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第三节 碳达峰与碳中和
第1课时 二氧化碳的性质
一、知识目标
1.理解自然界中碳循环的过程，掌握二氧化碳的物理性质和化学性质，明确二氧化碳在碳循环及“双碳”目标中的作用。
2.通过分析碳循环示意图和实验现象，培养证据推理与模型认知能力，通过 “二氧化碳溶于水” 等实验探究，掌握实验操作技能，学会设计实验、观察现象、分析结论，提升科学探究能力。
3.结合碳达峰、碳中和的社会热点，树立环保意识和社会责任感，理解化学学科在解决环境问题中的重要作用。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识二氧化碳的性质和用途，从微观角度理解其在碳循环中的作用，建立“结构 - 性质 - 用途”之间的联系。
2.证据推理与模型认知：通过分析碳循环示意图和实验现象，培养证据推理与模型认知能力，构建碳循环的模型。
3.科学探究与创新意识：通过“二氧化碳溶于水”等实验探究，掌握实验操作技能，学会设计实验、观察现象、分析结论，提升科学探究能力。
一、学习重点
1.自然界中碳循环的过程及意义
2.二氧化碳的物理性质和化学性质
二、学习难点
1.从碳循环的角度分析造成大气中二氧化碳含量增加的主要原因
2设计实验探究二氧化碳的性质，理解二氧化碳与水、澄清石灰水反应的实质
一、自然界中的碳循环
1.碳循环在自然界的物质和能量循环中处于什么地位？二氧化碳在碳循环中起到什么作用？
碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分；二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳元素参与物质循环的主要形式之一。
2.自然界中产生二氧化碳的途径有哪些？
生物的呼吸作用、生物体被微生物分解、海水中的弱酸分解、化石燃料的燃烧、火山喷发碳酸盐分解。
3.自然界中吸收二氧化碳的途径包括哪些？
绿色植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳并产生碳水化合物，江河湖海等水体溶解二氧化碳，且一部分溶解的二氧化碳最终会转化为碳酸盐。
4.碳循环对自然界和人类社会有哪些重要意义？
一是维持生态平衡，为植物光合作用提供原料，支撑食物链基础，保障生物生存；二是调节气候，大气中适量二氧化碳能保温，维持地球适宜的温度环境；三是支撑海洋生态，水体吸收二氧化碳形成的碳酸盐，是珊瑚、贝类等海洋生物构建外壳的重要原料；四是保障人类生存，间接为人类提供食物（植物生产）和稳定的生存环境。
5.大气中二氧化碳含量增加、碳循环失衡的主要原因是什么？
从排放端来看，人类大量燃烧化石燃料，短时间内释放远超自然循环承载能力的二氧化碳；从吸收端来看，森林砍伐、植被破坏导致光合作用吸收二氧化碳的能力减弱；整体而言，自然产生与吸收本应平衡，人类活动打破了这种平衡，使得排放速度远快于自然吸收速度。
二、认识二氧化碳
（一）物理性质
1.通常状况下，二氧化碳的物理性质有哪些特点？
通常状况下，二氧化碳是无色、无味的气体，密度约为空气的 1.5 倍，能溶于水（1 体积水约溶 1 体积二氧化碳，增大压强会溶解更多）；在一定压强和低温条件下，二氧化碳会变成白色块状或片状固体，俗称干冰，干冰常温下不熔化、直接升华，且升华时会吸收大量热。
2.基于二氧化碳的物理性质，干冰有哪些用途？
干冰是环保型制冷剂，可用于人工降雨、食物储运、制造舞台烟雾效果，还能用于工业设备清洁，避免化学污染。
（二）化学性质
1.二氧化碳具有哪些化学性质？请列举并说明部分性质的应用或检验方法。
一是不能燃烧，也不支持燃烧，可用于灭火；
二是能与水反应，生成碳酸（化学方程式：CO2+H2O=H2CO3），碳酸能使紫色石蕊试液变红，且碳酸不稳定，常温下易分解（化学方程式：H2CO3=CO2↑+H2O），加热时分解更快；
三是能与澄清石灰水（氢氧化钙的水溶液）反应，生成白色碳酸钙沉淀（化学方程式：Ca (OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O），该反应用于检验二氧化碳（将气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则为二氧化碳气体）。
（三）实验探究
1.探究二氧化碳溶解性的实验中，操作步骤、现象及结论分别是什么？
操作步骤为向集满二氧化碳气体的矿泉水瓶中加入约 1/3 体积的水，立即拧紧瓶盖，振荡；现象是塑料瓶变瘪；结论是二氧化碳能溶于水（部分二氧化碳溶于水使瓶内气体减少，气压变小，大气压强使瓶子变瘪）。
2.探究二氧化碳与水反应的实验中，滴加紫色石蕊试液和加热试管后分别有什么现象？这些现象能说明什么？
滴加紫色石蕊试液后，溶液变成红色，说明溶解在水中的部分二氧化碳跟水反应，生成了酸性物质；加热试管至沸腾后，溶液紫色逐渐恢复，说明生成的酸性物质（碳酸）不稳定，加热时会分解。
3.探究二氧化碳灭火性质的实验中，现象和结论是什么？
