《生活化学实验课堂｜发现身边的二氧化碳制取知识》

202X演讲人2026-06-171课程导入：从身边的“隐形气体”说起目录01.课程导入：从身边的“隐形气体”说起02.生活中二氧化碳的天然来源与收集逻辑03.生活化二氧化碳制取的实操实验方案04.二氧化碳制取的生活应用场景落地05.实验过程的安全规范与废弃物处理06.课程总结与拓展思考《生活化学实验课堂｜发现身边的二氧化碳制取知识》作为一名深耕中学化学实验教学十余年的一线从业者，我见过太多学生对化学的印象停留在实验室的玻璃仪器、复杂的化学方程式和枯燥的考试知识点里。直到他们亲手用厨房里的小苏打和白醋吹出鼓鼓的气球、用酵母让玻璃瓶冒出细密的气泡、用家里烧水壶里的水垢和食醋验证气体的生成，才真正意识到：化学从来不是高高在上的学科，而是藏在生活的每一个细节里。本次课程我们将围绕“身边的二氧化碳制取”展开，从生活场景切入，用随手可得的材料完成实验，让大家真正理解化学的实用性与趣味性。01PARTONE课程导入：从身边的“隐形气体”说起1我与生活中CO₂的初次相遇记得十年前第一次带学生做二氧化碳制取实验，当时用的是大理石和稀盐酸，整套装置需要铁架台、分液漏斗、集气瓶等专业仪器，学生们虽然能顺利完成实验，但眼神里更多的是“完成任务”的疲惫，而非探索的兴奋。直到有一次我带社团活动，路过学校食堂的包子铺，看到师傅揉面团时面团里冒出的细密气泡，突然灵光一闪：为什么不用生活里常见的材料来制取二氧化碳？那次我从食堂借了小苏打和白醋，在教室的讲台上做了演示，学生们瞬间围了过来，有人说“原来我妈蒸馒头用的东西能做化学实验”，有人说“我家也有白醋，回家就能做”。从那以后，我便开始系统整理身边的二氧化碳制取实验，让化学课堂走出实验室，走进千家万户。2为什么要学习“身边的CO₂制取”首先，生活中的二氧化碳无处不在，它是我们呼吸的产物、是发酵食品的核心、是碳酸饮料的“灵魂”，更是温室效应的核心参与者，但多数人只知道它的存在，却不知道如何用身边的材料制取、收集和验证它。其次，生活化的实验能够降低化学学习的门槛，不需要昂贵的仪器和专业的试剂，只需要厨房、家里的常见物品就能完成，让学生和普通大众都能轻松上手。最后，掌握身边的二氧化碳制取方法，能够解决实际生活中的小问题，比如自制碳酸饮料、制作简易灭火器、补充家居绿植的二氧化碳等，真正实现学以致用。02PARTONE生活中二氧化碳的天然来源与收集逻辑1生活中常见的CO₂发生源二氧化碳的生成本质是含碳物质的氧化或分解反应，在生活中主要有以下几类来源：1生活中常见的CO₂发生源1.1生物呼吸作用无论是人类、动物还是植物，只要进行有氧呼吸，都会吸入氧气，呼出二氧化碳。比如我们家里养的金鱼，在鱼缸里会不断呼出CO₂；晚上放在卧室的绿植，因为无法进行光合作用，也会呼出二氧化碳；甚至我们自己呼吸的时候，每一次呼气都带着大量的二氧化碳。这也是最常见的天然CO₂来源，但因为呼吸作用产生的CO₂浓度较低，不太适合大规模收集。1生活中常见的CO₂发生源1.2微生物发酵反应微生物在分解有机物的过程中，会产生二氧化碳和酒精，这就是发酵反应。比如我们蒸馒头用的酵母，在分解面粉中的糖类时，会产生CO₂，让面团膨胀变软；家里酿米酒、做酸奶的过程中，也会产生大量的CO₂；甚至腐败的食物，也会因为微生物的分解产生CO₂，产生难闻的气味。这种方式产生的CO₂浓度适中，非常适合生活化的实验。1生活中常见的CO₂发生源1.3碳酸盐与酸的复分解反应碳酸盐（比如碳酸钙、碳酸氢钠）和酸（比如醋酸、盐酸）发生复分解反应，会生成二氧化碳、水和对应的盐。这是实验室制取二氧化碳的核心原理，也是生活中最容易实现的方式。