九年级化学沪教版上册：第五章《奇妙的二氧化碳》第2课时知识清单

九年级化学沪教版上册：第五章《奇妙的二氧化碳》第2课时知识清单本知识清单围绕沪教版九年级化学上册第五章第2课时展开，深度聚焦于二氧化碳的实验室制法，并对其性质、用途及与自然界的关系进行系统性拓展与深化。清单旨在帮助学习者构建完整、精准的知识体系，掌握核心实验技能，理解化学原理，并能够运用所学知识解决实际问题，提升科学素养。一、核心知识脉络与课标要求【基础】本课时是第五章《奇妙的二氧化碳》的核心实践环节，在认识了二氧化碳的性质与用途之后，重点转入“如何制取”这一气体。其知识脉络遵循“原理探究→装置设计→操作实践→检验验满→应用提升”的逻辑主线。这不仅是对二氧化碳性质的深化应用，更是对整个初中阶段气体制备（如氧气）一般思路与方法的总结与迁移。课程标准要求学习者不仅能“动手”制取气体，更能“动脑”分析气体制备的原理、装置选择的依据以及操作过程中的注意事项，初步建立实验室制取气体的一般模型。二、实验室制取二氧化碳（核心考点与实验技能）【非常重要】【高频考点】（一）反应原理的深度探究【重要】1.药品选用：实验室通常选用块状石灰石（或大理石，主要成分为CaCO3）和稀盐酸（HCl的水溶液）作为药品。（1）为何选用石灰石/大理石？它们是自然界中广泛存在的矿产，成本低廉，且反应速率适中，便于气体收集。（2）为何选用稀盐酸？盐酸与碳酸钙反应生成可溶性的氯化钙、水和二氧化碳，反应平稳，气体纯净。（3）【难点剖析】为何不用其他药品替代？▲不可用稀硫酸替代：因为稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙（CaSO4）微溶于水，会覆盖在石灰石表面，形成一层致密的保护膜，阻碍内部碳酸钙与酸的接触，导致反应很快停止，无法持续产生二氧化碳。▲不可用浓盐酸替代：浓盐酸具有极强的挥发性，会挥发出大量氯化氢（HCl）气体，导致制得的二氧化碳气体不纯，混有HCl杂质。▲不可用碳酸钠（Na2CO3）或碳酸钾（K2CO3）粉末替代：这些碳酸盐与酸反应速率过快，瞬间产生大量气体，不便于收集且可能导致酸液喷溅，不安全。2.化学方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（1）【方程书写要点】：必须标注气体符号“↑”；要配平，特别是HCl前的系数“2”；熟记各物质的化学式。（2）【微观理解】：该反应的实质是碳酸钙中的碳酸根（CO3^2）与盐酸中的氢离子（H+）结合，生成了不稳定的碳酸（H2CO3），碳酸随即分解为水和二氧化碳。（二）实验装置的构建与选择依据【重要】【难点】实验室制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分，选择依据完全取决于反应物的状态、反应条件以及生成气体的性质。1.发生装置：固液不加热型（1）【选择依据】：反应物是固体（石灰石）和液体（稀盐酸），且反应在常温下进行，无需加热。（2）常见装置类型及特点：▲简易型装置（试管+单孔橡皮塞+导管）：适用于少量气体的制取，操作简单。▲锥形瓶/广口瓶+长颈漏斗型装置（双孔塞）【高频考点】：★优点：便于在反应过程中添加液体药品。★【核心考点】：长颈漏斗的下端管口必须液封（即伸入液面以下）。目的是防止生成的二氧化碳气体从长颈漏斗口逸出，造成气体损失和浪费。▲锥形瓶/广口瓶+分液漏斗型装置【热点】：★优点：分液漏斗有活塞，可以控制液体滴加的速率，从而控制反应的速率，获得平稳的气流。▲启普发生器及其简易装置：通过关闭导气阀门，使试管内气体压强增大，将液体压入长颈漏斗或使液体与固体分离，从而实现反应随开随用、随关随停。这是固液不加热制气装置的优化设计。2.收集装置：向上排空气法（1）【选择依据】：▲密度：二氧化碳的密度比空气大（标准状况下，ρ(CO2)=1.977g/L，ρ(空气)=1.293g/gL），故可用向上排空气法。▲溶解性：二氧化碳能溶于水（通常状况下，1体积水约能溶解1体积二氧化碳），且能与水反应（CO2+H2O=H2CO3），故不能用排水法收集。（2）【操作要点】：收集时，导管口应伸入到接近集气瓶底部，以便将瓶底的空气排尽，使收集的气体更纯净。（三）实验操作步骤与注意事项【基础】【必会】可归纳为七个字：查、装、定、加、收、验、放。1.查：连接好仪器，检查装置的气密性。★方法：先将导管一端放入水中，用手紧握锥形瓶（或试管）外壁。