跨学科实践活动05 基于碳中和理念设计低碳行动方案（原卷版）

跨学科实践活动5基于碳中和理念设计低碳行动方案命题点一探究二氧化碳的性质与转化命题点二自然界中的碳循环命题点三碳中和措施与低碳行动方案一、二氧化碳的性质1.二氧化碳的物理性质（1）物理性质颜色状态气味密度溶解性无色常温下是气体无味比空气大能溶于水固体二氧化碳——干冰，在一定条件下，二氧化碳能变成液体或固体。固态的二氧化碳又叫做“干冰”，干冰升华吸热，可作制冷剂或人工降雨。（2）实验探究①倾倒二氧化碳实验将二氧化碳慢慢倒入如图所示的烧杯中，观察到下层蜡烛先熄灭、上层蜡烛后熄灭。结论：二氧化碳的密度比空气大，同时，也说明二氧化碳不燃烧也不支持燃烧。②二氧化碳的溶解性实验向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，震荡。观察到塑料瓶变瘪了。结论：二氧化碳能溶于水，造成瓶内气压减小，大气压高于瓶内气压，所以变瘪了。2.二氧化碳的化学性质（1）一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧。（2）能与水反应：二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变成红色，其化学方程式为CO₂+H₂O==H₂CO3。碳酸很不稳定，容易分解成二氧化碳和水，其化学方程式为H₂CO3==H₂O+CO₂↑。（3）能使澄清石灰水变浑浊：二氧化碳能与澄清石灰水中的氢氧化钙反应，生成白色的碳酸钙沉淀，其化学方程式为CO₂+Ca(OH)2==CaCO3↓+H₂O，这个反应可以用来检验二氧化碳。除去二氧化碳用氢氧化钠。（4）二氧化碳能与碳单质反应:CO2+C2CO，此过程中二氧化碳体现氧化性。二、二氧化碳的转化三、二氧化碳对生活和环境的影响1.绿色植物的光合作用自然界中的二氧化碳循环：绿色植物的光合作用人和动植物的呼吸，化石燃料的燃烧等二氧化碳氧气人和动植物的呼吸，化石燃料的燃烧等2.温室效应二氧化碳本身没有毒性，但不能供给呼吸。当空气中的二氧化碳超过正常含量时，会使人感到气闷、头昏。因此在人群密集的地方应该注意通风换气。大气中的二氧化碳就像温室的玻璃或塑料薄膜一样，既能让太阳光透过，又能使地面吸收的太阳光热量不易向外散失，起到了对地球保温的作用，这种现象叫做温室效应。注意：二氧化碳不是空气污染物。3.低碳生活倡导低碳生活的理念。如不使用一次性筷子、理性消费、不使用一次性购物袋、使用节能灯泡、随手关灯、少开私家车、出行多步行或骑自行车等。命题点一探究二氧化碳的性质与转化【典例1-1】（2022·湖南湘潭）从化合价和物质类别两个维度认识元素及其化合物的性质是较好的化学学习方式。下图是碳元素的“价类二维图”。下列有关说法错误的是（）A．物质甲可以是天然气的主要成分甲烷 B．物质乙的化学式可以是Na2CO3C．常见的碳单质有金刚石、石墨 D．X处物质类别是氧化物【典例1-2】碳及其化合物存在如下转化关系：（“→”表示一种物质会一步转化成另一种物质）。下列有关说法错误的是（）A.由C转化为的过程中碳元素的化合价依次升高B.只能通过与反应转化为C.通过与C反应转化为，化学方程式为D.X可能是酸或盐【训练1-1】碳及其部分化合物的转化关系如图所示(图中“→”表示一种物质可转化为另一种物质，X表示反应物)。下列说法中错误的是A.X可以是单质或氧化物B.“”的反应类型为置换反应C.“”的反应可以用石蕊溶液检验D.“”的反应可以用于实验室检验二氧化碳【训练1-2】（2022·内蒙古包头）以化合价为纵坐标，物质类别为横坐标，绘制的图像叫“价类二维图”。