九年级化学《基于核心素养的二氧化碳制备探究实验》导学案

九年级化学《基于核心素养的二氧化碳制备探究实验》导学案

一、教学背景与设计理念

本课位于人教版九年级化学第六单元课题2，是继氧气之后学生第二次系统学习气体的实验室制法，承载着构建“气体制备一般思路”模型的重要功能【重要】。基于“科学探究与创新意识”核心素养，本设计摒弃传统的灌输式教学，采用“问题驱动—实验探究—模型建构—迁移应用”的教学范式。以“如何为潜水艇设计一个安全、可控的二氧化碳补给系统”作为项目式学习的主线，将教材内容转化为四个层层递进的探究任务。通过跨学科融合（物理气压原理、工程技术设计），引导学生在真实的工程设计背景下，经历“提出假设—设计方案—动手实验—评估优化”的完整科学探究过程，实现从“知识传授”到“素养养成”的转变【非常重要】。

二、教学内容与学情分析

（一）教学内容分析

本课题的核心是“探究”，具体包括三个层面：一是反应原理的探究（药品选择与优化）；二是发生与收集装置的探究（仪器组装与创新）；三是气体制备一般思路的模型建构（方法论的升华）。其中，装置的设计与改进是培养学生创新思维与动手能力的绝佳载体【难点】【高频考点】。

（二）学情分析

学生已学习了氧气的实验室制取，初步具备了气体制备的经验，掌握了基本实验操作。但对“为何选择特定药品”“如何根据反应物状态和反应条件设计装置”缺乏系统性认识，思维的严密性和批判性尚待加强。同时，学生对“性质决定用途，用途体现性质”的学科思想理解不够深入。

三、教学目标（核心素养视角）

（一）宏观辨识与微观探析

通过分析碳酸钙与稀盐酸的微观反应实质，理解选择该药品组合的原因，能正确书写化学方程式【基础】。

（二）变化观念与平衡思想

理解反应速率需要控制（不能太快也不能太慢），初步建立“可控”的化学变化观念。

（三）科学探究与创新意识

1.能通过对比实验，探究并确定实验室制取二氧化碳的最佳药品组合【重要】。

2.能根据反应物状态和反应条件，自主设计并组装简易且创新的发生装置，培养解决实际问题的能力【非常重要】【热点】。

（四）科学精神与社会责任

通过“潜水艇供气系统”的项目式学习，感受化学对社会发展的贡献，增强严谨求实的科学态度。

四、教学重难点

（一）教学重点

实验室制取二氧化碳的反应原理（CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑）及装置设计思路【基础】【高频考点】。

（二）教学难点

1.探究过程中“控制变量”思想的运用（如对比不同酸、不同碳酸盐的反应速率）【难点】。

2.气密性检查的创新方法及装置改进的优化思路（如启普发生器原理的简易化实现）【难点】【热点】。

五、教学准备

（一）仪器

锥形瓶、平底烧瓶、试管、集气瓶、玻璃片、长颈漏斗、分液漏斗、注射器、具支试管、U型管、橡胶塞、导管（直管与弯管）、气球、烧杯、酒精灯（备用）、铁架台。

（二）药品

大理石（或石灰石）、碳酸钠粉末、稀盐酸（1：2）、稀硫酸（1：4）、澄清石灰水、紫色石蕊试液。

（三）其他

多媒体课件（包含潜水艇内部供气系统视频）、任务驱动单、实验记录表。

六、教学实施过程（核心环节）

（一）【创设情境，项目导入】——引发认知冲突（约5分钟）

教师播放“潜水艇在水下作业”的纪录片片段，并抛出驱动性问题：“潜水艇长期潜航，舱内二氧化碳浓度升高会威胁官兵生命安全。如果你是工程师，需要设计一个‘小型、可控、即需即产’的二氧化碳补给系统（用于调节气压或植物舱光合作用），你会选择什么药品？设计什么样的装置？”学生顿时产生兴趣，教师顺势引导学生回顾：产生二氧化碳的方法有很多（如蜡烛燃烧、碳燃烧、煅烧石灰石等），但这些方法能直接用于潜艇吗？学生讨论后归纳出“潜艇制备”的特殊要求：反应无需点火（避免氧气消耗）、装置紧凑、反应速率可控、原料携带方便。由此引出本课核心任务：探究最适合实验室（模拟潜艇环境）制取二氧化碳的方案【非常重要】。

（二）【任务一：药品优选，初探原理】——对比实验与变量控制（约15分钟）

教师提出问题：“基于已有知识，你认为哪些药品组合可能产生二氧化碳？请列举。”学生列举出：碳酸钠+稀盐酸、大理石+稀盐酸、大理石+稀硫酸等。教师指导学生以小组为单位，利用点滴板（或小试管）进行微型对比实验【重要】。实验设计包含三组：A组（碳酸钠+稀盐酸）、B组（大理石+稀盐酸）、C组（大理石+稀硫酸）。学生认真观察并记录气泡产生的速率、持续时间及现象差异。实验结果显示：A组反应极其剧烈，瞬间产生大量气泡，导致液体溢出；B组反应平稳，气泡均匀持续；C组反应开始有气泡，但很快减慢直至停止。教师引导学生从微观角度分析C组反应停止的原因——硫酸钙微溶覆盖在固体表面阻碍反应【难点】。继而组织学生讨论：为何排除A组？学生从“可控性”角度得出：反应太快不利于收集，且浪费药品。最终师生共同得出结论：实验室制取二氧化碳的最佳药品组合是【大理石（或石灰石）和稀盐酸】，反应原理为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑【基础】【高频考点】。教师在此环节强调：选择药品需综合考虑反应速率、气体纯度、原料成本及操作安全性。

