跨學(xué)科實(shí)踐活動5基于碳中和理念設(shè)計(jì)低碳行動方案活動設(shè)計(jì)活動：基于碳中和理念設(shè)計(jì)低碳行動方案課時4授課年級九年級主題分析《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的“化學(xué)與社會·跨學(xué)科實(shí)踐”主題中，首次提出跨學(xué)科實(shí)踐活動的思路，明確了“化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展”的概念，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識化學(xué)在解決資源、能源、材料、環(huán)境、人類健康等問題中的作用，樹立建設(shè)美麗中國、為全球生態(tài)安全作貢獻(xiàn)的信念，主動踐行節(jié)約資源、環(huán)境友好的生活方式，樹立人與自然和諧共生的科學(xué)自然觀和綠色發(fā)展觀。全球氣候問題是當(dāng)今人類面臨的重大危機(jī)。為了應(yīng)對氣候變化所帶來的問題，2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布：中國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(shí)現(xiàn)碳中和。要想實(shí)現(xiàn)碳中和，需要從物質(zhì)的多樣性以及“化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展”的學(xué)科大概念統(tǒng)攝學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生基于碳元素的轉(zhuǎn)化、循環(huán)以及二氧化碳的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化，理解碳中和思想，并能運(yùn)用跨學(xué)科知識綜合分析、認(rèn)識碳中和的重要性，探索并踐行低碳行動，從而促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)觀念，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。教學(xué)目標(biāo)1.知道大氣中二氧化碳的來源及對環(huán)境帶來的影響，從元素守恒、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的視角簡單解釋減少二氧化碳的產(chǎn)生和排放、促進(jìn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化和吸收的方法，討論實(shí)現(xiàn)碳中和的可行性。2.認(rèn)識我國能源使用現(xiàn)狀，討論在工業(yè)生產(chǎn)中減少二氧化碳排放的具體方法，從化學(xué)和跨學(xué)科視角出發(fā)，從科學(xué)、技術(shù)、社會、政策等方面設(shè)計(jì)、評價低碳行動的方案，認(rèn)識綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程等解決實(shí)際問題的重要性，提高社會責(zé)任感和實(shí)踐能力。3.通過學(xué)習(xí)活動，發(fā)展元素觀、變化觀、價值觀，學(xué)會多角度綜合分析、評價低碳行動方案的可行性；在分析、解決實(shí)際問題的過程中發(fā)展批判性思維能力，建構(gòu)“化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展”跨學(xué)科大觀念。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)理解碳中和概念，準(zhǔn)確找出不同場景下的碳排放源，設(shè)計(jì)合理有效的低碳行動方案。教學(xué)難點(diǎn)如何根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算碳排放，以及如何確保所設(shè)計(jì)的低碳行動方案具有可行性和創(chuàng)新性。學(xué)情分析1.已有知識基礎(chǔ)九年級的學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了燃燒的條件、二氧化碳的性質(zhì)等化學(xué)知識，這為理解碳中和概念和分析碳排放源奠定了一定的基礎(chǔ)。同時，在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中，學(xué)生也對環(huán)境問題有了一些初步的認(rèn)識，具備一定的環(huán)保意識。2.