现象是向装有两支燃着的高低蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳，蜡烛自下而上依次熄灭；结论是二氧化碳的密度比空气大，且不能燃烧、不支持燃烧。
4.检验二氧化碳的实验中，现象和结论是什么？
现象是将二氧化碳通入装有澄清石灰水的试管中，澄清石灰水变浑浊；结论是二氧化碳能与氢氧化钙的水溶液（澄清石灰水）反应，生成白色的碳酸钙沉淀。
一、新课引入
活动一：新课导入
问题：观看电影《后天》片段和了解现实中沿海海平面上升等案例后，思考是什么原因导致了海平面上升这种可怕的现象？
答案：导致海平面上升的主要原因是二氧化碳引发的温室效应。二氧化碳像“无形的暖房”包裹地球，使全球气候变暖，冰川融化，从而导致海平面上升。
问题：我国提出的“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标，这里的“碳”主要指什么？实现“双碳”目标我们需要先弄清楚什么问题？
答案：“碳”主要指二氧化碳。要实现“双碳”目标，需要追根溯源，厘清“碳”从哪里来，又可以往哪里去，也就是要了解自然界中的碳循环。
二、自然界中的碳循环
活动一：了解自然界中的碳循环
问题：结合教师展示的化石燃料使用现状及近1000年大气中CO2浓度变化的图表，思考大规模开采和利用化石燃料会带来什么后果？
答案：大规模开采和利用化石燃料会使大气中二氧化碳含量持续升高，引发全球气候变化，如导致温室效应加剧，引起海平面上升、气候异常等一系列问题。
活动二：探究自然界中二氧化碳的产生和吸收途径
问题：观察自然界碳循环的图片（图片中标注了通过不同途径产生或消耗碳量的相对值），思考并讨论二氧化碳的产生途径和吸收途径分别有哪些？
答案：
产生途径：生物的呼吸作用、生物体被微生物分解、海水中的弱酸分解、化石燃料的燃烧、火山喷发、碳酸盐分解。
吸收途径：绿色植物的光合作用、江河湖海等水体溶解二氧化碳、溶解的二氧化碳转化为碳酸盐。
活动三：探讨二氧化碳循环的意义和大气中二氧化碳含量增加的原因
问题：从生态平衡、气候调节、海洋生态、人类生存等方面思考二氧化碳的循环对自然界和人类社会有什么重要意义？
答案：维持生态平衡：为植物光合作用提供原料，支撑食物链基础，保障生物生存。
调节气候：大气中适量二氧化碳能保温，维持地球适宜的温度环境。
支撑海洋生态：水体吸收二氧化碳形成的碳酸盐，是海洋生物（如珊瑚、贝类）构建外壳的重要原料。
保障人类生存：间接为人类提供食物（植物生产）和稳定的生存环境。
问题：从排放端和吸收端两个方面分析，造成大气中二氧化碳含量增加的主要原因是什么？
答案：排放端大幅增加：人类大量燃烧化石燃料，短时间内释放远超自然循环承载能力的二氧化碳。
吸收端能力下降：森林砍伐、植被破坏导致光合作用吸收二氧化碳的能力减弱。
自然循环失衡：自然产生与吸收本应平衡，但人类活动打破了这种平衡，排放速度远快于自然吸收速度。
典例1：绘制碳循环简图（如右图）。下列有关说法错误的是
A．绿色植物通过光合作用吸收CO2
B．化石燃料完全燃烧转化为CO2
C．海水吸收CO2生成稳定的碳酸
D．大气层的CO2能产生温室效应
【答案】C
【详解】A、绿色植物通过光合作用可吸收二氧化碳，该选项说法正确；
B、化石燃料中含有碳元素，完全燃烧生成二氧化碳，该选项说法正确；
C、二氧化碳和水反应生成碳酸，但碳酸不稳定，易分解为水和二氧化碳，该选项说法不正确；
D、大气层中的二氧化碳是主要的温室气体之一，能产生温室效应，该选项说法正确。
故选C。
典例2：自然界中存在着“水循环”“碳循环”“氧循环”三大循环。下列说法错误的是
A．三种循环都伴随着能量的变化，碳循环中的“碳”是指碳元素
B．水的天然循环既实现了水的自身净化，又完成了水资源的重新分配
C．三大循环过程中元素守恒，且元素化合价不变
D．水的天然循环是通过其三态变化实现的，而碳循环、氧循环过程中均有化学变化发生
【答案】C
【详解】A. 三种循环都伴随着能量的变化，碳循环中的“碳”是指碳元素，不是碳单质，此选项正确；
B. 水的天然循环通过蒸发、降水等过程，蒸发时杂质被留下，降水提供淡水，实现自身净化；同时，水从海洋到陆地再返回海洋，完成水资源的重新分配，此选项正确；
C. 化学反应中元素种类和原子数目不变，所以元素守恒，但化合价不一定不变，如：氧循环中，氧的化合价也会变化，例如O2中的氧为0价，在H2O或CO2中氧为-2价。因此，三大循环中元素守恒正确，但化合价不一定不变，此选项错误；
D. 水的天然循环是通过其三态变化实现的，而碳循环、氧循环过程中均有化学变化发生 水的天然循环涉及蒸发（液态→气态）、凝结（气态→液态）等三态变化，是物理变化。碳循环中，光合作用、呼吸作用等涉及分子结构改变，是化学变化；氧循环类似（如呼吸作用消耗O2产生CO2），发生化学变化，该选项正确。
故选C。
三、认识二氧化碳
活动四：确定探究二氧化碳性质的思路
问题：我们之前探究过O2的性质，结合O2性质的探究过程，说一说应该从哪些方面来认识CO2的性质？
答案：应该从物理性质和化学性质两个方面来认识。
