跨学科实践活动5 基于碳中和理念设计低碳行动方案（同步讲义）初中化学人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物（原卷版）

第六章碳和碳的氧化物跨学科实践活动5基于碳中和理念设计低碳行动方案教学目标1.基于碳中和理念，结合生物学、地理、物理等课程的学习，从物质的性质和转化角度认识二氧化碳的排放和吸收，理解低碳行动原理。2.设计并评价低碳行动方案，从个人、国家和国际层面体会低碳行动的意义和价值。重点和难点重点：自然界中的碳循环。◆任务一了解相关概念，聚集核心物质1.查阅资料，了解低碳行动、碳达峰和碳中和等概念的含义。基于核心物质二氧化碳，运用图示等方式对这些概念进行说明。(1)低碳行动：意在摒弃20世纪的传统增长模式，直接应用新世纪的创新技术与创新机制，通过低碳经济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。(2)碳达峰：就是指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩，达峰目标包括达峰年份和峰值。(3)碳中和：某个地区在一定时间内人为活动直接和间接排放的CO2,与其通过植树造林等吸收的CO2相互抵消，实现CO2“净零排放”。2.结合二氧化碳对生活和环境的影响，说明低碳行动的意义，尝试列举一些低碳做法。(1)意义：能控制大气中二氧化碳的含量，防止温室效应进一步增强，实现人类社会可持续发展。(2)做法：①减少二氧化碳排放：如使用新能源，减少化石燃料的使用；改变生活方式，在日常学习、生活中骑自行车上学、双面使用作业本、使用节能灯、夏天空调温度设定为27℃左右等。②增加对二氧化碳的吸收与转化：如植树造林，用碱性吸收剂吸收，转化为甲醇等。◆任务二测定不同环境中二氧化碳的含量1.设计测定二氧化碳含量的方法，并测定不同环境中二氧化碳的含量。【提出问题】不同环境中二氧化碳的含量是否相同?【查阅资料】二氧化碳能溶于水，可以被氢氧化钠、氢氧化钙等碱性吸收剂较快吸收。【设计实验】(1)配制吸收二氧化碳的测试液：取50mL蒸馏水，滴入2滴酚酞溶液，一边搅拌，一边慢慢滴入澄清石灰水至溶液变为浅红色。(2)测定不同环境中二氧化碳的含量：①用50mL注射器吸取10mL测试液，在测试环境中抽气到50mL刻度处，堵住注射器的吸入口，用力振荡注射器2~3分钟；②将注射器吸入口向上，小心将余气排出；③重复上述操作若干次，直至注射器内测试液恰好褪色，记下抽气的次数。【实验记录】测试地段校园绿苑保持通风的刚下课的教室门窗紧闭的刚下课的教室校园运动场抽气次数1311712【得出结论】在校内测量点测出空气中二氧化碳相对含量较多的区域是门窗紧闭的刚下课的教室。2.围绕人类活动是否会影响空气中二氧化碳的含量提出假设，运用适当的方法进行验证。(1)提出假设：人类活动会造成空气中二氧化碳含量增大。(2)查证资料资料1:化石燃料燃烧会产生大量的二氧化碳，自工业革命以来，随着工业的发展，人类使用的化石燃料大量增加，大气中二氧化碳含量也增加。资料2：据联合国估计，全球每年有近1300万公顷的森林被砍伐，相当于希腊或尼加拉瓜的国土面积。森林光合作用吸收二氧化碳，人类大面积砍伐森林是导致大气中的二氧化碳含量增加的一个主要因素。◆任务三梳理自然界中的碳循环1.二氧化碳在大气圈、岩石圈、水圈和生物圈间的转化关系①生物圈：二氧化碳通过光合作用转化为葡萄糖(C6H12O6)和氧气；生物呼吸过程：葡萄糖+氧气→二氧化碳+水。②水圈：二氧化碳溶于水与水反应生成碳酸；碳酸分解生成二氧化碳和水。③岩石圈：石灰岩(主要成分是碳酸钙)在二氧化碳和水的作用下经化合反应转化为碳酸氢钙[CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2]。一定条件下，碳酸氢钙分解生成碳酸钙、水和二氧化碳。2.回顾二氧化碳的性质与转化，从二氧化碳的排放与吸收的角度，对涉及的反应进行汇总。