能力水平這個階段的學(xué)生具有較強(qiáng)的好奇心和探索欲，具備一定的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。但是，他們的知識儲備和生活經(jīng)驗(yàn)還相對有限，在處理復(fù)雜的跨學(xué)科問題時，可能會遇到困難，例如在綜合運(yùn)用多學(xué)科知識進(jìn)行碳排放計(jì)算和方案設(shè)計(jì)時，可能會出現(xiàn)考慮不周全的情況。3.學(xué)習(xí)特點(diǎn)學(xué)生對與生活實(shí)際相關(guān)的話題比較感興趣，但在學(xué)習(xí)過程中可能會因?yàn)槿狈ψ銐虻膭恿Χy以深入探究。因此，在教學(xué)過程中，需要通過設(shè)置有趣的情境、真實(shí)的案例等方式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們積極參與到學(xué)習(xí)活動中來。知識整合一、二氧化碳的性質(zhì)1.二氧化碳的物理性質(zhì)（1）物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味密度溶解性無色常溫下是氣體無味比空氣大能溶于水固體二氧化碳——干冰，在一定條件下，二氧化碳能變成液體或固體。固態(tài)的二氧化碳又叫做“干冰”，干冰升華吸熱，可作制冷劑或人工降雨。（2）實(shí)驗(yàn)探究①傾倒二氧化碳實(shí)驗(yàn)將二氧化碳慢慢倒入如圖所示的燒杯中，觀察到下層蠟燭先熄滅、上層蠟燭后熄滅。結(jié)論：二氧化碳的密度比空氣大，同時，也說明二氧化碳不燃燒也不支持燃燒。②二氧化碳的溶解性實(shí)驗(yàn)向一個收集滿二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)地較軟的塑料瓶中加入約1/3體積的水，立即旋緊瓶蓋，震蕩。觀察到塑料瓶變癟了。結(jié)論：二氧化碳能溶于水，造成瓶內(nèi)氣壓減小，大氣壓高于瓶內(nèi)氣壓，所以變癟了。2.二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)（1）一般情況下，二氧化碳不能燃燒，也不支持燃燒。（2）能與水反應(yīng)：二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液變成紅色，其化學(xué)方程式為CO?+H?O==H?CO3。碳酸很不穩(wěn)定，容易分解成二氧化碳和水，其化學(xué)方程式為H?CO3==H?O+CO?↑。（3）能使澄清石灰水變渾濁：二氧化碳能與澄清石灰水中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成白色的碳酸鈣沉淀，其化學(xué)方程式為CO?+Ca(OH)2==CaCO3↓+H?O，這個反應(yīng)可以用來檢驗(yàn)二氧化碳。除去二氧化碳用氫氧化鈉。（4）二氧化碳能與碳單質(zhì)反應(yīng):CO2+C2CO，此過程中二氧化碳體現(xiàn)氧化性。二、二氧化碳的轉(zhuǎn)化三、二氧化碳對生活和環(huán)境的影響1.綠色植物的光合作用自然界中的二氧化碳循環(huán)：綠色植物的光合作用人和動植物的呼吸，化石燃料的燃燒等二氧化碳氧氣人和動植物的呼吸，化石燃料的燃燒等2.溫室效應(yīng)二氧化碳本身沒有毒性，但不能供給呼吸。當(dāng)空氣中的二氧化碳超過正常含量時，會使人感到氣悶、頭昏。因此在人群密集的地方應(yīng)該注意通風(fēng)換氣。大氣中的二氧化碳就像溫室的玻璃或塑料薄膜一樣，既能讓太陽光透過，又能使地面吸收的太陽光熱量不易向外散失，起到了對地球保溫的作用，這種現(xiàn)象叫做溫室效應(yīng)。注意：二氧化碳不是空氣污染物。3.低碳生活倡導(dǎo)低碳生活的理念。如不使用一次性筷子、理性消費(fèi)、不使用一次性購物袋、使用節(jié)能燈泡、隨手關(guān)燈、少開私家車、出行多步行或騎自行車等。教學(xué)過程【課前預(yù)習(xí)】1.“碳達(dá)峰”“碳中和”中的碳指的是二氧化碳。2.低碳行動的設(shè)計(jì)原理：減少二氧化碳的排放與增加二氧化碳的吸收?！拘抡n導(dǎo)入】為應(yīng)對全球變暖這一重大環(huán)境問題，2020年，我國提出碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，我們都應(yīng)該加人低碳行動的行列。那么，哪些行動是符合碳中和理念的低碳行動呢?【活動過程】任務(wù)一了解相關(guān)概念，聚焦核心物質(zhì)［講解］要理解碳中和理念，必須要了解三個關(guān)鍵詞“低碳行動”“碳達(dá)峰”和“碳中和”。1.碳中和：一定時間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放量，達(dá)到相對“零排放”。2.碳達(dá)峰：在某一個時間點(diǎn)，二氧化碳的排放不再增長，達(dá)到峰值之后逐步回落。3.