第3節(jié)自然界中的碳循環(huán)題型01自然界中的二氧化碳題型02二氧化碳對環(huán)境的影響題型03碳達(dá)峰、碳中和題型01自然界中的二氧化碳二氧化碳在自然界中的循環(huán):（1）二氧化碳的產(chǎn)生途徑:動植物的呼吸作用、微生物的分解作用、化石燃料的燃燒。

（2）二氧化碳的消耗途徑:綠色植物的光合作用。

【典例1】“氧循環(huán)”和“碳循環(huán)”是自然界存在的重要循環(huán)。下列說法不正確的是A．圖中產(chǎn)生二氧化碳的主要途徑是①③⑥B．碳循環(huán)和氧循環(huán)分別是指二氧化碳和氧氣的循環(huán)C．綠色植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能D．海水吸收CO2過程中既有物理變化又有化學(xué)變化【答案】B【解析】A、由圖示可知，產(chǎn)生二氧化碳的主要途徑是①化石燃料的燃燒，③動物的呼吸作用，⑥植物的呼吸作用，故選項說法正確；B、碳循環(huán)是指碳元素在自然界中的循環(huán)，涉及二氧化碳、一氧化碳、有機物等多種含碳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；氧循環(huán)是指氧元素在自然界中的循環(huán)，除了氧氣和二氧化碳，還涉及水等其他含氧物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，并非僅僅是二氧化碳和氧氣的循環(huán)，故選項說法不正確；C、綠色植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，故選項說法正確；D、海水吸收CO2過程中二氧化碳溶于水，屬于物理變化，而二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，屬于化學(xué)變化，故選項說法正確。故選B?！咀兪?-1】我國科研人員以水滑石為載體，通過一種復(fù)雜的催化劑，在陽光驅(qū)動下使甲烷和水在常溫下產(chǎn)生氫氣，其微觀反應(yīng)示意圖如圖所示，下列說法正確的是A．反應(yīng)前后原子的種類發(fā)生變化 B．使用催化劑能提高氫氣的產(chǎn)率C．生成物的質(zhì)量比為4：1 D．該反應(yīng)充分利用太陽能，更加節(jié)能【答案】D【解析】在光照和催化劑的作用下，甲烷和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，化學(xué)方程式為：?！驹斀狻緼、根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后原子種類不變，該選項說法不正確；B、根據(jù)催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能影響生成物的質(zhì)量，所以使用催化劑不能提高氫氣的產(chǎn)率，該選項說法不正確；C、由化學(xué)方程式可知，生成物二氧化碳和氫氣的質(zhì)量比為44：8=11：2，該選項說法不正確；D、該反應(yīng)充分利用太陽能，太陽能屬于可再生能源，可以節(jié)約其它能源，該選項說法正確；故選：D?！咀兪?-2】請思考，小宇同學(xué)想要做實驗室制取二氧化碳實驗：(1)實驗室制取CO2的方程式：。(2)制取二氧化碳的發(fā)生和收集裝置為。(填序號)(3)模擬海洋生態(tài)系統(tǒng)：①綠色植物在生態(tài)箱中通過呼吸作用和作用參與碳循環(huán)。②小宇向生態(tài)箱中通入CO2，一段時間后燒杯中出現(xiàn)現(xiàn)象為；化學(xué)方程式為。③請你列舉一條具體措施減少大氣中CO2排放量，結(jié)合生活實際：?！敬鸢浮?1)(2)BC(3)光合澄清石灰水變渾濁綠色出行（合理即可）【解析】（1）實驗室用大理石（或石灰石，主要成分碳酸鈣）和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳，反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，化學(xué)方程式為。（2）制取二氧化碳是固體（碳酸鈣）和液體（稀鹽酸）在常溫下反應(yīng)，發(fā)生裝置選B；二氧化碳密度比空氣大且能溶于水，收集裝置選C（向上排空氣法），所以發(fā)生和收集裝置為BC。（3）①綠色植物通過光合作用吸收二氧化碳，呼吸作用釋放二氧化碳，參與碳循環(huán)；②二氧化碳通入澄清石灰水，與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和水，使澄清石灰水變渾濁，化學(xué)方程式為；③減少大氣中排放，可從節(jié)約能源、減少化石燃料使用等方面，如隨手關(guān)燈、綠色出行等?！