下图是碳元素的“价类二维图”，图中A、B、D、E分别表示不同的物质。回答下列问题：（1）A的单质有多种，写出其中一种的名称。（2）B、D可相互转化，B和（填化学式）在一定条件下反应能生成D。（3）科学家将D进行转化实现资源化利用，其中一种方法是：，X的化学式为。（4）D、E可相互转化，若E是由三种元素组成，写出D→E的一个化学方程式。【训练1-3】弘扬红旗渠精神，走强国富民之路。20世纪60年代，河南林县(今林州市)人民在太行山上修成了“人工天河”红旗渠。他们就地取材，利用石灰石烧制生石灰，A~D是生石灰烧制和使用过程中涉及的部分物质，它们之间的转化关系如右图所示(“→”表示反应能一步实现，部分物质和反应条件已略去)，其中D在农业生产中常用于改良酸性土壤。（1）C的化学式为_____；反应②所属的基本反应类型为_____。（2）反应③的化学方程式为_____；B在生产或生活中的一种用途为_____。命题点二自然界中的碳循环【典例2-1】（2024·江苏扬州）自然界存在多种元素及物质的循环。下图表示的是自然界中的A．氮循环 B．硫循环 C．碳循环 D．水循环【典例2-2】二氧化碳是一种与人类生产生活密切关系的气体。（1）如图是自然界中部分碳、氧循环图（为；为葡萄糖）。①转化2的化学反应类型为，绿色植物通过光合作用，将太阳能转化为能。②转化2和转化3反应物相同但生成物不同的原因是。③下列关于“碳循环”和“氧循环”的说法错误的是（填序号，下同）。A．无机物和有机物性质不同，但在一定条件下能相互转化B．碳循环和氧循环分别是指二氧化碳和氧气的循环C．人人参与大自然中的碳、氧循环，爱因斯坦身上的某一个原子可能会在你身上。D．碳循环和氧循环有利于维持大气中二氧化碳和氧气含量的相对稳定（2）生石灰的制取和应用（如下图）：“每煤饼一层，垒石（石灰石）一层，铺薪其底，灼火燔（灼烧）之，火力到后，烧酥石性。以水沃之，亦自解散……成质之后，入水永劫不坏。”“解散”是因为生石灰遇水由块状变成粉末。该粉末的主要成分是（填名称）。粉末“成质之后，入水永劫不坏”，可用于船只、墙壁的填缝防水。根据“入水永劫不坏”，推测“成质”后的产物具有的性质是（写一条即可）。【训练2-1】（2024江苏扬州）自然界存在多种元素及物质的循环。下图表示的是自然界中的A．氮循环 B．硫循环 C．碳循环 D．水循环【训练2-2】我国承诺：2030年“碳达峰”，2060年“碳中和”，体现大国担当。丁仲礼院士认为“碳中和”是让人为排放的CO2，被人为努力和自然过程所吸收。I.碳排放：（1）查阅图1，动植物呼吸(选填“能”或“不能”)释放CO2。Ⅱ.碳中和：（2）自然吸收：查阅图1，CO2的自然吸收途径有(填图中序号)。（3）人为努力：工业上一种利用NaOH溶液实现“碳捕集”技术的流程如图2所示。①操作1用到玻璃棒的作用是：。②大气中二氧化碳含量过高时可能会形成效应。③反应、分离室中发生的复分解反应的化学方程式为。④高温反应室中发生的化学反应方程式为，该反应的基本反应类型是反应。⑤流程中可循环利用的物质有CaO、。命题点三碳中和措施与低碳行动方案【典例3-1】（2024江苏苏州）捕集空气中CO2加氢制甲醇（CH3OH），可实现CO2资源化利用和“零碳”排放，其转化流程如图所示。下列说法不正确的是A．反应①中，电解水生成的H2和O2的分子个数比为2∶1B．反应②中，生产1.6kgCH3OH理论上要消耗2.2kgCO2C．转化过程中，H2O和H2循环转化，无需额外补充D．等质量的甲醇制取时消耗的CO2与燃烧时生成的CO2相等，实现“零碳”排放【典例3-2】（2024·江苏盐城）我国向世界承诺：努力争取2060年前实现“碳中和”——排放量和转化量相等，达到相对零排放，为人类社会可持续发展贡献中国力量。Ⅰ

