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自然界中的碳循环
例1“水循环”、“氧循环”和 “碳循环”是自然界存在的三大重要循环。请结合下图回答问 题：
(1)从物质变化及分子角度看，三种循环中有一种与另外两种在变化上有本质的区别，这种循环主要是由____________的运动引起的。
(2)用学科观点分析碳循环和氧循环，其中正确的是_________(填字母序号)。
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. 微粒观：绿色植物的作用是使自然界 中的氧原子总数增加
(3)自然界中的碳循环主要是通过二氧化碳来实现的。图中消耗二氧化碳的途径有_________(填数字序号)。近年来，大气中二氧化碳含量增加，导致温室效应，因此人类要积极采取措施维持循环体系中二氧化碳的相对平衡。
(4)为解决日益加剧的温室效应，有科学家提出”绿色自由”构想：把CO2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℃、200kPa和催化剂条件下使之变为甲醇(CH3OH)和水。写出该反应的化学方程式__________________________。
例2 关于碳循环和氧循环，下列说法不正确的是( )
A.碳循环和氧循环分别是指二氧化碳和氧气的循环
B.碳循环和氧循环过程中均发生了化学变化
C.绿色植物的生长过程，既涉及碳循环，又涉及氧循环
D.碳循环和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
例3 人民日报报道：中国科技大学曾杰教授研究团队发现新型催化剂，把CO2与H2高效转化为清洁液体燃料甲醇，实现了“人工碳循环”。如图为某科研小组设计的利用化学链燃烧产生的高浓度CO2制备甲醇的流程图，据图回答：
(1)图1是利用镍(Ni)进行化学链燃烧的流程图。与传统的燃料燃烧方式相比，化学链燃烧排放的CO2浓度高，易于收集。
①空气反应器中，金属镍与氧气在一定条件下燃烧生成氧化镍(NiO)；燃料反应器中发生的部分化学反应如下：Ⅰ.H2+NiONi+H2O；Ⅱ.CO+NiONi+CO2，其中属于置换反应的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，反应Ⅱ中发生还原反应的物质是___________。
②与CO、H2直接在空气中燃烧相比，化学链燃烧排放出的CO2浓度更高的原因是___________。
(2)图2是利用高浓度CO2制取甲醇的流程图：吸收池内，饱和碳酸钠溶液吸收高浓度CO2生成碳酸氢钠；分解池内，碳酸氢钠受热分解放出CO2；合成塔内，利用新型催化剂，CO2与H2反应生成甲醇(CH4O)与水。
①吸收池内生成碳酸氢钠的化学方程式是___________。
②合成塔内生成甲醇的化学反应中，参加反应的H2与CO2的质量比是_________。该反应中，原料H2的理想来源是_________。如果将来H2的制取技术取得突破，“CO2与H2反应高效变甲醇”这一世界领先的研究成果的意义是___________(答出一条即可)。
例4 如图是我国《可再生资源法》倡导的碳资源的转化与循环利用示意图。下列做法与该图体现的理念不符的是( )
A.将秸秆加工转化为酒精燃料
B.二氧化碳作为原料生产尿素
C.过度开采煤、石油作为燃料
D.将石油精炼，制备合成材料
例5 如图为海水吸收CO2并进行碳循环的原理。下列说法错误的是( )
A.光合中太阳能转化为化学能
B.此碳循环中将CO2转化为无机物和有机物
C.吸收的CO2与钙化中释放的CO2的量相等
D.钙化中释放CO2的反应为：2NaHCO3+CaCl2=CaCO3↓+CO2↑+2NaCl+H2O
例6 如图是利用缺铁性氧化物[Fe(1﹣y)O]进行CO2再资源化研究的示意图。在整个转化体系中Fe(1﹣y)O是_______，整个转化反应的化学方程式可表示为_______。若该研究成熟并广泛应用，能缓解_______。
