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2.4　大气圈中氧、碳的循环
　　
　　一、自然界中的氧循环
　　由于氧气不断地被消耗，而又不断地产生，使大气中氧元素的含量保持恒定。科学家从1910年开始测定大气中的氧的含量以来，至今几乎没有什么变化。这个事实告诉我们自然界中存在着一个重要的氧循环。如图所示：
　　也就是说，自然界中的氧气的含量随着生物呼吸、可燃物燃烧和物质(如食物、钢铁等)缓慢氧化等而不断减少，但又会随植物光合作用而不断增加，周而复始地进行着循环。
　　例1　 如图是自然界中的氧循环图，请据此回答下列问题。
　　(1)请用合理的表达方式写出图中存在的任一个“氧循环”：　氧气通过生物的呼吸作用转化为二氧化碳，二氧化碳通过光合作用转化为氧气　。
　　(2)写出光合作用的化学方程式：　6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2　。
　　(3)氟利昂在高空中受紫外线辐射产生氯原子，氯原子对臭氧层有破坏作用，其过程可表示为①Cl＋O3→ClO＋O2；②ClO＋O→Cl＋O2，则氯原子在臭氧反复分解的过程中充当　催化剂　(填“反应物”“生成物”或“催化剂”)。
　　(4)大气中CO2含量的增加会加剧温室效应，有一种将CO2转化的实验流程如下：
　　
　　实验流程中CO2转化的最终产物为　C、O2　(填化学式，下同)，在此过程中有一可循环利用的物质是　HCl　。
　　解题思路 (1)根据光合作用与呼吸作用的过程可知：光合作用是利用二氧化碳合成有机物并生成氧气，呼吸作用是消耗氧气呼出二氧化碳。(2)光合作用是水与二氧化碳生成淀粉与氧气的反应，利用化学式书写即可。(3)从过程可以看出氯原子反应前后个数未变，只是参与化学反应的过程，这符合催化剂的特点。(4)从图示按元素种类不变解决，反应过程中使用氯化氢气体，反应结束后又生成该物质，因此可进行循环使用。
　　故答案为：(1)氧气通过生物的呼吸作用转化为二氧化碳，二氧化碳通过光合作用转化为氧气　(2)6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2　(3)催化剂　(4)C、O2　HCl
　　二、自然界中的碳循环
　　自然界中的碳循环概言之，就是碳元素以气体的形式通过光合作用和呼吸作用在自然界中循环。其基本过程如图所示：
　　也就是说，大气中的二氧化碳(CO2)被陆地和海洋中的植物通过光合作用吸收，转变为氧气；然后通过生物或地质过程以及人类活动(例如，生物呼吸、岩石圈中的碳酸盐分解或酸化、可燃物燃烧和物质缓慢氧化等)，又以二氧化碳的形式返回大气中。
　　三、大气与气候的演变
　　(一)温室效应
　　1.产生：温室效应主要是由现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，大量排放尾气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
　　2.影响：
　　(1)气候转变，全球变暖。温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸取和释放辐射的份量达至新的平衡。
　　(2)地球上的病虫害增加。温室效应可使史前致命病毒威胁人类。
　　(3)海平面上升，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀使水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块融化使海洋水分增加。
　　(4)气候反常，海洋风暴增多。
　　(5)土地干旱，沙漠化面积增大。
　　3.温室效应的预防对策：
　　(1)全面禁用氟氯碳化物。
　　(2)保护森林的对策方案：今日以热带雨林为主的全球森林，正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的应对策施，便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏，另一方面实施大规模的造林工作，努力促进森林再生。