(1)二氧化碳的排放：①煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧；②一氧化碳等含碳燃料的燃烧；③人和动植物的呼吸；④煅烧石灰石等。(2)二氧化碳的吸收：①植物的光合作用；②海水吸收；③对排出的CO2进行分离、回收，即二氧化碳的捕集、利用与封存3.将涉及二氧化碳的物质转化关系与自然界中的碳循环联系起来，利用图示等方式说明二氧化碳的排放与吸收途径及相关原理。(1)二氧化碳的排放：①煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧；煤的燃烧：C+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2天然气[主要成分甲烷(CH4)]的燃烧：CH4+2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2+2H2O②一氧化碳的燃烧：2CO+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2③人和动植物的呼吸作用：葡萄糖+氧气二氧化碳+水④煅烧石灰石：CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaO+CO2↑(2)二氧化碳的吸收：①植物的光合作用：二氧化碳+水光→②海水吸收：CO2+H2O=H2CO3◆任务四设计低碳行动方案1.设计低碳行动方案。(1)减少CO₂的排放：①衣——尽可能选择环保的面料；②食——提倡光盘行动，降低食物垃圾的产生和处理等；③住——及时关闭待机电源，使用节能家电等；④行——选择乘坐公共交通工具，短途出行尽量步行或骑自行车等。(2)植树造林促进二氧化碳的吸收。2.结合涉及二氧化碳的物质转化关系，查阅资料，了解减少二氧化碳排放与增加二氧化碳吸收的相关政策和创新技术等。在此基础上对低碳行动方案进行补充。3.参观当地相关展览，就低碳行动与工作人员交流，进一步完善小组方案。【展示与交流】1.展示小组形成的低碳行动方案，经全班讨论形成评价标准。2.以小组为单位，优化低碳行动方案，制作展板或开展讲座，在学校和社区等地宣传并践行低碳行动。即学即练1.为了实现“碳中和”“碳达峰”，我国不断努力，展现大国担当。(一)在自然界有多种吸收方式(1)绿色植物通过将转化为，该过程(填“吸收”或“释放”)能量。(2)岩石可以吸收，发生反应：，其基本反应类型是。(二)利用化学方法，捕集、转化的方法越来越多样(3)常温常压下，氧化铜可以吸附反应物分子，从而催化聚合成聚碳酸酯，实现的捕集。试推测氧化铜的结构特点：。(4)石灰石煅烧后获得的氧化钙可以用来捕集。不同温度下煅烧石灰石，获得氧化钙的产率随时间变化如图，可知最佳煅烧温度和时间为℃和h。(5)与在催化剂作用下可得到合成气(CO和)，反应过程中催化剂表面还同时存在积碳反应和消碳反应，原理如图所示。【资料】i积碳反应：；消碳反应：。ii催化剂的效果一般会受到温度和接触面积的影响。①CO和都是可燃性气体，为保证安全，在点燃前应先。②反应一段时间后，温度没有发生明显改变，催化剂的催化效果降低的原因是。③其他条件不变，催化剂表面的积碳量随温度变化如图所示。温度高于600℃，催化剂表面积碳量减少的原因可能是。(6)助力“碳中和”，减少排放，生活中我们可以怎么做：(任写一条)。考点一基于碳中和理念设计低碳行动方案【例1】我国力争在2060年前实现“碳中和”。“碳中和”，即通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的排放，实现“零排放”。(1)“碳”排放：减少排放，你还有哪些做法（写一种）。(2)“碳”吸收：自然界有多种途径吸收①绿色植物通过吸收②写出海水能吸收二氧化碳的化学方程式。③下列做法符合“低碳”理念的有（填序号）。a.骑自行车出行

b.纸张双面打印

