初中化学九年级上册《6.3 大自然中的二氧化碳》名师导学案

初中化学九年级上册《6.3大自然中的二氧化碳》名师导学案

一、教学内容与课标要求分析

（一）教学内容定位

本课题《大自然中的二氧化碳》位于九年级化学教材上册第六单元“碳和碳的氧化物”的第三课题，是初中化学核心内容的重要组成部分。本课题承载着多重教学功能：它既是学生认识生活中常见物质——二氧化碳的窗口，通过对二氧化碳的循环、性质及用途的学习，进一步深化“物质的性质决定用途，用途反映性质”这一化学学科核心观念；同时，它也是学生初步接触大气环境问题（温室效应）、建立“化学-社会-环境”可持续发展意识的起点，体现了化学课程的人文关怀与社会责任。本课题的教学内容在知识体系上，上承空气、氧气等身边化学物质的学习，下启一氧化碳、碳酸钙等其他含碳物质以及更复杂的化学反应的探究，具有承上启下的关键作用。

（二）课程标准要求

依据《义务教育化学课程标准（2022年版）》，本课题的教学应达到以下要求：

1.认识二氧化碳的主要物理性质和化学性质，并能用化学语言（如化学方程式）进行表征。

2.初步学习实验室制取二氧化碳的反应原理、装置原理和操作要点，体验气体的实验室制取思路和方法。

3.了解自然界中的碳循环，认识二氧化碳对自然环境（如温室效应）的影响，初步形成正确、科学的自然观和环境观，增强社会责任感。

4.通过探究活动，进一步培养观察、实验、分析和归纳的能力，学习运用比较、分类、归纳、概括等方法获取信息并进行科学探究。

二、学情分析

（一）知识基础

【基础】学生在前一阶段已经学习了氧气的性质和制法，对气体的物理性质（色、味、态、密度、溶解性）和化学性质（支持燃烧、供给呼吸）的探究方法有了一定的认识，初步掌握了实验室制取气体的基本思路（反应原理、发生装置、收集装置、检验方法）。这为本节课学习二氧化碳的制法和性质提供了知识和方法上的铺垫。同时，学生在日常生活中对汽水、灭火、呼吸作用等涉及二氧化碳的现象有直观感受，但缺乏系统、科学的认识。

（二）认知能力

【重要】九年级学生正处于由形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键时期，好奇心强，乐于动手参与实验，但对实验现象的深入分析和内在规律的概括能力尚显不足。他们对“宏观-微观-符号”三重表征的化学学习方式正处于逐步适应和建立的过程中。因此，教学设计需注重从生活经验出发，创设生动的问题情境，引导学生在观察、实验的基础上进行思考和归纳，逐步提升其科学探究能力和思维品质。

（三）学习障碍与难点预设

【难点】学生对“自然界中的二氧化碳循环”这一动态平衡过程的理解可能存在困难，容易将其视为静态的、孤立的过程。对实验室制取二氧化碳时装置的选择依据（特别是启普发生器原理的简化理解）以及二氧化碳使紫色石蕊试液变色的本质原因（碳酸的不稳定性）的理解是本课题的认知难点。此外，如何辩证地看待二氧化碳对人类生活和环境的影响，尤其是温室效应这一全球性议题，需要教师引导其形成全面、科学的观点。

三、教学目标设计

依据核心素养导向，本课题教学目标设定如下：

1.科学观念与应用：通过对二氧化碳性质及其在自然界循环的研究，理解物质的变化观、平衡观；认识二氧化碳与人类生产生活的密切关系，初步建立“性质与用途”相联系的科学观念。辩证看待二氧化碳的功与过，形成科学的自然观和环境保护意识【重要】【高频考点】。

2.科学探究与创新意识：通过探究二氧化碳的实验室制法及性质实验，学习运用观察、实验、比较、分类、归纳等科学方法。能对提出的问题进行猜想与假设，并设计简单的实验方案，体验科学探究的过程，培养合作与交流的能力。

3.科学思维与创新意识：能够运用所学知识解释与二氧化碳相关的自然现象和生活问题（如：为什么久未开启的菜窖容易使人窒息？为什么可乐是“酸”的？）。能从碳循环的视角初步分析大气中二氧化碳含量变化的原因及其可能产生的影响。