低碳行動：應(yīng)用新世紀(jì)的創(chuàng)新技術(shù)與創(chuàng)新機(jī)制，通過低碳經(jīng)濟(jì)模式與低碳生活方式，實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展。［提問］請結(jié)合我們學(xué)習(xí)的二氧化碳的性質(zhì)等思考，低碳行動有什么意義呢？［答］保障人體健康，提升生活質(zhì)量；保護(hù)環(huán)境和氣候，維護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行和生物多樣性；節(jié)約資源，促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展等。［追問］生活中，我們有哪些可以實(shí)現(xiàn)低碳行動的做法呢？［答］減少能源消耗，步行騎自行車或乘坐公共交通工具代替開車出行，節(jié)約用水，減少食物浪費(fèi)等。［小結(jié)］“碳達(dá)峰”“碳中和”中的“碳”指的是二氧化碳，為維持人類生活與生態(tài)平衡，控制二氧化碳的排放與吸收具有重大意義。我國已向世界承諾力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”，體現(xiàn)了大國的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。任務(wù)二測定不同環(huán)境中二氧化碳的含量［布置任務(wù)］分小組收集不同環(huán)境中二氧化碳的含量。［學(xué)生活動］收集教室里的空氣和花園里的空氣各一瓶：將兩個相同體積的集氣瓶裝滿水，蓋上玻璃片，分別帶到教室和花園里，將水倒掉，然后用橡膠塞塞緊瓶口。［講解］利用排水法可以收集任何地方的空氣樣品。［演示］教師講解二氧化碳濃度儀的作用和結(jié)構(gòu)等知識，并演示其使用方法。［學(xué)生活動］利用二氧化碳濃度檢測儀檢測兩瓶中二氧化碳的含量。［提問］教室里和花園里的空氣中二氧化碳的含量相同嗎？［答］不同。教室里的空氣中二氧化碳含量高。［追問］為什么會產(chǎn)生這樣的結(jié)果呢？［答］因?yàn)榻淌依锶丝诿芗?，人類的呼吸作用會消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，導(dǎo)致室內(nèi)空氣中二氧化碳的含量升高。［小結(jié)］人類活動會增加空氣中二氧化碳的含量。任務(wù)三梳理自然界中的碳循環(huán)［展示］教師多媒體展示二氧化碳在自然界中的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。［討論］閱讀上圖中二氧化碳在自然界中的轉(zhuǎn)化過程，試分析屬于二氧化碳排放途徑的有哪些？屬于二氧化碳吸收的途徑有哪些？［答］二氧化碳的排放途徑有：燃料燃燒，碳酸分解，動植物呼吸。二氧化碳的吸收途徑有：綠色植物光合作用，海水吸收，化學(xué)吸收。［小結(jié)］放源產(chǎn)生的二氧化碳捕獲、壓縮后，作為工業(yè)原料利用，或輸送到選定地點(diǎn)長期封存，而不是釋放到大氣中。二氧化碳的捕集可以采用化學(xué)吸收法，利用堿性吸收劑與二氧化碳反應(yīng)生成不穩(wěn)定的物質(zhì)，該物質(zhì)在一定條件下可逆向分解重新釋放二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集和利用。二氧化碳的封存主要是將捕集到的二氧化碳封存于地層深處或海底。［提問］結(jié)合前面對二氧化碳的學(xué)習(xí)，思考人工捕集二氧化碳可以利用哪些試劑或反應(yīng)原理呢？［答］可以利用氫氧化鈣、氫氧化鈉等試劑進(jìn)行吸收，也可以利用催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇瘋物質(zhì)進(jìn)行再利用。［小結(jié)］［講解］自然界中綠色植物的光合作用是二氧化碳最主要的吸收途徑，所以大家一定要愛護(hù)綠植。任務(wù)四設(shè)計(jì)低碳行動方案［提問］設(shè)計(jì)低碳行動的目的是什么呢？［答］減緩空氣中二氧化碳含量的增加或降低二氧化碳的含量。［講解］所以低碳行動就是在日常生活，工作學(xué)習(xí)中要選擇能減少向空氣中排放二氧化碳的行動方式，或者進(jìn)行一些可以加強(qiáng)吸收大氣中的二氧化碳的活動。［小結(jié)］［布置任務(wù)］參觀當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)展覽，就低碳行動與工作人員交流，制作低碳行動方案?！菊n堂小結(jié)】通過“了解相關(guān)概念”的學(xué)習(xí)，學(xué)生對“碳中和”“碳達(dá)峰”等概念有了一定的認(rèn)識，明白了低碳行動的意義。通過“測定不同環(huán)境中的二氧化碳的含量”活動，學(xué)生明白了空氣中二氧化碳的含量會受到人類活動的影響，要減少空氣中的二氧化碳含量，也必須從人類的活動出發(fā)進(jìn)行。