咀兪?-3】作為一種碳資源，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。Ⅰ．植物氣肥(1)在蔬菜大棚內(nèi)增大濃度，有利于植物進(jìn)行，促進(jìn)生長。Ⅱ．生產(chǎn)化肥(2)二氧化碳和氨氣可以生產(chǎn)尿素和碳酸氫銨。①合成尿素的反應(yīng)為，X的化學(xué)式是。②合成碳酸氫銨的反應(yīng)為，該反應(yīng)基本類型為。(3)理論上，相同質(zhì)量的分別生產(chǎn)和，消耗的質(zhì)量比為。Ⅲ．催化重整(4)與在高溫、催化劑作用下可得到合成氣(CO和)，反應(yīng)過程中催化劑表面還同時存在積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)，原理如圖所示。積碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為；消碳反應(yīng)的方程式為?！敬鸢浮?1)光合作用(2)化合/化合反應(yīng)(3)1:2(4)【解析】（1）光合作用需要二氧化碳，則二氧化碳有利于植物進(jìn)行光合作用。（2）①反應(yīng)前后原子的種類和個數(shù)不變，等號左邊C、O、N、H的個數(shù)分別為1、2、2、6，等號右邊C、O、N、H的個數(shù)分別為1、1、2、4，則X中含有1個氧原子和2個氫原子，符號為H2O。②該反應(yīng)符合“多變一”的規(guī)律，屬于化合反應(yīng)。（3）根據(jù)方程式，合成尿素：；根據(jù)方程式，合成碳酸氫銨變形為：，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，等質(zhì)量的分別生產(chǎn)和，消耗的個數(shù)比為1：2，則質(zhì)量比為1：2。（4）由圖可知，積碳反應(yīng)為CH4在催化劑、高溫條件下生成H2和C，反應(yīng)的化學(xué)方程式為；消碳反應(yīng)為碳和二氧化碳在催化劑、高溫條件下生成一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為。題型02二氧化碳對環(huán)境的影響1、有利的方面：促進(jìn)綠色植物進(jìn)行光合作用，滿足人和動物所需的有機物（主要是淀粉）的合成和對氧氣的需求；以及空氣中氧氣含量的相對穩(wěn)定和自然界的碳、氧的循環(huán)，等等；

2、不利的方面（1）二氧化碳本身沒有毒性，但它不能供給呼吸，當(dāng)空氣中的二氧化碳超過正常含量時，會對人體健康產(chǎn)生影響（因此，在人群密集的地方應(yīng)該注意通風(fēng)換氣）。（2）由于人類活動（如化石燃料燃燒、森林遭到破壞等）影響，近年來二氧化碳含量猛增，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、全球氣候變暖、冰川融化、海平面升高等，現(xiàn)在地球上氣溫越來越高，主要是因為二氧化碳增多造成的；因為二氧化碳就像溫室的玻璃或塑料薄膜那樣，具有保溫的作用，使地面吸收的太陽光的熱量不易散失，從而使全球變暖，這種現(xiàn)象叫溫室效應(yīng)。為防止溫室效應(yīng)進(jìn)一步增強，人類應(yīng)該減少使用煤、石油、天然氣等化石燃料，更多地利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)岬惹鍧嵞茉?；大力植樹造林，?yán)禁亂砍濫伐森林等?！镜淅?】下列跨學(xué)科實踐活動中涉及的化學(xué)知識正確的是選項實踐活動化學(xué)知識A水質(zhì)監(jiān)測及自制凈水器自制凈水器獲得的水為純凈物B微型質(zhì)量“檢測站”測空氣污染物的含量是需要檢測的空氣污染物C基于碳中和理念設(shè)計低碳行動方案“低碳”行動的目的是不排放D調(diào)查家用燃料的變遷與合理使用未來燃料要清潔、易調(diào)控、熱值高A．A B．B C．C D．D【答案】D【解析】A、自制凈水器只能除去水中的難溶性雜質(zhì)、色素、異味等，但得到的水中仍含有可溶性雜質(zhì)，則仍為混合物，該選項不正確；B、二氧化碳為空氣中的成分，不屬于空氣污染物，該選項不正確；C、“低碳”行動的目的是降低二氧化碳的排放，而不是不排放二氧化碳，該選項不正確；D、隨著環(huán)保意識的提高和能源技術(shù)的進(jìn)步，未來燃料的發(fā)展趨勢確實是朝著更清潔、更易調(diào)控、熱值更高的方向發(fā)展，這樣的燃料能夠減少污染物的排放，提高能源利用效率，滿足人們對高品質(zhì)生活的需求，該選項正確。故選D?！咀兪?-1】我國力爭在2060年前實現(xiàn)“碳中和”?！疤贾泻汀保赐ㄟ^植樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的排放，實現(xiàn)“零排放”。(1)“碳”排放：減少排放，你還有哪些做法（寫一種）。(2)“碳”吸收：自然界有多種途徑吸收①綠色植物通過吸收②寫出海水能吸收二氧化碳的化學(xué)方程式。③下列做法符合“低碳”理念的有（填序號）。a.騎自行車出行

