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任务三 梳理自然界中的碳循环
活动3 结合生物学和地理课程的学习，回顾自然界中的碳循环，梳理二氧化碳在大气圈、岩石圈、水圈和生物圈间的转化关系，指出人类活动对碳循环过程的影响。
自然界中的碳循环示意图(部分)
活动4 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。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。
活动3 结合生物学和地理课程的学习，回顾自然界中的碳循环，梳理二氧化碳在大气圈、岩石圈、水圈和生物圈间的转化关系，指出人类活动对碳循环过程的影响。
自然界中的碳循环示意图(部分)
活动4 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。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。
答案
解：
一、活动3解答
1. 二氧化碳在四大圈层的转化关系：
① 大气圈↔生物圈：大气中的二氧化碳通过陆地植物、海洋生物的光合作用被吸收，转化为含碳有机物进入生物圈；动物的呼吸作用、微生物对动植物遗骸的分解作用，会将含碳有机物分解为二氧化碳释放回大气圈。
② 生物圈→岩石圈：陆地动植物、海洋生物死亡后的遗骸，经过漫长复杂的地质变化，转化为泥炭、煤、石油、天然气等化石燃料，碳元素进入岩石圈储存。
③ 大气圈↔水圈：大气中的二氧化碳可溶解在水体中，部分被海洋生物吸收利用；水体中的生物呼吸作用、碳酸分解等过程又会将二氧化碳释放回大气圈。
④ 岩石圈→大气圈：岩石圈中储存的化石燃料，通过人类的燃烧利用、工业生产活动，其中的碳元素转化为二氧化碳释放回大气圈。
2. 人类活动对碳循环的影响：
人类大量燃烧化石燃料，向大气中排放大量额外的二氧化碳，远超自然碳循环的吸收处理能力，打破了自然界碳循环的原有平衡，使大气中二氧化碳含量逐年升高，加剧温室效应；同时人类乱砍滥伐、破坏植被，会减少植物通过光合作用吸收二氧化碳的量，进一步干扰碳循环的正常进行。
二、活动4解答
1. 二氧化碳的排放途径及相关反应原理：
① 生物呼吸作用：动植物吸入氧气，分解体内的葡萄糖等有机物，生成二氧化碳和水，释放能量，反应为：$\ce{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} = 6CO_{2} + 6H_{2}O}$
② 微生物分解作用：微生物分解动植物遗骸中的含碳有机物，生成二氧化碳释放到大气中。
③ 化石燃料燃烧：煤、石油、天然气等含碳燃料完全燃烧生成二氧化碳，例如甲烷燃烧：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃} CO_{2} + 2H_{2}O}$
④ 工业生产排放：例如工业上高温煅烧石灰石制取生石灰，同时生成二氧化碳：$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}↑}$
2. 二氧化碳的吸收途径及相关反应原理：
① 绿色植物光合作用：绿色植物在光照、叶绿素的作用下，将大气中的二氧化碳和水转化为有机物，同时释放氧气，反应为：$\ce{6CO_{2} + 6H_{2}O\xlongequal[叶绿素]{光照} C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
② 水体溶解吸收：二氧化碳可溶于水，和水发生反应生成碳酸：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$，实现大气圈中的二氧化碳向水圈的转移。
一、活动3解答
1. 二氧化碳在四大圈层的转化关系：
① 大气圈↔生物圈：大气中的二氧化碳通过陆地植物、海洋生物的光合作用被吸收，转化为含碳有机物进入生物圈；动物的呼吸作用、微生物对动植物遗骸的分解作用，会将含碳有机物分解为二氧化碳释放回大气圈。
② 生物圈→岩石圈：陆地动植物、海洋生物死亡后的遗骸，经过漫长复杂的地质变化，转化为泥炭、煤、石油、天然气等化石燃料，碳元素进入岩石圈储存。
③ 大气圈↔水圈：大气中的二氧化碳可溶解在水体中，部分被海洋生物吸收利用；水体中的生物呼吸作用、碳酸分解等过程又会将二氧化碳释放回大气圈。