练习 1.如图是燃料在使用过程做的碳循环示意图：
(1)除了燃料燃烧释放大量CO2外，常见释放CO2的途径还有__________，空气中的CO2含量增多导致的后果是__________。
(2)利用海水进行碳储存，可以缓解空气中CO2过多的问题，写出水吸收CO2发生反应的化学方程式：_______________；CO2可较长时间存在于深海，其原因是_______________。
(3)科学家采取“组合转化”技术，将CO2转化为化工原料，其反应的化学方程式：2CO2+6XC2H4+4H2O，则X的化学式为__________。
(4)生物燃料(如酒精)可来源于植物体，写出酒精燃烧的化学方程式：__________；结合如图信息，从碳循环角度说出生物燃料的优点有____________________。
2.控制化学反应的条件可以促进或抑制化学反应，更好使化学反应为人类造福。
(1)如图是科学家正在研究的二氧化碳循环利用技术：
①二氧化碳与氢气在催化剂、高温条件下，除生成甲醇(CH4O)外，还生成一种常温下为液态的化合物，写出反应的化学方程式_____________，甲醇中碳元素的化合价为_______。
②从图中分析得出的下列结论中，正确的是_________(填序号)。
A.该技术符合低碳经济的理念
B.水生成氢气的过程中所用的催化剂一定是二氧化锰
C.该技术有助于缓解全球面临的能源危机
D.液化石油气、汽油、甲醇均有碳、氢、氧三种元素组成
(2)汽油燃烧时氧气浓度越大，燃烧越剧烈，试从微观角度解释这是因为____________。
(3)尿素[CO(NH2)2]对提高粮食产量具有重要的作用。人们控制条件可以使CO2和物质M发生反应：CO2+2M=CO(NH2)2+H2O，物质M的化学式为_________。
3. 碳是组成生物体的基本元素之一，也是组成煤、石油、天然气等的主要元素之一，自然界中的碳循环主要是通过CO2来实现的，下图是碳循环主要途径的模式图。
(1)结合图示，下列关于碳循环的认识正确的是(填序号) __________。
A.有机物和无机物可以相互转化
B.碳循环过程只涉及到化学变化
C.碳循环过程中，各元素的化合价都不变
D.燃烧过程中能量的转化形式是化学能转化为热能和光能
(2)用化学方程式表示图中碳循环中的下列变化
①动物体内的葡萄糖在酶的作用下发生缓慢氧化，生成二氧化碳和水__________。
②消耗二氧化碳的一种方式__________。
(3)从化学的视角看物质
目前，人们对二氧化碳的评论褒贬不一，若以“二氧化碳的利与弊”做为论题，你的观点是__________，请列举有力的证据论证你的观点。
答案 1.(1)动植物呼吸 引起温室效应 (2)CO2+H2O=H2CO3 深海压强大，CO2的溶解度较大 (3)H2 (4)C2H5OH+3O22CO2+3H2O 节约石油，减少空气污染
2.(1)①3H2+CO2=====CH3OH+H2O －2 ②AC (2)氧气浓度越大，一定体积内氧分子数目越多，氧气分子与汽油分子碰撞的次数越多，燃烧越剧烈 (3)NH3
3.(1)AD (2)①C6H12O6 +6O26CO2+6H2O ②CO2+H2O=H2CO3 (3)观点一：二氧化碳利大于弊 观点二：二氧化碳有利有弊 观点三：二氧化碳弊大于利
论据①：利——A.二氧化碳可以促进光合作用(或做气体肥料)，生成氧气和有机物
B.二氧化碳可以做化工原料，用于生产尿素、纯碱、制碳酸饮料等
C.二氧化碳可以制干冰，用于人工降雨、制造舞台烟雾等
D.二氧化碳可以用于灭火，制造灭火器等
论据②：弊——A.二氧化碳能引起温室效应，导致气候变暖，海平面升高
B.二氧化碳不能供给呼吸，可能引发窒息等
自然界中的碳循环
例1“水循环”、“氧循环”和 “碳循环”是自然界存在的三大重要循环。请结合下图回答问 题：