4.科学态度与责任：关注温室效应等与二氧化碳相关的社会热点问题，初步形成主动参与社会决策的意识，培养节约资源、保护环境的责任感，树立可持续发展的思想。

四、教学重点与难点

（一）教学重点

1.二氧化碳的性质（物理性质和化学性质）【非常重要】【高频考点】。

2.二氧化碳的实验室制取原理、装置及操作方法【非常重要】【高频考点】【热点（实验操作题）】。

3.二氧化碳与水、石灰水的反应及其化学方程式的书写【重要】【高频考点】。

（二）教学难点

1.实验室制取二氧化碳装置的原理分析及灵活运用（特别是对简易装置中长颈漏斗末端需液封的理解）。

2.二氧化碳与水反应原理的探究及其产物的检验（对比实验中控制变量思想的体现）。

3.自然界中碳循环的动态平衡及人类活动对其的影响（温室效应的科学理解）。

五、教学准备

（一）教师准备

多媒体课件（PPT），包含二氧化碳循环动画、温室效应视频、实验室制取二氧化碳装置图等；精心设计的导学案；准备分组实验器材：试管、锥形瓶（或广口瓶）、长颈漏斗、带导管的双孔橡皮塞、集气瓶、玻璃片、火柴、镊子、药匙、烧杯、澄清石灰水、紫色石蕊试液、蒸馏水、稀盐酸（1:2）、大理石（或石灰石，主要成分碳酸钙）、蜡烛、阶梯烛台等。

（二）学生准备

预习导学案相关内容，复习氧气的性质和制法；结合生活经验，思考二氧化碳可能具有哪些性质；准备小组探究分工。

六、教学实施过程（核心环节）

【新课导入】——情境激趣，引出课题（约5分钟）

【重要】播放一段视频或展示一组图片：内容可以包括舞台上烟雾缭绕的效果（干冰制造）、碳酸饮料（汽水）的开瓶冒泡、久未开启的菜窖或枯井的危险警示、全球气候变暖导致的冰川融化等。引导学生思考：“这些现象都与哪种物质有关？”学生很容易联想到二氧化碳。教师顺势提出问题：“你对二氧化碳了解多少？它究竟是一种什么样的物质？它对人类和地球到底是‘功’还是‘过’？”从而激发学生的好奇心和探究欲，自然引出本节课的主题——《大自然中的二氧化碳》。

（一）自然界中的二氧化碳——探寻碳的足迹（约8分钟）

1.二氧化碳的循环：教师利用多媒体动画，动态展示自然界中的碳循环过程。讲解绿色植物的光合作用如何吸收二氧化碳并释放氧气，以及动植物的呼吸作用、微生物的分解作用、化石燃料的燃烧等过程又如何将二氧化碳释放回大气中。引导学生认识到，在漫长的地质年代里，大气中的二氧化碳含量大致保持在一个相对稳定的水平，形成了动态平衡。【基础】【重要】

2.大气中二氧化碳的变化：呈现图表数据（如“大气中二氧化碳含量年变化曲线图”或“近百年全球大气中二氧化碳平均浓度变化图”），引导学生观察并思考：“从这些数据中，你能发现什么规律？”学生可以直观地看出一是每年有季节性的波动（夏季低、冬季高，与植物光合作用强度有关），二是总体呈逐年上升趋势。【重要】【热点】

3.温室效应与“双碳”目标：基于观察到的数据，教师进一步引导：“大气中二氧化碳含量的持续升高，可能会引发什么问题？”学生基于生活常识和课前了解，可以回答出“温室效应”。教师简要解释温室效应的原理：二氧化碳等温室气体允许太阳短波辐射透过，却强烈吸收地面发出的长波辐射，从而使大气温度升高。进而讨论温室效应可能带来的后果（海平面上升、极端气候增多等）。最后，联系国家提出的“碳达峰、碳中和”目标【重要】【热点】，引导学生思考作为青少年可以为减缓温室效应做些什么（如节约用纸、低碳出行、植树种草等），将知识学习升华到社会责任层面。

（二）二氧化碳的实验室制取——模拟自然，为我所用（约15分钟）

【非常重要】【高频考点】【热点】

1.复习引入，明确思路：引导学生回顾实验室制取氧气的思路和方法（确定反应原理、选择发生装置、选择收集装置、检验与验满）。强调这是学习任何气体实验室制法的通用模型。