b.紙張雙面打印

c.使用一次性餐具(3)“碳”利用：①將作為資源是實現(xiàn)碳中和的有效方法。以和為原料，在一定條件可合成和水，參加反應(yīng)的和的質(zhì)量比為。②從化學(xué)性質(zhì)角度看，二氧化碳能用來滅火的原因是?！敬鸢浮?1)乘坐公共交通工具出行/隨手關(guān)燈（合理即可）(2)光合作用ab(3)二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒【解析】（1）減少CO2排放的做法：乘坐公共交通工具出行（或隨手關(guān)燈等）。（2）①綠色植物通過光合作用吸收CO2。②海水吸收二氧化碳生成碳酸，化學(xué)方程式為。③a、騎自行車出行，不消耗化石燃料，不會產(chǎn)生CO2，符合“低碳”理念；b、紙張雙面打印，能減少紙張使用量，而紙張生產(chǎn)需要消耗木材等資源，且生產(chǎn)過程有碳排放，雙面打印可降低碳排放，符合“低碳”理念；c、使用一次性餐具，會增加資源消耗和垃圾產(chǎn)生，生產(chǎn)一次性餐具過程會有較多碳排放，不符合“低碳”理念。故選ab。（3）①CO2和H2在一定條件下反應(yīng)生成C2H6O和水，化學(xué)方程式為，參加反應(yīng)的CO2和H2的質(zhì)量比為。②二氧化碳能用來滅火的化學(xué)性質(zhì)原因是不能燃燒也不支持燃燒?！咀兪?-2】下圖是自然界中的碳氧循環(huán)示意圖，根據(jù)下圖和所學(xué)知識回答相關(guān)問題：(1)圖中消耗的有（填圖中序號，下同），屬于緩慢氧化的是。下列關(guān)于碳氧循環(huán)說法正確的是。（填序號）A．碳氧循環(huán)過程中元素守恒，元素化合價不變B．碳循環(huán)、氧循環(huán)過程中均有化學(xué)變化發(fā)生C．碳氧循環(huán)有利于維持大氣中氧氣和含量的相對穩(wěn)定(2)氧氣和臭氧的化學(xué)性質(zhì)（填“相同”或“不同”），原因是。(3)減少排放，減緩全球氣候變暖是當(dāng)今世界要解決的重大環(huán)境問題。請你從產(chǎn)生和消耗兩個角度解釋的含量冬季要比夏季高的原因、。(4)不僅能與水反應(yīng)生成碳酸，還能與水進(jìn)行光合作用生成葡萄糖（化學(xué)式為），請你解釋同樣是與水反應(yīng)，產(chǎn)物完全不同的原因是。【答案】(1)⑥④⑤BC(2)不同分子的構(gòu)成不同(3)冬季取暖燃燒大量化石燃料，產(chǎn)生二氧化碳增多冬季植物光合作用減弱，消耗二氧化碳減少(4)反應(yīng)條件不同【解析】（1）植物通過光合作用消耗二氧化碳，圖中⑥表示植物的光合作用，所以圖中消耗的有⑥。緩慢氧化是進(jìn)行得很緩慢，甚至不容易被察覺的氧化反應(yīng)，動物的呼吸是緩慢氧化，圖中④⑤表示動物的呼吸，所以屬于緩慢氧化的是④⑤。A、碳氧循環(huán)過程中元素守恒，但在一些反應(yīng)中元素化合價會改變，例如光合作用中，氧元素化合價從-2價變?yōu)?價，A錯誤。B、碳循環(huán)、氧循環(huán)過程中都有新物質(zhì)生成，均有化學(xué)變化發(fā)生，B正確。C、碳氧循環(huán)中，植物光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣，動植物呼吸等消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳，有利于維持大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定，C正確。故選：BC。（2）氧氣由氧分子構(gòu)成，臭氧由臭氧分子構(gòu)成，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，不同分子的結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)不同，所以氧氣和臭氧的化學(xué)性質(zhì)不同，原因是分子的構(gòu)成不同。