问题：通过观察集气瓶中的二氧化碳，结合科普文章中的数据和生活经验，归纳二氧化碳的物理性质。
答案：常温常压下，二氧化碳是无色无味的气体，密度约为空气的1.5倍，能像液体般“覆盖”燃烧物隔绝氧气，可作灭火剂；它还能溶于水，1体积水约溶1体积二氧化碳，这是汽水冒泡的原因；加压降温时，二氧化碳会变成雪花状的“干冰”，干冰常温下不熔化、直接升华，还会吸收大量热，可作制冷剂，用于食品保鲜、人工降雨和舞台造雾等。
活动五：实验探究二氧化碳的性质
实验探究1：二氧化碳溶于水实验
问题：向一个集满二氧化碳气体的矿泉水瓶中加入约1/3体积的水，立即拧紧瓶盖，振荡后塑料瓶变瘪，为什么？
答案：部分二氧化碳溶于水使瓶内气体减少，气压变小，大气压强使瓶子变瘪，说明二氧化碳能溶于水。
问题：取一支试管，从矿泉水瓶中向试管中倒入适量的二氧化碳水溶液，然后向试管中滴加几滴紫色石蕊试液，振荡后溶液由紫色变成红色，这说明什么？
答案：溶解在水中的部分二氧化碳跟水反应，生成了酸性物质。反应的化学方程式。
问题：加热上述试管，溶液由红色变成紫色，这又说明了什么？
答案：生成的酸性物质（碳酸）不稳定，加热时分解，碳酸（）不稳定，加热时分解成了二氧化碳和水，化学方程式为。
实验探究2：二氧化碳熄灭蜡烛实验
问题思考：向一装有两支燃着的高低蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳，蜡烛自下而上依次熄灭，这个现象能说明二氧化碳具有哪些性质？
答案：说明二氧化碳的密度比空气大，不能燃烧，也不支持燃烧。利用这些性质，二氧化碳常用于灭火。
实验探究3：二氧化碳与澄清石灰水反应实验
问题：将二氧化碳通入装有澄清石灰水的试管中，澄清石灰水变浑浊，这是为什么？
答案：二氧化碳能与氢氧化钙的水溶液（俗称石灰水）反应，生成白色沉淀碳酸钙，使澄清石灰水变浑浊。化学方程式为，该反应用于检验二氧化碳气体。
归纳总结：总结二氧化碳的性质（从物理性质和化学性质两个方面进行总结）。
答案：物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水，通常状况下，1体积的水能溶解约1体积的二氧化碳，增加压强会溶解更多；在高压低温下可得固体——干冰。
化学性质：二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧；不能供给呼吸；与水反应：；与澄清石灰水反应：；与灼热的碳反应：。
活动六：了解二氧化碳的用途
问题：教师展示一些图片，如干冰制冷保鲜、人工降雨、舞台造雾、二氧化碳灭火、做气体肥料、制作碳酸饮料等，这些图片展示的场景都与二氧化碳有关，想一想是利用了二氧化碳的哪些性质？
答案：干冰制冷保鲜、人工降雨、舞台造雾：利用干冰升华吸热的性质。
二氧化碳灭火：利用二氧化碳密度比空气大，不能燃烧也不支持燃烧的性质。
二氧化碳做气体肥料：利用二氧化碳是植物光合作用的原料的性质。
二氧化碳做碳酸饮料：利用二氧化碳能溶于水的性质。
典例1：下列关于二氧化碳的说法正确的是
A．二氧化碳有毒，进入深井或地窖要做灯火实验
B．温度越低，压强越大，二氧化碳在水中的溶解性越强
C．二氧化碳过多排放是导致酸雨的主要原因
D．二氧化碳不可燃、不助燃，因此任何火灾都可以用二氧化碳灭火
【答案】B
【详解】A、由于二氧化碳不能供给呼吸，人在二氧化碳含量较高的地方会因窒息而死亡，因此人在进入这些地方前，先要进行灯火实验，并不是因为二氧化碳有毒，故说法错误；
B、温度越低，压强越大，CO2在水中的溶解性越强，故说法正确；
C、导致酸雨的主要气体是二氧化硫、二氧化氮，不是二氧化碳，故说法错误；
D、CO2不可燃也不助燃，可作灭火剂，但不是任何火灾都可以用CO2灭火，如：钠、镁等金属就能在二氧化碳中燃烧，不能用二氧化碳来灭火，故说法错误。
故选B。
典例2：在甲、乙两个等体积的软塑料瓶中，分别盛有等体积的滴有紫色石蕊溶液的水，用图示两种方法收集满二氧化碳后，旋紧瓶盖振荡，则观察到的现象是
A．甲瓶没有任何变化，乙瓶紫色石蕊溶液变红
B．甲、乙两瓶紫色石蕊溶液均变红，乙瓶变瘪
C．甲、乙两瓶紫色石蕊溶液均变红，甲瓶变瘪
D．甲瓶变瘪，乙瓶紫色石蕊溶液变红
【答案】C
【详解】甲瓶导管在液面以上，液面以上的二氧化碳在振荡时会溶解在水中，并与水发生反应，使瓶内气压减小，所以甲瓶中紫色石蕊溶液变红且软塑料瓶变瘪；
乙瓶导管在液面以下，收集二氧化碳的过程中，二氧化碳与水充分接触，二氧化碳溶解达到饱和，旋紧瓶盖振荡，瓶内气压基本不变，二氧化碳和水反应产生碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变红，所以乙瓶只能观察到紫色石蕊溶液变红；
故选C。
自然界中的碳循环
知识点 具体内容
概念 自然界中物质和能量循环的重要组成部分，二氧化碳是碳元素参与循环的主要形式之一
产生途径 生物呼吸作用、生物体被微生物分解、海水中弱酸分解、化石燃料燃烧、火山喷发、碳酸盐分解
吸收途径 绿色植物光合作用、江河湖海水体溶解、溶解的二氧化碳转化为碳酸盐