比如我们家里的食用小苏打（碳酸氢钠）和白醋（醋酸）反应、烧水壶里的水垢（主要成分碳酸钙、氢氧化镁）和食醋反应、贝壳（碳酸钙）和食醋反应，都会产生二氧化碳。这种方式产生的CO₂浓度高，反应速度适中，非常适合作为实验材料。1生活中常见的CO₂发生源1.4含碳燃料的燃烧反应含碳的燃料比如天然气、煤气、木炭、蜡烛等，在完全燃烧的情况下，会生成二氧化碳和水。比如我们用燃气灶做饭的时候，火焰上方倒扣一个玻璃杯，会看到玻璃杯内壁出现水雾，同时收集到二氧化碳；蜡烛燃烧的时候，也会产生二氧化碳，这也是我们用蜡烛做燃烧实验的基础。这种方式产生的CO₂会伴随大量的水蒸气和其他杂质，需要进行简单的净化才能使用，但也是一种生活化的制取方式。2生活中CO₂的收集原则与简化方法二氧化碳的物理性质是密度比空气大（约为空气的1.5倍）、能溶于水（1体积水溶解约1体积CO₂）、无色无味的气体，因此在生活中收集CO₂需要遵循以下原则：2生活中CO₂的收集原则与简化方法2.1向上排空气法的生活化实现因为CO₂密度比空气大，所以可以用向上排空气法收集。在生活中，我们可以用透明的塑料瓶、玻璃瓶或者塑料袋来代替集气瓶。比如将塑料瓶瓶口朝上，将导管伸入瓶底，让CO₂从底部慢慢充满瓶子，因为CO₂比空气重，会把空气从瓶口挤出去。这种方法不需要专业的仪器，只需要一根吸管或者导管就能完成。2生活中CO₂的收集原则与简化方法2.2排水法的简化替代方案因为CO₂能溶于水，所以传统的排水法不太适合，但如果用饱和食盐水或者饱和碳酸氢钠溶液代替水，可以降低CO₂的溶解度，从而用排水法收集。在生活中，我们可以用装满水的矿泉水瓶，倒扣在装满水的水盆里，将导管伸入瓶内，让CO₂把水从瓶里挤出去，从而收集到纯净的CO₂。这种方法虽然需要用到水，但操作简单，适合家庭实验。2生活中CO₂的收集原则与简化方法2.3气球收集法最简易的收集方法就是用气球套在反应容器的瓶口，让CO₂充满气球，这种方法不需要其他仪器，只需要一个气球和反应容器，非常适合快速收集少量的CO₂，比如用来吹气球或者验证气体的存在。03PARTONE生活化二氧化碳制取的实操实验方案1实验一：厨房常见食材制取CO₂——小苏打与白醋反应1.1实验目的验证生活中常见的食用小苏打和白醋能够发生反应生成二氧化碳，掌握简易的制取和收集方法，验证二氧化碳的化学性质。1实验一：厨房常见食材制取CO₂——小苏打与白醋反应1.2实验用品（生活化替代方案）食用小苏打（碳酸氢钠，超市即可购买）白醋（醋酸浓度约为3%-5%，厨房常见）500ml透明塑料瓶（喝完的矿泉水瓶即可）气球（普通的乳胶气球或者塑料气球）吸管（奶茶吸管或者饮料吸管，长度约20cm）玻璃杯（用来盛放澄清石灰水）澄清石灰水（制备方法：取雪饼、饼干等食品包装内的生石灰干燥剂，倒入适量清水搅拌静置，取上层清液即可，因为生石灰与水反应生成氢氧化钙，也就是澄清石灰水的主要成分）热熔胶或者橡皮泥（用来密封吸管与瓶盖的缝隙）1实验一：厨房常见食材制取CO₂——小苏打与白醋反应1.3详细实验步骤第一步：制备反应装置。将矿泉水瓶的瓶盖取下，用烧热的铁钉在瓶盖中心钻一个直径约5mm的小孔，将吸管插入小孔中，用热熔胶或者橡皮泥密封缝隙，确保气体不会从缝隙中泄漏。01第二步：添加反应物。取3勺（约15g）小苏打放入塑料瓶中，加入20ml清水搅拌溶解，这样可以加快反应速度，避免小苏打直接与白醋反应产生过多泡沫溢出。02第三步：加入白醋并密封装置。将100ml白醋倒入塑料瓶中，迅速盖上带有吸管的盖子，注意不要让气体泄漏。03第四步：收集与验证。将吸管的另一端插入装有澄清石灰水的玻璃杯底部，观察现象；或者将吸管的另一端套上气球，观察气球的变化。