　　(3)汽车使用燃料状况的改善。
　　(4)改善其他各种场合的能源使用效率。
　　(5)对化石燃料的生产与消费，依比例课税。
　　(6)鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源。
　　(7)机车的排气限制。
　　(8)鼓励使用太阳能。
　　(9)开发替代能源，利用生物能源作为新的清洁能源。
　　例2　 碳是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是科学研究的主要内容：
　　(1)自然界CO2来源途径有　化石燃料燃烧　(任写一种)。
　　(2)任何物质都有两面性，CO2对人类的正面影响是　植物光合作用等　，不利影响是　温室效应　。
　　(3)人类降低空气中的CO2含量的研究有两个方向，一是减少CO2的排放，二是增加CO2的消耗，请写出一条你能做到消耗CO2的方式或途径：　植树造林等　。
　　 (4)A、B、C、D四种物质是初中已学过的主要物质，B、C是组成元素完全相同的化合物；A是固体单质；在一定条件下，A燃烧可生成B或C；D是实验室制取C的原料。它们之间有如图所示的转化关系(部分物质和反应条件已经略去)。①A在一定条件下可燃烧生成B或C，由此可得出的结论是　反应物的用量不同，生成物不同　；②写出D转化为C的化学方程式　CaCO3CaO＋CO2↑或CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑　。
　　(5)镁条在空气中燃烧，不仅生成氧化镁，还有少量镁与二氧化碳反应生成一种单质和镁的氧化物。
　　①写出镁与二氧化碳反应的化学方程式：　2Mg＋CO22MgO＋C　；
　　②通过上述反应，你可以得到哪些信息：　支持燃烧的不只有氧气，二氧化碳也能支持燃烧　。
　　(6)称取20 g石灰石样品(假设杂质既不溶于水，也不与其他物质反应)，向其中加入100 g一定溶质质量分数的稀盐酸，恰好完全反应，称得剩余固液混合物的质量为113.4 g。试计算石灰石样品中碳酸钙的质量分数。
75％
　　解题思路 (1)自然界中的二氧化碳的来源主要是化石燃料的燃烧和动植物的呼吸作用。(2)二氧化碳的有利之处有植物的光合作用，但是二氧化碳在空气中的含量过高则会加剧温室效应。(3)由于植物光合作用能消耗二氧化碳，所以植树造林等方式可以有效地减少空气中二氧化碳的含量。
(4)依据B、C是组成元素完全相同的化合物，A是固体单质，所以可猜想A是碳，B、C则是二氧化碳和一氧化碳中的一种，D是实验室制取C的原料，所以D可能是碳酸钙，则C是二氧化碳，B是一氧化碳。①A在一定条件下可燃烧生成B或C，则是碳在氧气充足的情况下生成二氧化碳，在氧气量不足的情况下生成一氧化碳，是由氧气的量的不同导致的，所以由此可得出量变到质变的结论。②D转化为C的化学方程式为CaCO3CaO＋CO2↑ 或 CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑。
(5)根据质量守恒定律的应用可知，反应前后的元素种类不变，所以镁与二氧化碳反应生成单质碳和氧化镁，其方程式为2Mg＋CO22MgO＋C；此处的燃烧反应与常见的燃烧不同，该燃烧不需要氧气，所以支持燃烧的不只有氧气，二氧化碳也能支持燃烧 (或镁着火时，不能用二氧化碳灭火等)。(6)根据质量守恒定律可知：二氧化碳的质量＝20 g＋100 g－113.4 g＝6.6 g，
　　设碳酸钙的质量分数为x，
　　CaCO3＋2HClCaCl2＋CO2↑＋H2O
　　100　　44
　　20 g×x　　6.6 g
　　＝；解得x＝75％。
　　答：该样品中碳酸钙的质量分数是75％。
　　故答案为：(1)化石燃料燃烧　(2)植物光合作用等　温室效应　(3)植树造林等　(4)①反应物的用量不同，生成物不同　②CaCO3CaO＋CO2↑或CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑　(5)①2Mg＋CO22MgO＋C　②支持燃烧的不只有氧气，二氧化碳也能支持燃烧　(6)75％