重要意义 维持生态平衡，为植物光合作用提供原料； 调节气候，维持地球适宜温度； 支撑海洋生态，为海洋生物提供构建外壳的原料； 4. 保障人类生存，提供食物和稳定环境
含量增加原因 排放端：大量燃烧化石燃料，排放远超自然承载； 吸收端：森林砍伐、植被破坏，光合作用吸收能力减弱； 3. 自然循环失衡，排放速度快于吸收速度
二、二氧化碳的性质
（一）实验探究二氧化碳的性质
倾倒二氧化碳 溶解性实验
实验装置图
实验操作 向盛有高低不等两根燃着蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳。 向盛满二氧化碳的软塑料瓶中倒入约三分之一容积的水，振荡。
实验现象 蜡烛自下而上依次熄灭。 塑料瓶变瘪了。
实验分析 二氧化碳密度比空气大（物理性质）； 二氧化碳不能燃烧，也不能支持燃烧（化学性质）。 原因：二氧化碳溶于水，瓶内压强变小，大气压将瓶子压瘪。
（二）二氧化碳的性质总结
性质类别 具体内容
物理性质 1. 颜色：无色；气味：无味；状态：气体（通常状况）
2. 密度：约为空气的 1.5 倍（比空气大）
3. 溶解性：能溶于水（1 体积水约溶 1 体积二氧化碳，加压溶解更多）
4. 特殊状态：高压低温下形成固体（干冰），干冰常温下直接升华且吸收大量热
化学性质 1.二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧。
2.不能供给呼吸。
3.与水反应：CO2 + H2O === H2CO3。
4.与澄清石灰水反应：二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊： Ca(OH)2 + CO2 ==== CaCO3 ↓+ H2O.该反应用于检验CO2气体：将气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则为二氧化碳气体。
5.与灼热的碳反应：.
（三）二氧化碳的用途（性质决定用途）
用途 对应的性质
干冰制冷剂（食品保鲜）、人工降雨、舞台造雾 干冰升华吸收大量热，环保无残留
灭火 密度比空气大，不能燃烧也不支持燃烧（覆盖可燃物隔绝氧气）
制作碳酸饮料 能溶于水（加压可溶解更多）
气体肥料 能参与植物光合作用
工业原料 用于制作纯碱、化肥、医药产品等
1.已知二氧化碳的化学式为CO2，下列说法中不正确的是
A．二氧化碳是由碳元素和氧元素两种元素组成
B．二氧化碳是由一个碳原子和二个氧原子构成的
C．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
D．能使燃着的木条熄灭的气体可能是二氧化碳气体
【答案】B
【详解】A、由化学式可知，二氧化碳是由碳元素和氧元素两种元素组成的，不符合题意；
B、由化学式可知，二氧化碳由二氧化碳分子构成，每个二氧化碳分子由1个碳原子和2个氧原子构成，符合题意；
C、二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，能使澄清石灰水变浑浊，不符合题意；
D、二氧化碳不燃烧、不支持燃烧，能使燃着的木条熄灭，则能使燃着的木条熄灭的气体可能是二氧化碳气体，也可能是氮气，不符合题意。
故选B。
2．向一定量澄清石灰水中缓慢通入少量二氧化碳气体，反应过程中始终保持不变的是
A．瓶内物质中氢元素的总质量 B．瓶内白色沉淀的质量 C．瓶内物质的总质量 D．瓶内水的质量
【答案】A
【详解】向澄清石灰水中通入二氧化碳，发生反应Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O。
A、整个过程中没有加入或减少含氢元素的物质，且氢元素只存在于石灰水中的水中，根据质量守恒定律，化学反应前后元素的质量不变，所以瓶内物质中氢元素的总质量始终保持不变，正确；
B、随着二氧化碳的通入，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙白色沉淀，白色沉淀质量逐渐增加，当氢氧化钙完全反应后，继续通入二氧化碳，碳酸钙沉淀会与二氧化碳和水反应生成可溶的碳酸氢钙，沉淀质量又会减少，所以白色沉淀质量是先增加后减少，不是始终不变，错误；
C、通入二氧化碳，发生反应Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O，虽然有沉淀生成，但二氧化碳参与了反应，根据质量守恒定律，反应后物质总质量等于反应前各物质质量之和，所以瓶内物质的总质量会增加，不是始终不变，错误；
D、反应Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O会生成水，所以瓶内水的质量会增加，不是始终不变，错误。
故选A。
考点1自然界中的碳循环
1.科学家发现，地球上的碳库(储存碳的场所)主要包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈。下列相关叙述不正确的有