2.自主探究，确定原理：【小组合作】教师提供几组可能的反应组合，如：碳酸钠与稀盐酸、石灰石（大理石）与稀盐酸、石灰石与稀硫酸等。指导学生分组进行微型实验探究，观察不同组合下产生气泡的速率、反应的剧烈程度以及反应是否持续。引导学生分析：理想的实验室制气反应应具备哪些条件？（反应速率适中，便于控制；反应能持续进行；原料易得，价格低廉；生成的气体纯净；反应条件温和，易于操作等）。通过对比实验，学生能直观地发现：碳酸钠与盐酸反应过快，瞬间产生大量气体，不易收集；石灰石与稀硫酸反应很快会停止（因为生成微溶的硫酸钙覆盖在石灰石表面，阻止反应继续进行）；而石灰石（大理石）与稀盐酸反应速率适中，持续时间长，是比较理想的实验室制取二氧化碳的反应。师生共同确定反应原理，并书写化学方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。【非常重要】

3.类比迁移，选择装置：引导学生基于反应物的状态（固体+液体）和反应条件（常温），以及氧气制取装置的学习经验，思考并选择发生装置。学生可能会提出类似于用过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气所用的固液常温型装置。教师展示锥形瓶（或广口瓶）、长颈漏斗、带导管的双孔橡皮塞等仪器，引导学生组装一套简易的二氧化碳发生装置。此时，【难点突破】教师提出关键问题：“如果用你组装的这套装置，加入药品后，产生的气体可能会从哪里跑掉？（长颈漏斗）如何防止气体从长颈漏斗逸出？”引导学生理解“长颈漏斗末端必须液封”这一关键操作要点，并思考其原理。对于收集装置，基于二氧化碳的密度（比空气大，可用向上排空气法收集）和溶解性（能溶于水，通常不用排水法收集）的分析，引导学生选择收集方法，并讨论如何验满（将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则已集满）。检验方法则是将气体通入澄清石灰水，看是否变浑浊。【非常重要】

4.归纳总结，构建模型：教师引导学生共同梳理出实验室制取二氧化碳的完整流程：反应原理（药品+化学方程式）→发生装置（固液常温型，长颈漏斗需液封）→收集装置（向上排空气法）→检验方法（澄清石灰水变浑浊）→验满方法（燃着木条放在瓶口熄灭）。形成清晰的知识框架。

（三）二氧化碳的性质探究——走进二氧化碳的世界（约20分钟）

【非常重要】【高频考点】

教师引导学生利用自己制取的二氧化碳气体，分组进行性质实验探究，将观察到的现象记录下来，并尝试进行分析和归纳。

1.物理性质的探究：

1.2.色、味、态：观察集气瓶中二氧化碳的颜色、状态。轻轻扇动瓶口，闻其气味（注意扇闻法）。【基础】得出结论：二氧化碳是一种无色、无味的气体。

2.3.密度探究：【实验6-4】教师演示或学生分组操作：将二氧化碳气体沿着烧杯壁缓缓倒入放有燃着蜡烛的阶梯烛台中。引导学生观察现象：下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭。分析原因：说明二氧化碳的密度比空气大（且本身不燃烧，也不支持燃烧），不能简单地归结为密度大导致蜡烛熄灭，但密度大是其能像液体一样倾倒并首先充满低处的客观条件。

3.4.溶解性探究：【实验6-5】向一个收集满二氧化碳的质地较软的塑料瓶中，迅速倒入约三分之一体积的水，立即旋紧瓶盖，充分振荡。观察现象：塑料瓶变瘪了。分析原因：二氧化碳能溶于水，使瓶内气压减小，在大气压作用下，塑料瓶被压瘪。强调：二氧化碳的溶解性是“能溶于水”，通常一体积水约能溶解一体积的二氧化碳。

