資源簡介

(共27張PPT)
課題3
碳達(dá)峰與碳中和
化石燃料在人類社會的發(fā)展進程中發(fā)揮了巨大的作用。然而，隨著人類對化石燃料大規(guī)模的開采和利用，大氣中二氧化碳的含量
持續(xù)升高，由此引發(fā)全球氣候變化。碳達(dá)峰與碳中和是全世界為應(yīng)對過量碳排放帶來的全球氣候挑戰(zhàn)達(dá)成的共識。其中，“碳”指的主要是二氧化碳。實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，需要追根溯源，厘清“碳”從哪里來，又可以往哪里去，在此基礎(chǔ)上找準(zhǔn)問題解決的方向，開展積極行動。
課堂導(dǎo)入
了解自然界中的碳循環(huán)
01
碳循環(huán)是自然界中物質(zhì)和能量循環(huán)的重要組成部分。二氧化碳是含碳的主要氣體，也是碳元素參與物質(zhì)循環(huán)的主要形式之一。
觀察下圖（圖中數(shù)字表示通過不同途徑產(chǎn)生或消耗碳量的相對值），思考并討論：
1. 二氧化碳的產(chǎn)生途徑有哪些？二氧化碳的吸收途徑又有哪些？
2. 二氧化碳的循環(huán)對自然界和人類社會有什么重要意義？
3. 從碳循環(huán)的角度分析，造成大氣中二氧化碳含量增加的主要原因是什么？
二氧化碳的循環(huán)
自然界中的二氧化碳處于不停的循環(huán)過程中。一方面，生物的呼吸作用、生物體被微生物分解、海水中的弱酸分解、化石燃料的燃燒等都會產(chǎn)生二氧化碳，火山噴發(fā)時產(chǎn)生的高溫也會導(dǎo)致石灰?guī)r（主要成分是碳酸鈣）分解為二氧化碳并釋放到大氣中。另一方面，綠色植物吸收大氣中的二氧化碳，通過光合作用產(chǎn)生碳水化合物；江河湖海的水體也會溶解二氧化碳，一部分最終轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。這些都是由二氧化碳的性質(zhì)決定的。
認(rèn)識二氧化碳
02
二氧化碳的物理性質(zhì)
通常狀況下，二氧化碳是一種無色、無味的氣體，密度約為空氣的 1.5 倍。二氧化碳?xì)怏w在一定壓強和低溫條件下能夠變成白色塊狀或片狀固體，俗稱“干冰”。干冰在升華時會吸收大量的熱，是一種環(huán)保型制冷劑，可用于人工降雨、食物儲運、制造舞臺煙霧效果等。
二氧化碳溶于水
1. 如圖所示，向一個集滿二氧化碳?xì)怏w的礦泉水瓶中加入約 1/3 體積的水，立即擰緊瓶蓋，振蕩，觀察現(xiàn)象。
2. 取一支試管，從礦泉水瓶中向試管中倒入適量的二氧化碳水溶液。然后向試管中滴加幾滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現(xiàn)象。將試管加熱，觀察現(xiàn)象。
步驟 現(xiàn)象
解釋與結(jié)論
1 塑料瓶變癟 二氧化碳能溶于水或能與水反應(yīng)
2 溶液變紅，加熱后有氣泡冒出，溶液由紅色變?yōu)樽仙?二氧化碳與水反應(yīng)生產(chǎn)碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液變紅；碳酸不穩(wěn)定，容易分解
二氧化碳溶于水
二氧化碳溶于水
二氧化碳能溶于水。通常情況下，1 體積水大約能溶解 1 體積的二氧化碳，增大壓強會溶解得更多。溶于水后，部分二氧化碳和水反應(yīng)，生成了碳酸。
碳酸能使紫色石蕊試液變紅色。
CO2 + H2O H2CO3
碳酸不穩(wěn)定，很容易分解為二氧化碳和水。
H2CO3 CO2↑+ H2O
二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)與制備
二氧化碳還能與氫氧化鈣［Ca(OH)2］的水溶液（俗稱石灰水）反應(yīng)，生成碳酸鈣白色沉淀，使澄清石灰水變渾濁。
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓+ H2O
在實驗室中常用澄清石灰水檢驗二氧化碳的存在。
實驗室里需要少量二氧化碳時，通常用石灰石（主要成分是碳酸鈣）與稀鹽酸反應(yīng)來制取。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2↑
實驗室制取二氧化碳的實驗裝置