（三）【任务二：原型启发，装置搭建】——基于模型的设计思维（约15分钟）

教师引导学生回顾氧气制取的装置类型（固固加热型和固液不加热型），提问：“根据所选药品的状态（固体+液体）和反应条件（常温），我们应选择哪类发生装置？”学生很容易答出“固液不加热型”。但教师进一步追问：“在潜艇的狭窄空间内，如何实现‘随时需要随时制取，不需要时反应立刻停止’？”以此驱动学生对装置进行改进创新。教师提供一组基础仪器（锥形瓶、双孔塞、长颈漏斗、导管、弹簧夹等），要求学生以小组为单位设计“可控型”发生装置。学生通过讨论，尝试组装出多种方案：有的采用“有孔塑料板+弹簧夹”的简易启普发生器原理装置；有的利用注射器代替长颈漏斗以实现酸液的精准滴加；更有创新小组设计了“U型管+锌粒”式的侧壁发生装置。教师巡视指导，重点关注长颈漏斗下端是否液封（防漏气）、导管伸出橡皮塞是否过长（不利气体导出）等细节【重要】。随后选取几组典型装置进行投屏展示，由设计者讲解设计意图，其他同学评价优缺点。在思维碰撞中，学生归纳出理想装置的评价标准：气密性良好、固液接触可控制、操作便捷。此环节不仅加深了对发生装置原理的理解，更培养了工程思维与创新意识【热点】。

（四）【任务三：性质决定，收集验满】——实践操作与证据推理（约12分钟）

教师引导学生回顾二氧化碳的物理性质（密度比空气大、能溶于水）【基础】，并提问：“基于以上性质，应采用哪种收集方法？为什么？”学生分析得出：不能用排水法（溶于水且与水反应），只能用向上排空气法。教师进一步引导学生对比排空气法与排水法的优劣，指出排空气法收集的气体纯度可能不高，因此操作时需将导管伸入集气瓶底部（排尽空气）。随后学生动手组装完整装置（发生+收集），并实际操作制取一瓶二氧化碳气体。在操作过程中，教师强调实验步骤：连接装置→检查气密性（重点讲解微热法或液差法）→加药品（先加固体后加液体）→收集气体→检验气体（通入澄清石灰水，现象是变浑浊）→验满（燃着的木条放在集气瓶口，若熄灭则满）【高频考点】。学生小组合作，成功制取并检验二氧化碳，体验了完整的探究过程。教师引导学生反思：为何不用燃烧的木条伸入瓶内验满？学生思考后得出：伸入瓶内是检验气体性质，而非验满，验满必须利用瓶口处的气体浓度变化。

（五）【任务四：模型建构，迁移创新】——思维导图与变式训练（约8分钟）

教师引导学生以思维导图形式总结“实验室制取气体的一般思路与方法”【非常重要】：（1）确定反应原理（药品选择依据：可行、经济、速率适中）；（2）设计发生装置（依据：反应物状态和反应条件）；（3）设计收集装置（依据：气体的密度、溶解性、是否与水反应）；（4）检验与验满（依据：气体的化学特性）。随后呈现两个变式训练题：一是甲烷（CH₄）的制取（无水醋酸钠和碱石灰固体共热，密度比空气小，难溶于水），二是二氧化硫（SO₂）的制取（亚硫酸钠固体与稀硫酸反应，密度比空气大，易溶于水，有毒）。要求学生快速判断发生和收集装置类型。通过迁移训练，检验学生对模型的掌握程度，实现“举一反三”。

（六）【总结提升，项目收尾】——评价反馈与视野拓展（约5分钟）

教师回归“潜艇供气”项目，邀请学生展示本组设计的“可控型二氧化碳发生器”草图，并简要说明设计亮点。师生共同评选出“最佳工程设计奖”。教师最后播放现代潜艇中采用的高压液态氧和碱石灰吸收二氧化碳的集成系统视频，将课堂知识延伸到尖端科技，激发学生持续探究的兴趣。课后分层作业设计：基础类——完成实验室制取二氧化碳的方程式书写和装置简图绘制【基础】；拓展类——利用家庭物品（如塑料瓶、吸管、鸡蛋壳、白醋等）设计一套微型二氧化碳发生装置，下节课展示【热点】；挑战类——查阅资料，了解工业上如何大规模制取二氧化碳，并对比与实验室制法的异同。

七、板书设计（逻辑框架）

九年级化学《基于核心素养的二氧化碳制备探究实验》

一、原理探究——药品的选择

1.碳酸钠+盐酸→速率太快（不易控制）

2.大理石+硫酸→速率渐停（生成微溶物）

3.大理石+稀盐酸→速率适中（最佳选择）

方程式：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

二、装置设计——可控的发生装置

4.依据：固+液→气（常温）

5.核心：固液接触的分离与控制（液封、弹簧夹、有孔隔板）

三、气体收集与检验

6.收集：向上排空气法（密度比空气大，能溶于水）

7.验满：燃着木条放在集气瓶口，熄灭则满

8.检验：通入澄清石灰水，变浑浊

四、方法升华：气体制备的一般思路

反应原理→发生装置（状态+条件）→收集装置（性质）→检验验满

八、教学反思与预设

本设计以项目化学习为驱动，将零散的知