二十三 跨学科实践活动
(一)基于碳中和理念设计低碳行动方案
1.(2022重庆A改编)我国承诺：力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，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。
图1 碳循环示意图
第1题图
Ⅰ、碳排放
(1)查阅图 1，动植物呼吸______(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。
图2 “碳捕集”流程图
第1题图
①反应、分离室中发生复分解反应的化学方程式为_________________。
②流程中可循环利用的物质有CaO、________。
Ⅲ、碳利用
(4)我国科学家在实验室实现以 CO2和 H2为原料人工合成淀粉[(C6H10O5)n]。若用44 g CO2人工合成淀粉(假设反应过程中无含碳物质的加入和损失)，理论上制得淀粉的质量为________g。
2.[万唯原创] 我国承诺力争在2030年前二氧化碳排放达到峰值，并在2060年前实现碳中和。同学们基于碳中和理念设计低碳行动方案，进行了有关的项目性探究。
任务一：了解碳中和理念
【查阅资料】如图1所示，碳中和，是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”，即“碳中和”。
图1
第2题图
【分析交流】“碳”实质是指__________，“中和”即正负相抵。
任务二：调查碳中和现状
【调查现状】目前，我国碳中和产业链核心产业架构从碳排放到碳吸收大致分为三个部分，前端为碳排放，中端提升节能减排水平、碳捕捉、碳吸收等，后端加强生态碳汇，包括使用新能源发电、新能源汽车、采用绿色建筑、扩大树木种植面积以及采用碳交易市场等，增加碳吸纳量。
【小组讨论】
(1)新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、______等。
(2)新能源汽车类型之一是燃料电池电动汽车，如氢气，能量转化是______能转化为电能。
任务三：设计碳吸收行动方案
“碳中和”是让人为排放的二氧化碳，被人为努力和自然过程所吸收。
(1)自然吸收：二氧化碳的自然吸收途径有植物的光合作用等。
图2
第2题图
(2)人为努力：工业上常利用氢氧化钠溶液实现“碳吸收”。
【设计方案】利用实验室的仪器和药品设计方案，探究二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应原理。
【进行实验】如图2所示。
实验步骤 实验现象 实验结论
步骤①：在烧瓶中收集一瓶二氧化碳气体，倒入适量氢氧化钠浓溶液，塞好橡胶塞，振荡 气球逐渐胀大 二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了反应
步骤②：一段时间后，打开胶塞，向烧瓶中加入稀盐酸 _________
【反思交流】
(1)二氧化碳与氢氧化钠反应的化学方程式是______________________。
(2)步骤②中若改用向烧瓶中滴加酚酞溶液，不能说明二氧化碳与氢氧化钠发生反应的原因是___________。
任务四：制定低碳行动方案
【交流讨论】经查阅相关资料可知，大气中二氧化碳的含量是相对稳定的，如果大气中二氧化碳含量不断上升，会导致__________加剧。为控制二氧化碳的排放量，同学们欲从以下三个角度减少二氧化碳，请补充完整。
途径 具体措施(任写一条即可)
①减少二氧化碳的排放 ___________________
②促进二氧化碳的吸收 植树造林
③二氧化碳的封存及转化 ____________________
(二)基于特定需求设计和制作供氧器
3.由于天气温度较高，李华发现自家房子内鱼缸中金鱼浮向水面的时间增长，经过查阅资料可知，一般当金鱼浮出水面时，其原因主要是鱼缸中氧气的量不足所导致，因此李华欲利用家中常见材料制作一套简易养鱼制氧机，其制作流程如下所示：
