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1.同学们开展了“基于碳中和理念设计低碳行动方案”的项目式学习,请你与他们一起完成下列题目。
【活动目标】
基于碳中和理念,结合多学科知识,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。设计并评价行动方案,体会低碳行动的意义和价值。
【活动设计与实施】
任务一 了解碳达峰和碳中和概念
碳达峰是指在某一个时间点,二氧化碳的排放量不再增长而达到峰值,其后逐渐减少。
碳中和是指在一定时期内,人为排放的二氧化碳或温室气体总量,通过植树造林和节能减排等方式加以吸收或抵消,达到相对的零排放。
任务二 测定不同环境中二氧化碳的含量
同学们分别在车水马龙的城市街道、森林茂密的公园以及教室三处地方取了空气样品,请你设计实验帮助他们测定二氧化碳的含量是否相同。
【活动目标】
基于碳中和理念,结合多学科知识,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。设计并评价行动方案,体会低碳行动的意义和价值。
【活动设计与实施】
任务一 了解碳达峰和碳中和概念
碳达峰是指在某一个时间点,二氧化碳的排放量不再增长而达到峰值,其后逐渐减少。
碳中和是指在一定时期内,人为排放的二氧化碳或温室气体总量,通过植树造林和节能减排等方式加以吸收或抵消,达到相对的零排放。
任务二 测定不同环境中二氧化碳的含量
同学们分别在车水马龙的城市街道、森林茂密的公园以及教室三处地方取了空气样品,请你设计实验帮助他们测定二氧化碳的含量是否相同。
答案
定性测定:加入相同量的澄清石灰水,观察澄清石灰水变浑浊的程度。
定量测定:利用二氧化碳气体传感器测定。
定量测定:利用二氧化碳气体传感器测定。
解析
【分析】
要测定不同环境中二氧化碳的含量是否相同，需利用二氧化碳的特性设计实验：二氧化碳能与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀，使澄清石灰水变浑浊，且二氧化碳含量越高，浑浊程度越明显，据此可设计定性实验；若需更准确的结果，可利用专门的气体传感器测定二氧化碳的浓度，设计定量实验。
【解析】
1. 定性测定：取相同体积的三处空气样品，分别加入相同量、相同浓度的澄清石灰水，振荡后观察澄清石灰水变浑浊的程度，浑浊程度越高，说明该环境中二氧化碳含量越高。
2. 定量测定：利用二氧化碳气体传感器，分别测定三处空气样品中二氧化碳的浓度，直接比较浓度大小即可判断含量是否相同。
【答案】
定性测定:加入相同量的澄清石灰水,观察澄清石灰水变浑浊的程度。定量测定:利用二氧化碳气体传感器测定。
【知识点】
二氧化碳的性质、实验方案设计
【点评】
本题结合项目式学习，考查学生利用二氧化碳的性质设计实验的能力，引导学生从定性和定量两个角度分析实验方案，体现了化学与生活的联系，符合初中化学的学习要求。
【难度系数】
0.6
要测定不同环境中二氧化碳的含量是否相同，需利用二氧化碳的特性设计实验：二氧化碳能与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀，使澄清石灰水变浑浊，且二氧化碳含量越高，浑浊程度越明显，据此可设计定性实验；若需更准确的结果，可利用专门的气体传感器测定二氧化碳的浓度，设计定量实验。
【解析】
1. 定性测定：取相同体积的三处空气样品，分别加入相同量、相同浓度的澄清石灰水，振荡后观察澄清石灰水变浑浊的程度，浑浊程度越高，说明该环境中二氧化碳含量越高。
2. 定量测定：利用二氧化碳气体传感器，分别测定三处空气样品中二氧化碳的浓度，直接比较浓度大小即可判断含量是否相同。
【答案】
定性测定:加入相同量的澄清石灰水,观察澄清石灰水变浑浊的程度。定量测定:利用二氧化碳气体传感器测定。
【知识点】
二氧化碳的性质、实验方案设计
【点评】
本题结合项目式学习，考查学生利用二氧化碳的性质设计实验的能力，引导学生从定性和定量两个角度分析实验方案，体现了化学与生活的联系，符合初中化学的学习要求。
【难度系数】
0.6
任务三 梳理自然界中的碳循环
“碳循环”“氧循环”和“水循环”是自然界存在的三大重要循环。请结合右图回答问题：
(1)从物质变化及分子角度看，水循环主要是由
(2)用学科观点分析碳循环和氧循环，其中正确的是
A. 变化观:每个人都在参与碳、氧循环
B. 守恒观:碳、氧循环过程中各元素守恒，其化合价不变
C. 平衡观:碳、氧循环有利于维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
D. 微观:绿色植物的作用是使自然界中的氧原子总数增加
任务四 设计低碳行动方案
自然界中的碳循环主要是通过二氧化碳来实现的，如下图。增加吸收和减少排放两个途径都可以降低空气中二氧化碳的量。
(1)结合图示，写出一种减少二氧化碳排放的措施：
(2)生物圈中，绿色植物通过
(3)海洋每年吸收了人类排放的二氧化碳的近四分之一，每年有200亿吨的二氧化碳进入海洋。二氧化碳与水反应生成