④ 岩石圈→大气圈：岩石圈中储存的化石燃料，通过人类的燃烧利用、工业生产活动，其中的碳元素转化为二氧化碳释放回大气圈。
2. 人类活动对碳循环的影响：
人类大量燃烧化石燃料，向大气中排放大量额外的二氧化碳，远超自然碳循环的吸收处理能力，打破了自然界碳循环的原有平衡，使大气中二氧化碳含量逐年升高，加剧温室效应；同时人类乱砍滥伐、破坏植被，会减少植物通过光合作用吸收二氧化碳的量，进一步干扰碳循环的正常进行。
二、活动4解答
1. 二氧化碳的排放途径及相关反应原理：
① 生物呼吸作用：动植物吸入氧气，分解体内的葡萄糖等有机物，生成二氧化碳和水，释放能量，反应为：$\ce{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} = 6CO_{2} + 6H_{2}O}$
② 微生物分解作用：微生物分解动植物遗骸中的含碳有机物，生成二氧化碳释放到大气中。
③ 化石燃料燃烧：煤、石油、天然气等含碳燃料完全燃烧生成二氧化碳，例如甲烷燃烧：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃} CO_{2} + 2H_{2}O}$
④ 工业生产排放：例如工业上高温煅烧石灰石制取生石灰，同时生成二氧化碳：$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}↑}$
2. 二氧化碳的吸收途径及相关反应原理：
① 绿色植物光合作用：绿色植物在光照、叶绿素的作用下，将大气中的二氧化碳和水转化为有机物，同时释放氧气，反应为：$\ce{6CO_{2} + 6H_{2}O\xlongequal[叶绿素]{光照} C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
② 水体溶解吸收：二氧化碳可溶于水，和水发生反应生成碳酸：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$，实现大气圈中的二氧化碳向水圈的转移。
解析
【分析】
本题需结合生物学、地理学和化学知识梳理自然界碳循环，解题思路为：1. 结合碳循环示意图，分大气圈、生物圈、岩石圈、水圈梳理二氧化碳在四大圈层的转化关系；2. 分析人类活动对碳循环平衡的影响；3. 从二氧化碳的排放和吸收角度，对应碳循环环节汇总相关化学反应原理，明确各途径的反应本质。
【解析】
一、活动3解答
1. 二氧化碳在四大圈层的转化关系：
① 大气圈↔生物圈：大气中的二氧化碳通过陆地植物、海洋生物的光合作用被吸收，转化为含碳有机物进入生物圈；动物的呼吸作用、微生物对动植物遗骸的分解作用，会将含碳有机物分解为二氧化碳释放回大气圈。
② 生物圈→岩石圈：陆地动植物、海洋生物死亡后的遗骸，经过漫长复杂的地质变化，转化为泥炭、煤、石油、天然气等化石燃料，碳元素进入岩石圈储存。
③ 大气圈↔水圈：大气中的二氧化碳可溶解在水体中，部分被海洋生物吸收利用；水体中的生物呼吸作用、碳酸分解等过程又会将二氧化碳释放回大气圈。
④ 岩石圈→大气圈：岩石圈中储存的化石燃料，通过人类的燃烧利用、工业生产活动，其中的碳元素转化为二氧化碳释放回大气圈。
2. 人类活动对碳循环的影响：
人类大量燃烧化石燃料，向大气中排放大量额外的二氧化碳，远超自然碳循环的吸收处理能力，打破了自然界碳循环的原有平衡，使大气中二氧化碳含量逐年升高，加剧温室效应；同时人类乱砍滥伐、破坏植被，会减少植物通过光合作用吸收二氧化碳的量，进一步干扰碳循环的正常进行。
二、活动4解答
1. 二氧化碳的排放途径及相关反应原理：
① 生物呼吸作用：动植物吸入氧气，分解体内的葡萄糖等有机物，生成二氧化碳和水，释放能量，反应为：$\ce{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} = 6CO_{2} + 6H_{2}O}$
② 微生物分解作用：微生物分解动植物遗骸中的含碳有机物，生成二氧化碳释放到大气中。
③ 化石燃料燃烧：煤、石油、天然气等含碳燃料完全燃烧生成二氧化碳，例如甲烷燃烧：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃} CO_{2} + 2H_{2}O}$
④ 工业生产排放：例如工业上高温煅烧石灰石制取生石灰，同时生成二氧化碳：$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}↑}$