5.化学性质的探究：

1.6.（1）一般不支持燃烧：上述阶梯蜡烛实验已经证明二氧化碳一般不支持燃烧（注意：镁等活泼金属可以在二氧化碳中燃烧，此处可稍作拓展，体现知识的严谨性）。

2.7.（2）与水的反应：【难点突破】教师引导学生设计对比实验，探究二氧化碳溶于水的过程，是否发生了化学变化。步骤：取四支试管，分别加入等量的紫色石蕊试液。向第一支试管中滴加稀醋酸（或稀盐酸），观察颜色变红（说明酸能使紫色石蕊变红）；向第二支试管中通入二氧化碳气体，观察颜色变红；向第三支试管中滴加少量水，观察颜色不变；向第四支试管中直接放入干燥的二氧化碳气体（或用干燥的石蕊试纸），观察颜色不变。引导学生分析：为什么干燥的二氧化碳气体不能使石蕊变色，而通入溶有二氧化碳的水溶液中却能使石蕊变红？说明二氧化碳与水反应生成了新物质——碳酸（H2CO3），碳酸能使紫色石蕊试液变红。书写化学方程式：CO2+H2O=H2CO3。然后，将变红的第二支试管的溶液稍微加热，观察现象：红色溶液又变回紫色。分析原因：碳酸不稳定，受热易分解，生成二氧化碳和水。书写化学方程式：H2CO3=CO2↑+H2O。通过这一系列递进的实验，使学生深刻理解二氧化碳溶于水既有物理变化，又有化学变化，其化学本质是生成了碳酸。【非常重要】

3.8.（3）与石灰水的反应：【实验6-6】向一支盛有澄清石灰水的试管中，通入二氧化碳气体。观察现象：澄清石灰水变浑浊（生成白色沉淀）。这是检验二氧化碳的特征性反应，也是最常用、最重要的方法。书写化学方程式：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。强调该反应用于二氧化碳的检验，并在实际生活中（如建筑工业上用石灰浆抹墙）有重要应用。【非常重要】【高频考点】

（四）二氧化碳对生活和环境的影响——辩证看待，人尽其才（约7分钟）

1.二氧化碳的用途：引导学生回顾本节课所学内容，并结合生活经验，总结二氧化碳的用途。教师进行归纳：【重要】

1.2.光合作用的原料（农业上气肥）；

2.3.灭火（密度大、不支持燃烧）；

3.4.化工原料（制纯碱、尿素、汽水等）；

4.5.干冰（固体二氧化碳）的用途：作制冷剂（人工降雨、制造舞台烟雾效果）、用于冷藏食品等。

6.二氧化碳与环境问题再探讨：再次回到本课开始时提出的问题，引导学生辩证地看待二氧化碳。明确：二氧化碳本身无毒，是大气的重要组成部分，是植物光合作用的必需物质。其“过”主要源于人类活动（大量燃烧化石燃料、破坏森林等）导致其在大气中的含量过高，打破了原有的碳平衡，从而引发温室效应等全球性环境问题。因此，解决问题的关键在于减少排放、增加吸收，即“节能减排、保护森林、开发利用新能源”等。

（五）课堂小结与反思（约3分钟）

引导学生以“我知道了什么？我学会了什么方法？我还想了解什么？”三个问题为线索，自主构建本节课的知识体系。教师在此基础上进行补充和完善，强调重点、难点和考点。总结本节课运用的科学方法，如：观察法、实验法、对比法、归纳法等，特别是在探究二氧化碳与水反应时用到的“控制变量法”【重要】。肯定学生在探究过程中的积极表现和合作精神。

（六）分层作业与拓展延伸

1.基础性作业（面向全体）：

1.2.完成课本课后相关练习题。

2.3.用简洁的语言向家人解释为什么“下窖（或进入久未开启的菜窖）前要先进行灯火试验”。

4.拓展性作业（面向学有余力者）：

1.5.【跨学科实践】结合生物课上学过的光合作用知识，设计一个简易的实验方案，证明植物进行光合作用需要二氧化碳。写出你的实验思路、所需材料及预期现象。【跨学科视野】

2.6.查阅资料，了解“碳中和”的具体含义和实现途径，并撰写一篇300字左右的短文，谈谈你对“碳中和”的理解以及作为中学生可以为实现“碳中和”目标做些什么。【热点】【社会责任】

七、板书设计

课题：大自然中的二氧化碳

一、自然界中的CO2

1.循环：光合作用、呼吸作用、燃烧、分解（动态平衡）

2.现状：含量上升→温室效应→双碳目标（碳达峰、碳中和）

二、实验室制取CO2

1.原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

2.装置：固+液（常温）→发生：锥形瓶+长颈漏斗（液封）→收集：向上排空气法

3.检验：通入澄清石灰水，变浑浊（Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O）

4.验满：燃着木条放瓶口，熄灭

三、CO2的性质

1.物理性质：无色无味气体，密度比空气大，能溶于水

2.化学性质：

（1）一般不燃烧，也不