c.使用一次性餐具(3)“碳”利用：①将作为资源是实现碳中和的有效方法。以和为原料，在一定条件可合成和水，参加反应的和的质量比为。②从化学性质角度看，二氧化碳能用来灭火的原因是。【变式1-1】下列行为符合“低碳”理念的是A．农作物秸秆就地焚烧 B．复印纸单面使用C．废旧金属回收利用 D．使用一次性餐具【变式1-2】2025年全国两会期间，从政府工作报告到代表委员们的议案提案，无不体现对“双碳”目标践行的关注。下列做法不利于实现“碳中和”的是A．开发太阳能等新能源 B．露天焚烧垃圾C．推广使用新能源汽车 D．利用化学技术捕捉CO2并转化【变式1-3】碳捕获与封存是实现“碳中和”目标的重要途径之一。(1)物理固碳∶重庆合川实验基地通过将气态CO2压入地下变为液态CO2，实现CO2的封存。从微观的角度解释主要是分子之间的间隔在（填“增大”或“减小”）。(2)化学固碳：加压水洗法固定CO2，发生反应的化学方程式是。(3)生物固碳：绿色植物光合作用吸收CO2生成葡萄糖与氧气。从能量转化的角度看，该反应是将光能转化为能。(4)减少碳排放，树立“低碳”理念。写出“低碳交通出行”的一种具体做法。基础达标1．为应对全球变暖，以下低碳行动中能增加二氧化碳吸收的是A．大力开展植树造林 B．促进节能产品普及C．光伏覆盖公共建筑 D．提倡共享单车使用2．自然界能减少大气中含量的途径是A．火山喷发 B．森林着火 C．光合作用 D．碳酸分解3．2025年全国两会期间，从政府工作报告到代表委员们的议案提案，无不体现对“双碳”目标践行的关注。下列做法不利于实现“碳中和”的是A．开发太阳能等新能源 B．露天焚烧垃圾C．推广使用新能源汽车 D．利用化学技术捕捉CO2并转化4．我国承诺到2030年实现“碳达峰”，到2060年实现“碳中和”，下列做法不利于实现目标的是A．大力发展火力发电 B．积极参与植树造林C．减少使用化石燃料 D．分类回收垃圾5．3月21日为“世界森林日”。下列说法错误的是A．植物的呼吸作用能够吸收空气中的二氧化碳，实现“碳中和”B．森林可吸附粉尘、吸收有害气体，改善空气质量C．为发展农业，焚烧森林以获取耕地D．减少使用一次性木制品6．自然界的三大循环“水循环”“氧循环”“碳循环”共同维持着地球生态系统的平衡，结合图示，下列说法正确的是A．碳循环中的“碳”指的是碳单质B．自然界中的二氧化碳主要来源于植物的光合作用C．水循环过程中水分子种类发生改变D．自然界的氧循环有助于维持大气中氧气含量的相对稳定7．下图是自然界中碳、氧循环简图。下列说法错误的是A．转化1可以说明正常雨水呈酸性B．转化1和转化3说明相同的反应物可以通过调控反应条件产生不同的物质C．X中一定含有碳、氢、氧三种元素D．自然界中存在碳循环，大气中的二氧化碳含量相对稳定8．自然界中“水”、“氧”、“碳”循环简图如图所示。用学科观点分析，其中正确的是A．水循环过程中水分子发生了变化B．每个人都在参与碳、氧循环，碳循环中的“碳"是指二氧化碳C．碳，氧循环能维持空气中O2和CO2含量相对稳定D．循环过程中各元素守恒，且化合价不变9．碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分。如图为自然界中的“碳循环”示意图，下列说法错误的是A．途径①表示植物的呼吸作用B．途径②会使海水酸化C．风力发电不属于“碳循环”D．动物、植物的遗骸被微生物分解可产生CO210．水循环、碳循环和氧循环对保持生态平衡有重要作用。下列叙述正确的是A．水循环主要是由于水分子的间隔发生变化，通过水的三态变化实现的B．碳循环和氧循环过程均发生了化学变化，如呼吸作用、光合作用C．碳循环中的过程中大气中的二氧化碳含量保持相对稳定D．“碳循环”“氧循环”以及“水循环”都是独立循环，彼此之间没有关联11．自然界中存在着“水循环”“碳循环”“氧循环”三大循环。下列说法错误的是A．三大循环过程中元素守恒，元素化合价可能改变B．水的天然循环既实现了水的自身净化，又完成了水资源的重新分配C．