实验活动2二氧化碳的实验室制取与性质教学设计

一、教学设计背景与目标二氧化碳是初中化学学习中一种非常重要的气体，其实验室制取原理和性质探究是中学化学实验教学的核心内容之一。本教学设计旨在通过引导学生亲自动手操作，不仅让他们掌握二氧化碳的实验室制取方法和基本性质，更重要的是培养其科学探究能力、实验操作技能以及分析问题和解决问题的能力。同时，通过联系生活实际，激发学生学习化学的兴趣，渗透绿色化学理念和安全意识。教学目标：1.知识与技能：*掌握实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置、收集方法、检验及验满方法。*了解二氧化碳的物理性质（颜色、状态、气味、密度、溶解性等）和主要化学性质（不燃烧也不支持燃烧、与水反应、与澄清石灰水反应）。*初步学会连接简单的实验装置，并能进行基本的实验操作。2.过程与方法：*通过对二氧化碳制取装置的选择与组装，体验科学探究的过程，学习运用比较、分析、归纳等方法解决问题。*在探究二氧化碳性质的过程中，培养观察、记录、分析实验现象并得出结论的能力。3.情感态度与价值观：*通过实验探究，激发学习化学的兴趣，培养严谨求实的科学态度和合作精神。*认识到化学与生活的密切联系，了解二氧化碳的两面性，增强环保意识。二、教学重难点*教学重点：实验室制取二氧化碳的原理和装置；二氧化碳的化学性质。*教学难点：实验室制取二氧化碳装置的选择与组装；二氧化碳与水、澄清石灰水反应的化学方程式书写及理解。三、教学准备*教师准备：多媒体课件（PPT）、相关实验仪器和药品的实物展示或图片。*学生准备：预习课本相关内容，了解实验目的和大致步骤。*实验仪器（每组）：大试管（或锥形瓶）、单孔橡皮塞、导气管（带止水夹）、集气瓶、玻璃片、燃烧匙、烧杯、试管、胶头滴管、镊子、药匙、火柴、酒精灯（备用，如需处理尾气或加热，但本实验一般不需要）。*实验药品（每组）：大理石（或石灰石）、稀盐酸（1:2或1:3）、澄清石灰水、紫色石蕊试液、蒸馏水、蜡烛（短的两根）。*安全提示：强调实验安全，稀盐酸有腐蚀性，避免沾到皮肤和衣物上；实验时注意观察，规范操作。四、教学过程（一）创设情境，导入新课（教师可以从生活中的常见现象入手，如：）“同学们，我们喝的碳酸饮料打开瓶盖时会有气泡冒出，你们知道这些气泡是什么气体吗？”（引导学生回答二氧化碳）“我们呼出的气体中也含有较多的二氧化碳，那么，在实验室里，我们如何制取并研究这种气体呢？今天，我们就一起来动手实验，学习二氧化碳的实验室制取与性质。”（板书课题：实验活动2二氧化碳的实验室制取与性质）（二）合作探究，新知学习第一部分：二氧化碳的实验室制取1.探究制取原理：*提问：“我们学过哪些反应可以生成二氧化碳？”（学生可能会想到碳燃烧、碳酸分解、碳酸钙高温分解等）*引导学生分析：哪些反应适合在实验室制取二氧化碳？（从反应条件、原料是否易得、反应速率是否适中、产物是否纯净等方面考虑）*师生共同归纳：实验室常用大理石（或石灰石，主要成分是碳酸钙）与稀盐酸反应来制取二氧化碳。*板书反应原理：碳酸钙+盐酸→氯化钙+水+二氧化碳*（可补充化学方程式：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，提醒学生注意气体符号）*提问：“为什么不用稀硫酸或浓盐酸？”（简要解释：稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面阻止反应进一步进行；浓盐酸具有挥发性，会使制得的二氧化碳中混有氯化氢气体而不纯。）2.探究实验装置：*提问：“我们已经学过氧气的实验室制取，回忆一下，确定气体发生装置需要考虑哪些因素？收集装置呢？”（学生回答：发生装置考虑反应物状态和反应条件；收集装置考虑气体的密度和溶解性。）*分析：制取二氧化碳的反应物状态（固体和液体）和反应条件（常温，不需要加热），因此发生装置应选择“固液常温型”。*展示并讨论常见的固液常温型发生装置（如：大试管配单孔塞、锥形瓶配长颈漏斗或分液漏斗等）。考虑到学生操作方便和节约药品，本次实验建议采用“大试管（或锥形瓶）+单孔橡皮塞（带导管和止水夹）”的简易装置。*讨论收集方法：二氧化碳的密度比空气大（相对分子质量44>29），且能溶于水并与水反应，因此不宜用排水法收集，应采用向上排空气法收集。*教师示范或引导学生组装一套典型的制取和收集装置，并强调仪器连接的注意事项（如橡皮塞要塞紧，导管伸入试管或集气瓶的位置等）。3.实验步骤与收集、检验：*检查装置的气密性：（引导学生回忆方法：将导管一端浸入水中，用手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，则气密性良好。）*装入药品：先加入大理石（或石灰石）颗粒（注意：试管横放，用镊子将大理石放入试管口，再慢慢竖起试管，防止打破试管底部），再通过长颈漏斗（若无，则取下塞子，沿试管壁缓缓倒入）加入适量稀盐酸，立即塞紧橡皮塞。*收集气体：将导管伸入集气瓶底部（为什么？——排尽瓶内空气，收集较纯净的气体），用向上排空气法收集。