（3）從產(chǎn)生角度：冬季取暖需要燃燒大量的化石燃料，化石燃料燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化碳，導(dǎo)致二氧化碳產(chǎn)生量增加。從消耗角度：冬季植物光合作用減弱，消耗二氧化碳的量減少。（4）二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸是在常溫常壓下進(jìn)行的，而二氧化碳與水進(jìn)行光合作用生成葡萄糖是在植物葉綠體、光照等條件下進(jìn)行的，反應(yīng)條件不同，所以產(chǎn)物完全不同?！咀兪?-3】助力“碳中和”，CO2的產(chǎn)生、吸收與利用等是重要研究課題。(1)CO2的產(chǎn)生：化石燃料的燃燒排放大量CO2。①大氣中CO2的含量過高，會造成（填環(huán)境問題）。②下列對節(jié)能減排的建議可行的是。a.停止使用化石燃料

b.推廣使用光伏發(fā)電c.鼓勵民眾公交出行

d.生活垃圾集中焚燒(2)CO2的吸收。自然界有多種途徑吸收CO2。①綠色植物通過吸收CO2。②風(fēng)化的巖石如CaCO3粉末可吸收空氣中的CO2和H2O轉(zhuǎn)化為Ca(HCO3)2，反應(yīng)的符號表達(dá)式可表示為。(3)CO2的利用：CO2和H2在Ni/CaO表面發(fā)生反應(yīng)生成CH4的原理如圖所示。①整個轉(zhuǎn)化過程中Ni/CaO的作用為。②寫出反應(yīng)1的符號表達(dá)式。【答案】(1)溫室效應(yīng)加劇bc(2)光合作用(3)催化作用【解析】（1）①二氧化碳是溫室效應(yīng)的主要氣體，空氣中二氧化碳的含量過高，會使全球溫度升高，引起溫室效應(yīng)加??；②a、目前化石燃料仍然在能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，停止使用不現(xiàn)實，故a錯誤；b、推廣使用光伏發(fā)電，可以節(jié)約化石燃料，減少污染，故b正確；c、鼓勵民眾公交出行，可以節(jié)約石油資源，減少污染，故c正確；d、生活垃圾集中焚燒，會造成空氣污染，故d錯誤；故選bc；（2）①綠色植物通過光合作用吸收CO2；②碳酸鈣和二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸氫鈣，反應(yīng)的符號表達(dá)式為；（3）①反應(yīng)前后Ni/CaO沒有發(fā)生改變，應(yīng)為反應(yīng)的催化劑，起到催化作用；②反應(yīng)1中二氧化碳與CaO反應(yīng)生成了CaCO3，符號表達(dá)式。題型03碳達(dá)峰、碳中和為體現(xiàn)中國在應(yīng)對氣候變化問題上的大國擔(dān)當(dāng)，我國宣布提高國家自主貢獻(xiàn)力度，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。為實現(xiàn)我國的“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)從以下幾個方面入手：同世界各國簽署限制二氧化碳排放的國際公約，并嚴(yán)格執(zhí)行。減少使用化石燃料，更多地利用太陽能、風(fēng)能等清潔能源。促進(jìn)節(jié)能產(chǎn)品和技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)和普及，提高能源的生產(chǎn)效率和使用效率。大力植樹造林，嚴(yán)禁亂砍濫伐森林。科學(xué)家高度關(guān)注二氧化碳的轉(zhuǎn)化和綜合利用，嘗試運用化學(xué)原理和方法，積極研究如何使二氧化碳資源化，以促進(jìn)自然界中碳的循環(huán)；尋求低成本的捕集方法，把二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂?，從而使二氧化碳在促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更大的作用?！镜淅?】為使我國能在2060年前實現(xiàn)“碳中和”，下列做法不可取的是A．工業(yè)廢氣高空排放B．開發(fā)清潔能源 C．沙漠上多植樹種草 D．車輛尾氣處理后排放【答案】A【解析】A、工業(yè)廢氣高空排放，廢氣雖然排放到了高空中，還是會污染空氣，符合題意；B、開發(fā)清潔能源，可以減少化石燃料的使用，減少二氧化碳的排放，實現(xiàn)“碳中和”，不符合題意；C、沙漠上多植樹種草，可以改善空氣質(zhì)量，增加二氧化碳的吸收，有利于實現(xiàn)“碳中和”，不符合題意；D、車輛尾氣處理后排放，可以減少污染物的排放，保護(hù)環(huán)境，不符合題意。