A．海洋是地球上最大的碳库，能溶解大量的二氧化碳
B．煤炭、石油中的碳主要来自古代生物的遗体
C．森林中的树木通过呼吸作用将碳固定在其体内
D．石灰岩(主要成分为)的形成也与碳循环有关
【答案】C
【详解】A、海洋因其庞大的体积和深度，能溶解吸收大气中大量二氧化碳，同时海洋生物（如浮游植物）的光合作用固定碳，死亡后部分碳沉入深海形成沉积物，这些过程使海洋成为最大且长期的碳储存地，其总碳储量远超其他碳库，不符合题意；
B、煤是古代植物或植物枯萎后被埋于土中经长期复杂变化形成的，石油是古代海洋生物的遗骸被层层沙泥掩埋经复杂变化形成的。因此煤炭、石油中的碳主要来自古代生物的遗体，不符合题意；
C、森林中的树木通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物和氧气，将碳固定在其体内。而森林中的树木在呼吸作用过程中将体内的有机物转化为二氧化碳和水，释放到大气中，符合题意；
D、石灰岩（主要成分为碳酸钙，化学式为CaCO3）的形成与碳循环密切相关。其形成过程是:地下水中的二氧化碳与石灰岩中的碳酸钙发生化学反应，生成可溶于水的碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，导致石灰岩逐渐被溶蚀，形成空洞。溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶解在水中的碳酸氢钙就会分解，重新生成碳酸钙沉积下来，同时生成二氧化碳和水。在自然界中不断发生上述反应于是就形成了溶洞中的钟乳石、石笋等各种石灰岩景观,不符合题意。
故选C。
2．中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。下列有关说法不正确的是
A．该过程中发生的变化为物理变化 B．该过程的实现可节约耕地和淡水资源
C．该过程的实现会提高粮食安全水平 D．该过程的实现会促进碳中和目标的实现
【答案】A
【详解】A、从二氧化碳到淀粉，物质的种类发生了改变，有新物质生成，属于化学变化，故选项说法错误；
B、传统的淀粉生产依赖耕地种植农作物，该过程实现了二氧化碳合成淀粉，无需大量耕地种植相关作物，可节约耕地；同时也减少了农业生产中对大量淡水资源的需求，可节约淡水资源，故选项说法正确；
C、通过二氧化碳合成淀粉，增加了淀粉的来源途径，即使在耕地资源有限等情况下也能保障淀粉类粮食的供应，提高了粮食安全水平，故选项说法正确；
D、二氧化碳是主要的温室气体，将二氧化碳转化为淀粉，减少了二氧化碳在大气中的含量，促进了碳中和目标的实现，故选项说法正确；
故选：A。
3．碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分。如图为自然界中的“碳循环”示意图，下列说法错误的是
A．途径①表示植物的呼吸作用
B．途径②会使海水酸化
C．风力发电不属于“碳循环”
D．动物、植物的遗骸被微生物分解可产生CO2
【答案】A
【详解】A、 观察可知，途径①是植物吸收二氧化碳的过程，这表示植物的光合作用，而不是呼吸作用，呼吸作用是植物释放二氧化碳的过程，A说法错误。
B、途径②是二氧化碳溶解在海水中，二氧化碳与水反应生成碳酸，会使海水酸化，B说法正确。
C、风力发电是将风能转化为电能，整个过程不涉及碳元素的循环，不属于“碳循环”，C说法正确。
D、由图可知，动物、植物的遗骸被微生物分解可产生CO2，D说法正确。
故选A。
考点2 认识二氧化碳
4.下列有关二氧化碳的实验中，只能证明二氧化碳物理性质的是
A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】A、该实验中石灰石的主要成分碳酸钙和稀盐酸反应生成二氧化碳，可观察到蜡烛由下到上依次熄灭，蜡烛熄灭，说明二氧化碳不燃烧、不支持燃烧，下层蜡烛先熄灭，说明二氧化碳的密度比空气大，不燃烧、不支持燃烧属于化学性质，密度比空气大属于物理性质，不符合题意；
B、该实验中二氧化碳倾倒后，右端下沉，说明二氧化碳的密度比空气大，密度比空气大不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，符合题意；
C、该实验中紫色石蕊试液变红，是因为二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸显酸性，能使紫色石蕊试液变红，需要通过化学变化才能表现出来，证明的是二氧化碳的化学性质，不符合题意；
D、该实验中软塑料瓶变瘪，澄清石灰水变浑浊，是因为二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，需要通过化学变化才能表现出来，证明的是二氧化碳的化学性质，不符合题意。
故选B。
5．下列方法能区分氮气和二氧化碳两瓶气体的是
A．观察颜色 B．闻气味
C．将燃着的木条伸入集气瓶中 D．倒入适量澄清石灰水
【答案】D
【详解】A、氮气、二氧化碳均无色，不能通过观察颜色的方法区分二者，不符合题意；