“梳理自然界中的碳循環(huán)”可以幫助學(xué)理解設(shè)計(jì)低碳行動原理，進(jìn)而學(xué)會分析方案的可行性。最后通過方案設(shè)計(jì)與交流完善，幫助學(xué)生形成體系的低碳行動的要落實(shí)在日常行為中的意識。作業(yè)設(shè)計(jì)1．自然界存在多種元素及物質(zhì)的循環(huán)。下圖表示的是自然界中的A．氮循環(huán) B．硫循環(huán) C．碳循環(huán) D．水循環(huán)【答案】C2．我國提出2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。下列措施不利于實(shí)現(xiàn)碳中和的是（）A．鼓勵民眾植樹造林 B．廢舊書籍、報(bào)紙分類回收，再利用C．開發(fā)利用清潔能源 D．露天焚燒農(nóng)作物秸稈以增加肥效【答案】D3．“碳循環(huán)”、“氧循環(huán)”和“水循環(huán)”是自然界存在的三大重要循環(huán)。已知圖1反應(yīng)條件為常溫，圖2反應(yīng)是植物的光合作用，下列說法正確的是A．變化觀：“水循環(huán)”主要是由于水分子的運(yùn)動引起的，屬于化學(xué)變化B．守恒觀：圖一中X和圖二中Y為同種物質(zhì)C．平衡觀：碳、氧循環(huán)有利于維持大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定D．微粒觀：綠色植物光合作用會使自然界中的氧原子總數(shù)增加【答案】C4．根據(jù)下文，回答問題。我國堅(jiān)定落實(shí)“雙碳”承諾，做全球“碳中和”的踐行者、貢獻(xiàn)者和引領(lǐng)者。減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳中和的對策可以分為碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)4種主要途徑。專家預(yù)測：2050年4種途徑對全球碳中和的貢獻(xiàn)率如圖。2023年6月1日，我國首個海上封存示范工程項(xiàng)目正式投用。海上封存就是將在海上采油過程中伴生的“捕獲”并“封存”在海底。首先，將油井開發(fā)伴生的捕獲、分離、加壓至氣液混合的超臨界狀態(tài)，通過一口回注井，以初期每小時約9噸的速度回注至距平臺3公里、海底地層800多米的咸水層中。進(jìn)一步促進(jìn)海洋油氣產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。（1）大氣中的主要來自化石燃料的燃燒，如煤、石油和等，化石燃料屬于（填“可再生”或“不可再生”）能源。若排入大氣中的越來越多，會導(dǎo)致加劇。（2）自然界碳的循環(huán)中，植物的光合作用能（填“吸收”或“釋放”）。（3）由圖可知，到2050年，對全球“碳中和”貢獻(xiàn)率最大的途徑是。（4）將加壓至超臨界狀態(tài)的過程，從微觀角度分析，能被壓縮的原因是。（5）的捕獲是碳封存的首要環(huán)節(jié)。用NaOH溶液吸收，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。【答案】（1）天然氣不可再生溫室效應(yīng)（合理表述即可）（2）吸收（3）碳替代（4）分子之間存在間隔，受壓后，分子之間的間隔變?。?）5．我國承諾：2030年“碳達(dá)峰”，2060年“碳中和”，體現(xiàn)大國擔(dān)當(dāng)。丁仲禮院士認(rèn)為“碳中和”是讓人為排放的CO2，被人為努力和自然過程所吸收。I.碳排放：（1）查閱圖1，動植物呼吸(選填“能”或“不能”)釋放CO2。Ⅱ.碳中和：（2）自然吸收：查閱圖1，CO2的自然吸收途徑有(填圖中序號)。（3）人為努力：工業(yè)上一種利用NaOH溶液實(shí)現(xiàn)“碳捕集”技術(shù)的流程如圖2所示。①操作1用到玻璃棒的作用是：。②大氣中二氧化碳含量過高時可能會形成效應(yīng)。③反應(yīng)、分離室中發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為。④高溫反應(yīng)室中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為，該反應(yīng)的基本反應(yīng)類型是反應(yīng)。⑤流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)有CaO、?！敬鸢浮浚?）能（2）④⑥（3）引流溫室效應(yīng)分解氫氧化鈉/NaOH教學(xué)反思（1）在教學(xué)過程中，雖然通過小組活動的方式激發(fā)了學(xué)生的積極性和參與度，但部分學(xué)生在小組合作中仍然存在依賴他人的現(xiàn)象，沒有充分發(fā)揮自己的主觀能動性。（2）在碳排放計(jì)算和低碳行動