(1)从物质变化及分子角度看，三种循环中有一种与另外两种在变化上有本质的区别，这种循环主要是由____________的运动引起的。
(2)用学科观点分析碳循环和氧循环，其中正确的是_________(填字母序号)。
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. 微粒观：绿色植物的作用是使自然界 中的氧原子总数增加
(3)自然界中的碳循环主要是通过二氧化碳来实现的。图中消耗二氧化碳的途径有_________(填数字序号)。近年来，大气中二氧化碳含量增加，导致温室效应，因此人类要积极采取措施维持循环体系中二氧化碳的相对平衡。
(4)为解决日益加剧的温室效应，有科学家提出”绿色自由”构想：把CO2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℃、200kPa和催化剂条件下使之变为甲醇(CH3OH)和水。写出该反应的化学方程式__________________________。
解析 (1)三种循环中碳循环和氧循环过程中有新物质生成，属于化学变化，而水循环为物理变化，水循环中无论水分蒸发还是水蒸气凝结都是由水分子运动引起的。(2)碳循环和氧循环中二氧化碳转化为氧气的主要途径是光合作用，氧气转化为二氧化碳的一个途径是人和动植物的呼吸，A正确；氧循环过程中，氧元素的化合价有从 2价到0价的转变，B错误；人和动植物的呼吸，煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧都会产生二氧化碳，而绿色植物的光合作用却吸收二氧化碳，放出氧气，因此，大气中的二氧化碳、氧气的含量是相对稳定的，C正确；根据质量守恒定律可知，在绿色植物的光合作用中氧原子的总数是不会发生改变的，D错误。(3)消耗二氧化碳的途径有绿色植物的光合作用及二氧化碳溶解在水体中。(4)根据题意可知，二氧化碳和氢气在300℃、200kPa和催化剂的条件下生成甲醇和水。
答案 (1)水分子 (2)AC (3)①⑥ (4)3H2+CO2CH3OH+H2O
例2 关于碳循环和氧循环，下列说法不正确的是( )
A.碳循环和氧循环分别是指二氧化碳和氧气的循环
B.碳循环和氧循环过程中均发生了化学变化
C.绿色植物的生长过程，既涉及碳循环，又涉及氧循环
D.碳循环和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
解析 碳循环是指碳元素在自然界中的循环，氧循环是指氧元素在自然界中的循环，都是指元素的循环状态，A错误；碳循环是大气中的二氧化碳被陆地和海洋的生物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中；氧循环包括动植物的呼吸作用及人类活动中的燃烧等，这些过程都需要消耗氧气，产生二氧化碳，而植物的光合作用却大量吸收二氧化碳，释放氧气；循环过程中均发生了化学变化，B正确；绿色植物的生长过程既进行呼吸作用，又进行光合作用，故既涉及碳循环，又涉及氧循环，C正确；动植物的呼吸作用、地壳表面物质腐败氧化等过程不断消耗大气中的氧气，与此同时，绿色植物的光合作用却大量吸收着大气中的二氧化碳，并将生成的氧气释放到大气中，这样生生不息，维持着大气中二氧化碳和氧气含量的相对稳定，D正确。
答案 A
例3 人民日报报道：中国科技大学曾杰教授研究团队发现新型催化剂，把CO2与H2高效转化为清洁液体燃料甲醇，实现了“人工碳循环”。如图为某科研小组设计的利用化学链燃烧产生的高浓度CO2制备甲醇的流程图，据图回答：
(1)图1是利用镍(Ni)进行化学链燃烧的流程图。与传统的燃料燃烧方式相比，化学链燃烧排放的CO2浓度高，易于收集。
①空气反应器中，金属镍与氧气在一定条件下燃烧生成氧化镍(NiO)；燃料反应器中发生的部分化学反应如下：Ⅰ.H2+NiONi+H2O；Ⅱ.CO+NiONi+CO2，其中属于置换反应的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，反应Ⅱ中发生还原反应的物质是___________。