041实验一：厨房常见食材制取CO₂——小苏打与白醋反应1.4实验现象与原理阐释当白醋加入小苏打溶液中时，会立即产生大量细密的气泡，这就是二氧化碳气体。如果将吸管伸入澄清石灰水中，澄清石灰水会逐渐变浑浊，这是因为二氧化碳与氢氧化钙反应生成了不溶于水的碳酸钙沉淀。如果套上气球，气球会逐渐膨胀，最终可以被吹得比塑料瓶还要大。反应的化学方程式为：$\ce{NaHCO3+CH3COOH=CH3COONa+H2O+CO2↑}$，这也是实验室制取二氧化碳的简化版，只是将盐酸换成了醋酸，将大理石换成了碳酸氢钠。1实验一：厨房常见食材制取CO₂——小苏打与白醋反应1.5实验注意事项壹小苏打与白醋的比例建议为1:3左右，因为白醋的醋酸浓度较低，过量的白醋可以确保反应完全进行。肆不要在密闭的空间中长时间进行实验，因为反应产生的二氧化碳会逐渐聚集，虽然无毒，但浓度过高会导致头晕等不适症状。叁密封装置时一定要确保吸管与瓶盖的缝隙密封严密，否则气体泄漏会导致收集失败。贰反应过程中会产生大量泡沫，因此不要使用过小的容器，避免泡沫溢出。1实验一：厨房常见食材制取CO₂——小苏打与白醋反应1.6我的一线教学见闻去年我带初三的社团活动时，有个学生回家后用这个实验做了一个“迷你灭火器”：他将小苏打和白醋放在一个塑料瓶里，盖上带吸管的盖子，将吸管对准点燃的蜡烛，松开瓶盖后，气体喷出来瞬间将蜡烛熄灭。他第二天来学校时兴奋地给我展示了视频，说原来化学真的能解决生活中的问题。从那以后，我便将这个实验作为社团活动的必做项目，几乎每个学生都能成功完成，并且分享自己的创意应用。2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应2.1实验目的探究微生物发酵过程中二氧化碳的产生，验证有氧呼吸和无氧呼吸的产物，理解发酵食品的原理。2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应2.2实验用品干酵母（超市购买的烘焙酵母即可）2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应白砂糖（普通食用糖）透明玻璃瓶（500ml左右，喝完的饮料瓶即可）温水（温度约30-40℃，摸起来不烫手）气球澄清石灰水2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应2.3详细实验步骤第一步：制备酵母糖水。取2勺白砂糖放入玻璃瓶中，加入200ml温水搅拌溶解，确保白砂糖完全溶解。第二步：添加酵母。取1勺干酵母放入酵母糖水中，搅拌均匀，不要让温度过高，否则酵母会失活。第三步：密封装置并放置温暖处。将气球套在玻璃瓶口，确保密封严密，然后将玻璃瓶放在温暖的地方，比如暖气片旁边、阳光充足的窗台，避免阳光直射。第四步：观察现象并验证。静置1-2小时后，观察气球的变化，将气球取下，将气体通入澄清石灰水中，观察现象。2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应2.4实验现象与原理阐释静置一段时间后，玻璃瓶内会产生大量细密的气泡，气球会逐渐膨胀，这是因为酵母在分解白砂糖中的糖类时，进行了无氧呼吸，产生了二氧化碳和酒精。当气体通入澄清石灰水时，澄清石灰水会变浑浊，验证了气体是二氧化碳。这个实验的原理和我们蒸馒头、酿米酒的原理是一样的，酵母分解糖类产生的二氧化碳让面团膨胀，产生的酒精则赋予了米酒独特的风味。2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应2.5注意事项温水的温度不能超过45℃，否则酵母会被烫死，无法进行发酵。玻璃瓶一定要密封严密，否则二氧化碳会泄漏，气球无法膨胀。