【所用材料】空饮料瓶(带瓶盖)、塑料瓶盖(简称为瓶盖1、2)、软塑料管、胶水、皮布(不渗水)、气球、雪糕棍、小型发动机。
【制作步骤】
步骤1：取一干净的空饮料瓶，沿着瓶盖下方处切开，并在瓶盖1上钻两个小孔；取四片大小相同的皮布，其中两片各钻一个小孔，另两片不钻孔。
步骤2：将带孔皮布与瓶盖上小孔对齐后，粘在瓶盖内外两侧(注意：小孔不能被胶水堵住)；再将不带孔的皮布一侧粘在相同位置。
步骤3：将气球剪成圆形，并粘在瓶身上方。
步骤4：将瓶盖2、塑料管，还有瓶盖1连接起来，孔与孔需对齐。
步骤5：将雪糕棍剪成一长一短两节，并呈T字形固定；再将雪糕棍与瓶身气球、小型发动机连接起来。
步骤6：最后将简易制氧机固定好，通电，便可用于鱼缸制氧，具体如图所示。
第3题图
【实验反思与交流】
(1)当温度过高时，鱼缸中氧气量减少的原因是__________________。
(2)制作养鱼简易制氧机时使用的空饮料瓶属于________________材料。
(3)在简易制氧气机中所有的小孔都需要对齐，若没有对齐可能会造成的后果是__________________。
(4)用上述所做制氧机给鱼缸供氧过程中，发生的变化是________________(填“物理变化”或“化学变化”)。
(三)微型空气质量“检测站”的组装与使用
第4题图
4.空气质量指数(简称AQI)是定量描述空气质量状况的指数，其范围是0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和大于300，分别对应国家空气质量标准中的一级(优)、二级(良)、三级(轻度污染)、四级(中度污染)、五级(重度污染)和六级(严重污染)。某日实践小组的同学们跟随环保部门的工作人员利用如图所示的微型空气质量监测仪测量太原市的空气质量，并记录下数据如表格所示(1 mg＝1000 μg)，请回答下列问题。
AQI PM2.5μg/m3 PM10μg/m3 Xmg/m3 NO2μg/m3 SO2μg/m3 O3 μg/m3
55 20 60 0.7 50 8 6
(1)污染物X是________。
(2)该日太原市空气污染物中含量最少的是________；其空气质量属于国家空气质量指数标准的________。
(3)请从上表中选择一种污染物并说明其来源__________________。
(4)你认为如何改善太原市的空气质量？_________________。
(四)水质检测及自制净水器
5.在学习完水的净化相关知识后，小组同学们利用身边常见材料自制净水器，并利用常见市售水质检测仪检测净化后的水，并将结果与标准参数(《生活饮用水卫生标准》：合格的TDS值≤1000 mg/L)比较，下列判断正确的是( )
图1 图2
第5题图
A.自制净水器时，出水口在下方，活性炭应置于最上层
B.通过自制净水器净化后得到的水是纯净物
C.自制净水器中用到的砂石和纱布起到过滤和吸附的作用
D.若水质检测仪测得的TDS数值为200，则符合饮用水卫生标准
(五)垃圾的分类与回收利用
6.[万唯原创] 为了人类共同生活的家园、垃圾分类从我做起。某校社会实践小组的同学们对垃圾的类别、危害及分类回收处理产生了浓厚的兴趣并开启了项目性学习之旅。
【信息检索】垃圾分类是指按照一定规定或标准将垃圾分类储存、分类投放和分类搬运，从而转变成公共资源的一系列活动的总称。在一些垃圾管理较好的地区，大部分垃圾会得到卫生填埋、焚烧、堆肥等无害化处理，而更多地方的垃圾则常常被建议堆放或填埋，导致臭气弥漫，并且污染土壤和地下水体。
活动一：了解垃圾分类的相关知识，对垃圾进行合理分类
图1
第6题图
【交流讨论】实验小组的同学们收集到该地常见的一些垃圾：废旧报纸、破碎干电池、碎玻璃片、碎石渣土、霉变的花生、过期感冒药、矿泉水瓶、水银温度计、香蕉皮、布条等。其中所收集的常见垃圾中，属于厨余垃圾的是________(写一种，下同)，属于有害垃圾的是__________________。