若观察到导管口有气泡冒出，松开手后，导管内形成一段稳定的水柱，则证明装置气密性良好。★原理：利用气体热胀冷缩，改变装置内部压强。2.装：向锥形瓶（或试管）中装入石灰石（大理石）。★操作：先装入固体，且要小心缓慢，防止打破容器底部。3.定：固定好装置（如果需要）。4.加：从长颈漏斗（或分液漏斗）中加入稀盐酸。★注意：若使用长颈漏斗，务必使稀盐酸浸没长颈漏斗的下端管口。5.收：用向上排空气法收集二氧化碳气体。6.验：检验集气瓶中的二氧化碳是否已收集满。★【验满方法】：将一根燃着的木条放在集气瓶口，若木条火焰熄灭，则证明已集满。★【易错警示】：验满时，燃着的木条绝对不能伸入瓶内，否则是检验气体，而非验满。7.放：收集满后，盖好玻璃片，正放在桌面上（因为二氧化碳密度比空气大，正放可减少气体逸散）。（四）气体的检验与验满的辨析【重要】【易混点】1.气体的检验：目的是确定某气体是否为二氧化碳。★方法：将气体通入澄清石灰水中。★现象与结论：澄清石灰水变浑浊，证明该气体是二氧化碳。★化学方程式：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O★【解题要点】：此反应是二氧化碳的特征反应，现象明显，是检验二氧化碳的唯一方法。2.气体的验满：目的是确定集气瓶中的二氧化碳是否已经收集满。★方法：将燃着的木条放在集气瓶口。★现象与结论：木条熄灭，证明已集满。（五）实验室制取气体的一般思路与方法总结【核心素养】【跨单元整合】通过学习氧气的制取和二氧化碳的制取，我们可以总结出实验室制取气体的一般思路：1.首先，研究生成该气体的化学反应原理。需要选择合适的反应物和反应条件，确保反应能发生、速率适中、便于收集、产物纯净。2.其次，根据反应物的状态和反应条件，选择并设计气体的发生装置。（1）固体加热型（如制氧气：高锰酸钾、氯酸钾与二氧化锰混合物）。（2）固液不加热型（如制氧气：过氧化氢溶液与二氧化锰；制二氧化碳：石灰石与稀盐酸）。3.然后，根据气体的性质（如密度、溶解性、是否与水反应），选择并设计气体的收集装置。（1）排空气法（向上或向下）：适用于不与空气反应，且密度与空气相差较大的气体。（2）排水法：适用于不溶于水（或难溶于水）、不与水反应的气体。4.最后，确定气体的检验和验满方法。三、二氧化碳的性质深化与辨析【重要】（一）物理性质1.色、味、态：通常状况下，二氧化碳是无色、无味的气体。2.密度：比空气大。3.溶解性：能溶于水。4.三态变化：经降温、加压，二氧化碳可变为液态，进一步可变为固态，固态二氧化碳俗称“干冰”。★【易错点】：干冰不是冰。冰是固态的水，而干冰是固态的二氧化碳。干冰升华时吸收大量的热，使周围温度降低，这是其物理性质的应用。（二）化学性质1.不支持燃烧，也不可燃（一般情况）：★现象：将二氧化碳气体倒入放有燃着蜡烛的阶梯式烧杯中，下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭。★结论：该现象同时证明了二氧化碳的两个性质：密度比空气大（物理性质）和不燃烧、不支持燃烧（化学性质）。★【重要辨析】：不支持燃烧是相对的，它不支持绝大多数可燃物的燃烧，但一些活泼金属（如镁）可以在二氧化碳中燃烧，生成氧化镁和碳，因此镁着火不能用二氧化碳灭火器扑救。★化学方程式：2Mg+CO2=点燃=2MgO+C2.与水反应：★实验探究（四朵紫色石蕊小花实验）【高频考点】：（1）喷稀醋酸：小花变红。→结论：酸能使紫色石蕊变红。（2）喷水：小花不变红。→结论：水不能使紫色石蕊变红。（3）直接放入CO2中：小花不变红。→结论：CO2本身不能使紫色石蕊变红。（4）喷水后再放入CO2中：小花变红。→结论：CO2与水反应生成了新物质——碳酸（H2CO3），碳酸能使紫色石蕊变红。★化学方程式：CO2+H2O=H2CO3★碳酸的不稳定性：将变红后的第四朵小花加热，红色褪去，又变为紫色。说明碳酸不稳定，受热易分解。★化学方程式：H2CO3=加热=H2O+CO2↑★【易错点】：二氧化碳使紫色石蕊试液变红，是二氧化碳与水反应后生成的碳酸的作用，而不是二氧化碳本身的作用。3.与碱反应：（1）与澄清石灰水反应（检验二氧化碳的原理）：★现象：澄清石灰水变浑浊。★化学方程式：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O★应用：长久放置的石灰水瓶壁上的白膜，就是由于石灰水吸收空气中的二氧化碳，生成的碳酸钙附着在瓶壁上。