不要将玻璃瓶放在温度过低的地方，否则酵母的活性会降低，反应速度变慢，可能需要更长的时间才能看到现象。2实验二：微生物发酵制取CO₂——酵母与糖水反应2.6个人生活观察分享我自己每年冬天都会在家里酿米酒，之前一直不知道为什么坛子会冒气泡，直到做了这个实验才明白，原来那些气泡就是酵母发酵产生的二氧化碳。去年我酿米酒的时候，特意在坛口套了一个气球，第二天早上发现气球已经胀得圆滚滚的，我当时就拍了照片发给社团的学生们，他们都觉得很神奇，纷纷回家尝试自己酿米酒并观察气泡的产生。3实验三：居家副产物制取CO₂——水垢与食醋反应3.1实验目的利用居家常见的副产物（水垢）制取二氧化碳，验证碳酸盐与酸的反应原理，理解除水垢的化学原理。3实验三：居家副产物制取CO₂——水垢与食醋反应3.2实验用品烧水壶中的水垢（主要成分是碳酸钙、氢氧化镁）白醋3实验三：居家副产物制取CO₂——水垢与食醋反应玻璃杯吸管澄清石灰水3实验三：居家副产物制取CO₂——水垢与食醋反应3.3详细实验步骤第一步：收集水垢。将烧水壶中沉积的水垢用勺子刮下来，取约10g放入玻璃杯中。01第二步：加入白醋。将50ml白醋倒入玻璃杯中，观察现象。02第三步：验证气体。将吸管插入玻璃杯中，将产生的气体通入澄清石灰水中，观察现象。033实验三：居家副产物制取CO₂——水垢与食醋反应3.4实验现象与原理阐释当白醋加入水垢中时，会立即产生大量气泡，这是因为水垢中的碳酸钙与醋酸反应生成了二氧化碳气体。反应的化学方程式为：$\ce{CaCO3+2CH3COOH=(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑}$，氢氧化镁与醋酸的反应类似。当气体通入澄清石灰水时，澄清石灰水会变浑浊，验证了气体是二氧化碳。这个实验也解释了为什么用白醋可以去除烧水壶里的水垢，因为醋酸可以与水垢中的碳酸盐反应，生成可溶性的盐，从而将水垢去除。3实验三：居家副产物制取CO₂——水垢与食醋反应3.5拓展应用：简易家庭灭火器雏形我们可以利用这个实验的原理制作简易的家庭灭火器：将水垢和白醋放在一个塑料瓶里，盖上带吸管的盖子，将吸管对准点燃的蜡烛，松开瓶盖后，二氧化碳气体喷出来可以将蜡烛熄灭。虽然这个灭火器的规模较小，但可以演示灭火的原理，即二氧化碳不支持燃烧，且密度比空气大，可以覆盖在火焰表面，隔绝氧气，从而达到灭火的目的。4实验四：工业副产物的生活化利用——燃气燃烧产物收集4.1实验目的利用燃气燃烧的产物制取二氧化碳，验证含碳燃料燃烧的产物，理解生活中燃气燃烧的化学原理。4实验四：工业副产物的生活化利用——燃气燃烧产物收集4.2实验用品与安全准备CBA燃气灶（天然气或煤气均可）透明玻璃杯（500ml左右）澄清石灰水4实验四：工业副产物的生活化利用——燃气燃烧产物收集4.3详细实验步骤第一步：点燃燃气灶。将燃气灶的火焰调至最小，点燃后保持稳定。第二步：收集燃烧产物。将透明玻璃杯倒扣在火焰上方，距离火焰约2-3cm，注意不要让火焰接触到玻璃杯的底部，防止玻璃杯炸裂。第三步：验证气体。静置1-2分钟后，将玻璃杯迅速正过来，倒入适量的澄清石灰水，摇晃玻璃杯，观察现象。同时可以观察玻璃杯内壁的水雾，验证燃烧产物中含有水。4实验四：工业副产物的生活化利用——燃气燃烧产物收集4.4实验现象与原理阐释玻璃杯内壁会出现一层细密的水雾，这是因为燃气燃烧产生了水。倒入澄清石灰水后，澄清石灰水会逐渐变浑浊，这是因为燃气燃烧产生了二氧化碳气体。天然气的主要成分是甲烷，燃烧的化学方程式为：$\ce{CH4+2O2=CO2+2H2O}$，煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，燃烧后也会产生二氧化碳和水。