2. 二氧化碳的吸收途径及相关反应原理：
① 绿色植物光合作用：绿色植物在光照、叶绿素的作用下，将大气中的二氧化碳和水转化为有机物，同时释放氧气，反应为：$\ce{6CO_{2} + 6H_{2}O\xlongequal[叶绿素]{光照} C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
② 水体溶解吸收：二氧化碳可溶于水，和水发生反应生成碳酸：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$，实现大气圈中的二氧化碳向水圈的转移。
【答案】
一、活动3解答
1. 二氧化碳在四大圈层的转化关系：
① 大气圈↔生物圈：大气中的二氧化碳通过陆地植物、海洋生物的光合作用被吸收，转化为含碳有机物进入生物圈；动物的呼吸作用、微生物对动植物遗骸的分解作用，会将含碳有机物分解为二氧化碳释放回大气圈。
② 生物圈→岩石圈：陆地动植物、海洋生物死亡后的遗骸，经过漫长复杂的地质变化，转化为泥炭、煤、石油、天然气等化石燃料，碳元素进入岩石圈储存。
③ 大气圈↔水圈：大气中的二氧化碳可溶解在水体中，部分被海洋生物吸收利用；水体中的生物呼吸作用、碳酸分解等过程又会将二氧化碳释放回大气圈。
④ 岩石圈→大气圈：岩石圈中储存的化石燃料，通过人类的燃烧利用、工业生产活动，其中的碳元素转化为二氧化碳释放回大气圈。
2. 人类活动对碳循环的影响：
人类大量燃烧化石燃料，向大气中排放大量额外的二氧化碳，远超自然碳循环的吸收处理能力，打破了自然界碳循环的原有平衡，使大气中二氧化碳含量逐年升高，加剧温室效应；同时人类乱砍滥伐、破坏植被，会减少植物通过光合作用吸收二氧化碳的量，进一步干扰碳循环的正常进行。
二、活动4解答
1. 二氧化碳的排放途径及相关反应原理：
① 生物呼吸作用：$\ce{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} = 6CO_{2} + 6H_{2}O}$
② 微生物分解作用：微生物分解动植物遗骸中的含碳有机物，生成二氧化碳释放到大气中。
③ 化石燃料燃烧：例如甲烷燃烧：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃} CO_{2} + 2H_{2}O}$
④ 工业生产排放：例如高温煅烧石灰石：$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}↑}$
2. 二氧化碳的吸收途径及相关反应原理：
① 绿色植物光合作用：$\ce{6CO_{2} + 6H_{2}O\xlongequal[叶绿素]{光照} C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
② 水体溶解吸收：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
【知识点】
碳循环、二氧化碳性质、生态物质循环
【点评】
本题为跨学科综合题，结合生物、地理、化学知识考查碳循环，需整合多学科知识梳理碳转化、人类影响及相关反应，注重对碳循环过程的理解应用。
【难度系数】
0.5
本题需结合生物学、地理学和化学知识梳理自然界碳循环，解题思路为：1. 结合碳循环示意图，分大气圈、生物圈、岩石圈、水圈梳理二氧化碳在四大圈层的转化关系；2. 分析人类活动对碳循环平衡的影响；3. 从二氧化碳的排放和吸收角度，对应碳循环环节汇总相关化学反应原理，明确各途径的反应本质。
【解析】
一、活动3解答
1. 二氧化碳在四大圈层的转化关系：
① 大气圈↔生物圈：大气中的二氧化碳通过陆地植物、海洋生物的光合作用被吸收，转化为含碳有机物进入生物圈；动物的呼吸作用、微生物对动植物遗骸的分解作用，会将含碳有机物分解为二氧化碳释放回大气圈。
② 生物圈→岩石圈：陆地动植物、海洋生物死亡后的遗骸，经过漫长复杂的地质变化，转化为泥炭、煤、石油、天然气等化石燃料，碳元素进入岩石圈储存。
③ 大气圈↔水圈：大气中的二氧化碳可溶解在水体中，部分被海洋生物吸收利用；水体中的生物呼吸作用、碳酸分解等过程又会将二氧化碳释放回大气圈。
④ 岩石圈→大气圈：岩石圈中储存的化石燃料，通过人类的燃烧利用、工业生产活动，其中的碳元素转化为二氧化碳释放回大气圈。
2. 人类活动对碳循环的影响：