（2）与氢氧化钠溶液反应：★现象：无明显现象，但能证明反应发生（如通过验证压强变化或检验生成物）。★化学方程式：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O★【重要拓展】：由于氢氧化钠（NaOH）极易溶于水，其溶液浓度大，吸收二氧化碳的能力比澄清石灰水（Ca(OH)2微溶）强得多。因此，实验室或工业上常用氢氧化钠溶液来吸收（除去）二氧化碳，而用澄清石灰水来检验二氧化碳。4.与碳反应：★化学方程式：CO2+C=高温=2CO★应用：在高温条件下，二氧化碳能被碳还原成一氧化碳。这是工业上制取水煤气或发生炉煤气的反应之一。四、二氧化碳的用途与性质的对应关系【基础】【高频考点】物质的性质决定用途，用途反映性质。1.用于灭火：利用了二氧化碳的化学性质（不燃烧、不支持燃烧）和物理性质（密度比空气大）。2.作气体肥料（气肥）：利用了二氧化碳是植物光合作用必需原料的化学性质。增加二氧化碳浓度，可提高光合作用效率，促进作物生长。3.用于人工降雨、舞台云雾、制冷剂：利用了干冰（固态二氧化碳）升华吸热的物理性质。4.制作碳酸饮料（汽水）：利用了二氧化碳能溶于水（物理性质）并与水反应生成碳酸（化学性质），给人以清爽口感。5.用作化工原料：用于生产纯碱（碳酸钠）、尿素等化肥。五、自然界中的二氧化碳与“双碳”目标【热点】【社会责任】（一）二氧化碳的循环1.产生途径（释放到大气中）：（1）动植物的呼吸作用。（2）微生物的分解作用。（3）化石燃料（煤、石油、天然气）的大量燃烧（这是当前大气中CO2含量升高的主要原因）。2.消耗途径（从大气中移除）：（1）绿色植物的光合作用（主要途径）。（2）水体等的溶解作用。（二）温室效应1.成因：大气中的二氧化碳、甲烷、氟氯代烷等温室气体，允许太阳光透过，但对地面辐射出来的长波红外线有强烈的吸收作用，并将能量保留在大气中，从而使地球温度升高的现象。2.危害：全球气候变暖，导致冰川融化，海平面上升，淹没沿海低地；影响全球气候模式，导致极端天气频发；影响生态系统和农业生产。3.防治措施【重要】：（1）减少来源：减少化石燃料的使用，开发和利用清洁能源（如太阳能、风能、水能、核能）；提高能源利用效率；开发和推广节能技术。（2）增加吸收：大力植树造林，禁止乱砍滥伐；保护草原和湿地。（3）科技手段：研究二氧化碳的捕集、利用与封存技术。（三）我国的“双碳”目标【跨学科拓展】【时事热点】1.碳达峰：指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。我国承诺在2030年前实现“碳达峰”。2.碳中和：指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳的“零排放”。我国承诺在2060年前实现“碳中和”。六、典型实验探究与解题策略（一）探究二氧化碳与水反应的实验设计★【考查方式】：给出实验步骤和现象，要求分析结论。★【解题步骤】：1.明确实验目的：验证CO2能否与水反应生成酸性物质。2.识别对照组与实验组：对比“喷水后放入CO2”与“只喷水”、“只放入CO2”的现象差异，排除干扰，得出严谨结论。3.核心结论：干燥的CO2和单独的水都不能使紫色石蕊变色，只有当二者共同作用时才能使其变色，证明二者发生了反应生成了新物质——碳酸。（二）装置气密性检查的变式★【考查方式】：给出陌生装置，要求描述检查方法。★【解题策略】：核心原理是“形成密闭系统→改变装置内压强→观察是否有液面差或气泡产生”。例如，对于有长颈漏斗的装置，可通过关闭止水夹，从漏斗中加水，观察液面是否稳定下降来检查。（三）固液不加热装置的优缺点分析及改进★【考查方式】：比较不同装置（如简易装置、长颈漏斗装置、分液漏斗装置、启普发生器原理装置）的优缺点。★【答题要点】：围绕“能否控制反应速率”、“能否控制反应的发生与停止”、“是否便于添加液体”、“装置是否简单”等角度进行分析。（四）二氧化碳与一氧化碳（CO）的鉴别与除杂★【高频考点对比】：1.鉴别：（1）通入澄清石灰水：变浑浊的是CO2，不变的是CO。（2）通过灼热氧化铜：能使黑色粉末变红（生成Cu）的是CO，无现象的是CO2。（3）点燃：能燃烧（蓝色火焰）的是CO，不能燃烧的是CO2。2.除杂：（1）CO2（CO）：通过灼热的氧化铜。CO+CuO=加热=Cu+CO2（将杂质CO转化为CO2）。（