*验满：如何证明集气瓶已收集满二氧化碳？（将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则证明已收集满。）*检验：收集满一瓶后，用玻璃片盖住集气瓶口，正放在桌面上。如何检验收集到的气体是二氧化碳？（将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳。）——此步可在性质实验中进行，或单独取少量气体检验。*学生分组实验：学生按照上述步骤进行实验，制取2-3瓶二氧化碳气体备用（一瓶用于验满后的性质实验，一瓶可用于与水反应，一瓶可用于与石灰水反应等）。教师巡视指导，及时纠正学生的不规范操作，解答疑问。提醒学生注意观察反应现象（如产生气泡的速率）。第二部分：二氧化碳的性质探究（在学生制取二氧化碳气体的同时或之后，引导学生进行性质探究。可以将性质实验设计成几个小任务，让学生分组完成并记录现象和结论。）1.物理性质初探：*观察：引导学生观察制得的二氧化碳气体的颜色、状态（无色气体）。*闻气味：（提醒学生正确的闻气味方法：用手在瓶口轻轻扇动，使少量气体飘进鼻孔）——无味。*密度与空气比较（阶梯蜡烛实验）：*实验操作：取一个烧杯，在烧杯底部固定两根高度不同的燃着的蜡烛。将一瓶二氧化碳气体（集气瓶口的玻璃片移开一条缝），沿烧杯内壁缓慢倒入烧杯中。*观察现象：下层的蜡烛先熄灭，上层的蜡烛后熄灭。*分析与结论：二氧化碳气体不能燃烧，也不支持燃烧（化学性质）；且密度比空气大（物理性质）。2.化学性质探究：*二氧化碳与水的反应：*实验操作1：取一支试管，加入少量蒸馏水，滴入2-3滴紫色石蕊试液，振荡，观察溶液颜色（紫色）。*实验操作2：向上述试管中通入二氧化碳气体（或将二氧化碳气体倒扣在盛有紫色石蕊试液的水槽中，观察现象），振荡，观察溶液颜色变化（紫色变为红色）。*提问：是什么物质使石蕊试液变红了？是二氧化碳本身吗？还是二氧化碳与水反应生成了新物质？*实验操作3（可选，深化理解）：将上述变红的溶液加热，观察颜色变化（红色变回紫色）。*分析与结论：二氧化碳能与水反应生成碳酸（H₂CO₃），碳酸使紫色石蕊试液变红。碳酸不稳定，受热易分解生成二氧化碳和水。*板书化学方程式：CO₂+H₂O=H₂CO₃；H₂CO₃=△=H₂O+CO₂↑*二氧化碳与澄清石灰水的反应：*实验操作：取一支试管，加入少量澄清石灰水，然后通入二氧化碳气体，观察现象（澄清石灰水变浑浊）。*分析与结论：二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水。此反应常用于检验二氧化碳气体。*板书化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O（强调沉淀符号）（三）课堂小结与拓展延伸1.学生小结：请几位同学分享本次实验的收获，包括二氧化碳的制取方法和性质。2.教师总结：梳理本节课的重点知识，强调实验室制取二氧化碳的原理、装置、收集验满方法，以及二氧化碳的主要性质和相关化学方程式。3.拓展思考：*“通过今天的学习，我们知道二氧化碳不支持燃烧，那它是否可以用于灭火？灭火器的原理是什么？”*“二氧化碳是植物光合作用的原料，但空气中二氧化碳含量过高会引起温室效应。我们应该如何看待二氧化碳？如何践行低碳生活？”（引导学生辩证看待问题，增强环保意识）（四）布置作业1.完成实验报告册中本次实验的相关内容（实验目的、原理、仪器药品、步骤、现象、结论与解释、反思等）。2.整理本节课学习的化学方程式。3.思考：实验室制取氧气和二氧化碳在原理、装置、收集方法上有哪些异同点？（列表比较）4.查阅资料：生活中还有哪些产生二氧化碳的途径？二氧化碳有哪些用途？五、板书设计实验活动2二氧化碳的实验室制取与性质一、二氧化碳的实验室制取1.反应原理：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑（大理石/石灰石+稀盐酸→氯化钙+水+二氧化碳）2.实验装置：*发生装置：固液常温型（大试管/锥形瓶+单孔塞+导管）*收集装置：向上排空气法（原因：密度比空气大，能溶于水）3.实验步骤：查（气密性）→装（药品，先固后液）→收（集气体）→验（满与检验）4.检验：将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊。验满：将燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭。二、二氧化碳的性质1.物理性质：无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水。2.化学性质：*不燃烧，也不支持燃烧。*与水反应：CO₂+H₂O=H₂CO₃（碳酸使紫色石蕊变红）*H₂CO₃=△=H₂O+CO₂↑（碳酸不稳定）*与澄清石灰水反应：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O（用于检验CO₂）三、二氧化碳的用途与环境影响（简要）灭火、光合作用、化工原料、温室效应等