例3　 日常生活中，不利于维持大气中“碳－氧”平衡的做法是(　C　)
　　A.乘公交车出行
　　B.节约用电
　　C.使用一次性纸制品
　　D.爱护花草树木
　　解题思路 使用一次性纸制品，会破坏更多的树木，不利于维持大气中碳一氧平衡，故符合题意。故答案为C。
　　(二)臭氧层破坏会造成以下危害：
　　1.对人类的影响
　　过量的太阳紫外线辐射对人类健康最直接的危害是破坏脱氧核糖核酸(即DNA)，而DNA的损伤会导致癌症。在和紫外线辐射有关的诸多病症中，尤为引人注意的是晒斑，它被认为是引起皮肤癌的主要原因。损害眼睛(角膜和晶状体)，从而增加白内障患者。危害免疫系统，增加传染疾病的发病率，如疟疾、流行性感冒和疤疹等，并减弱接种疫苗的效果。
　　2.对动物的影响
　　增加家禽患病率，导致减产。对鱼类、虾、蟹、浮游动物和水体等都有很大损害，从而降低水产品产量。
　　3.对植物的影响
　　紫外线辐射的增强会改变植物的叶面结构、生理功能、芽苞发育过程等，对小麦、稻米、大豆、大麦、土豆等主要农作物产生有害影响，从而降低农作物的产量。破坏树木的正常生长，减少森林种类的数量，对森林生态系统有相当大的破坏。对浮游植物和构成水生食物链的植物也都有很大损害。
　　4.对材料的影响
　　塑料和橡胶制品使用寿命越来越短，例如温室用塑料和汽车轮胎等，需要经常被更换。
　　例4　 近些年来，生活在沃拉斯顿群岛的许多动物视力严重退化，羊患上了白内障，野兔和鸟类几乎双目失明，渔民捕到的鱼大多数是盲鱼。当地居民外出时暴露的皮肤很快就被晒得通红，眼睛也有痒痛感。这种情况是大气层中臭氧层被破坏造成的。据此回答下题。
　　保护臭氧层的有效对策是(　C　)
　　A.建立大范围的热带雨林自然保护区
　　B.各国共同行动，联合治理酸雨和汽车尾气污染
　　C.各国共同行动，最大限度地减少氟氯烷的排放
　　D.严格控制发达国家CO2的排放量
　　解题思路保护臭氧层的有效对策从政策、国际合作、制冷设备等方面分析。
　　建立热带雨林自然保护区主要是保护生物多样性、调节气候等，与保护臭氧层无关，A错误。治理酸雨和汽车尾气污染是针对酸雨、大气污染的措施，并非保护臭氧层的对策，B错误。氟氯烷是破坏臭氧层的主要物质，各国共同行动减少其排放，是保护臭氧层的有效对策，C正确。控制 CO2排放量是应对全球气候变暖的措施，与保护臭氧层无关，D错误。故答案为C。2.4　大气圈中氧、碳的循环
　　
　　一、自然界中的氧循环
　　由于氧气不断地被消耗，而又不断地产生，使大气中氧元素的含量保持恒定。科学家从1910年开始测定大气中的氧的含量以来，至今几乎没有什么变化。这个事实告诉我们自然界中存在着一个重要的氧循环。如图所示：
　　也就是说，自然界中的氧气的含量随着生物呼吸、可燃物燃烧和物质(如食物、钢铁等)缓慢氧化等而不断减少，但又会随植物光合作用而不断增加，周而复始地进行着循环。
　　例1　 如图是自然界中的氧循环图，请据此回答下列问题。
　　(1)请用合理的表达方式写出图中存在的任一个“氧循环”：　 　。
　　(2)写出光合作用的化学方程式：　 　。
　　(3)氟利昂在高空中受紫外线辐射产生氯原子，氯原子对臭氧层有破坏作用，其过程可表示为①Cl＋O3→ClO＋O2；②ClO＋O→Cl＋O2，则氯原子在臭氧反复分解的过程中充当　 　(填“反应物”“生成物”或“催化剂”)。
　　(4)大气中CO2含量的增加会加剧温室效应，有一种将CO2转化的实验流程如下：
　　
　　实验流程中CO2转化的最终产物为　 　(填化学式，下同)，在此过程中有一可循环利用的物质是　 　。
　　解题思路 (1)根据光合作用与呼吸作用的过程可知：光合作用是利用二氧化碳合成有机物并生成氧气，呼吸作用是消耗氧气呼出二氧化碳。(2)光合作用是水与二氧化碳生成淀粉与氧气的反应，利用化学式书写即可。(3)从过程可以看出氯原子反应前后个数未变，只是参与化学反应的过程，这符合催化剂的特点。(4)从图示按元素种类不变解决，反应过程中使用氯化氢气体，反应结束后又生成该物质，因此可进行循环使用。
　　故答案为：(1)氧气通过生物的呼吸作用转化为二氧化碳，二氧化碳通过光合作用转化为氧气　(2)6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2　(3)催化剂　(4)C、O2　HCl