通過氧氣的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道了實驗室制取氣體的一般思路和方法。請你依據(jù)上述反應(yīng)原理，設(shè)計實驗室制取二氧化碳的實驗裝置，分析每部分實驗裝置的作用，了解實驗中應(yīng)注意的事項。
實驗室制取二氧化碳的實驗步驟
1.檢查裝置氣密性：連接裝置，將導(dǎo)管一端放入水中，用手握住試管，若導(dǎo)管口有氣泡冒出，說明裝置氣密性良好。
2.裝藥品：先將大理石或石灰石放入錐形瓶或試管中，塞緊橡皮塞，再通過長頸漏斗或分液漏斗加入稀鹽酸。
3.收集氣體：用向上排空氣法收集二氧化碳，將導(dǎo)管伸入集氣瓶底部，使二氧化碳?xì)怏w充滿集氣瓶。
4.驗滿：將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條熄滅，說明二氧化碳已收集滿。
5.檢驗：將氣體通入澄清石灰水中，若石灰水變渾濁，說明該氣體是二氧化碳。
實驗室制取二氧化碳的注意事項
1.反應(yīng)物的選擇：實驗室制取二氧化碳通常使用大理石或石灰石與稀鹽酸反應(yīng)。不能使用硫酸，因為硫酸與碳酸鈣反應(yīng)會生成微溶于水的硫酸鈣，覆蓋在大理石表面，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行。也不能使用碳酸鈉，因為碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)過于劇烈，不易控制。
2.裝置的選擇：根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件，選擇合適的發(fā)生裝置。實驗室制取二氧化碳一般使用固液不加熱型裝置，如錐形瓶、長頸漏斗或分液漏斗等。收集裝置一般使用向上排空氣法，因為二氧化碳的密度比空氣大。
3.操作的注意事項：在加入藥品時，應(yīng)先加固體后加液體。長頸漏斗的下端應(yīng)伸入液面以下，防止氣體從長頸漏斗中逸出。收集氣體時，導(dǎo)管應(yīng)伸入集氣瓶底部，以確保收集到的二氧化碳純凈。在驗滿時，應(yīng)將燃著的木條放在集氣瓶口，而不是伸入集氣瓶中。
二氧化碳的用途
二氧化碳既不燃燒、一般也不支持燃燒且本身無毒，可用于滅火、作科學(xué)實驗和工業(yè)生產(chǎn)的保護氣。此外，二氧化碳還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氣體肥料以及工業(yè)生產(chǎn)碳酸飲料、純堿、化肥、醫(yī)藥產(chǎn)品等的重要原料。
二氧化碳?xì)怏w雖然沒有毒性，但在局部環(huán)境中濃度過高時，會導(dǎo)致缺氧窒息。當(dāng)空氣中二氧化碳濃度達(dá)到 20%（體積分?jǐn)?shù)）時，人體在幾秒鐘內(nèi)就會死亡。在干涸的深井底部和一些久未開啟的地窖內(nèi)，常會積聚較多的二氧化碳?xì)怏w。在進入這類地方時，應(yīng)當(dāng)先放入燭火試探一下，如果燭火熄滅，千萬不可貿(mào)然進入。
實現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”的路徑
03
碳循環(huán)嚴(yán)重失衡
在受到人類活動的強烈干擾以前，自然界中二氧化碳的吸收量與排放量大致相等，大氣圈中的碳循環(huán)處于“收支平衡”的閉環(huán)模式，地球生態(tài)系統(tǒng)
得以健康、穩(wěn)定地運行。人類大量開發(fā)利用化石燃料，使本應(yīng)在生物圈、
巖石圈中留存數(shù)百年乃至千萬年的碳，被大量且迅速地轉(zhuǎn)化為二氧化碳涌入大氣圈；此外大量耕地被占用、森林的過渡砍伐等都會導(dǎo)致植被面積減少，使植物光合作用消耗二氧化碳的總量降低。當(dāng)大量排放的二氧化碳在短期內(nèi)無法被吸收時，就造成了碳循環(huán)的嚴(yán)重失衡，導(dǎo)致大氣溫室效應(yīng)加劇，引發(fā)全球氣候變化。
碳達(dá)峰與碳中和