B、氮气、二氧化碳均无味，不能通过闻气味的方法区分二者，不符合题意；
C、氮气、二氧化碳均不能燃烧且不支持燃烧，将燃着的木条伸入集气瓶中，木条均熄灭，不能区分二者，不符合题意；
D、倒入适量澄清石灰水，氮气不能使澄清石灰水变浑浊，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，能区分二者，符合题意。
故选：D。
6．化学实验是科学探究的重要途径，下列实验得出的结论中不正确的是
A．图一既可说明二氧化碳的密度比空气大，又说明了二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧
B．图二既说明水电解产生的氢气和氧气的体积比为2：1，又说明水是由氢、氧元素组成
C．图三既可探究可燃物的燃烧条件，又说明了白磷的着火点比红磷低
D．图四既可说明二氧化碳易溶于水，又说明了二氧化碳与水反应生成碳酸
【答案】D
【详解】A、图一中二氧化碳使下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭，既说明二氧化碳密度比空气大，又说明二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧，结论正确。
B、图二水电解产生氢气和氧气的体积比为2∶1，且氢气由氢元素组成、氧气由氧元素组成，说明水由氢、氧元素组成，结论正确。
C、图三中铜片上白磷燃烧、红磷不燃烧，说明白磷着火点比红磷低；铜片上白磷燃烧、热水中白磷不燃烧，说明燃烧需要氧气，可探究燃烧条件，结论正确。
D、图四塑料瓶变瘪，即瓶内气压减小，只能说明二氧化碳能溶于水，不能说明二氧化碳与水反应生成碳酸，结论不正确。
故选D。
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第三节 碳达峰与碳中和
第1课时 二氧化碳的性质
一、知识目标
1.理解自然界中碳循环的过程，掌握二氧化碳的物理性质和化学性质，明确二氧化碳在碳循环及“双碳”目标中的作用。
2.通过分析碳循环示意图和实验现象，培养证据推理与模型认知能力，通过 “二氧化碳溶于水” 等实验探究，掌握实验操作技能，学会设计实验、观察现象、分析结论，提升科学探究能力。
3.结合碳达峰、碳中和的社会热点，树立环保意识和社会责任感，理解化学学科在解决环境问题中的重要作用。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识二氧化碳的性质和用途，从微观角度理解其在碳循环中的作用，建立“结构 - 性质 - 用途”之间的联系。
2.证据推理与模型认知：通过分析碳循环示意图和实验现象，培养证据推理与模型认知能力，构建碳循环的模型。
3.科学探究与创新意识：通过“二氧化碳溶于水”等实验探究，掌握实验操作技能，学会设计实验、观察现象、分析结论，提升科学探究能力。
一、学习重点
1.自然界中碳循环的过程及意义
2.二氧化碳的物理性质和化学性质
二、学习难点
1.从碳循环的角度分析造成大气中二氧化碳含量增加的主要原因
2设计实验探究二氧化碳的性质，理解二氧化碳与水、澄清石灰水反应的实质
一、自然界中的碳循环
1.碳循环在自然界的物质和能量循环中处于什么地位？二氧化碳在碳循环中起到什么作用？
碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分； 是含碳的主要气体，也是碳元素参与物质循环的主要形式之一。
2.自然界中产生二氧化碳的途径有哪些？
生物的 、生物体被微生物分解、海水中的弱酸分解、 的燃烧、火山喷发碳酸盐分解。
3.自然界中吸收二氧化碳的途径包括哪些？
绿色植物通过 吸收大气中的二氧化碳并产生碳水化合物，江河湖海等水体溶解二氧化碳，且一部分溶解的二氧化碳最终会转化为碳酸盐。
4.碳循环对自然界和人类社会有哪些重要意义？
一是维持 ，为植物光合作用提供原料，支撑食物链基础，保障生物生存；二是 ，大气中适量二氧化碳能保温，维持地球适宜的温度环境；三是 ，水体吸收二氧化碳形成的碳酸盐，是珊瑚、贝类等海洋生物构建外壳的重要原料；四是 ，间接为人类提供食物（植物生产）和稳定的生存环境。
5.大气中二氧化碳含量增加、碳循环失衡的主要原因是什么？
从排放端来看，人类大量燃烧 ，短时间内释放远超自然循环承载能力的二氧化碳；从吸收端来看，森林砍伐、植被破坏导致 吸收二氧化碳的能力减弱；整体而言，自然产生与吸收本应平衡，人类活动打破了这种平衡，使得排放速度远快于自然吸收速度。
二、认识二氧化碳
（一）物理性质
1.通常状况下，二氧化碳的物理性质有哪些特点？
通常状况下，二氧化碳是 、 的气体，密度约为空气的 1.5 倍， 水（1 体积水约溶 1 体积二氧化碳，增大压强会溶解更多）；在一定压强和低温条件下，二氧化碳会变成白色块状或片状固体，俗称 ，干冰常温下不熔化、直接升华，且 时会吸收大量热。
2.基于二氧化碳的物理性质，干冰有哪些用途？
干冰是环保型制冷剂，可用于 、食物储运、制造舞台烟雾效果，还能用于工业设备清洁，避免化学污染。