了解二氧化碳排放（1）排放量增加可能引发的后果有______（选填字母序号，下同）。A．冰川融化，海平面上升 B．极端天气频发C．土地沙漠化，造成农业减产 D．影响自然生态系统，改变生物多样性（2）空气中的主要来自于______。A．动植物的呼吸作用B．化石燃料的燃烧C．植物的光合作用（3）实验室制备。根据下列仪器装置，回答问题。①写出标号仪器的名称：a．，b．。②制取可在A~E中选用装置；装置F是在装置B基础上的改进，其优点是。Ⅱ

探究二氧化碳转化（4）的吸收是其转化的有效方法。现有三种试剂：水、澄清石灰水、溶液，你认为最佳的吸收剂是，设计实验方案证明你的结论：。Ⅲ

研制低碳行动方案（5）低碳行动涵盖国际合作、国家工程和个人行为三个层面。请从“个人行为”层面策应“低碳行动”，写出你的一个行动打算：。【典例3-3】我国将力争2060年前实现碳中和，CO2的捕捉可减少碳排放。下图是“捕捉”(吸收)CO2部分流程图：（1）CO2用途广泛，写出一条用途：；操作①的名称是。（2）捕捉室中NaOH溶液常喷成雾状，原因是；对应的反应的化学方程式为。（3）“碳转化”也是处理二氧化碳的重要方法。如下图利用皮气中的二氧化碳制取甲烷的微观示意图：写出二氧化碳制取甲烷的化学方程式：。【训练3-1】（2024·重庆）杭州亚运会火炬使用“零碳甲醇()”。我国科研人员研制出一种新型催化剂，能将转化成甲醇，其转化过程如下图所示(M为单质、部分产物省略)。下列说法不正确的是（）A．M的化学式为B．该成果可为碳中和提供科学方案C．Ⅰ中反应不是化合反应D．该转化中和M的分子数目比为1：2【训练3-2】（2024湖北）阅读科普短文。液态阳光，是指利用太阳能和风能等可再生能源，将二氧化碳和水转化为以甲醇（CH3OH）为代表的液态燃料和有机化学品。它可以取代传统化石能源，实现二氧化碳的循环利用。液态阳光概念示意图如下。2020年，我国“千吨级液态阳光甲醇合成示范项目”投产运行。该项目由太阳能光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢制甲醇三个基本单元构成。标志着我国利用可再生能源制备液体燃料迈出了工业化的第一步。甲醇作为液态阳光首要目标产物，能生产乙酸、烯烃等化学品，能用作内燃机燃料，也能用于燃料电池产生电能，还能通过重整反应释放出氢气。（1）“液态阳光生产”利用的可再生能源是（写一种）。（2）“液态阳光甲醇合成示范项目”使用的初始原料是和CO2。（3）可用NaOH溶液实现“碳捕获”，其反应的化学方程式为。（4）相比氢气，液体燃料甲醇的优点有（写一条）。【训练3-3】“碳中和”，我们一直在行动。I.碳封存（1）近年来，我国在海上二氧化碳封存技术领域取得突破，该技术是将油井开采产生的油气混合物注入高碳分离器，再将分离出的二氧化碳通入压缩机加压和干燥，使其变成介于气态和液态之间的超临界状态。①二氧化碳气体易被压缩是因为其分子之间的间隔相对(填“较大”或“较小”)，该过程属于(填“物理”或“化学”)变化。②超临界状态二氧化碳密度高，接近液态二氧化碳；粘度小，流动快，接近气态二氧化碳。为了防止对输送管道内部造成腐蚀，输送超临界二氧化碳的管道材料采用不锈钢或低铬钢等。下列有关说法错误的有。A．超临界二氧化碳极易燃烧B．同等条件下，超临界二氧化碳的输送量比气态二氧化碳小C．超临界二氧化碳存在于特定的条件下，条件改变，状态改变（2）氢氧化钙吸收CO2可以“固碳”。某科研小组将氢氧化钙粉末与少量蒸馏水均匀混合，压制成固碳样品块；测定不同CO2浓度下样品质量增加率随时间的变化情况，结果如图1。