(4)有科学家提出“绿色自由”构想:如右图，把二氧化碳含量高的气体用氢氧化钠溶液吸收，然后再通过化学反应在分解池内放出二氧化碳进入合成塔，在合成塔内300 ℃、200 kPa和催化剂条件下使之变为甲醇($\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}$)和水。写出合成塔中反应的化学方程式:$\mathrm{CO}_2 + 3\mathrm{H}_2 \xlongequal{300°\mathrm{C}, 200\ \mathrm{kPa}, 催化剂} \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} + \mathrm{H}_2\mathrm{O}$。
【展示与交流】
全班讨论，形成一套低碳行动方案。
“碳循环”“氧循环”和“水循环”是自然界存在的三大重要循环。请结合右图回答问题：
(1)从物质变化及分子角度看，水循环主要是由
水分子
的运动引起的；氧循环和碳循环主要是由氧分子
和二氧化碳分子
的转化实现的。(2)用学科观点分析碳循环和氧循环，其中正确的是
AC
(填字母，双选)。A. 变化观:每个人都在参与碳、氧循环
B. 守恒观:碳、氧循环过程中各元素守恒，其化合价不变
C. 平衡观:碳、氧循环有利于维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
D. 微观:绿色植物的作用是使自然界中的氧原子总数增加
任务四 设计低碳行动方案
自然界中的碳循环主要是通过二氧化碳来实现的，如下图。增加吸收和减少排放两个途径都可以降低空气中二氧化碳的量。
(1)结合图示，写出一种减少二氧化碳排放的措施：
用清洁能源代替化石燃料
。(2)生物圈中，绿色植物通过
光合
作用将二氧化碳和水转化成有机物(主要是淀粉)和氧气。(3)海洋每年吸收了人类排放的二氧化碳的近四分之一，每年有200亿吨的二氧化碳进入海洋。二氧化碳与水反应生成
$\mathrm{H_2CO_3}$
，会使海洋酸度增加。(4)有科学家提出“绿色自由”构想:如右图，把二氧化碳含量高的气体用氢氧化钠溶液吸收，然后再通过化学反应在分解池内放出二氧化碳进入合成塔，在合成塔内300 ℃、200 kPa和催化剂条件下使之变为甲醇($\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}$)和水。写出合成塔中反应的化学方程式:$\mathrm{CO}_2 + 3\mathrm{H}_2 \xlongequal{300°\mathrm{C}, 200\ \mathrm{kPa}, 催化剂} \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} + \mathrm{H}_2\mathrm{O}$。
【展示与交流】
全班讨论，形成一套低碳行动方案。
答案
(1)水分子 氧分子 二氧化碳分子
(2)AC
(1)用清洁能源代替化石燃料
(2)光合
(3)$\mathrm{H_2CO_3}$
(4)$\mathrm{CO}_2 + 3\mathrm{H}_2 \xlongequal[300\ ℃\ 200\ \mathrm{kPa}]{催化剂} \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} + \mathrm{H}_2\mathrm{O}$
(2)AC
(1)用清洁能源代替化石燃料
(2)光合
(3)$\mathrm{H_2CO_3}$
(4)$\mathrm{CO}_2 + 3\mathrm{H}_2 \xlongequal[300\ ℃\ 200\ \mathrm{kPa}]{催化剂} \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} + \mathrm{H}_2\mathrm{O}$
解析
【分析】
本题分为任务三（碳、氧、水循环）和任务四（低碳行动）两部分，解题思路如下：
1. 任务三(1)：水循环是水的三态变化，从分子角度，水的状态改变由水分子运动引起；氧循环涉及氧气（氧分子）的转化，碳循环涉及二氧化碳（二氧化碳分子）的转化，据此填空。
2. 任务三(2)：逐一分析选项，结合碳氧循环的特点（参与情况、元素守恒、化合价变化、原子守恒）判断正确选项，注意是双选。
3. 任务四(1)：减少二氧化碳排放的措施，从减少化石燃料使用、开发清洁能源等角度思考。
4. 任务四(2)：回忆绿色植物光合作用的反应物与产物。
5. 任务四(3)：二氧化碳与水反应的产物为碳酸，属于基础反应。
6. 任务四(4)：根据题目给出的反应物、生成物和反应条件，规范书写化学方程式。
【解析】
任务三：
(1) 水循环的本质是水的三态变化，从分子角度看，是水分子的不断运动导致水的状态改变；氧循环是氧气（氧分子）的产生与消耗过程，碳循环是二氧化碳（二氧化碳分子）的转化过程，故依次填：水分子、氧分子、二氧化碳分子。
(2) 选项分析：
A. 人类呼吸消耗氧气、呼出二氧化碳，参与碳、氧循环，正确；
B. 碳、氧循环中，如光合作用生成氧气时，氧元素化合价从-2变为0，化合价发生改变，错误；
C. 碳循环和氧循环通过光合作用、呼吸作用等，维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定，正确；