②与CO、H2直接在空气中燃烧相比，化学链燃烧排放出的CO2浓度更高的原因是___________。
(2)图2是利用高浓度CO2制取甲醇的流程图：吸收池内，饱和碳酸钠溶液吸收高浓度CO2生成碳酸氢钠；分解池内，碳酸氢钠受热分解放出CO2；合成塔内，利用新型催化剂，CO2与H2反应生成甲醇(CH4O)与水。
①吸收池内生成碳酸氢钠的化学方程式是___________。
②合成塔内生成甲醇的化学反应中，参加反应的H2与CO2的质量比是_________。该反应中，原料H2的理想来源是_________。如果将来H2的制取技术取得突破，“CO2与H2反应高效变甲醇”这一世界领先的研究成果的意义是___________(答出一条即可)。
解析 (1)①反应Ⅰ是一种单质和一种化合物反应生成新的单质和新的化合物，属于置换反应；反应Ⅱ中NiO得到氧，发生了还原反应。②与CO、H2直接在空气中燃烧相比，由于空气中氮气被分离出去，所以化学链燃烧排放出的CO2浓度更高。(2)①吸收池内是碳酸钠和二氧化碳以及水反应生成碳酸氢钠，对应的化学方程式是 Na2CO3+H2O+CO2= 2NaHCO3。②合成塔内生成甲醇的化学反应中，参加反应的H2与CO2的反应为：
3H2+CO2=CH4O+H2O
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参加反应的H2与CO2的质量比是 3：22；该反应中，原料H2的理想来源是水。如果将来H2的制取技术取得突破，“CO2与H2反应高效变甲醇”这一世界领先的研究成果的意义是减轻全球变暖等。
答案 (1)①I NiO ②氮气等被分离出去 (2)①Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3 ②3：22 水 减轻全球变暖(合理即可)
例4 如图是我国《可再生资源法》倡导的碳资源的转化与循环利用示意图。下列做法与该图体现的理念不符的是( )
A.将秸秆加工转化为酒精燃料
B.二氧化碳作为原料生产尿素
C.过度开采煤、石油作为燃料
D.将石油精炼，制备合成材料
解析 将秸秆加工转化为酒精燃料，既解决了环境问题，又解决了能源问题，A正确；二氧化碳作为原料生产尿素，减少了二氧化碳的排放，有效防治温室效应，B正确；过度开采煤、石油作为燃料，既浪费资源与能源，又造成环境的污染，C错误；将石油精炼，制备合成材料，加以综合利用，D正确。
答案 C
例5 如图为海水吸收CO2并进行碳循环的原理。下列说法错误的是( )
A.光合中太阳能转化为化学能
B.此碳循环中将CO2转化为无机物和有机物
C.吸收的CO2与钙化中释放的CO2的量相等
D.钙化中释放CO2的反应为：2NaHCO3+CaCl2=CaCO3↓+CO2↑+2NaCl+H2O
解析 绿色植物进行的光合作用是将太阳能转换为化学能的过程，A正确；碳循环中将CO2被海水吸收转化为碳酸，为无机物，绿色植物进行的光合作用，将二氧化碳转化为有机物，B正确；吸收的CO2与钙化中释放的CO2的量不相等，吸收的二氧化碳多，C错误；钙化中释放CO2的反应为2NaHCO3+CaCl2=CaCO3↓+CO2↑+2NaCl+H2O，D正确。
答案 C
例6 如图是利用缺铁性氧化物[Fe(1﹣y)O]进行CO2再资源化研究的示意图。在整个转化体系中Fe(1﹣y)O是_______，整个转化反应的化学方程式可表示为_______。若该研究成熟并广泛应用，能缓解_______。
解析 根据题目给出的信息可知，在整个转化体系中Fe(1﹣y)O是催化剂，整个转化反应的化学方程式可表示为CO2C+O2；若该研究成熟并广泛应用，能缓解温室效应，因为二氧化碳是造成温室效应的主要气体。
答案 催化剂 CO2C+O2 温室效应
练习 1.如图是燃料在使用过程做的碳循环示意图：
