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19.(7分)碳中和守护生态气候,助推经济低碳转型。湖北依托全国碳登记平台,调整能源产业结构,开发多元碳汇、推广碳普惠落实双碳规划。某化学兴趣小组围绕“碳中和”进行了项目式探究活动。
任务一:了解自然界中的碳循环
(1)自然界中产生$\ce{CO_{2}}$的途径主要有动植物的呼吸作用、微生物的分解作用和含碳物质的燃烧。吸收$\ce{CO_{2}}$的主要方式是绿色植物的。
任务二:$\ce{CO_{2}}$的制备与性质探究
小组同学设计了如图1所示装置进行实验(a、d为浸有紫色石蕊溶液的湿润棉花,b、c为用紫色石蕊溶液浸过的干燥棉花。
(2)玻璃管中,观察到a、d变成红色,b、c不变色,a、d变成红色的原因是(用化学方程式解释)。
任务三:$\ce{CO_{2}}$的捕集
为了比较不同试剂的捕集效果,小组同学利用图2所示装置进行实验,分别向3个集满$\ce{CO_{2}}$的集气瓶中迅速注入等体积的水、饱和石灰水和溶质质量分数为40%的$\ce{NaOH}$溶液,一段时间后振荡集气瓶,集气瓶内的压强变化如图3所示。
(3)图3中$t_{2}$时刻对应的操作是。
(4)对比分析图3数据可知,捕集$\ce{CO_{2}}$效果最好的是(填字母)。
A.水 B.饱和石灰水 C.40%的$\ce{NaOH}$溶液
任务四:小红同学设计以下实验模拟$\ce{CO_{2}}$吸收和释放
步骤①:按图4连接好装置,向外拉动任一注射器的活塞,一段时间后松开手,活塞回到0刻度;
步骤②:在三颈烧瓶中收集满二氧化碳,将盛有足量澄清石灰水和足量稀盐酸的注射器固定在三颈烧瓶上,并安装压强传感器;
步骤③:关闭弹簧夹2,打开弹簧夹1,将注射器M中液体全部注入三颈烧瓶中,充分反应直至压强不再改变为止;
步骤④:关闭弹簧夹1,打开弹簧夹2,将注射器N中液体全部快速压进三颈烧瓶中,再关闭弹簧夹2,充分反应至压强不再改变;
步骤⑤:打开两个弹簧夹,将两个注射器的活塞都拉回原位,再关闭两个弹簧夹,继续测量压强变化。
步骤③~⑤实验过程中装置内压强的变化如图5所示。
(5)实验步骤①的目的是。
(6)分析图2可知,步骤③中推入的注射器M中试剂时发生反应的化学方程式为。
(7)最终装置内压强低于起始值的可能原因是。
任务一:了解自然界中的碳循环
(1)自然界中产生$\ce{CO_{2}}$的途径主要有动植物的呼吸作用、微生物的分解作用和含碳物质的燃烧。吸收$\ce{CO_{2}}$的主要方式是绿色植物的。
任务二:$\ce{CO_{2}}$的制备与性质探究
小组同学设计了如图1所示装置进行实验(a、d为浸有紫色石蕊溶液的湿润棉花,b、c为用紫色石蕊溶液浸过的干燥棉花。
(2)玻璃管中,观察到a、d变成红色,b、c不变色,a、d变成红色的原因是(用化学方程式解释)。
任务三:$\ce{CO_{2}}$的捕集
为了比较不同试剂的捕集效果,小组同学利用图2所示装置进行实验,分别向3个集满$\ce{CO_{2}}$的集气瓶中迅速注入等体积的水、饱和石灰水和溶质质量分数为40%的$\ce{NaOH}$溶液,一段时间后振荡集气瓶,集气瓶内的压强变化如图3所示。
(3)图3中$t_{2}$时刻对应的操作是。
(4)对比分析图3数据可知,捕集$\ce{CO_{2}}$效果最好的是(填字母)。
A.水 B.饱和石灰水 C.40%的$\ce{NaOH}$溶液
任务四:小红同学设计以下实验模拟$\ce{CO_{2}}$吸收和释放
步骤①:按图4连接好装置,向外拉动任一注射器的活塞,一段时间后松开手,活塞回到0刻度;
步骤②:在三颈烧瓶中收集满二氧化碳,将盛有足量澄清石灰水和足量稀盐酸的注射器固定在三颈烧瓶上,并安装压强传感器;
步骤③:关闭弹簧夹2,打开弹簧夹1,将注射器M中液体全部注入三颈烧瓶中,充分反应直至压强不再改变为止;
步骤④:关闭弹簧夹1,打开弹簧夹2,将注射器N中液体全部快速压进三颈烧瓶中,再关闭弹簧夹2,充分反应至压强不再改变;
步骤⑤:打开两个弹簧夹,将两个注射器的活塞都拉回原位,再关闭两个弹簧夹,继续测量压强变化。
步骤③~⑤实验过程中装置内压强的变化如图5所示。
(5)实验步骤①的目的是。
(6)分析图2可知,步骤③中推入的注射器M中试剂时发生反应的化学方程式为。
(7)最终装置内压强低于起始值的可能原因是。
答案
解：
(1) 光合作用
(2) $\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
(3) 振荡集气瓶
(4) C
(5) 检查装置的气密性
(6) $\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
(7) 反应生成的水溶解了部分二氧化碳，装置内剩余气体总量小于初始二氧化碳的量，最终压强低于起始值（合理即可）
(1) 光合作用
(2) $\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
(3) 振荡集气瓶
(4) C
(5) 检查装置的气密性
(6) $\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
(7) 反应生成的水溶解了部分二氧化碳，装置内剩余气体总量小于初始二氧化碳的量，最终压强低于起始值（合理即可）
解析
【分析】
本题围绕碳中和的项目式探究展开，分任务考查碳循环、二氧化碳性质及实验操作等知识点，解题思路如下：