故選A。【變式3-1】中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在淀粉人工合成方面取得突破性進(jìn)展，在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。下列有關(guān)說法不正確的是A．該過程中發(fā)生的變化為物理變化 B．該過程的實現(xiàn)可節(jié)約耕地和淡水資源C．該過程的實現(xiàn)會提高糧食安全水平 D．該過程的實現(xiàn)會促進(jìn)碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)【答案】A【解析】A、從二氧化碳到淀粉，物質(zhì)的種類發(fā)生了改變，有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化，故選項說法錯誤；B、傳統(tǒng)的淀粉生產(chǎn)依賴耕地種植農(nóng)作物，該過程實現(xiàn)了二氧化碳合成淀粉，無需大量耕地種植相關(guān)作物，可節(jié)約耕地；同時也減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對大量淡水資源的需求，可節(jié)約淡水資源，故選項說法正確；C、通過二氧化碳合成淀粉，增加了淀粉的來源途徑，即使在耕地資源有限等情況下也能保障淀粉類糧食的供應(yīng)，提高了糧食安全水平，故選項說法正確；D、二氧化碳是主要的溫室氣體，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉，減少了二氧化碳在大氣中的含量，促進(jìn)了碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)，故選項說法正確；故選：A?！咀兪?-2】我國承諾力爭于2030年前實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，到2060年實現(xiàn)“碳中和”。碳封存、碳替代、碳減排、碳循環(huán)是實現(xiàn)碳中和的4種主要途徑。(1)碳封存：海洋封存是碳封存的一種重要方式，也即通過海水吸收二氧化碳，但會引起海水酸化，其原因是（用化學(xué)方程式表示）(2)碳替代：到2050年，對全球碳中和貢獻(xiàn)率最大的途徑是碳替代，請你列舉作為中學(xué)生可以在生活中參與的碳替代的一個例子：。(3)碳減排：控制“碳”的排放，主要是為了減緩。(4)碳循環(huán)：我國科學(xué)家在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工合成，能夠大幅縮短淀粉生成時間，這意味著：在更短的時間內(nèi)，可獲得更多的淀粉產(chǎn)出，這對于糧食生產(chǎn)效率的提升具有革命性意義，同時也為“碳中和”和“碳達(dá)峰”貢獻(xiàn)了中國智慧。本項合成技術(shù)可以分為四個模塊，首先把二氧化碳用催化劑還原為甲醇，然后將還原的甲醇轉(zhuǎn)化為三碳，然后是將三碳合成六碳，最后再將六碳聚合成為淀粉。其中二氧化碳制取甲醇（CH3OH）環(huán)節(jié)的微觀示意圖如圖所示（圖中的微觀粒子恰好完全反應(yīng)）。請你寫出這個反應(yīng)的化學(xué)方程式?！敬鸢浮?1)(2)綠色出行方式（合理即可）(3)溫室效應(yīng)(4)【解析】（1）二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸顯酸性，從而使海水酸化，反應(yīng)的化學(xué)方程式為。（2）碳替代是指用非化石能源替代化石能源，減少二氧化碳的排放。作為中學(xué)生，可以在生活中選擇綠色出行方式，如乘坐公共交通工具、騎自行車或步行等，減少私家車的使用，從而減少化石燃料的消耗和二氧化碳的排放。（3）控制“碳”的排放，主要是為了減少大氣中二氧化碳的含量，從而減緩溫室效應(yīng)。（4）根據(jù)微觀示意圖可知，該反應(yīng)是二氧化碳和氫氣在催化劑的作用下反應(yīng)生成甲醇和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為?！咀兪?-3】碳循環(huán)、碳替代、碳封存和碳減排是實現(xiàn)碳中和的四種重要方法。(1)科學(xué)家預(yù)測，到2050年，4種途徑對全球碳中和的貢獻(xiàn)率如圖1。由圖1可知，到2050年，對全球