第四節 二氧化碳的實驗室制法 —— 初中化學第一冊教案
| 湖南省冷水江市七中 周德君 |
第一課時
教學目標
1.使學生掌握實驗室制取二氧化碳的原理、方法和儀器裝置。
2.通過研討實驗室制取二氧化碳的方法，提高學生分析和解決問題的能力。
重點難點
重點：實驗室制取二氧化碳的反應原理，實驗裝置和制取方法。
難點：從實驗室制取氣體的設計思路出發，研討實驗室制取二氧化碳氣體的方法。
教學方法
自學、講授與演示相結合
教學過程
〔復習提問〕
1.回憶二氧化碳的化學性質，寫出相應的化學方程式。
2.寫出已經學過的可以得到二氧化碳氣體的化學方程式。
〔引言〕碳在氧氣中燃燒、碳與灼熱的氧化銅反應等都可以得到二氧化碳氣體，我們在實驗室里制取二氧化碳能否利用這些反應呢？
〔板書〕二氧化碳的實驗室制法
〔提問〕在實驗室里制取氣體要考慮哪些問題？
學生回答。
〔講解〕首先要考慮的是反應原理，即在實驗室條件允許下（如加熱、常溫、催化劑）用什么藥品，通過什么樣的反應來制取。我們先來討論制取二氧化碳的反應原理。
〔板書〕
一、實驗室制取二氧化碳的反應原理
〔講解〕在實驗室里常用大理石或石灰石（主要成分都是碳酸鈣）跟稀鹽酸起反應制得。
〔板書〕
1.原料：大理石（或石灰石），稀鹽酸。
〔講解〕碳酸鈣與稀鹽酸反應生成氯化鈣與碳酸，而碳酸不穩定，易分解成二氧化碳和水。所以碳酸鈣和稀鹽酸反應生成氯化鈣，二氧化碳和水。
〔板書〕
2.化學方程式 CaCO3 + 2HCl==CaCl2 + CO2↑ + H2O
〔設問〕為什么不用碳與氧氣（或其他的）反應來制取二氧化碳？
［講解］實驗室里制取氣體，不能只考慮一個反應能否生成要制的氣體，還要考慮其他因素，如反應條件、儀器裝置在實驗室是否易于實現等。
〔設問〕用什么裝置來制取二氧化碳呢？
〔板書〕
二、實驗室制取二氧化碳的裝置
〔展示〕裝置并介紹各儀器名稱。
〔提問〕為什么可以采用這樣的裝置？
〔討論〕
1.怎樣確定制取氣體的裝置？為什么可以用這樣的裝置制取二氧化碳？
2.為什么只采用向上排空氣法收集二氧化碳？
3.裝置中的長頸漏斗能否用普通漏斗代替？可用其他儀器代替錐形瓶嗎？
4.能用這個裝置中的儀器，裝配成實驗室制取氫氣的裝置嗎？怎樣裝配？
〔講解〕
1.實驗室制取氣體的裝置是根據所需藥品的狀態，反應條件來確定的。制取二氧化碳的反應物石灰石（或大理石）是固體，鹽酸是液體，反應是在常溫下進行的。反應前可以將固體置于錐形瓶中，液體在制取時從長頸漏斗中注入，液體與固體接觸時生成的氣體經導氣管導入 集氣瓶中。
2.由于二氧化碳的密度大于空氣又能溶解于水，所以用這樣的裝置來收集二氧化碳。
3.為了避免產生的氣體從漏斗中逸出，必須使長頸漏斗的管口在液面以下，而普通漏斗頸太短不合適。錐形瓶在裝置中作為容器，可以用其他（如大試管、燒瓶、廣口瓶）口徑大小適宜的容器代替。
4.這個裝置的氣體發生部分可以用來制取氫氣，因為制氫氣用的藥品狀態與制二氧化碳的相同，反應也不需要加熱。但收集方法不同，因為氫氣的密度小于空氣，又難溶于水。
〔引言〕下面我們就應用上述反應原理和儀器裝置來制取二氧化碳。
〔板書〕
三、實驗室里制取二氧化碳
1.制二氧化碳氣體。
〔說明〕首先要檢驗裝置的氣密性。
〔演示實驗〕在錐形瓶中放入數顆石灰石，從長頸漏斗中注入稀鹽酸，注意觀察錐形瓶內的變化。
〔講解〕瓶內產生大量氣泡。
〔板書〕
2.怎樣驗證產生的氣體是二氧化碳？
〔演示實驗〕將導氣管插入澄清石灰水中。
〔板書〕產生的氣體使澄清石灰水變渾濁，說明是二氧化碳氣體。
〔板書〕
3.怎樣證明集氣瓶中已集滿二氧化碳氣體？
〔演示實驗〕將燃著的火柴伸到集氣瓶口，注意觀察。