①氢氧化钙“固碳”的反应原理为(用化学方程式表示)。②据图可知CO2浓度越高，固碳速率越。II.碳转化中国科学家已实现由CO2到淀粉的全人工合成，主要过程为：CO2→甲醇→甲醛→……→葡萄糖→……→淀粉。其中“甲醇→甲醛”阶段的物质转化如图2所示。反应a中四种物质的化学计量数均为1。（3）推测分子中氧原子的数目：甲醇(填“＞”“＜”或“=”)甲醛。（4）为使甲醇持续转化为甲醛，反应b需补充H2O2。理论上每完成一个甲醇分子到甲醛分子的转化，至少需要补充个H2O2分子。【训练3-4】我国承诺于2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”，体现大国责任与担当。碳元素的一些物质转化关系如图。（1）途径Ⅰ：可由化合物与单质参与反应实现，该化合物的名称是。（2）途径Ⅱ：古人将炉甘石(ZnCO3)煅烧分解可制得(填化学式)和CO2。（3）途径Ⅲ：反应物中的碳单质具有性。(填“氧化”或“还原”)（4）途径Ⅳ：实验室制备二氧化碳的化学反应方程式。“氨法”捕集二氧化碳是实现“碳中和”的重要途径之一，目前受到广泛关注和研究，其主要流程如图。（5）常温下，二氧化碳气体通入紫色石蕊溶液变色。（6）工业上用氨水喷淋吸收废气中的CO2，采用“喷淋”的原因是。（7）反应①的化学方程式是，该反应的温度不宜高，原因是。（8）上述流程中，可循环利用的物质是。我国科学家成功实现了用CO2和Cu合成醋酸。其微观示意图如图。(9)整个转化中，二氧化碳与醋酸的分子个数之比为。1．我国提出2060年前实现碳中和。下列措施不利于实现碳中和的是（）A．鼓励民众植树造林 B．废旧书籍、报纸分类回收，再利用C．开发利用清洁能源 D．露天焚烧农作物秸秆以增加肥效2．下列关于碳和碳的化合物的说法错误的是A．一氧化碳在工业上用于冶炼金属，在反应中表现出还原性B．古代的书画作品能保存至今，是因为常温下碳的化学性质不活泼C．二氧化碳通入紫色石蕊溶液，溶液变红，说明二氧化碳具有酸性D．倡导低碳生活主要是为了减少二氧化碳的排放3．下列关于碳及碳的氧化物的说法，不正确的是（）A．金刚石、石墨都是由碳元素组成的不同的单质B．碳单质充分燃烧只生成CO2C．CO2和CO之间可以相互转化D．CO2和CO都是空气污染物4．下列实验设计不能达到目的的是（）A．证明二氧化碳能溶于水B．证明二氧化碳密度大于空气C．证明通入的气体是二氧化碳D．证明小苏打能与稀盐酸反应放出二氧化碳5．为检验水和碱溶液“捕捉”的效果，设置如图1所示实验，装置a端连接气压传感器，测得烧瓶内压强与时间的关系曲线如图2所示。下列说法错误的是（）A．刚开始压强增大，是因为加入液体后气体被压缩B．时，曲线甲表示的溶液呈中性C．根据曲线甲分析可知：当时间约为时，1体积水约吸收1体积的D．根据图像分析，同体积水和浓溶液，吸收较多的是浓溶液6．“碳循环”、“氧循环”和“水循环”是自然界存在的三大重要循环。已知图1反应条件为常温，图2反应是植物的光合作用，下列说法正确的是A．变化观：“水循环”主要是由于水分子的运动引起的，属于化学变化B．守恒观：图一中X和图二中Y为同种物质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：绿色植物光合作用会使自然界中的氧原子总数增加7．（2023·江苏无锡）“化学链燃烧”是指燃料不直接与空气接触，而是以载氧体在两个反应器之间的循环来实现燃料较低温度下燃烧的过程。某“化学链燃烧”的过程如下：下列叙述错误的是（）A．空气反应器中发生的反应为：B．X中氮气的含量比空气中高C．