D. 根据质量守恒定律，化学反应前后原子总数不变，绿色植物不会增加自然界中的氧原子总数，错误。故正确选项为AC。
任务四：
(1) 减少二氧化碳排放的措施可从减少化石燃料使用角度，如用太阳能、风能等清洁能源代替化石燃料，减少二氧化碳的排放（合理即可）。
(2) 绿色植物通过光合作用，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
(3) 二氧化碳与水反应生成碳酸（$\ce{H_{2}CO_{3}}$），使海洋酸度增加。
(4) 根据题目信息，反应物为$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}}$，生成物为$\ce{CH_{3}OH}$和$\ce{H_{2}O}$，反应条件为300℃、200kPa、催化剂，化学方程式为：$\ce{CO_{2} + 3H_{2} \xlongequal[300°\mathrm{C}, 200\ \mathrm{kPa}]{\mathrm{催化剂}} CH_{3}OH + H_{2}O}$。
【答案】
(1) 水分子；氧分子；二氧化碳分子
(2) AC
(1) 用清洁能源代替化石燃料（合理即可）
(2) 光合
(3) $\ce{H_{2}CO_{3}}$
(4) $\ce{CO_{2} + 3H_{2} \xlongequal[300°\mathrm{C}, 200\ \mathrm{kPa}]{\mathrm{催化剂}} CH_{3}OH + H_{2}O}$
【知识点】
碳循环；氧循环；化学方程式书写
【点评】
本题围绕自然界的三大循环及低碳行动展开，考查基础概念的理解与应用，结合生活实际，难度适中，需要学生掌握碳、氧循环的原理，熟悉相关化学反应及方程式书写，同时能联系实际提出合理的低碳措施。
【难度系数】
0.6
本题分为任务三（碳、氧、水循环）和任务四（低碳行动）两部分，解题思路如下：
1. 任务三(1)：水循环是水的三态变化，从分子角度，水的状态改变由水分子运动引起；氧循环涉及氧气（氧分子）的转化，碳循环涉及二氧化碳（二氧化碳分子）的转化，据此填空。
2. 任务三(2)：逐一分析选项，结合碳氧循环的特点（参与情况、元素守恒、化合价变化、原子守恒）判断正确选项，注意是双选。
3. 任务四(1)：减少二氧化碳排放的措施，从减少化石燃料使用、开发清洁能源等角度思考。
4. 任务四(2)：回忆绿色植物光合作用的反应物与产物。
5. 任务四(3)：二氧化碳与水反应的产物为碳酸，属于基础反应。
6. 任务四(4)：根据题目给出的反应物、生成物和反应条件，规范书写化学方程式。
【解析】
任务三：
(1) 水循环的本质是水的三态变化，从分子角度看，是水分子的不断运动导致水的状态改变；氧循环是氧气（氧分子）的产生与消耗过程，碳循环是二氧化碳（二氧化碳分子）的转化过程，故依次填：水分子、氧分子、二氧化碳分子。
(2) 选项分析：
A. 人类呼吸消耗氧气、呼出二氧化碳，参与碳、氧循环，正确；
B. 碳、氧循环中，如光合作用生成氧气时，氧元素化合价从-2变为0，化合价发生改变，错误；
C. 碳循环和氧循环通过光合作用、呼吸作用等，维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定，正确；
D. 根据质量守恒定律，化学反应前后原子总数不变，绿色植物不会增加自然界中的氧原子总数，错误。故正确选项为AC。
任务四：
(1) 减少二氧化碳排放的措施可从减少化石燃料使用角度，如用太阳能、风能等清洁能源代替化石燃料，减少二氧化碳的排放（合理即可）。
(2) 绿色植物通过光合作用，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
(3) 二氧化碳与水反应生成碳酸（$\ce{H_{2}CO_{3}}$），使海洋酸度增加。
(4) 根据题目信息，反应物为$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}}$，生成物为$\ce{CH_{3}OH}$和$\ce{H_{2}O}$，反应条件为300℃、200kPa、催化剂，化学方程式为：$\ce{CO_{2} + 3H_{2} \xlongequal[300°\mathrm{C}, 200\ \mathrm{kPa}]{\mathrm{催化剂}} CH_{3}OH + H_{2}O}$。
【答案】
(1) 水分子；氧分子；二氧化碳分子
(2) AC
(1) 用清洁能源代替化石燃料（合理即可）
(2) 光合
(3) $\ce{H_{2}CO_{3}}$
(4) $\ce{CO_{2} + 3H_{2} \xlongequal[300°\mathrm{C}, 200\ \mathrm{kPa}]{\mathrm{催化剂}} CH_{3}OH + H_{2}O}$
【知识点】
碳循环；氧循环；化学方程式书写
【点评】
本题围绕自然界的三大循环及低碳行动展开，考查基础概念的理解与应用，结合生活实际，难度适中，需要学生掌握碳、氧循环的原理，熟悉相关化学反应及方程式书写，同时能联系实际提出合理的低碳措施。
【难度系数】
0.6