活动二：探究垃圾焚烧后的产物
【查阅资料】塑料制品属于可回收物，但塑料制品回收时须先将废弃塑料进行挑选，沾有污物的塑料制品会进行焚烧处理。
【提出问题】探究塑料(以废旧矿泉水瓶为例)垃圾焚烧后生成气体的成分。
【进行猜想】废旧矿泉水瓶燃烧后生成的气体中含有CO2、CO的一种或两种。
【实验方案】同学们设计如图所示的装置进行实验。
图2
第6题图
实验操作 实验现象 实验结论
先点燃E装置的酒精灯，然后通入一段时间N2，再向A装置中通入燃烧后的气体，一段时间后，点燃C装置的酒精灯，观察实验现象 ①________ ②________ 生成的气体中含有CO
【实验反思】(1)C装置中发生反应的化学方程式为____________________________。
(2)该实验验证生成的气体中含有CO2的现象是______________。
活动三：讨论分析废旧电池对人体的危害
【交流讨论】查阅资料可知，废旧电池中含有Zn、Mn、Pb、Hg、Cd等金属元素，其中对人体会造成危害的元素是________(任写一种即可)。
活动四：交流讨论常见垃圾处理方法的优缺点
项目 常见的垃圾处理方法 优点 缺点
① 填埋 工艺简单，处理量大 残留大量细菌，潜伏重金属污染
② 堆肥 投资小，在一定程度上减少了化肥的使用 减容、减量、无害化处理程度低
③ 焚烧 处理快捷，把垃圾转化为热能，实现垃圾的局部资源化 ____________
④ 回收利用 可再生循环利用资源，节约资源 成本比较高，普及率不高
【分析应用】经过探究，小组同学认为废旧塑料、废旧报纸或废旧金属等垃圾回收利用的好处远大于焚烧填埋处理的原因为_________________。
(六)探究土壤酸碱性对植物生长的影响
7.[万唯原创] 土壤是各种植物生长的基础，土壤有酸性、碱性和中性，酸性土壤和碱性土壤对某种植物的生长会造成什么影响呢？为此，同学们进行了项目性探究。
项目一：土壤酸碱性的鉴别
【信息检索】①通过土源判断，山林中的土壤、沟壑的腐殖土，比较疏松，是非常好的酸性腐殖土。
②通过地表植物判断，一般生长松树、杉类植物、杜鹃的土壤多为酸性；生长谷子、高粱的土壤多为碱性。
③通过土壤颜色判断，酸性土壤一般颜色多呈白、黄等浅色。
【小组交流】在实验室，通过pH试纸判断土壤酸碱性，其具体实验操作是__________________，若测得的pH______7，则为碱性土壤，反之，为酸性土壤。
项目二：探究土壤酸碱性对植物生长会造成什么影响
【制定方案】在烧杯中用水溶液栽培法进行模拟实验。测得其土壤的pH，并观察pH为5、6、7、8、9这五组浸出液中绿豆芽的生长。(环境：同一向阳处、温度均为22 ℃、浸出液量都是50 mL、空间分布一致，每个烧杯内绿豆8粒)
【记录结果】
第7题图
【分析结论】相同环境中，绿豆芽在pH为______的浸出液最适宜生长，说明植物生长需要适宜的土壤。如高粱适宜选用______土壤。
【能力提升】检验土壤中可能含有的离子
实验方案 实验现象 实验结论
取pH为5的土壤浸出液少许，滴加稀盐酸 ________ 该土壤中不含碳酸根离子
【交流讨论】同学们经进一步思考，发现该浸出液中不可能含碳酸根离子，无需检验，原因是_____________。
项目三：土壤酸碱性的调节
【反思交流】通过一些直观的方法就可以判断土壤的酸碱性，如____________(任写一条)；若土壤呈酸性，可施入适量__________，还可以在施肥时使用碱性肥料进行调节，如碳酸氢铵、氨水、草木灰等。若土壤中还含有氯离子，发生反应的化学方程式是________________________。(任写一个即可)。
(七)制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程
8.元素概念的产生和演变经历了一段过程，部分过程如图所示。
图1
第8题图
