的组成与结构”及“化学与社会·跨学科实践”四大学习主题构建。核心在于引导学生建立“性质决定用途，用途体现性质”的化学观念，并通过对二氧化碳的系统学习，初步形成研究物质的一般思路与方法。同时，紧密联系碳达峰、碳中和等社会热点，培养学生的科学态度与社会责任。

二、二氧化碳的性质

（一）物理性质【基础】【必记】

在通常状况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。在标准状况下，其密度约为1.977g/L，比空气的密度（约1.293g/L）大，因此我们能够采用向上排空气法进行收集。二氧化碳能溶于水，在常温、常压下，1体积的水约能溶解1体积的二氧化碳，增大压强可以使其溶解得更多，这正是生产汽水等碳酸饮料的原理。在加压和降温冷却的条件下，二氧化碳会转变成固体，固态二氧化碳被称为“干冰”，干冰在常温常压下不经液化而直接升华。

（二）化学性质【核心】【重中之重】

1、不支持燃烧也不能燃烧【重要】【高频考点】通常情况下，二氧化碳不能支持燃烧，也不能燃烧。向盛有燃着蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳气体时，可观察到蜡烛由下而上依次熄灭。这一现象不仅证明了二氧化碳的此性质，还同时验证了其密度比空气大。需要特别注意，此性质是指“不支持燃烧”，并非所有燃烧都不能在二氧化碳中进行，如镁带可以在二氧化碳中剧烈燃烧，生成氧化镁和碳，因此在进行灭火时需考虑可燃物的特殊性。

2、与水反应【重点实验】二氧化碳能与水发生化学反应生成碳酸，碳酸能使紫色的石蕊试液变红。其化学方程式为：CO2+H2O=H2CO3。但碳酸很不稳定，容易分解，受热时分解尤为迅速，化学方程式为：H2CO3=CO2↑+H2O。在实验探究中，常用用紫色石蕊染成的干花进行对比实验：将干燥的紫色石蕊干花放入二氧化碳气体中，花不变色，证明二氧化碳本身不能使石蕊变色；将湿润的紫色石蕊干花放入二氧化碳气体中，花变红，说明二氧化碳与水反应生成的碳酸使石蕊变色；再将变红的干花小心加热，红花重新变为紫色，说明碳酸的不稳定性。

3、与碱反应【必考】【难点】

二氧化碳能与澄清石灰水（氢氧化钙溶液）反应，生成白色的碳酸钙沉淀和水，导致溶液变浑浊。这是实验室检验二氧化碳气体的常用方法，化学方程式为：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。

二氧化碳也能与氢氧化钠溶液反应，但无明显的现象（通常生成可溶性的碳酸钠），化学方程式为：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O。要证明二氧化碳与氢氧化钠确实发生了反应，通常需要设计实验，通过观察气压变化导致的液体倒吸、气球胀大等间接现象来进行验证。

4、光合作用在光照条件下，绿色植物吸收二氧化碳和水，通过叶绿体合成有机物（主要是淀粉）并释放出氧气。这是自然界中碳-氧循环的重要一环，化学方程式可表示为：6CO2+6H2O光叶绿体C6H12O6+6O2。

5、与碳反应在高温条件下，二氧化碳能与碳反应生成一氧化碳，化学方程式为：CO2+C高温2CO。这是一个吸热反应，在工业上用于制取燃料气或还原性气体。

（三）二氧化碳对生活和环境的影响【热点】

1、二氧化碳的用途【基础】【重要】基于其性质，二氧化碳有着广泛的应用。利用其不支持燃烧且密度比空气大的性质，常用于灭火；干冰升华吸热，可用作制冷剂，用于人工降雨、食品冷链运输，在舞台上制造烟雾缭绕的视觉效果；二氧化碳是植物光合作用的主要原料，在农业上可用作气体肥料；同时，它也是一种重要的工业原料，用于生产纯碱（Na2CO3）、尿素等化工产品。