(1)除了燃料燃烧释放大量CO2外，常见释放CO2的途径还有__________，空气中的CO2含量增多导致的后果是__________。
(2)利用海水进行碳储存，可以缓解空气中CO2过多的问题，写出水吸收CO2发生反应的化学方程式：_______________；CO2可较长时间存在于深海，其原因是_______________。
(3)科学家采取“组合转化”技术，将CO2转化为化工原料，其反应的化学方程式：2CO2+6XC2H4+4H2O，则X的化学式为__________。
(4)生物燃料(如酒精)可来源于植物体，写出酒精燃烧的化学方程式：__________；结合如图信息，从碳循环角度说出生物燃料的优点有____________________。
2.控制化学反应的条件可以促进或抑制化学反应，更好使化学反应为人类造福。
(1)如图是科学家正在研究的二氧化碳循环利用技术：
①二氧化碳与氢气在催化剂、高温条件下，除生成甲醇(CH4O)外，还生成一种常温下为液态的化合物，写出反应的化学方程式_____________，甲醇中碳元素的化合价为_______。
②从图中分析得出的下列结论中，正确的是_________(填序号)。
A.该技术符合低碳经济的理念
B.水生成氢气的过程中所用的催化剂一定是二氧化锰
C.该技术有助于缓解全球面临的能源危机
D.液化石油气、汽油、甲醇均有碳、氢、氧三种元素组成
(2)汽油燃烧时氧气浓度越大，燃烧越剧烈，试从微观角度解释这是因为____________。
(3)尿素[CO(NH2)2]对提高粮食产量具有重要的作用。人们控制条件可以使CO2和物质M发生反应：CO2+2M=CO(NH2)2+H2O，物质M的化学式为_________。
3. 碳是组成生物体的基本元素之一，也是组成煤、石油、天然气等的主要元素之一，自然界中的碳循环主要是通过CO2来实现的，下图是碳循环主要途径的模式图。
(1)结合图示，下列关于碳循环的认识正确的是(填序号) __________。
A.有机物和无机物可以相互转化
B.碳循环过程只涉及到化学变化
C.碳循环过程中，各元素的化合价都不变
D.燃烧过程中能量的转化形式是化学能转化为热能和光能
(2)用化学方程式表示图中碳循环中的下列变化
①动物体内的葡萄糖在酶的作用下发生缓慢氧化，生成二氧化碳和水__________。
②消耗二氧化碳的一种方式__________。
(3)从化学的视角看物质
目前，人们对二氧化碳的评论褒贬不一，若以“二氧化碳的利与弊”做为论题，你的观点是__________，请列举有力的证据论证你的观点。
答案 1.(1)动植物呼吸 引起温室效应 (2)CO2+H2O=H2CO3 深海压强大，CO2的溶解度较大 (3)H2 (4)C2H5OH+3O22CO2+3H2O 节约石油，减少空气污染
2.(1)①3H2+CO2=====CH3OH+H2O －2 ②AC (2)氧气浓度越大，一定体积内氧分子数目越多，氧气分子与汽油分子碰撞的次数越多，燃烧越剧烈 (3)NH3
3.(1)AD (2)①C6H12O6 +6O26CO2+6H2O ②CO2+H2O=H2CO3 (3)观点一：二氧化碳利大于弊 观点二：二氧化碳有利有弊 观点三：二氧化碳弊大于利
论据①：利——A.二氧化碳可以促进光合作用(或做气体肥料)，生成氧气和有机物
B.二氧化碳可以做化工原料，用于生产尿素、纯碱、制碳酸饮料等
C.二氧化碳可以制干冰，用于人工降雨、制造舞台烟雾等
D.二氧化碳可以用于灭火，制造灭火器等
论据②：弊——A.二氧化碳能引起温室效应，导致气候变暖，海平面升高
B.二氧化碳不能供给呼吸，可能引发窒息等
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高温
催化剂
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高温
催化剂

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