(1)“五行说”和“四元素说”都认为其成分不可分，水是两种学说中的一种，其水的化学式为________。
(2)史料3、4中科学家均利用氢气的燃烧验证自己的猜想，该反应的化学方程式为__________。
(3)史料5中拉瓦锡通过进行电解水的实验得出水是由氢、氧元素组成的，该反应的微观实质为_______。
图2
第8题图
(4)由史料6中的元素周期表可知，镁和钠的元素周期表(一格)信息如图2，钠原子和镁原子化学性质不相同的原因是________________。
(八)调查家用燃料的变迁与合理使用
9.燃料的使用就是时代变化的一个缩影。课外实践活动中，某兴趣小组的同学们用流程图的形式展示了新中国成立以来，家庭燃料大体经过的四个阶段(如图所示)。
第9题图
(1)从燃烧的条件分析，柴草比煤容易燃烧的原因是________________；从充分燃烧角度分析，将煤炭粉碎制成蜂窝煤的原因是_______________。
(2)在使用煤气(或液化气)时应提防煤气(或液化气)泄漏，其原因是_________________________。
(3)现如今，很多家庭开始使用天然气作为燃料，天然气的主要成分充分燃烧的化学方程式为______________，其优点是____________________(任写一条即可，下同)。
(九)海洋资源的综合利用与制盐
10. 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，21世纪人类将重点开发海洋资源。海洋资源的综合利用主要包括海水淡化、海水直接利用和海水化学资源利用三个方面。
海水淡化的方法中以蒸馏法历史最为久远，并且海水淡化技术和工艺也比较完整，但用蒸馏法淡化海水的成本较高，现如今将蒸馏法与能源技术相结合，是科研人员研究的方向，该方法能极大的解决成本问题，如图1所示；其他常用的海水淡化技术分别有①电渗析法(如图2所示)；②离子交换法(如图3所示)，利用该方法经处理后的海水能直接变成可饮用的纯净的水。
图1 图2 图3
第10题图
海水化学资源利用可用于提取各种化学用品，如海水提溴，海水制碱，海水提镁，还可利用蒸发浓缩、沉淀、过滤、结晶等分离方法制备得到盐。如图是海水制取氢氧化钠、氢气和氯气的大致流程：
图4
第10题图
阅读短文，回答问题：
(1)海洋里的化学资源有什么？______________________(任写一种即可)。
(2)海水通过高分子材料半透膜，发生改变的是什么？_________________________。
(3)电解饱和氯化钠溶液的化学方程式为________________。
(4)海洋中所蕴藏的可再生能源有哪些？________(任写一种即可)。开发利用这种能源，可缓解人类面临的什么问题？_______________。
11.海洋是一个巨大的宝藏，海水中有着丰富的化学资源。同学们对海洋资源的种类、海水资源的利用开展了项目化学习。
项目一：海洋资源的种类
海洋覆盖地球表面的70%，它产生了人类呼吸所需要的50%的氧气，吸收来自地球40%的二氧化碳。海洋资源非常丰富，如盐类、淡水、溴等化学资源；鱼、虾、________等生物资源；石油、可燃冰、煤等海底油气资源；海洋热能、________等海洋能源。
【交流讨论】地球上淡水资源很少，海洋是地球最大的储水库，海水淡化是缓解淡水危机的有效途径。
项目二：海水淡化
【查阅资料】全球海水淡化技术已超过20种，包括蒸馏法、反渗透法和太阳能法等。
名称 蒸馏法 反渗透法 太阳能法
原理 通过加热海水使之沸腾汽化，再把蒸汽冷凝成淡水 对海水加压，水分子可以透过分离膜而海水中的各种离子不能透过，从而得到淡水 利用相关设备对太阳能进行吸收转化为热能，利用该热能对海水进行加热，使海水中的水蒸发分离，然后将水蒸气导出并冷却，得到淡水
【交流讨论】以上三种海水淡化的方法所发生的变化都属于________(填“物理变化”或“化学变化”)，其中最节能环保的方法是________，应用最广泛的是反渗透法，反渗透法淡化海水的剩余母液(高浓度盐水)可用于制盐、制镁等。