　　二、自然界中的碳循环
　　自然界中的碳循环概言之，就是碳元素以气体的形式通过光合作用和呼吸作用在自然界中循环。其基本过程如图所示：
　　也就是说，大气中的二氧化碳(CO2)被陆地和海洋中的植物通过光合作用吸收，转变为氧气；然后通过生物或地质过程以及人类活动(例如，生物呼吸、岩石圈中的碳酸盐分解或酸化、可燃物燃烧和物质缓慢氧化等)，又以二氧化碳的形式返回大气中。
　　三、大气与气候的演变
　　(一)温室效应
　　1.产生：温室效应主要是由现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，大量排放尾气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
　　2.影响：
　　(1)气候转变，全球变暖。温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸取和释放辐射的份量达至新的平衡。
　　(2)地球上的病虫害增加。温室效应可使史前致命病毒威胁人类。
　　(3)海平面上升，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀使水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块融化使海洋水分增加。
　　(4)气候反常，海洋风暴增多。
　　(5)土地干旱，沙漠化面积增大。
　　3.温室效应的预防对策：
　　(1)全面禁用氟氯碳化物。
　　(2)保护森林的对策方案：今日以热带雨林为主的全球森林，正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的应对策施，便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏，另一方面实施大规模的造林工作，努力促进森林再生。
　　(3)汽车使用燃料状况的改善。
　　(4)改善其他各种场合的能源使用效率。
　　(5)对化石燃料的生产与消费，依比例课税。
　　(6)鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源。
　　(7)机车的排气限制。
　　(8)鼓励使用太阳能。
　　(9)开发替代能源，利用生物能源作为新的清洁能源。
　　例2　 碳是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是科学研究的主要内容：
　　(1)自然界CO2来源途径有　 　(任写一种)。
　　(2)任何物质都有两面性，CO2对人类的正面影响是　 　，不利影响是　 　。
　　(3)人类降低空气中的CO2含量的研究有两个方向，一是减少CO2的排放，二是增加CO2的消耗，请写出一条你能做到消耗CO2的方式或途径：　 　。
　　 (4)A、B、C、D四种物质是初中已学过的主要物质，B、C是组成元素完全相同的化合物；A是固体单质；在一定条件下，A燃烧可生成B或C；D是实验室制取C的原料。它们之间有如图所示的转化关系(部分物质和反应条件已经略去)。①A在一定条件下可燃烧生成B或C，由此可得出的结论是　 　；②写出D转化为C的化学方程式　 　。
　　(5)镁条在空气中燃烧，不仅生成氧化镁，还有少量镁与二氧化碳反应生成一种单质和镁的氧化物。
　　①写出镁与二氧化碳反应的化学方程式：　 　；
　　②通过上述反应，你可以得到哪些信息：　 　。
　　(6)称取20 g石灰石样品(假设杂质既不溶于水，也不与其他物质反应)，向其中加入100 g一定溶质质量分数的稀盐酸，恰好完全反应，称得剩余固液混合物的质量为113.4 g。试计算石灰石样品中碳酸钙的质量分数。
　　解题思路 (1)自然界中的二氧化碳的来源主要是化石燃料的燃烧和动植物的呼吸作用。(2)二氧化碳的有利之处有植物的光合作用，但是二氧化碳在空气中的含量过高则会加剧温室效应。(3)由于植物光合作用能消耗二氧化碳，所以植树造林等方式可以有效地减少空气中二氧化碳的含量。
