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第二章 我們身邊的物質 第三節 奇妙的二氧化碳
第三節 奇妙的二氧化碳
學習目標：
知識與技能：
1．認識二氧化碳的主要物理性質和化學性質；
2．認識化合反應和分解反應的特點
3．學會實驗室制取二氧化碳的原理與裝置
4．了解二氧化碳在自然界碳循環中的地位、作用，認識二氧化碳對人類生活和生產的作用
過程與方法：
1．學會觀察和描述有關二氧化碳的性質實驗，并從實驗事實歸納二氧化碳的某些性質特點。
2．實驗室制取氣體的設計思路
情感態度價值觀：
學習全面的認識與評價自然界中的物質。
學習重點與難點：
1．二氧化碳的性質與用途；
2．化合反應與分解反應的理解；
3．實驗室制取二氧化碳的探究。
學習方法：
1．通過觀察與思考，來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環；
2．通過實驗的觀察，來了解二氧化碳的物理性質和化學性質；
3．通過教師的介紹，來了解二氧化碳及其干冰在生產生活中的用途；
4．通過與制氧氣、氫氣的比較，探究制取二氧化碳的實驗室制法
5．通過利用化學文字表達式的比較，學生自行歸納化合反應和分解反應的特點
實驗探究：
1．二氧化碳的化學性質
2．二氧化碳的實驗室制法
學習內容：
一、自然界中的二氧化碳（carbon dioxide）
1．二氧化碳在自然界中的循環
（1）二氧化碳的產生：動植物的呼吸，動植物尸體在微生物作用下發生分解，煤、石油、天然氣等化學燃料的燃燒，其他有機化合物的燃燒等都會產生二氧化碳；
（2）二氧化碳的消耗：主要靠綠色植物的光合作用
二氧化碳 + 水 葡萄糖 + 氧氣
2．二氧化碳對環境影響——溫室效應（全球變暖問題）
（1）由于二氧化碳的密度比空氣大，二氧化碳分子的運動速度比（空氣中）氮氣分子和氧氣分子的運動速度慢，再加上二氧化碳分子吸收太陽光中的紅外線的能力強，所以二氧化碳增多就像在地球表面蓋上了厚厚的被子，是熱量不容易散發出去，導致地球表面溫度升高，即溫室效應。
（2）溫室效應對人類的生存環境對產生不良的影響。如果地球的氣溫上升，將導致冰川融化，海平面上升，一些沿海城市會被淹沒，有的地方會炎熱得無法居住，氣溫上升，會使更多的水蒸氣進入大氣，一些富饒的土地變成沙漠。
（3）防止溫室效應的措施
a. 減少使用煤、石油、天然氣等化學燃料；
b. 更多的利用太陽能、風能、地熱等清潔能源；
c. 大力植樹造林，嚴禁亂砍濫伐森林；
3．二氧化碳的用途
（1）可作為溫室肥料。植物不但葉部、地上部分會吸收二氧化碳，就是根部也會吸收二氧化碳，所以直接使用二氧化碳或使用分解出二氧化碳的肥料，可以增強植物的光合作用，促進農作物的生長。
（2）可用作于滅火，原因是二氧化碳比空氣密度大，且一般情況下，不助燃也不燃燒。
常用的滅火劑主要有三種：
a. 泡沫滅火劑：適用于木材、棉布等一般性著火；
碳酸氫鈉（NaHCO3）+鹽酸（HCl）→氯化鈉（NaCl）+水（H2O）+二氧化碳（CO2）
b. 干粉滅火劑：除適用于一般性著火外，還適用于油料、氣體著火；
碳酸氫鈉（NaHCO3）加熱——→碳酸鈉（Na2CO3）+水（H2O）+二氧化碳（CO2）
c. 液態二氧化碳滅火劑：適用于圖書檔案、貴重設備、精密儀器等著火。
這些滅火器在適用時都能產生和噴出二氧化碳氣體。由于二氧化碳的密度大于空氣的密度，且一般情況下不能燃燒，也不能支持燃燒。從滅火器中噴出的二氧化碳好似給燃燒物覆蓋了一層厚厚的二氧化碳“被子”。使燃燒物與空氣隔絕開，燃燒物因缺氧而熄滅。但在撲滅鉀、鈉、鎂等活潑金屬失火時，不能采用二氧化碳滅火。因為這些金屬都能在二氧化碳中燃燒。
4．二氧化碳對人體的影響
（1）當空氣中二氧化碳的體積分數達到1%時，人就會感到氣悶、頭昏、心悸，達到4%~5%時，人就會感到氣悶、頭痛、眩暈；達到6%時，人就會神志不清、呼吸停止，以至死亡。但是二氧化碳沒有毒。
（2）減少二氧化碳危害的方法：
a. 保持室內經常通風；
b. 進入可能會含較多二氧化碳的地方（如菜窖）要檢查二氧化碳的含量。做燈火試驗。
二、二氧化碳的奇妙變化
1．二氧化碳的物理性質
（1）通常情況下，是無色無味氣體。加壓降溫的條件下，可變成液態二氧化碳，甚至固態二氧化碳。
液態二氧化碳主要用于滅火器，而固態二氧化碳做致冷劑，冷藏食物，人工降雨，舞臺制景等。
CO2(solid)
CO2(gas)
CO2(liquid)
