跨学科实践活动5 基于碳中和理念设计低碳行动方案
自然界存在着碳循环,当自然界的碳平衡被打破后,大气中二氧化碳的含量增多,由此带来一系列环境问题。我国积极采取低碳减排措施,力争在2060年实现“碳中和”。为践行碳中和理念,实验中学开展了“我为低碳做贡献”的跨学科实践活动。
任务一:了解“碳达峰”和“碳中和”的含义
【查阅资料】“碳达峰”是指二氧化碳的排放达到峰值不再增长。意味着中国要在2030年前,使二氧化碳的排放总量达到峰值之后,不再增长,并逐渐下降。
碳中和是指某个地区在一定时间内,人类活动直接和间接排放的碳总量,与通过植树造林、工业固碳等方式吸收的碳总量相互抵消,实现碳净零排放。
【问题交流】(1)“碳达峰”“碳中和”“低碳行动”中的“碳”是指 。
(2)“碳达峰”“碳中和”目标的实现可缓解的环境问题是 。
任务二:了解自然界中的碳循环
(1)从碳循环视角看,会导致大气中二氧化碳含量增多的过程有 。
(2)自然界中消耗二氧化碳的主要方式是 。
任务三:探究吸收、捕集、利用二氧化碳的途径
【回顾已知】二氧化碳与水在常温下能反应生成碳酸,条件改变还会发生其他反应。小组同学将搜集到的二氧化碳与水的反应做了以下梳理。从中你还可以得到哪些信息
(写1条)。
【作出猜想】有同学认为可用水吸收二氧化碳。
【进行实验】小明进行了如下实验。向充满二氧化碳的塑料瓶中加入一定量的水,迅速拧紧瓶盖振荡,塑料瓶变瘪,请解释原因: 。
【进行评价】根据上述实验,该同学认为自然界中的海水可以吸收大气中过多的二氧化碳,请你评估该观点的问题或风险,并阐述理由: 。
【进一步探究】小明认为,还可以用澄清石灰水吸收二氧化碳,原因是 (用化学方程式表示)。
【搜集资料】资料一:目前,CO2捕集技术的关键是将CO2从排放物中分离出来。物理吸收法中的一种方法是用甲醇作溶剂吸收;另一种是用活性炭、沸石等对CO2进行吸附性吸收。用氨水(NH3·H2O)作吸收剂时,控制温度在30 ℃左右,用喷氨技术吸收CO2生成碳酸氢铵。
资料二:我国科学家利用二氧化碳和电解水产生的氢气先合成甲醇,继而通过10步反应合成淀粉。与植物生产淀粉所需的60多步反应相比,明显降低了合成的复杂度,提高了能源的利用效率。但从经济角度看,要与农业种植竞争,电能利用效率和淀粉合成速率还需要提高数倍。
【交流讨论】(1)活性炭、沸石等可作吸附剂吸收CO2,则它们可能具备的结构特点是 。
(2)某同学推测,二氧化碳和氢气在一定条件下合成甲醇(CH3OH)的同时有水生成,该反应的化学方程式为 ,他这样推测的原因是 。
(3)请结合资料二中信息,从理论意义和现实挑战的角度对“二氧化碳合成淀粉”进行评述: 。
【链接科技】碳利用的途径之一是以二氧化碳为原料制取炭黑。下图是其工艺流程示意图。反应1的基本反应类型为 ;反应2的化学方程式为 。
任务四:制定低碳行动方案
【归纳总结】同学们总结了二氧化碳的产生与吸收的方法,并构建了知识网络。其中碳酸钙转化为二氧化碳的化学方程式为 。
【制定方案】低碳行动需要每一位公民的努力,请完成下列低碳行动方案。
碳中和:二氧化碳排放量=二氧化碳吸收量
— 碳排放 碳吸收
个人 生活 以步代车、节约用电
国家 发展碳捕集技术
国际 加强国家间交流合作 积极研究吸收大气中CO2的技术,各国合作共同发展
参考答案
任务一:
【问题交流】(1)二氧化碳
(2)温室效应
任务二:
(1)火山喷发、化石燃料的燃烧
(2)光合作用
任务三:
【回顾已知】相同反应物在不同条件下,可能生成不同物质(合理即可)
【进行实验】二氧化碳能溶于水且与水反应,会使塑料瓶中气压减小,软塑料瓶变瘪
【进行评价】二氧化碳在水中的溶解能力是有限的,且较多二氧化碳溶于水会使海水酸化,影响海洋生态环境
【进一步探究】CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
【交流讨论】(1)疏松多孔
(2)CO2+3H2CH3OH+H2O 化学反应前后元素的种类、质量不变
(3)从理论上实现了零的突破,提高了能源的利用效率;从现实上,与农业种植竞争,电能利用效率和淀粉合成速率还需要提高数倍
【链接科技】分解反应 3FeO+COFe3O4+C
任务四:
【归纳总结】CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑(或CaCO3CaO+CO2↑)
【制定方案】植树造林,在家多种花草 发电方式变革,多用风力、水力发电(合理即可)