与直接燃烧相比，“化学链燃烧”有利于二氧化碳的捕集D．等质量的甲烷直接燃烧比“化学链燃烧”消耗氧气多8．（2022·湖北荆门）荆门市家用燃料的使用经历了如下所示的过程：煤和木材→石油液化气（C3H8•C4H10）→天然气（注：括号中的物质是对应燃料的主要成分）（1）煤燃烧产物中能造成酸雨的物质是（填标号）。A．CO2 B．SO2 C．CO（2）C3H8和C4H10两种物质中氢元素质量分数较大的是（填化学式）。（3）关于天然气的说法正确的是（填标号）。A．天然气是纯净物B．点燃收集的天然气前要验纯C．天然气是一种可再生能源（4）写出天然气的主要成分甲烷完全燃烧的化学方程式：。（5）燃油车使用时会产生一些对空气造成污染的物质。如：一氧化碳，等（列举一例）。（6）我国提出2060年前实现“碳中和”，彰显了负责任大国的作为与担当。你作为公民，从我做起。请你写出一种低碳出行的方式：。9．（2023·黑龙江牡丹江）请结合材料回答下列问题：我国科研团队研发了一种纳米“蓄水”膜反应器（如下图所示），内部封装了特定催化剂，该催化剂能够实现在温和条件下（3MPa，240℃）二氧化碳近100%高效稳定的转化。纳米“蓄水”膜反应器的壳层具有高选择性，反应后，能保证生成的水集中到内部而乙醇溢出。二氧化碳不仅能制造乙醇，还能制造淀粉、蛋白质、甲醇、尿素、纯碱、灭火剂等，我国化学工作者正在围绕绿色、低碳、环保、高效的主题，继续推进碳捕捉、碳中和，以实现二氧化碳资源的高价值利用。（1）图中“

”表示的物质属于（填“有机化合物”或“无机化合物”）。（2）壳层的优点是。（3）纳米“蓄水”膜反应器内发生反应的化学方程式为。（4）该技术的研发有利于缓解问题（写一条）。10．（2023·黑龙江大庆）为力争2060年实现碳中和，我国把研发二氧化碳的捕获和再利用技术作为实现该目标的重要途径。（1）我国科学家利用捕获生成甲醇的微观示意图如图1所示，请写出该反应的化学方程式。（2）图2为碳元素的“价类二维图”，工业上利用图中的某种化合物还原赤铁矿(主要成分为)冶炼铁，反应的化学方程式为。（3）a→f中能使紫色石蕊试液变红的是(填化学式)。（4）若f是某种建筑材料的主要成分，则f的化学式为。（5）已知反应：，X为a→f中的(填字母)。11．碳中和——我们一直在行动，我国宣布在2060年前实现“碳中和”。“碳封存”与“碳转化”是实现“碳中和”目标不可或缺的重要技术。（1）碳封存2023年6月1日，我国首个海上二氧化碳封存示范工程项目成功投入使用，填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。该技术是将二氧化碳通入压缩机加压和干燥，使其变成介于气态和液态之间的超临界状态。超临界状态二氧化碳密度高、粘度小、流动快，同等条件下，超临界二氧化碳的输送量比其他状态二氧化碳更大。①从微观角度分析二氧化碳气体能被压缩的原因。②下列对超临界二氧化碳的理解正确的是（填选项序号之一）。A．超临界二氧化碳与二氧化碳气体的组成不同B．超临界二氧化碳容易燃烧C．超临界二氧化碳存在于特定的条件下，条件改变，物质状态改变（2）碳转化杭州亚运会开幕式首次在燃料方面创新使用“零碳甲醇燃料”，即通过二氧化碳加氢生成甲醇，实现二氧化碳的减排和再生利用，所以杭州亚运会主火炬被简称为“零增碳”火炬。①从物质分类的角度，甲醇（CH3OH）属于（选填“单质”、“氧化物”、“化合物”、“混合物”中的一项）②从微观角度：一个甲醇分子中共含有个原子。③从定量计算的角度：甲醇（CH3OH）的相对分子质量是；甲醇中碳、氢元素质量比为。