(4)依据B、C是组成元素完全相同的化合物，A是固体单质，所以可猜想A是碳，B、C则是二氧化碳和一氧化碳中的一种，D是实验室制取C的原料，所以D可能是碳酸钙，则C是二氧化碳，B是一氧化碳。①A在一定条件下可燃烧生成B或C，则是碳在氧气充足的情况下生成二氧化碳，在氧气量不足的情况下生成一氧化碳，是由氧气的量的不同导致的，所以由此可得出量变到质变的结论。②D转化为C的化学方程式为CaCO3CaO＋CO2↑ 或 CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑。
(5)根据质量守恒定律的应用可知，反应前后的元素种类不变，所以镁与二氧化碳反应生成单质碳和氧化镁，其方程式为2Mg＋CO22MgO＋C；此处的燃烧反应与常见的燃烧不同，该燃烧不需要氧气，所以支持燃烧的不只有氧气，二氧化碳也能支持燃烧 (或镁着火时，不能用二氧化碳灭火等)。(6)根据质量守恒定律可知：二氧化碳的质量＝20 g＋100 g－113.4 g＝6.6 g，
　　设碳酸钙的质量分数为x，
　　CaCO3＋2HClCaCl2＋CO2↑＋H2O
　　100　　44
　　20 g×x　　6.6 g
　　＝；解得x＝75％。
　　答：该样品中碳酸钙的质量分数是75％。
　　故答案为：(1)化石燃料燃烧　(2)植物光合作用等　温室效应　(3)植树造林等　(4)①反应物的用量不同，生成物不同　②CaCO3CaO＋CO2↑或CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑　(5)①2Mg＋CO22MgO＋C　②支持燃烧的不只有氧气，二氧化碳也能支持燃烧　(6)75％
例3　 日常生活中，不利于维持大气中“碳－氧”平衡的做法是( )
　　A.乘公交车出行
　　B.节约用电
　　C.使用一次性纸制品
　　D.爱护花草树木
　　解题思路 使用一次性纸制品，会破坏更多的树木，不利于维持大气中碳一氧平衡，故符合题意。故答案为C。
　　(二)臭氧层破坏会造成以下危害：
　　1.对人类的影响
　　过量的太阳紫外线辐射对人类健康最直接的危害是破坏脱氧核糖核酸(即DNA)，而DNA的损伤会导致癌症。在和紫外线辐射有关的诸多病症中，尤为引人注意的是晒斑，它被认为是引起皮肤癌的主要原因。损害眼睛(角膜和晶状体)，从而增加白内障患者。危害免疫系统，增加传染疾病的发病率，如疟疾、流行性感冒和疤疹等，并减弱接种疫苗的效果。
　　2.对动物的影响
　　增加家禽患病率，导致减产。对鱼类、虾、蟹、浮游动物和水体等都有很大损害，从而降低水产品产量。
　　3.对植物的影响
　　紫外线辐射的增强会改变植物的叶面结构、生理功能、芽苞发育过程等，对小麦、稻米、大豆、大麦、土豆等主要农作物产生有害影响，从而降低农作物的产量。破坏树木的正常生长，减少森林种类的数量，对森林生态系统有相当大的破坏。对浮游植物和构成水生食物链的植物也都有很大损害。
　　4.对材料的影响
　　塑料和橡胶制品使用寿命越来越短，例如温室用塑料和汽车轮胎等，需要经常被更换。
　　例4　 近些年来，生活在沃拉斯顿群岛的许多动物视力严重退化，羊患上了白内障，野兔和鸟类几乎双目失明，渔民捕到的鱼大多数是盲鱼。当地居民外出时暴露的皮肤很快就被晒得通红，眼睛也有痒痛感。这种情况是大气层中臭氧层被破坏造成的。据此回答下题。
　　保护臭氧层的有效对策是( )
　　A.建立大范围的热带雨林自然保护区
　　B.各国共同行动，联合治理酸雨和汽车尾气污染
　　C.各国共同行动，最大限度地减少氟氯烷的排放
　　D.严格控制发达国家CO2的排放量
　　解题思路保护臭氧层的有效对策从政策、国际合作、制冷设备等方面分析。
　　建立热带雨林自然保护区主要是保护生物多样性、调节气候等，与保护臭氧层无关，A错误。治理酸雨和汽车尾气污染是针对酸雨、大气污染的措施，并非保护臭氧层的对策，B错误。氟氯烷是破坏臭氧层的主要物质，各国共同行动减少其排放，是保护臭氧层的有效对策，C正确。控制 CO2排放量是应对全球气候变暖的措施，与保护臭氧层无关，D错误。故答案为C。

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