1. 任务一：回忆自然界碳循环，明确CO₂的吸收途径，绿色植物光合作用是主要吸收方式。
2. 任务二：CO₂使湿润石蕊棉花变红，是因为CO₂与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性使石蕊变色，干燥棉花无水分故不变色，据此书写化学方程式。
3. 任务三：压强变化图中，注入液体后振荡集气瓶，气体与液体充分接触，压强变化更显著，故t₂时刻为振荡；捕集效果看压强，压强越小说明吸收CO₂越多，对比三种试剂的压强数据，NaOH溶液效果最好。
4. 任务四：实验前拉动活塞松手回原位，是检查装置气密性的操作；步骤③注入澄清石灰水，与CO₂反应生成碳酸钙沉淀和水；最终压强低是因为部分CO₂被溶解，装置内剩余气体减少。
【解析】
(1) 自然界中，绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳，是吸收CO₂的主要方式，故填光合作用。
(2) CO₂与水反应生成碳酸，碳酸使紫色石蕊溶液变红，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$。
(3) 向集气瓶注入液体后，振荡集气瓶可使CO₂与液体充分接触，压强变化更明显，因此图3中t₂时刻对应的操作是振荡集气瓶。
(4) 对比图3压强数据，40%的NaOH溶液对应的压强最小，说明其吸收CO₂的效果最好，故选C。
(5) 步骤①向外拉动注射器活塞，松手后活塞回到原位，说明装置气密性良好，目的是检查装置的气密性。
(6) 步骤③中，注射器M中的澄清石灰水与CO₂反应，生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$。
(7) 最终装置内压强低于起始值，是因为反应生成的水溶解了部分二氧化碳，装置内剩余气体总量小于初始二氧化碳的量，合理即可。
【答案】
(1) 光合作用
(2) $\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
(3) 振荡集气瓶
(4) C
(5) 检查装置的气密性
(6) $\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
(7) 反应生成的水溶解了部分二氧化碳，装置内剩余气体总量小于初始二氧化碳的量，最终压强低于起始值（合理即可）
【知识点】
自然界碳循环、二氧化碳的化学性质、实验基本操作
【点评】
本题以碳中和为背景，通过项目式探究形式综合考查核心知识点，注重学生实验分析与知识应用能力，题目难度适中，适合巩固基础。
【难度系数】
0.7
本题围绕碳中和的项目式探究展开，分任务考查碳循环、二氧化碳性质及实验操作等知识点，解题思路如下：
1. 任务一：回忆自然界碳循环，明确CO₂的吸收途径，绿色植物光合作用是主要吸收方式。
2. 任务二：CO₂使湿润石蕊棉花变红，是因为CO₂与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性使石蕊变色，干燥棉花无水分故不变色，据此书写化学方程式。
3. 任务三：压强变化图中，注入液体后振荡集气瓶，气体与液体充分接触，压强变化更显著，故t₂时刻为振荡；捕集效果看压强，压强越小说明吸收CO₂越多，对比三种试剂的压强数据，NaOH溶液效果最好。
4. 任务四：实验前拉动活塞松手回原位，是检查装置气密性的操作；步骤③注入澄清石灰水，与CO₂反应生成碳酸钙沉淀和水；最终压强低是因为部分CO₂被溶解，装置内剩余气体减少。
【解析】
(1) 自然界中，绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳，是吸收CO₂的主要方式，故填光合作用。
(2) CO₂与水反应生成碳酸，碳酸使紫色石蕊溶液变红，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$。
(3) 向集气瓶注入液体后，振荡集气瓶可使CO₂与液体充分接触，压强变化更明显，因此图3中t₂时刻对应的操作是振荡集气瓶。
(4) 对比图3压强数据，40%的NaOH溶液对应的压强最小，说明其吸收CO₂的效果最好，故选C。
(5) 步骤①向外拉动注射器活塞，松手后活塞回到原位，说明装置气密性良好，目的是检查装置的气密性。
(6) 步骤③中，注射器M中的澄清石灰水与CO₂反应，生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$。
(7) 最终装置内压强低于起始值，是因为反应生成的水溶解了部分二氧化碳，装置内剩余气体总量小于初始二氧化碳的量，合理即可。
【答案】
(1) 光合作用
(2) $\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
(3) 振荡集气瓶
(4) C
(5) 检查装置的气密性
(6) $\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
(7) 反应生成的水溶解了部分二氧化碳，装置内剩余气体总量小于初始二氧化碳的量，最终压强低于起始值（合理即可）
【知识点】
自然界碳循环、二氧化碳的化学性质、实验基本操作
【点评】
本题以碳中和为背景，通过项目式探究形式综合考查核心知识点，注重学生实验分析与知识应用能力，题目难度适中，适合巩固基础。
【难度系数】
0.7