2、温室效应【必知】大气中的二氧化碳等温室气体允许太阳光透过，但却强烈吸收地面辐射出来的红外线，导致地球温度保持在一定水平，这种现象称为温室效应。它能保证地球表面的适宜温度，但过量排放会导致全球气候变暖，引发冰川融化、海平面上升、极端气候频发等一系列生态问题。

3、节能减排【社会责任】为减缓温室效应，我们应该减少化石燃料的使用，开发太阳能、风能、氢能等清洁能源，提高能源利用率，并大力提倡植树造林，增加对二氧化碳的吸收能力。

三、二氧化碳的制法

（一）实验室制法

1、药品选择与原理【高频考点】【易错点】

实验室通常选用大理石（或石灰石，主要成分是CaCO3）和稀盐酸（HCl的水溶液）反应来制取二氧化碳。不用稀硫酸的原因是：反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面，阻止内部的大理石与酸进一步接触，使反应很快停止。不用浓盐酸的原因是：浓盐酸具有极强的挥发性，会使制得的二氧化碳气体中混有较多的氯化氢气体而导致气体不纯。不用纯碳酸钙或碳酸钠粉末的原因是：反应速率过快，不易控制，且成本较高。

反应原理的化学方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。

2、发生装置【重点】根据反应物是固体（大理石）和液体（稀盐酸），反应不需要加热（常温），以及生成的气体量较大等特点，实验室通常采用固液常温型发生装置。

基本装置：锥形瓶（或广口瓶、试管）配双孔橡皮塞，一孔插入长颈漏斗，另一孔插入导气管。

长颈漏斗的使用要点：末端必须伸入液面以下，形成液封，以防止生成的二氧化碳气体从长颈漏斗口逸出。

发生装置的改进：为了便于控制反应的发生与停止，可以采用带有孔隔板（塑料板或破试管）的装置，配合弹簧夹使用。当弹簧夹关闭时，试管内气体增多，压强增大，将液体压回长颈漏斗，使固液分离，反应停止；打开弹簧夹，气体导出，压强减小，液体重新浸没固体，反应发生。这种启普发生器原理的装置是中考实验设计的考察热点。

3、收集装置【基础】由于二氧化碳能溶于水，且密度比空气大，故只能采用向上排空气法进行收集。不能用排水法收集（除非采用排水法测体积或研究特殊问题，因为二氧化碳溶于水且与水反应会导致收集到的气体体积偏少且不纯）。在收集过程中，导管应伸入集气瓶底部，以利于排尽瓶内空气，使收集的气体更纯净。

4、验满与检验【高频考点】【操作要点】

检验：通常使用澄清石灰水。将生成的气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。操作时，导管应插入液面以下。

验满：因为二氧化碳不支持燃烧，可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，则证明二氧化碳已收集满。

5、实验步骤与注意事项

步骤可概括为：查（检查装置气密性）、装（装入大理石）、加（从长颈漏斗加入稀盐酸）、收（收集气体）、验（验满）、放（正放在桌面上，因为密度比空气大）。

装置气密性检查方法：连接好装置后，将导管一端放入水中，用手紧握锥形瓶外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，则证明装置气密性良好。

（二）工业制法【了解】

工业上大规模制取二氧化碳，通常采用高温煅烧石灰石的方法。其主要成分碳酸钙在高温下分解，生成氧化钙（生石灰）和二氧化碳。化学方程式为：CaCO3高温CaO+CO2↑。此外，在石油化学工业、酿造工业等生产过程中，二氧化碳也常作为副产品被回收利用。

四、核心考点与考向分析

（一）客观题（选择题、填空题）

1、考向一：二氧化碳的性质辨析。给出现象或用途，要求判断所对应的性质。如人工降雨对应干冰升华吸热，光合作用对应参与反应等。【基础】

2、考向二：实验现象描述。特别是倾倒二氧化碳灭蜡烛火焰（强调由下至上）、石蕊试液与二氧化碳作用（强调变色的是碳酸，而非二氧化碳本身）的准确描述。【重要】

3、考向三：物质鉴别与除杂。例如，如何鉴别N2和CO2（用澄清石灰水或燃着的木条，但需注意N2也能使木条熄灭，故用石灰水更科学）；如何除去CO中的CO2杂质（将混合气体通过足量的氢氧化钠溶液）。【难点】【易错】