（填最简整数比）④从物质转化角度：二氧化碳和氢气在催化剂的作用下能转化为甲醇（CH3OH）和水，该反应的化学方程式为：；用上述方法每生产4吨甲醇可以消耗5.5吨二氧化碳，此过程转化的碳元素质量为吨。（3）低碳生活从我做起。下列行为有利于实现“碳中和”的是_______（填选项序号，合理均选）。A．双面使用纸张 B．植树造林 C．露天焚烧垃圾12．（2023·湖南长沙）为解决温室效应加剧问题，科学家正在研究如图所示的二氧化碳新的循环体系。（1）罐装液化石油气是经加压后压缩到钢瓶中的，请你从分子的角度分析并解释；（2）使用汽油为燃料时，机动车尾气中可能含有的污染空气的物质是；（3）若将36g水完全分解最多能产生氢气的质量是g；（4）转化大气中的二氧化碳也能缓解温室效应，转化途径有自然界转化和人为转化。下列属于自然界转化的是_________。A．光合作用 B．海洋吸收 C．工业利用13．根据下文，回答问题。我国坚定落实“双碳”承诺，做全球“碳中和”的践行者、贡献者和引领者。减少碳排放，实现碳中和的对策可以分为碳替代、碳减排、碳封存、碳循环4种主要途径。专家预测：2050年4种途径对全球碳中和的贡献率如图。2023年6月1日，我国首个海上封存示范工程项目正式投用。海上封存就是将在海上采油过程中伴生的“捕获”并“封存”在海底。首先，将油井开发伴生的捕获、分离、加压至气液混合的超临界状态，通过一口回注井，以初期每小时约9吨的速度回注至距平台3公里、海底地层800多米的咸水层中。进一步促进海洋油气产业绿色低碳转型。（1）大气中的主要来自化石燃料的燃烧，如煤、石油和等，化石燃料属于（填“可再生”或“不可再生”）能源。若排入大气中的越来越多，会导致加剧。（2）自然界碳的循环中，植物的光合作用能（填“吸收”或“释放”）。（3）由图可知，到2050年，对全球“碳中和”贡献率最大的途径是。（4）将加压至超临界状态的过程，从微观角度分析，能被压缩的原因是。（5）的捕获是碳封存的首要环节。用NaOH溶液吸收，发生反应的化学方程式为。14．广袤无际的自然界是一个碳的世界。碳在自然界中的循环变化，对于生态环境有极为重要的意义。随着工业生产的高速发展和人们生活水平的提高，排入大气中的CO2越来越多，导致温室效应增强。减少CO2排放，实现碳中和，已成为全球共识。碳替代、碳减排、碳封存、碳循环是实现碳中和的4种主要途径。科学家预测，到2050年，4种途径对全球碳中和的贡献率如图1。CO2的吸收是碳封存的首要环节，常选用NaOH、氨水、一乙醇胺等作吸收剂。其中CO2与NaOH反应生成易溶于水的碳酸钠和水。研究膜吸收法吸收CO2过程中，研究人员在20℃，101kPa时，通过实验比较了一乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙酸钾3种吸收剂对烟气中CO2的脱除效果，其结果如图2。我国提出2060年前实现碳中和，彰显了负责任大国的作为与担当。实现碳中和人人有责，让我们从衣食住行点滴做起，节约能源，低碳生活。（原文作者邹才能、林忠华等，有删改）依据文章内容回答下列问题。（1）自然界碳的循环中，含碳元素的燃料燃烧（填“吸收”或“释放”）CO2。（2）由图1可知，到2050年对全球碳中和贡献率最大的途径是。（3）用NaOH溶液吸收CO2，发生反应的化学方程式为。（4）判断下列说法是否正确（填“对”或“错”）。①由图2可知，随烟气流速增大，CO2脱除效果增强。②节约用电，绿色出行，有助于实现碳中和。（5）对比图2中三条曲线，得出的结论是：研究膜吸收法吸收CO2过程中，，吸收剂为一乙醇胺、二乙醇胺、氨基乙酸钾的研究范围内，氨基乙酸钾对CO2的脱除效果最好。15．扎实做好“碳达峰”“碳中和”各项工作，体现了我国主动承担应对