[第二章]第二章 我们身边的物质 第三节 奇妙的二氧化碳

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第三节 奇妙的二氧化碳

学习目标：

知识与技能：

1．认识二氧化碳的主要物理性质和化学性质；

2．认识化合反应和分解反应的特点

3．学会实验室制取二氧化碳的原理与装置

4．了解二氧化碳在自然界碳循环中的地位、作用，认识二氧化碳对人类生活和生产的作用

过程与方法：

1．学会观察和描述有关二氧化碳的性质实验，并从实验事实归纳二氧化碳的某些性质特点。

2．实验室制取气体的设计思路

情感态度价值观：

学习全面的认识与评价自然界中的物质。

学习重点与难点：

1．二氧化碳的性质与用途；

2．化合反应与分解反应的理解；

3．实验室制取二氧化碳的探究。

学习方法：

1．通过观察与思考，来理解二氧化碳在生活中的重要作用及其自然界二氧化碳的循环；

2．通过实验的观察，来了解二氧化碳的物理性质和化学性质；

3．通过教师的介绍，来了解二氧化碳及其干冰在生产生活中的用途；

4．通过与制氧气、氢气的比较，探究制取二氧化碳的实验室制法

5．通过利用化学文字表达式的比较，学生自行归纳化合反应和分解反应的特点

实验探究：

1．二氧化碳的化学性质

2．二氧化碳的实验室制法

学习内容：

一、自然界中的二氧化碳（carbon dioxide）

1．二氧化碳在自然界中的循环

（1）二氧化碳的产生：动植物的呼吸，动植物尸体在微生物作用下发生分解，煤、石油、天然气等化学燃料的燃烧，其他有机化合物的燃烧等都会产生二氧化碳；

（2）二氧化碳的消耗：主要靠绿色植物的光合作用

二氧化碳 + 水  葡萄糖 + 氧气

2．二氧化碳对环境影响——温室效应（全球变暖问题）

（1）由于二氧化碳的密度比空气大，二氧化碳分子的运动速度比（空气中）氮气分子和氧气分子的运动速度慢，再加上二氧化碳分子吸收太阳光中的红外线的能力强，所以二氧化碳增多就像在地球表面盖上了厚厚的被子，是热量不容易散发出去，导致地球表面温度升高，即温室效应。

（2）温室效应对人类的生存环境对产生不良的影响。如果地球的气温上升，将导致冰川融化，海平面上升，一些沿海城市会被淹没，有的地方会炎热得无法居住，气温上升，会使更多的水蒸气进入大气，一些富饶的土地变成沙漠。

（3）防止温室效应的措施

a. 减少使用煤、石油、天然气等化学燃料；

b. 更多的利用太阳能、风能、地热等清洁能源；

c. 大力植树造林，严禁乱砍滥伐森林；

3．二氧化碳的用途

（1）可作为温室肥料。植物不但叶部、地上部分会吸收二氧化碳，就是根部也会吸收二氧化碳，所以直接使用二氧化碳或使用分解出二氧化碳的肥料，可以增强植物的光合作用，促进农作物的生长。

（2）可用作于灭火，原因是二氧化碳比空气密度大，且一般情况下，不助燃也不燃烧。

常用的灭火剂主要有三种：

a. 泡沫灭火剂：适用于木材、棉布等一般性着火；

碳酸氢钠（NaHCO3）+盐酸（HCl）→氯化钠（NaCl）+水（H2O）+二氧化碳（CO2）

b. 干粉灭火剂：除适用于一般性着火外，还适用于油料、气体着火；

碳酸氢钠（NaHCO3）加热——→碳酸钠（Na2CO3）+水（H2O）+二氧化碳（CO2）

c. 液态二氧化碳灭火剂：适用于图书档案、贵重设备、精密仪器等着火。

这些灭火器在适用时都能产生和喷出二氧化碳气体。由于二氧化碳的密度大于空气的密度，且一般情况下不能燃烧，也不能支持燃烧。从灭火器中喷出的二氧化碳好似给燃烧物覆盖了一层厚厚的二氧化碳“被子”。使燃烧物与空气隔绝开，燃烧物因缺氧而熄灭。但在扑灭钾、钠、镁等活泼金属失火时，不能采用二氧化碳灭火。因为这些金属都能在二氧化碳中燃烧。

4．二氧化碳对人体的影响

（1）当空气中二氧化碳的体积分数达到1%时，人就会感到气闷、头昏、心悸，达到4%~5%时，人就会感到气闷、头痛、眩晕；达到6%时，人就会神志不清、呼吸停止，以至死亡。但是二氧化碳没有毒。

（2）减少二氧化碳危害的方法：

a. 保持室内经常通风；

b. 进入可能会含较多二氧化碳的地方（如菜窖）要检查二氧化碳的含量。做灯火试验。

二、二氧化碳的奇妙变化

1．二氧化碳的物理性质

（1）通常情况下，是无色无味气体。加压降温的条件下，可变成液态二氧化碳，甚至固态二氧化碳。

液态二氧化碳主要用于灭火器，而固态二氧化碳做致冷剂，冷藏食物，人工降雨，舞台制景等。

CO2(solid)

CO2(gas)

CO2(liquid)