（二）化学性质
1.二氧化碳具有哪些化学性质？请列举并说明部分性质的应用或检验方法。
一是 ，可用于 ；
二是 ，生成碳酸（化学方程式： ），碳酸能使紫色石蕊试液 ，且碳酸 ，常温下易 （化学方程式： ），加热时分解更快；
三是能与 （氢氧化钙的水溶液）反应，生成白色 沉淀（化学方程式： ），该反应用于 （将气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则为二氧化碳气体）。
（三）实验探究
1.探究二氧化碳溶解性的实验中，操作步骤、现象及结论分别是什么？
操作步骤为向集满二氧化碳气体的矿泉水瓶中加入约 1/3 体积的水，立即拧紧瓶盖，振荡；现象是 ；结论是二氧化碳 （部分二氧化碳溶于水使瓶内气体减少， 变小，大气压强使瓶子变瘪）。
2.探究二氧化碳与水反应的实验中，滴加紫色石蕊试液和加热试管后分别有什么现象？这些现象能说明什么？
滴加紫色石蕊试液后，溶液变成 ，说明溶解在水中的部分二氧化碳跟水反应，生成了 ；加热试管至沸腾后，溶液紫色逐渐恢复，说明生成的酸性物质（碳酸） ，加热时会 。
3.探究二氧化碳灭火性质的实验中，现象和结论是什么？
现象是向装有两支燃着的高低蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳，蜡烛 ；结论是二氧化碳的密度 ，且 。
4.检验二氧化碳的实验中，现象和结论是什么？
现象是将二氧化碳通入装有 的试管中，澄清石灰水变 ；结论是二氧化碳能与
（澄清石灰水）反应，生成白色的 沉淀。
一、新课引入
活动一：新课导入
问题：观看电影《后天》片段和了解现实中沿海海平面上升等案例后，思考是什么原因导致了海平面上升这种可怕的现象？
问题：我国提出的“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标，这里的“碳”主要指什么？实现“双碳”目标我们需要先弄清楚什么问题？
二、自然界中的碳循环
活动一：了解自然界中的碳循环
问题：结合教师展示的化石燃料使用现状及近1000年大气中CO2浓度变化的图表，思考大规模开采和利用化石燃料会带来什么后果？
活动二：探究自然界中二氧化碳的产生和吸收途径
问题：观察自然界碳循环的图片（图片中标注了通过不同途径产生或消耗碳量的相对值），思考并讨论二氧化碳的产生途径和吸收途径分别有哪些？
答案：

活动三：探讨二氧化碳循环的意义和大气中二氧化碳含量增加的原因
问题：从生态平衡、气候调节、海洋生态、人类生存等方面思考二氧化碳的循环对自然界和人类社会有什么重要意义？
问题：从排放端和吸收端两个方面分析，造成大气中二氧化碳含量增加的主要原因是什么？
典例1：绘制碳循环简图（如右图）。下列有关说法错误的是
A．绿色植物通过光合作用吸收CO2
B．化石燃料完全燃烧转化为CO2
C．海水吸收CO2生成稳定的碳酸
D．大气层的CO2能产生温室效应
典例2：自然界中存在着“水循环”“碳循环”“氧循环”三大循环。下列说法错误的是
A．三种循环都伴随着能量的变化，碳循环中的“碳”是指碳元素
B．水的天然循环既实现了水的自身净化，又完成了水资源的重新分配
C．三大循环过程中元素守恒，且元素化合价不变
D．水的天然循环是通过其三态变化实现的，而碳循环、氧循环过程中均有化学变化发生
三、认识二氧化碳
活动四：确定探究二氧化碳性质的思路
问题：我们之前探究过O2的性质，结合O2性质的探究过程，说一说应该从哪些方面来认识CO2的性质？
问题：通过观察集气瓶中的二氧化碳，结合科普文章中的数据和生活经验，归纳二氧化碳的物理性质。
活动五：实验探究二氧化碳的性质
实验探究1：二氧化碳溶于水实验
问题：向一个集满二氧化碳气体的矿泉水瓶中加入约1/3体积的水，立即拧紧瓶盖，振荡后塑料瓶变瘪，为什么？
问题：取一支试管，从矿泉水瓶中向试管中倒入适量的二氧化碳水溶液，然后向试管中滴加几滴紫色石蕊试液，振荡后溶液由紫色变成红色，这说明什么？
问题：加热上述试管，溶液由红色变成紫色，这又说明了什么？
实验探究2：二氧化碳熄灭蜡烛实验
问题思考：向一装有两支燃着的高低蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳，蜡烛自下而上依次熄灭，这个现象能说明二氧化碳具有哪些性质？
实验探究3：二氧化碳与澄清石灰水反应实验
问题：将二氧化碳通入装有澄清石灰水的试管中，澄清石灰水变浑浊，这是为什么？
归纳总结：总结二氧化碳的性质（从物理性质和化学性质两个方面进行总结）。
活动六：了解二氧化碳的用途
问题：教师展示一些图片，如干冰制冷保鲜、人工降雨、舞台造雾、二氧化碳灭火、做气体肥料、制作碳酸饮料等，这些图片展示的场景都与二氧化碳有关，想一想是利用了二氧化碳的哪些性质？
典例1：下列关于二氧化碳的说法正确的是
A．二氧化碳有毒，进入深井或地窖要做灯火实验
B．温度越低，压强越大，二氧化碳在水中的溶解性越强
C．二氧化碳过多排放是导致酸雨的主要原因
D．二氧化碳不可燃、不助燃，因此任何火灾都可以用二氧化碳灭火