项目三：母液制盐
【查阅资料】母液中除含有大量NaCl外，还含有CaCl2、MgCl2等杂质。
【进行实验】同学们从某反渗透法净水厂购买了少量母液，在实验室模拟工业生产进一步提纯制盐。
实验步骤 实验现象
①取少量母液于试管中，向其中滴加过量________(填最优试剂)溶液 产生白色沉淀
②继续向①中加入过量碳酸钠溶液 ____________
③过滤，将滤液蒸发结晶
【交流讨论】②中发生反应的化学方程式为______________________。
【反思评价】有同学认为通过以上步骤还不能得到精盐，需对步骤③进行改进，改进方案是___________。
(十)调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用
12.2022年6月5日，搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F遥十四运载火箭，点火升空，成功将三位航天员顺利送入太空。3名航天员进入空间站天和核心舱，正式开启6个月的太空之旅。请分析图文信息，解答相关问题。
第12题图
(1)轻质、高强、耐极端环境是航天材料应用所需具有的重要性能。碳纤维作为航天器的主要材料，可以制成各种机翼、机身、外壳等，说明其具备的特性是__________(任写一种即可)。
(2)石墨烯材料在航天领域具有广泛的应用：航天服、空间站水处理、航天蓄电设备、航天热控材料等。而石墨在生活中常用作________，是因为___________。
(3)新一代运载火箭的发动机主要采用液氢、液氧和煤油作为燃料，工作时液氢燃烧的化学方程式是_________，在目前的技术下，95%的氢能源来自化石能源，低碳转型十分紧迫。请写出一种生活中的低碳做法__________________。
(4)航天员的一个主要任务是在轨完成空间站组装建造。空间站的能量来源：太阳。发电担当：柔性太阳能电池翼。储能担当：锂离子蓄电池。太阳能的优点是______，其中锂离子符号为________，电池的充电和放电的过程是______能和化学能的转化。
答案
1.(1)能 (2)④⑥ (3)①Ca(OH)2＋Na2CO3=== CaCO3↓＋2NaOH ②NaOH溶液 (4)27
【解析】(1)由图1所示可知，动植物呼吸过程中放出CO2气体。(2)由碳循环示意图可知，CO2的自然吸收途径有④植物的光合作用、土壤吸收和⑥海水吸收两种。(3)①由“碳捕集”流程图可知，在反应、分离室内，氧化钙和水反应生成的Ca(OH)2和Na2CO3相互交换成分，生成CaCO3沉淀和NaOH，据此写出反应的化学方程式。②在该流程中，CaO和NaOH两种物质既有消耗，也有生成，是该流程中可循环利用的物质。
(4)设用44 g CO2人工合成淀粉的质量为x，则由碳元素守恒可列关系式：
6n CO2～(C6H10O5)n
6n×44 162n
44 g x
＝
x＝27 g。
2.任务一：【分析交流】二氧化碳(或CO2)
任务二：【小组讨论】(1)风能(合理即可) (2)化学
任务三：【进行实验】有气泡产生，气球变瘪 【反思交流】(1)CO2＋2NaOH === Na2CO3＋H2O (2)碳酸钠溶液显碱性，也能使无色酚酞溶液变红，无法证明反应发生 任务四：【交流讨论】温室效应 ①上学时多乘坐公共交通(或骑自行车，合理即可)
③加大二氧化碳的封存及转化技术的推广和应用(合理即可)
3.(1)氧气的溶解度随温度的升高而减小 (2)有机合成 (3)制氧机中气体流通不畅，无法达到制氧效果(合理即可) (4)物理变化
4.(1)CO (2)O3 二级(或良) (3)NO2，来源于汽车尾气(合理即可) (4)减少化石能源的使用，推广使用清洁能源(合理即可)
5.D