（2）密度比空气大（标准状况下，1.97g/L），用向上排空气法收集二氧化碳；

（3）能溶于水（通常情况下，1体积的水能溶解1体积的二氧化碳），加压可以增大溶解量，制汽水。

2．二氧化碳的化学性质

（1）二氧化碳不但能溶于水，而且还能与水反应

实验：二氧化碳通入含有紫色石蕊试液的水中，原来的紫色变成红色，加热该液体后，石蕊试剂重新变成紫色。

原因：二氧化碳与水发生了反应生成了一种酸性物质，而该酸性物质不稳定，受热容易分解。

文字表达式：二氧化碳（CO2）+水（H2O）—→碳酸（H2CO3）

            碳酸（H2CO3）加热——→ 二氧化碳（CO2）+水（H2O）

判断：二氧化碳能使紫色石蕊试剂变红（错）

分析：二氧化碳溶于水形成了碳酸，从而使紫色石蕊试剂变红，而非二氧化碳。

（2）二氧化碳不能支持燃烧，也不能燃烧，更不能提供呼吸

可以使燃着的木条熄灭。

实验：阶梯蜡烛熄灭实验

现象：当集气瓶中的二氧化碳气体慢慢倾倒于烧杯中时，其中的蜡烛由下而上逐渐熄灭。

原因：（1）二氧化碳气体既不能燃烧又不能支持燃烧

     （2）二氧化碳密度比空气大，容易沉积在下面。

（3）与澄清石灰水（即氢氧化钙）反应，产生白色沉淀。

文字表达式：二氧化碳（CO2） + 氢氧化钙[Ca(OH)2] —→ 碳酸钙（CaCO3） + 水（H2O）

该反应用来检验二氧化碳气体。

在露置的石灰水上，一段时间后会出现一层白膜，该白膜就是空气中的二氧化碳与碳酸钙反应生成的碳酸钙固体。

石灰水涂墙也是利用该反应

思考：为什么用石灰水涂墙后，墙壁会出汗？

三、化学反应类型之一——化合反应和分解反应

1．化合反应（combination reaction）：由两种或两种以上物质生成一种新物质的反应。“多变一”。

2．分解反应（decomposition reaction）：由一种物质生成两种或者两种以上物质的反应。“一变多”。

四、二氧化碳的制法

工业制法

煅烧石灰石

文字表达式:碳酸钙（CaCO3）高温——→氧化钙（CaO）+二氧化碳（CO2）

实验室制法

1.药品选用：石灰石（或大理石）与稀盐酸

   碳酸钙（CaCO3）+盐酸（HCl）→氯化钙（CaCl2）+水（H2O）+二氧化碳（CO2）

补充：

1）石灰石或大理石的主要成分为碳酸钙，能否用碳酸钙粉末或者碳酸钠粉末代替石灰石作为实验室制取二氧化碳？

答：不能，化学反应的速率与反应物的接触面积有关。反应物颗粒越小，接触面积就越大，反应速率就越大，在实验室制取二氧化碳时就不易收集。

2）盐酸就是氯化氢气体的水溶液。在实验室制取二氧化碳是否能够用浓盐酸代替稀盐酸？

答：不能。盐酸都具有一定的挥发性，如果利用浓盐酸制取二氧化碳，挥发性太强，使制得的二氧化碳气体中含有较多量的氯化氢气体，影响实验结果。

3）实验室制取二氧化碳能否用稀硫酸代替稀盐酸？

答：不能。如果用稀硫酸，会与石灰石发生反应生成一种微溶性的固体——硫酸钙，包裹在固体表面，从而使液体与固体反应物隔绝，阻止反应的进一步进行。看到的现象时首先有少量气泡，马上停止。

2．反应仪器选择：固体与液体发生反应生成气体不需要加热。选择与过氧化氢制氧气相似的仪器。

反应仪器中，分液漏斗可以用长颈漏斗代替，不过，长颈漏斗的下端必须要神入液面以下，形成液封，防止生成的气体从漏斗口逸出。

该装置的优点：

（1）可以随时控制反应的开始和结束，节约药品

（2）可以随时向反应容器中加入液体药品

（3）可以控制反应的速率

思考：还有哪些类似原理的装置

3．实验步骤：与氧气的实验室制法相似。

4．二氧化碳的检验及验满

1）检验：向集气瓶中注入少量澄清石灰水，观察是否产生白色沉淀

2）验满：将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条马上熄灭则说明已经收集满。

5．收集气体：由于二氧化碳能溶于水并且密度比空气大，只能用向上排空气法收集。

补充：如果要得到干燥纯净的二氧化碳气体，该怎么办？

答：可以将反应生成的气体首先通过水，或碳酸氢钠溶液（吸收HCl气体），然后通过浓硫酸（干燥），顺序绝对不能调换。

练习：请设计一个简单的实验来区分4瓶集气瓶中的气体，其中分别为空气、氧气、氮气、二氧化碳。

答：首先分别取样。然后将一根燃着的木条分别伸入到4瓶集气瓶中，观察现象。如果正常燃烧，则是空气；燃烧更加剧烈，说明是氧气；如果马上熄灭，则是氮气或二氧化碳，在该集气瓶中倒入少量澄清石灰水，若变浑浊，则为二氧化碳；若不变浑浊，则为氮气。

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