（2）密度比空氣大（標準狀況下，1.97g/L），用向上排空氣法收集二氧化碳；
（3）能溶于水（通常情況下，1體積的水能溶解1體積的二氧化碳），加壓可以增大溶解量，制汽水。
2．二氧化碳的化學性質
（1）二氧化碳不但能溶于水，而且還能與水反應
實驗：二氧化碳通入含有紫色石蕊試液的水中，原來的紫色變成紅色，加熱該液體后，石蕊試劑重新變成紫色。
原因：二氧化碳與水發生了反應生成了一種酸性物質，而該酸性物質不穩定，受熱容易分解。
文字表達式：二氧化碳（CO2）+水（H2O）—→碳酸（H2CO3）
碳酸（H2CO3）加熱——→ 二氧化碳（CO2）+水（H2O）
判斷：二氧化碳能使紫色石蕊試劑變紅（錯）
分析：二氧化碳溶于水形成了碳酸，從而使紫色石蕊試劑變紅，而非二氧化碳。
（2）二氧化碳不能支持燃燒，也不能燃燒，更不能提供呼吸
可以使燃著的木條熄滅。
實驗：階梯蠟燭熄滅實驗
現象：當集氣瓶中的二氧化碳氣體慢慢傾倒于燒杯中時，其中的蠟燭由下而上逐漸熄滅。
原因：（1）二氧化碳氣體既不能燃燒又不能支持燃燒
（2）二氧化碳密度比空氣大，容易沉積在下面。
（3）與澄清石灰水（即氫氧化鈣）反應，產生白色沉淀。
文字表達式：二氧化碳（CO2） + 氫氧化鈣[Ca(OH)2] —→ 碳酸鈣（CaCO3） + 水（H2O）
該反應用來檢驗二氧化碳氣體。
在露置的石灰水上，一段時間后會出現一層白膜，該白膜就是空氣中的二氧化碳與碳酸鈣反應生成的碳酸鈣固體。
石灰水涂墻也是利用該反應
思考：為什么用石灰水涂墻后，墻壁會出汗？
三、化學反應類型之一——化合反應和分解反應
1．化合反應（combination reaction）：由兩種或兩種以上物質生成一種新物質的反應。“多變一”。
2．分解反應（decomposition reaction）：由一種物質生成兩種或者兩種以上物質的反應。“一變多”。
四、二氧化碳的制法
工業制法
煅燒石灰石
文字表達式:碳酸鈣（CaCO3）高溫——→氧化鈣（CaO）+二氧化碳（CO2）
實驗室制法
1.藥品選用：石灰石（或大理石）與稀鹽酸
碳酸鈣（CaCO3）+鹽酸（HCl）→氯化鈣（CaCl2）+水（H2O）+二氧化碳（CO2）
補充：
1）石灰石或大理石的主要成分為碳酸鈣，能否用碳酸鈣粉末或者碳酸鈉粉末代替石灰石作為實驗室制取二氧化碳？
答：不能，化學反應的速率與反應物的接觸面積有關。反應物顆粒越小，接觸面積就越大，反應速率就越大，在實驗室制取二氧化碳時就不易收集。
2）鹽酸就是氯化氫氣體的水溶液。在實驗室制取二氧化碳是否能夠用濃鹽酸代替稀鹽酸？
答：不能。鹽酸都具有一定的揮發性，如果利用濃鹽酸制取二氧化碳，揮發性太強，使制得的二氧化碳氣體中含有較多量的氯化氫氣體，影響實驗結果。
3）實驗室制取二氧化碳能否用稀硫酸代替稀鹽酸？
答：不能。如果用稀硫酸，會與石灰石發生反應生成一種微溶性的固體——硫酸鈣，包裹在固體表面，從而使液體與固體反應物隔絕，阻止反應的進一步進行。看到的現象時首先有少量氣泡，馬上停止。
2．反應儀器選擇：固體與液體發生反應生成氣體不需要加熱。選擇與過氧化氫制氧氣相似的儀器。
反應儀器中，分液漏斗可以用長頸漏斗代替，不過，長頸漏斗的下端必須要神入液面以下，形成液封，防止生成的氣體從漏斗口逸出。
該裝置的優點：
（1）可以隨時控制反應的開始和結束，節約藥品
（2）可以隨時向反應容器中加入液體藥品
（3）可以控制反應的速率
思考：還有哪些類似原理的裝置
3．實驗步驟：與氧氣的實驗室制法相似。
4．二氧化碳的檢驗及驗滿
1）檢驗：向集氣瓶中注入少量澄清石灰水，觀察是否產生白色沉淀
2）驗滿：將燃著的木條放在集氣瓶口，如果木條馬上熄滅則說明已經收集滿。
5．收集氣體：由于二氧化碳能溶于水并且密度比空氣大，只能用向上排空氣法收集。
補充：如果要得到干燥純凈的二氧化碳氣體，該怎么辦？
答：可以將反應生成的氣體首先通過水，或碳酸氫鈉溶液（吸收HCl氣體），然后通過濃硫酸（干燥），順序絕對不能調換。
練習：請設計一個簡單的實驗來區分4瓶集氣瓶中的氣體，其中分別為空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳。
答：首先分別取樣。然后將一根燃著的木條分別伸入到4瓶集氣瓶中，觀察現象。如果正常燃燒，則是空氣；燃燒更加劇烈，說明是氧氣；如果馬上熄滅，則是氮氣或二氧化碳，在該集氣瓶中倒入少量澄清石灰水，若變渾濁，則為二氧化碳；若不變渾濁，則為氮氣。
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