4、考向四：对“温室效应”的理解。判断哪些措施有利于减缓温室效应（如植树造林、开发新能源），哪些是错误措施（如禁用化石燃料、停止工业生产）。【热点】

（二）主观题与实验探究题

1、考向一：实验室制取气体的思路迁移。给定新的反应物和反应条件，要求选择正确的发生装置和收集装置。这是对知识应用能力的考察，核心是理解选择发生装置的依据是反应物状态和反应条件，选择收集装置的依据是气体的密度和溶解性。【核心素养】

2、考向二：多功能瓶的使用。在集气瓶中预先装满某种液体，对气体进行“洗气”（除杂）或“干燥”。如用浓硫酸干燥二氧化碳气体，气体应“长进短出”；用排空气法收集气体时，若收集密度比空气大的气体（如CO2），应“长进短出”；若收集密度比空气小的气体（如H2），则应“短进长出”。用排水法收集气体，则应“短进长出”。【高频考点】【难点】

3、考向三：数字化实验与压强变化。结合气压传感器或注射器等，通过分析压强-时间曲线，判断二氧化碳与NaOH、Ca(OH)2等溶液反应的情况。例如，将等体积的CO2分别注入等量的水和NaOH溶液中，通过对比压强的下降程度，判断NaOH与CO2发生了反应且吸收效果更好。【创新题】

4、考向四：对比实验的设计与评价。在探究二氧化碳与水反应时，设计四个步骤（干燥石蕊花直接放入CO2中、湿润石蕊花直接放入CO2中、将湿润石蕊花放入空气中、将变红的湿润石蕊花加热）的思路，及其所证明的结论。【必考实验】

五、易错点与解题要点

1、审题不清。题目要求“检验”气体，应选用澄清石灰水；要求“验满”气体，应选用燃着的木条放在瓶口。两者不可混淆。【基础失分点】

2、对“通入”与“投入”的理解。将二氧化碳气体通入紫色石蕊试液中，溶液变红的原因是CO2与H2O反应生成了H2CO3。若将干燥的紫色石蕊试纸投入CO2气体中，试纸不变色。操作不同，结论不同。

3、化学方程式的书写。碳酸钙与盐酸反应，产物是CaCl2、H2O和CO2，而不是CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3（碳酸不稳定，要分解）。同时，要注意气体符号“↑”的标注，反应物中有气体（或溶液）时，生成的气体一般不标箭头，但若反应物均为固体，则生成气体必须标“↑”。【必纠错】

4、装置气密性检查的语言表述。必须包含“形成密闭系统”、“操作（如捂热）”、“现象（气泡冒出、水柱形成）”、“结论（气密性良好）”四个要素，表述要严谨。

5、二氧化碳与碱反应的无现象探究。解题思路通常是通过对比实验，证明反应物减少（如用pH计测溶液碱性变化）或生成物生成（如检验碳酸钠的存在），或通过气压的明显变化来反证反应的发生。

六、思维拓展与跨学科视野

1、跨学科实践：温室效应的模拟实验。运用物理的热辐射吸收原理，用两个相同的透明容器，一个充入空气，一个充入等体积的二氧化碳，同时放在相同强度的光源下照射，用温度传感器测量并记录内部温度的变化。通过对数据的分析，定量地理解二氧化碳对红外线的吸收能力，建立科学的数据意识。

2、化学史与科学本质。了解拉瓦锡等科学家对空气成分的探索，以及“固定空气”（即二氧化碳）的发现史，理解科学知识是不断发展和修正的。思考从燃素说到氧化理论的演变，体会模型与假说在化学发展中的作用。

3、STS（科学、技术、社会）联系。探究“碳达峰、碳中和”目标下的化学技术路径。思考：如何利用化学原理进行“碳捕集”与“碳封存”？例如，用碱性溶液吸收工业废气中的CO2，或将CO2压入地下或海底。进一步思考，如何将CO2转化为有用的产品，如合成燃料、高分子材料等，实现碳的资源化利用，这体现了绿色化学的“原子经济性”思想。