典例2：在甲、乙两个等体积的软塑料瓶中，分别盛有等体积的滴有紫色石蕊溶液的水，用图示两种方法收集满二氧化碳后，旋紧瓶盖振荡，则观察到的现象是
A．甲瓶没有任何变化，乙瓶紫色石蕊溶液变红
B．甲、乙两瓶紫色石蕊溶液均变红，乙瓶变瘪
C．甲、乙两瓶紫色石蕊溶液均变红，甲瓶变瘪
D．甲瓶变瘪，乙瓶紫色石蕊溶液变红
自然界中的碳循环
知识点 具体内容
概念 自然界中物质和能量循环的重要组成部分， 是碳元素参与循环的主要形式之一
产生途径 生物 、生物体被微生物分解、海水中弱酸分解、化石燃料燃烧、火山喷发、碳酸盐分解
吸收途径 绿色植物 、江河湖海水体溶解、溶解的二氧化碳转化为碳酸盐
重要意义 维持生态平衡，为植物光合作用提供原料； 调节气候，维持地球适宜温度； 支撑海洋生态，为海洋生物提供构建外壳的原料； 4. 保障人类生存，提供食物和稳定环境
含量增加原因 排放端：大量燃烧 ，排放远超自然承载； 吸收端：森林砍伐、植被破坏，光合作用吸收能力减弱； 3. 自然循环失衡，排放速度快于吸收速度
二、二氧化碳的性质
（一）实验探究二氧化碳的性质
倾倒二氧化碳 溶解性实验
实验装置图
实验操作 向盛有高低不等两根燃着蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳。 向盛满二氧化碳的软塑料瓶中倒入约三分之一容积的水，振荡。
实验现象 蜡烛 。 塑料瓶 了。
实验分析 二氧化碳 （物理性质）； 二氧化碳 ，也 （化学性质）。 原因：二氧化碳溶于水，瓶内 变小，大气压将瓶子压瘪。
（二）二氧化碳的性质总结
性质类别 具体内容
物理性质 1. 颜色： ；气味： ；状态：气体（通常状况）
2. 密度：约为空气的 1.5 倍（比空气 ）
3. 溶解性： 于水（1 体积水约溶 1 体积二氧化碳，加压溶解更多）
4. 特殊状态：高压低温下形成固体（ ），干冰常温下直接升华且吸收大量热
化学性质 1.二氧化碳不能 ，也不支持 。
2.不能供给呼吸。
3.与水反应： 。
4.与澄清石灰水反应：二氧化碳能使澄清石灰水变 ： .该反应用于 气体：将气体通入 ，若石灰水变 ，则为二氧化碳气体。
5.与灼热的碳反应： .
（三）二氧化碳的用途（性质决定用途）
用途 对应的性质
干冰制冷剂（食品保鲜）、人工降雨、舞台造雾 干冰 吸收大量热，环保无残留
灭火 密度比空气 ，不能燃烧也不支持 （覆盖可燃物隔绝氧气）
制作碳酸饮料 于水（加压可溶解更多）
气体肥料 能参与植物 作用
工业原料 用于制作纯碱、化肥、医药产品等
1.已知二氧化碳的化学式为CO2，下列说法中不正确的是
A．二氧化碳是由碳元素和氧元素两种元素组成
B．二氧化碳是由一个碳原子和二个氧原子构成的
C．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
D．能使燃着的木条熄灭的气体可能是二氧化碳气体
2．向一定量澄清石灰水中缓慢通入少量二氧化碳气体，反应过程中始终保持不变的是
A．瓶内物质中氢元素的总质量 B．瓶内白色沉淀的质量 C．瓶内物质的总质量 D．瓶内水的质量
考点1自然界中的碳循环
1.科学家发现，地球上的碳库(储存碳的场所)主要包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈。下列相关叙述不正确的有
A．海洋是地球上最大的碳库，能溶解大量的二氧化碳
B．煤炭、石油中的碳主要来自古代生物的遗体
C．森林中的树木通过呼吸作用将碳固定在其体内
D．石灰岩(主要成分为)的形成也与碳循环有关
2．中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。下列有关说法不正确的是
A．该过程中发生的变化为物理变化 B．该过程的实现可节约耕地和淡水资源
C．该过程的实现会提高粮食安全水平 D．该过程的实现会促进碳中和目标的实现
3．碳循环是自然界中物质和能量循环的重要组成部分。如图为自然界中的“碳循环”示意图，下列说法错误的是
A．途径①表示植物的呼吸作用
B．途径②会使海水酸化
C．风力发电不属于“碳循环”
D．动物、植物的遗骸被微生物分解可产生CO2
考点2 认识二氧化碳
4.下列有关二氧化碳的实验中，只能证明二氧化碳物理性质的是
A． B．
C． D．
5．下列方法能区分氮气和二氧化碳两瓶气体的是
A．观察颜色 B．闻气味
C．将燃着的木条伸入集气瓶中 D．倒入适量澄清石灰水
6．化学实验是科学探究的重要途径，下列实验得出的结论中不正确的是
A．图一既可说明二氧化碳的密度比空气大，又说明了二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧
B．图二既说明水电解产生的氢气和氧气的体积比为2：1，又说明水是由氢、氧元素组成
C．图三既可探究可燃物的燃烧条件，又说明了白磷的着火点比红磷低
D．图四既可说明二氧化碳易溶于水，又说明了二氧化碳与水反应生成碳酸
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