4实验四：工业副产物的生活化利用——燃气燃烧产物收集4.5安全警示实验过程中一定要注意安全，不要让玻璃杯接触到火焰，防止炸裂烫伤。01实验要在通风良好的地方进行，防止燃气燃烧产生的一氧化碳和二氧化碳聚集，导致缺氧。02实验结束后，一定要将燃气灶关闭，确认火焰熄灭后再离开。0304PARTONE二氧化碳制取的生活应用场景落地1自制碳酸饮料的实操方法很多人都喜欢喝碳酸饮料，但市售的碳酸饮料含有大量的糖分和添加剂，我们可以利用二氧化碳制取的方法自制健康的碳酸饮料。具体步骤如下：第一步：制取二氧化碳气体，用气球收集起来。第二步：准备一个干净的矿泉水瓶，倒入适量的凉白开和少量的白砂糖（根据个人口味调整）。第三步：将气球中的二氧化碳气体挤入矿泉水瓶中，拧紧瓶盖，摇晃几下，让二氧化碳溶解在水中。第四步：将矿泉水瓶放入冰箱冷藏半小时，即可饮用自制的碳酸饮料。需要注意的是，不要将二氧化碳气体注入过多，否则瓶子会膨胀，可能会炸裂。另外，自制的碳酸饮料没有添加防腐剂，最好在24小时内饮用完毕。2家庭应急灭火的简易装置家庭中如果发生小范围的火灾，比如厨房的油锅起火、蜡烛起火等，可以利用二氧化碳制取的方法制作简易的灭火器。具体步骤如下：01第一步：取一个500ml的塑料瓶，加入3勺小苏打和20ml清水，搅拌溶解。02第二步：加入100ml白醋，迅速盖上带吸管的盖子，将吸管对准火焰。03第三步：松开瓶盖，二氧化碳气体就会从吸管中喷出来，将火焰熄灭。04需要注意的是，这种简易灭火器只适用于小范围的火灾，如果火势较大，一定要及时拨打119报警电话。053家居绿植的CO₂补充方案绿植在进行光合作用的时候，需要吸收二氧化碳来合成有机物，因此在室内种植绿植时，适当补充二氧化碳可以促进绿植的生长。我们可以利用酵母发酵制取二氧化碳的方法，制作一个简易的二氧化碳补充装置：将酵母、白砂糖和温水放入玻璃瓶中，套上气球，当气球膨胀后，将气球取下，将气体释放到绿植周围，或者将玻璃瓶放在绿植旁边，让气体慢慢扩散到空气中。需要注意的是，不要在夜间将装置放在卧室里，因为绿植在夜间会进行呼吸作用，吸收氧气，呼出二氧化碳，加上发酵产生的二氧化碳，可能会导致室内二氧化碳浓度过高，影响睡眠质量。4青少年化学科普的生活化载体作为一线教师，我经常用这些生活化的二氧化碳制取实验作为青少年化学科普的载体。比如在学校的科技节上，我设置了“吹气球大赛”，让学生用小苏打和白醋吹气球，谁吹的气球最大谁获胜；在社区的科普活动中，我设置了“自制汽水”摊位，让居民们亲手制作碳酸饮料，了解化学知识。这些活动不仅让学生和居民们感受到了化学的趣味性，还让他们意识到化学就在身边，提高了他们的科学素养。05PARTONE实验过程的安全规范与废弃物处理1实验安全的核心准则在进行任何生活化的化学实验时，都要遵循以下核心准则：安全第一：任何实验都要以安全为前提，不要进行危险的操作，比如使用明火时要注意防火，使用化学试剂时要注意避免接触皮肤和眼睛。通风良好：实验过程中要保持通风良好，避免有害气体聚集。专人指导：未成年人进行实验时，一定要有成年人的指导，避免发生意外。废弃物无害化：实验结束后，要将废弃物进行无害化处理，不要随意丢弃。2各实验的专属安全提示壹实验一（小苏打与白醋反应）：不要使用密闭的容器，防止压力过大导致容器炸裂；不要让白醋接触到皮肤和眼睛，如不慎接触，要用大量清水冲洗。肆实验四（燃气燃烧产物收集）：一定要注意防火和烫伤，不要让玻璃杯接触到火焰；实验结束后一定要关闭燃气灶。叁实验三（水垢与食醋反应）：白醋具有腐蚀性，不要接触到皮肤和眼睛，如不慎接触，要用大量清水冲洗。贰实验二（酵母与糖水反应）：不要使用过热的水，防止酵母