6.活动一：【交流讨论】霉变的花生(或香蕉皮) 破碎干电池(或过期感冒药或水银温度计) 活动二：【实验方案】①C处硬质玻璃管内黑色粉末变红色 ②D处澄清石灰水变浑浊 【实验反思】(1)CuO＋COCu＋CO2 (2)A装置质量增加 活动三：【交流讨论】Pb(或Hg或Cd) 活动四：③容易造成环境污染(或投资大、占用资金周期长，合理即可) 【分析应用】能够实现可再生资源循环利用，节约资源(合理即可)
【解析】活动一：【交流讨论】收集的常见垃圾中属于厨余垃圾的是霉变的花生和香蕉皮；属于有害垃圾的是破碎干电池、过期感冒药、水银温度计。活动二：【实验方案】结合实验操作及结论可知，观察到的现象为①C处硬质玻璃管内黑色粉末变为红色，②D处澄清石灰水变浑浊。【实验反思】(1)C装置中发生的反应为一氧化碳与氧化铜在加热条件下反应生成铜和二氧化碳。(2)由于氢氧化钠溶液会吸收燃烧后生成气体中的二氧化碳，因此若A装置质量增加，则可验证生成的气体中含有CO2。活动三：【交流讨论】Zn、Mn属于人体必需的微量元素，对人体无害，Pb、Hg、Cd属于重金属元素，会对人体造成危害。活动四：③垃圾焚烧的缺点为容易造成环境污染且投资大、占用资金周期长等。【分析应用】分析表格信息可知，回收利用的好处远大于焚烧填埋处理的原因为能够实现可再生资源循环利用，节约资源等。
7.项目一：【小组交流】取少量土壤于烧杯中，加水溶解后，用玻璃棒蘸取少量待测液滴在pH试纸上，将试纸显示的颜色与标准比色卡比较并读数 ＞
项目二：【分析结论】 8 碱性 【能力提升】 无明显现象 【交流讨论】 溶液显酸性，碳酸根离子不能与H＋共存
项目三：【反思交流】观察土壤颜色(合理即可) 熟石灰 2HCl＋K2CO3 === 2KCl＋H2O＋CO2↑(合理即可)
8.(1)H2O (2)2H2＋O22H2O (3)分子分解成原子，原子重新组合成新的分子(合理即可) (4)最外层电子数不同
9.(1)柴草的着火点低于煤 增大与空气的接触面积，使燃烧更充分 (2)煤气或液化气泄漏容易引发火灾和爆炸(合理即可) (3)CH4＋2O2 CO2＋2H2O 燃烧产物无污染(合理即可)
10.(1)溴(合理即可) (2)可溶性离子的数量减少(合理即可) (3)2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(4)潮汐能(合理即可) 能源危机(合理即可)
11.项目一：贝类(或海藻，合理即可) 潮汐能(合理即可) 项目二：【交流讨论】物理变化 太阳能法 项目三：【进行实验】氢氧化钠(或NaOH) 产生白色沉淀 【交流讨论】CaCl2＋Na2CO3=== CaCO3↓＋ 2NaCl 【反思评价】向滤液中加入适量稀盐酸，再蒸发结晶
【解析】项目一：海水中含有鱼、虾、螃蟹、海藻、贝类等生物资源，以及海洋热能、潮汐能等海洋能源。项目二：【交流讨论】蒸馏法、反渗透法、太阳能法三种方法淡化海水过程中均无其他物质生成，属于物理变化；其中最节能环保的方法是太阳能法。项目三：【进行实验】母液中除含有大量NaCl外，还含有CaCl2、MgCl2等杂质，步骤①的目的是除去MgCl2，反应现象是产生白色沉淀，则加入的试剂能够使MgCl2转化为Mg(OH)2白色沉淀且不引入其他金属阳离子，因此步骤①为取少量母液于试管中，向其中滴加过量氢氧化钠溶液。步骤②为继续向①中加入过量碳酸钠溶液，碳酸钠和氯化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和氯化钠，实验现象为产生白色沉淀。【交流讨论】经上述分析可知，②中发生反应的化学方程式为CaCl2 ＋ Na2CO3 === CaCO3↓＋ 2NaCl。【反思评价】由于过滤后的滤液中仍存在过量的氢氧化钠和碳酸钠杂质，因此还不能得到精盐。需要向滤液中加入适量稀盐酸，将氢氧化钠和碳酸钠杂质都转化为氯化钠，再进行蒸发结晶，才可得到精盐。
12.(1)强度高(或质轻) (2)铅笔芯(合理即可) 石墨质软(与上一空对应，合理即可) (3)2H2＋O2 2H2O 随手关灯(合理即可) (4)无污染(合理即可) Li＋ 电