修復(fù)大氣中二氧化碳含量的平衡必定要“降碳”—促使全球、國家、城市、企業(yè)等主體的碳排放由升轉(zhuǎn)降。在此過程中，碳排放的最高點即碳峰值被稱為碳達(dá)峰；達(dá)峰之后，人為碳排放與通過植樹造林、碳捕集與封存技術(shù)等人為碳吸收達(dá)到平衡，即為碳中和。2020 年 9 月，我國在聯(lián)合國大會上承諾：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取 2060 年前實現(xiàn)碳中和。這一承諾體現(xiàn)了我國的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，也是我國實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。
實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的思路
碳中和最核心的科學(xué)問題是物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換。我們把碳循環(huán)過程中向大氣中釋放二氧化碳的現(xiàn)象簡稱“碳排放”，把大氣中相對于“收支平衡”的碳循環(huán)而言，二氧化碳過量的現(xiàn)象簡稱“碳超標(biāo)”。結(jié)合所學(xué)，你認(rèn)為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的基本思路是什么？請嘗試完成以下任務(wù)：
1. 找出從源頭上減少“碳排放”的可行性路徑。
2. 研究制定解決“碳超標(biāo)”問題的方案。
實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的思路
實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，一方面要從源頭上減少化石燃料的利用，控制二氧化碳的產(chǎn)生，從而減少二氧化碳的排放，比如開發(fā)能替代化石燃料的綠色能
源等。另一方面，對于不得不排放的二氧化碳就要加大力度促進二氧化碳的吸收和轉(zhuǎn)化。比如通過植樹造林提高植物的光合作用，通過人工方法對二氧化碳進行捕集、利用與封存（包括海洋封存、陸地封存、礦石碳化、地質(zhì)利用、化工利用、生物利用等）。總之，依據(jù)二氧化碳的性質(zhì)可以尋求降低大氣中二氧化碳含量的方法，重塑碳循環(huán)的健康模式。
“液態(tài)陽光”技術(shù)
2020 年，千噸級“液態(tài)陽光”綠色甲醇示范項目在我國成功運行。它使用的是我國科學(xué)家歷時 20 年研發(fā)出的“液態(tài)陽光”技術(shù)。該技術(shù)以二氧化碳和氫氣為原料，在催化劑作用下合成液體燃料甲醇，以替代化石能源，實現(xiàn)碳的循環(huán)利用。每生產(chǎn) 1 t甲醇可消化 1.375 t 二氧化碳。我國甲醇主要是以天然氣和煤為原料生產(chǎn)，如果全部采用“液態(tài)陽光”技術(shù)，每年可轉(zhuǎn)化掉上千萬噸二氧化碳，并節(jié)省大量的化石燃料。
課堂小結(jié)
04
實驗室制取二氧化碳
制備原理
實驗裝置：發(fā)生裝置，收集裝置
注意事項
二氧化碳的用途
制碳酸飲料，作氣體肥料，作工業(yè)原料，作保護氣，滅火，人工降雨等
二氧化碳的性質(zhì)
物理性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)
“雙碳”目標(biāo)
碳達(dá)峰
碳中和
自然界中的碳循環(huán)
二氧化碳的吸收
二氧化碳的釋放
課堂練習(xí)
05
1.是一種非常重要的氣體，它對人類的生活和環(huán)境也會產(chǎn)生很大影響，下列關(guān)于的敘述中不正確的是( )
A.當(dāng)空氣中含量超過正常值時，對人體健康不會產(chǎn)生影響
B.人類向大自然中排放超標(biāo)，會造成溫室效應(yīng)
C.固體可以用來營造舞臺仙境
D.可以用來滅火
A
2.如圖，向裝滿二氧化碳的軟塑料瓶里注入的水，然后旋緊瓶蓋振蕩。下列敘述錯誤的是( )
A.充分振蕩后，塑料瓶會變癟
B.該實驗說明二氧化碳能與水反應(yīng)
C.塑料瓶內(nèi)的溶液中存在二氧化碳分子
D.塑料瓶內(nèi)的溶液能使紫色石蕊試液變紅色
9.用下圖實驗研究二氧化碳的性質(zhì)。
B
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