〔板書〕將燃著的火柴伸到集氣瓶口，火柴熄滅，說明二氧化碳氣體已充滿集氣瓶。
〔小結〕實驗室制取氣體要考慮反應原理，裝置及驗證氣體的方法。制取二氧化碳氣體的反應原理是石灰石（或大理石）在常溫下跟稀鹽酸反應生成氯化鈣，二氧化碳和水；根據反應物的狀態，反應條件及二氧化碳的密度，水溶性等，選擇適宜的裝置；由于二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，由此驗證產生的氣體是二氧化碳。
〔思考后討論〕
能否用燃著的火柴驗證產生的氣體是二氧化碳。
〔作業 〕略
第二課時
教學目標
1.簡單介紹泡沫滅火器的反應原理，使學生對二氧化碳的滅火原理和常用滅火器有個初步了解。
2.通過對實驗室制取二氧化碳的原理與泡沫滅火器的反應原理的對照分析，提高學生歸納綜合知識的能力。
重點
泡沫滅火器的反應原理。
難點
聯系實驗室制取二氧化碳及泡沫滅火器的反應原理，提高學生的能力。
教學方法
講授、分析和演示。
教學過程
〔復習提問〕
1.用化學方程式表示實驗室制取二氧化碳的反應原理
2.實驗室用于證明二氧化碳氣體已充滿集氣瓶的方法的理論根據是什么？
〔引言〕二氧化碳不能燃燒，也不能支持燃燒，能使燃著的火柴熄滅，二氧化碳的密度又比空氣大，如果向燃著的物質噴灑二氧化碳氣體，二氧化碳氣體就籠罩在可燃物上，使之與空氣隔絕而停止燃燒。這就是二氧化碳可以滅火的原因。目前有些滅火器就是利用化學反應產生的二氧化碳來滅火的。例如：泡沫滅火器。
〔板書〕泡沫滅火器的原理：
〔演示實驗〕在吸濾瓶中注入純堿（碳酸鈉）的濃溶液，把用細線栓住的盛濃鹽酸的試管小心地放進吸濾瓶中，塞緊塞子。
〔講解〕這個裝置的原理跟泡沫滅火器基本一致。不用時正立，滅火時倒立。現在我們就用它來撲滅火焰。
〔演示實驗〕用廢紙生一團火。壓緊蓋子將吸濾瓶倒轉，對著火團噴射。注意觀察吸濾瓶的側管有什么現象。
〔講解〕純堿與鹽酸在吸濾瓶中急速反應產生大量的氣泡，氣體帶著里面的溶液噴向火團使可燃物停止燃燒。
〔設問〕怎樣書寫純堿與鹽酸反應的化學方程式呢？
〔學生思考〕
〔提示〕比較純堿（碳酸鈉）與碳酸鈣的組成，再根據碳酸鈣與鹽酸反應的化學方程式，就不難得出。
〔分析〕純堿就是碳酸鈉，與碳酸鈣相比，有一相同的組成部分──碳酸根。而碳酸鈣與鹽酸反應產生的二氧化碳，正是由碳酸鈣中的碳酸根與鹽酸中的氫結合成不穩定的碳酸，再分解出來的。所以碳酸鈉與鹽酸也有類似的反應。
〔板書〕Na2CO3＋2HCl==2NaCl＋CO2↑+ H2O
〔追問〕如果是碳酸鉀或者其他的金屬碳酸鹽與鹽酸（或硫酸）有相似的反應嗎？
〔學生板書〕碳酸鉀與鹽酸（或硫酸）反應的化學方程式：
K2CO3+2HCl==2KCl+CO2↑+H2O（或K2CO3+H2SO4==K2SO4＋CO2↑＋H2O）
〔講解〕用碳酸鈉、碳酸鉀，碳酸鈣與鹽酸反應都可以得到二氧化碳氣體，那么實驗室制取二氧化碳是否可以用碳酸鈉代替石灰石？泡沫滅火器中又能用碳酸鈣代替碳酸鈉嗎？請同學們課后思考。
實際生活中，滅火除了使用泡沫滅火器以外，還有干粉滅火器，液態二氧化碳滅火器。有關這些知識請同學們閱讀課本中的選學內容。
〔邊小結邊板書〕
1.實驗室利用石灰石（或大理石）與鹽酸反應來制取二氧化碳：
CaCO3 + 2HCl==CaCl2 + CO2↑ + H2O
2.二氧化碳的檢驗：將氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾濁，說明該氣體是二氧化碳氣體。
3.由于二氧化碳不能燃燒，也不能支持燃燒，又比空氣重，可以用二氧化碳滅火。
4.泡沫滅火器中的反應原理：Na2CO3 + 2HCl==2NaCl ＋ CO2↑ ＋ H2O
〔作業 〕略