碳、氧循环有利于维持大气中二氧化碳和氧气含量的相对稳定D．水的天然循环是通过其三态变化实现的，碳循环、氧循环过程中均只发生化学变化12．绘制碳循环简图（如右图）。下列有关说法错误的是A．绿色植物通过光合作用吸收CO2B．化石燃料完全燃烧转化为CO2C．海水吸收CO2生成稳定的碳酸D．大气层的CO2能产生温室效应综合应用13．能源利用和环境保护是人类共同关注的问题。(1)目前人们使用的化石燃料都是复杂的混合物，燃烧会产生多种产物，其中会造成酸雨的主要物质是_______(填序号)。A．甲烷和一氧化碳 B．二氧化硫和一氧化碳C．一氧化碳和二氧化碳 D．二氧化硫和二氧化氮(2)为控制二氧化碳对环境的影响，要力争实现二氧化碳的排放量等于二氧化碳的吸收量。二氧化碳的吸收方式有“自然吸收”和“人工转化”，“自然吸收”的途径之一是“海水吸收”，其涉及的原理包括水与二氧化碳的反应，其化学方程式为；“人工转化”的方法之一是在一定条件下将二氧化碳与氢气反应，产生甲醇(CH3OH)和水，写出该反应的化学方程式。14．某校兴趣小组的同学开展以“基于碳中和理念设计低碳行动方案”为主题的跨学科实践活动。【任务一】探秘低碳行动大力发展清洁能源，逐步降低煤炭等化石能源在能源消费结构中的占比，有效减少碳排放，发展“低碳经济”，提倡“低碳生活”，已成为社会发展的总趋势。(1)写出一种清洁能源：。【任务二】解锁碳封存的密码我国海上二氧化碳封存工程项目已经投入使用。该技术是将二氧化碳变成介于气体与液体之间的超临界状态，超临界状态二氧化碳的密度大、黏度小、流动快。输送超临界状态二氧化碳的管道材料要采用不锈钢、低铬钢等，为了防止对输送管道内部造成腐蚀，需要对CO2进行干燥处理，这是因为CO2遇到水能生成碳酸。(2)低铬钢属于（填“金属”“无机非金属”或“有机高分子”）材料。(3)下列对超临界二氧化碳的理解正确的是（填字母序号）。A．超临界二氧化碳与二氧化碳的化学性质不同B．同等条件下，超临界二氧化碳的输送量比二氧化碳更大C．超临界二氧化碳存在于特定的条件下，其分子间的间隔比气态二氧化碳的大【任务三】探寻碳吸收的奥秘如图所示是一乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙酸钾三种吸收剂对烟气中的脱除效果的曲线。(4)对比图中三条曲线可知，在实验研究的烟气流速范围内，当烟气流速相同时，对烟气中脱除效果最好的是。(5)自然界中消耗二氧化碳的途经有（写一种即可）。15．2030年前实现“碳达峰”，力争2060年前实现“碳中和”，是我国实现绿色发展的重要目标。为达成这一目标，一方面要减少碳排放，另一方面要尽量捕获、封存和利用不可避免的碳排放。请结合图文信息，回答下列小题。(1)图1，“碳排放”。自然界中二氧化碳的主要来源是生物的呼吸和；请写出生活中的一种“低碳”生活方式：。(2)图2，“碳捕集”。自然界中消耗二氧化碳的主要途径有两种：一种是绿色植物的光合作用，反应的化学方程式为；另一种途径是被地球上的海水吸收，发生反应的化学方程式为；两种途径反应物相同，产物却完全不同，原因是。(3)图3，“碳利用”。将二氧化碳和水在催化剂和光照下可以转化为甲烷和氧气，生成的氧气中氧元素的化合价为。二氧化碳和氨气在一定条件下还可以合成尿素，尿素可以作肥。(4)双碳目标下，我国某光解制氢项目首期年产160吨氢气，副产氧气吨，预计年减排二氧化碳48万吨，相当于新增3.5万亩森林碳汇。水在光、催化剂（如TiO2、钙钛矿等）作用下分解的化学方程式为。拓展培优16．我国力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。CO2吸收、转化与利用，成为当前研究的热点。(1)“碳”吸收：自然界有多种途径吸收CO2，请写出海水吸收二氧化碳发生的反应化学方程式：。(2)“碳”代替：使用氢能源汽车可以有效减少二氧化碳的排放。单质硼(B)可与物质X反应制取氢气，化学方