4、高阶思维训练。给出一个复杂的实验装置图，包含洗气瓶、干燥管、集气瓶、酒精灯等，要求制备纯净、干燥的CO2气体，并验证其性质。解题流程为：分析目的（制备纯净CO2）→分析杂质（HCl气体、水蒸气）→除杂顺序（一般先除其他杂质，后干燥，因为气体通过溶液后会带出水蒸气）→除杂试剂的选择（除HCl用饱和NaHCO3溶液，因为NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑，既除去了HCl，又增加了CO2；干燥用浓硫酸或无水氯化钙）→性质验证装置的设计。这是对综合应用能力的最高层级考察。

七、总结性要点梳理

研究物质的一般思路：对于二氧化碳，我们遵循了“观察物理性质→实验探究化学性质→归纳性质变化规律→联系实际用途与影响→实验室制备方法”的逻辑主线。这条主线同样适用于后续对其他气体（如O2、H2）、酸、碱、盐的学习。

备考建议：回归教材，吃透实验。对于二氧化碳的实验室制法，不仅要记住原理和装置，更要理解为什么选择这种药品、为什么用这种装置、操作顺序背后的原因。对于二氧化碳的性质，要能从宏观现象（如石灰水变浑浊）迅速联想到微观本质（Ca2+与CO32-结合），并能准确写出化学方程式。对于与社会热点的结合题，要能运用所学化学知识对实际问题进行分析和解释，体现学科的育人价值。

八、典型例题与解题思路示例

（为了完整呈现应考策略，此处分题型示例，但不作为列表项，以连续段落呈现）

例题一：实验室用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳，不需要使用的仪器是A、酒精灯B、锥形瓶C、集气瓶D、长颈漏斗。解题思路：回顾实验室制取二氧化碳是固液常温型，不需要加热，因此不需要酒精灯，答案为A。此题为基础题，考查发生装置的选择依据。

例题二：有四瓶无色气体，分别是空气、氧气、氮气和二氧化碳，如何将它们鉴别开来？解题思路：鉴别题的核心是抓住物质性质的差异。首先将燃着的木条分别伸入四个集气瓶中，使木条燃烧更剧烈的是氧气；使木条熄灭的是氮气和二氧化碳；无明显变化（继续燃烧）的是空气。然后向使木条熄灭的两瓶气体中分别倒入澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊的原气体是二氧化碳，不变浑浊的是氮气。此题综合考查了氧气支持燃烧、二氧化碳不支持燃烧且能使石灰水变浑浊、氮气不支持燃烧也不与石灰水反应的性质。

例题三：某同学用如图装置（包含发生装置、洗气瓶A（内盛有试剂X）、收集装置B）制取并收集一瓶干燥、纯净的二氧化碳气体。请回答：（1）发生装置中盛放稀盐酸的仪器名称是______。（2）试剂X应该是______，其作用是______。（3）请将收集装置B中的导管补画完整。解题思路：（1）为长颈漏斗。（2）目的是得到干燥纯净的CO2，由于盐酸挥发会混入HCl气体，所以试剂X的作用是除去HCl。除去HCl应选用饱和碳酸氢钠溶液，因为该溶液不仅能吸收HCl，还能反应生成CO2，不会引入新杂质。干燥通常放在除杂之后，此处如果只有一个洗气瓶，那么X应该是饱和碳酸氢钠溶液，干燥步骤需要后续连接装有浓硫酸的洗气瓶；若题目要求只用一个洗气瓶达到干燥和除杂双重目的，通常是不现实的，因为浓硫酸不能除HCl（会带入水蒸气且不彻底），饱和碳酸氢钠溶液不能干燥气体。因此，此处X很可能是饱和碳酸氢钠溶液。（3）收集装置B用向上排空气法，导管应伸入集气瓶底部。此题考查了除杂、干燥、装置连接的综合知识。

例题四：下列关于二氧化碳的描述中，正确的是A、二氧化碳能使紫色石蕊试液变红B、干冰就是固态的二氧化碳，升华放热可用