人类大量燃烧化石燃料，向大气中排放大量额外的二氧化碳，远超自然碳循环的吸收处理能力，打破了自然界碳循环的原有平衡，使大气中二氧化碳含量逐年升高，加剧温室效应；同时人类乱砍滥伐、破坏植被，会减少植物通过光合作用吸收二氧化碳的量，进一步干扰碳循环的正常进行。
二、活动4解答
1. 二氧化碳的排放途径及相关反应原理：
① 生物呼吸作用：动植物吸入氧气，分解体内的葡萄糖等有机物，生成二氧化碳和水，释放能量，反应为：$\ce{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} = 6CO_{2} + 6H_{2}O}$
② 微生物分解作用：微生物分解动植物遗骸中的含碳有机物，生成二氧化碳释放到大气中。
③ 化石燃料燃烧：煤、石油、天然气等含碳燃料完全燃烧生成二氧化碳，例如甲烷燃烧：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃} CO_{2} + 2H_{2}O}$
④ 工业生产排放：例如工业上高温煅烧石灰石制取生石灰，同时生成二氧化碳：$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}↑}$
2. 二氧化碳的吸收途径及相关反应原理：
① 绿色植物光合作用：绿色植物在光照、叶绿素的作用下，将大气中的二氧化碳和水转化为有机物，同时释放氧气，反应为：$\ce{6CO_{2} + 6H_{2}O\xlongequal[叶绿素]{光照} C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
② 水体溶解吸收：二氧化碳可溶于水，和水发生反应生成碳酸：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$，实现大气圈中的二氧化碳向水圈的转移。
【答案】
一、活动3解答
1. 二氧化碳在四大圈层的转化关系：
① 大气圈↔生物圈：大气中的二氧化碳通过陆地植物、海洋生物的光合作用被吸收，转化为含碳有机物进入生物圈；动物的呼吸作用、微生物对动植物遗骸的分解作用，会将含碳有机物分解为二氧化碳释放回大气圈。
② 生物圈→岩石圈：陆地动植物、海洋生物死亡后的遗骸，经过漫长复杂的地质变化，转化为泥炭、煤、石油、天然气等化石燃料，碳元素进入岩石圈储存。
③ 大气圈↔水圈：大气中的二氧化碳可溶解在水体中，部分被海洋生物吸收利用；水体中的生物呼吸作用、碳酸分解等过程又会将二氧化碳释放回大气圈。
④ 岩石圈→大气圈：岩石圈中储存的化石燃料，通过人类的燃烧利用、工业生产活动，其中的碳元素转化为二氧化碳释放回大气圈。
2. 人类活动对碳循环的影响：
人类大量燃烧化石燃料，向大气中排放大量额外的二氧化碳，远超自然碳循环的吸收处理能力，打破了自然界碳循环的原有平衡，使大气中二氧化碳含量逐年升高，加剧温室效应；同时人类乱砍滥伐、破坏植被，会减少植物通过光合作用吸收二氧化碳的量，进一步干扰碳循环的正常进行。
二、活动4解答
1. 二氧化碳的排放途径及相关反应原理：
① 生物呼吸作用：$\ce{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} = 6CO_{2} + 6H_{2}O}$
② 微生物分解作用：微生物分解动植物遗骸中的含碳有机物，生成二氧化碳释放到大气中。
③ 化石燃料燃烧：例如甲烷燃烧：$\ce{CH_{4} + 2O_{2}\xlongequal{点燃} CO_{2} + 2H_{2}O}$
④ 工业生产排放：例如高温煅烧石灰石：$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}↑}$
2. 二氧化碳的吸收途径及相关反应原理：
① 绿色植物光合作用：$\ce{6CO_{2} + 6H_{2}O\xlongequal[叶绿素]{光照} C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
② 水体溶解吸收：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
【知识点】
碳循环、二氧化碳性质、生态物质循环
【点评】
本题为跨学科综合题，结合生物、地理、化学知识考查碳循环，需整合多学科知识梳理碳转化、人类影响及相关反应，注重对碳循环过程的理解应用。
【难度系数】
0.5
