跨学科实践活动05 基于碳中和理念设计低碳行动方案（活动设计）-2024-2025学年九年级化学跨学科实践活动教学课件+设计（人教版2024）

跨学科实践活动5 基于碳中和理念设计低碳行动方案 活动设计 活动：基于碳中和理念设计低碳行动方案 课时 4 授课年级 九年级 主题分析 《义务教育化学课程标准（2022年版）》的“化学与社会·跨学科实践”主题中，首次提出跨学科实践活动的思路，明确了“化学与可持续发展”的概念，引导学生认识化学在解决资源、能源、材料、环境、人类健康等问题中的作用，树立建设美丽中国、为全球生态安全作贡献的信念，主动践行节约资源、环境友好的生活方式，树立人与自然和谐共生的科学自然观和绿色发展观。 全球气候问题是当今人类面临的重大危机。为了应对气候变化所带来的问题，2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。要想实现碳中和，需要从物质的多样性以及“化学与可持续发展”的学科大概念统摄学习内容，引导学生基于碳元素的转化、循环以及二氧化碳的性质与转化，理解碳中和思想，并能运用跨学科知识综合分析、认识碳中和的重要性，探索并践行低碳行动，从而促进学生形成科学观念，培养科学态度和社会责任感。 教学目标 1.知道大气中二氧化碳的来源及对环境带来的影响，从元素守恒、物质转化的视角简单解释减少二氧化碳的产生和排放、促进二氧化碳的转化和吸收的方法，讨论实现碳中和的可行性。 2.认识我国能源使用现状，讨论在工业生产中减少二氧化碳排放的具体方法，从化学和跨学科视角出发，从科学、技术、社会、政策等方面设计、评价低碳行动的方案，认识综合运用科学、技术、工程等解决实际问题的重要性，提高社会责任感和实践能力。 3.通过学习活动，发展元素观、变化观、价值观，学会多角度综合分析、评价低碳行动方案的可行性；在分析、解决实际问题的过程中发展批判性思维能力，建构“化学与可持续发展”跨学科大观念。 教学重难点 教学重点 理解碳中和概念，准确找出不同场景下的碳排放源，设计合理有效的低碳行动方案。 教学难点 如何根据实际情况计算碳排放，以及如何确保所设计的低碳行动方案具有可行性和创新性。 学情分析 1. 已有知识基础 九年级的学生已经学习了燃烧的条件、二氧化碳的性质等化学知识，这为理解碳中和概念和分析碳排放源奠定了一定的基础。同时，在其他学科的学习中，学生也对环境问题有了一些初步的认识，具备一定的环保意识。 2. 能力水平 这个阶段的学生具有较强的好奇心和探索欲，具备一定的自主学习能力和团队合作能力。但是，他们的知识储备和生活经验还相对有限，在处理复杂的跨学科问题时，可能会遇到困难，例如在综合运用多学科知识进行碳排放计算和方案设计时，可能会出现考虑不周全的情况。 3. 学习特点 学生对与生活实际相关的话题比较感兴趣，但在学习过程中可能会因为缺乏足够的动力而难以深入探究。因此，在教学过程中，需要通过设置有趣的情境、真实的案例等方式来激发学生的学习兴趣，引导他们积极参与到学习活动中来。 知识整合 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. 自然界中的二氧化碳循环：绿色植物的光合作用 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。 教学过程 【课前预习】 1.“碳达峰”“碳中和”中的碳指的是二氧化碳。 2.低碳行动的设计原理：减少二氧化碳的排放与增加二氧化碳的吸收。 【新课导入】 为应对全球变暖这一重大环境问题，2020 年，我国提出碳达峰、碳中和的战 略目标。为了实现这个目标，我们都应该加人低碳行动的行列。那么，哪些行动是符合碳中和理念的低碳行动呢? 【活动过程】 任务一 了解相关概念，聚焦核心物质 ［讲解］要理解碳中和理念，必须要了解三个关键词“低碳行动”“碳达峰” 和“碳中和”。 1.碳中和：一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通 过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量， 达到相对“零排放”。 2.碳达峰：在某一个时间点，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步回落。 3.低碳行动：应用新世纪的创新技术与创新机制，通过低碳经济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。 ［提问］请结合我们学习的二氧化碳的性质等思考，低碳行动有什么意义呢？ ［答］保障人体健康，提升生活质量；保护环境和气候，维护自然生态系统进行和生物多样性；节约资源，促进社会可持续发展等。 ［追问］生活中，我们有哪些可以实现低碳行动的做法呢？ ［答］减少能源消耗，步行骑自行车或乘坐公共交通工具代替开车出行，节 约用水，减少食物浪费等。 ［小结］“碳达峰”“碳中和”中的“碳”指的是二氧化碳，为维持人类生活与生态平衡，控制二氧化碳的排放与吸收具有重大意义。我国已向世界承诺力争于 2030 年前实现“碳达峰”，努力争取 2060 年前实现“碳中和”，体现了大国的责任与担当。 任务二 测定不同环境中二氧化碳的含量 ［布置任务］分小组收集不同环境中二氧化碳的含量。 ［学生活动］收集教室里的空气和花园里的空气各一瓶：将两个相同体积的集气瓶装满水，盖上玻璃片，分别带到教室和花园里，将水倒掉，然后用橡胶塞 塞紧瓶口。 ［讲解］利用排水法可以收集任何地方的空气样品。 ［演示］教师讲解二氧化碳浓度仪的作用和结构等知识，并演示其使用方法。 ［学生活动］利用二氧化碳浓度检测仪检测两瓶中二氧化碳的含量。 ［提问］教室里和花园里的空气中二氧化碳的含量相同吗？ ［答］不同。教室里的空气中二氧化碳含量高。 ［追问］为什么会产生这样的结果呢？ ［答］因为教室里人口密集，人类的呼吸作用会消耗氧气，产生二氧化碳， 导致室内空气中二氧化碳的含量升高。 ［小结］人类活动会增加空气中二氧化碳的含量。 任务三 梳理自然界中的碳循环 ［展示］教师多媒体展示二氧化碳在自然界中的转化关系图。 ［讨论］阅读上图中二氧化碳在自然界中的转化过程，试分析属于二氧化碳排放途径的有哪些？属于二氧化碳吸收的途径有哪些？ ［答］二氧化碳的排放途径有：燃料燃烧，碳酸分解，动植物呼吸。二氧化碳的吸收途径有：绿色植物光合作用，海水吸收，化学吸收。 ［小结］ 放源产生的二氧化碳捕获、压缩后，作为工业原料利用，或输送到选定地点长 期封存，而不是释放到大气中。二氧化碳的捕集可以采用化学吸收法，利用碱性 吸收剂与二氧化碳反应生成不稳定的物质，该物质在一定条件下可逆向分解重新 释放二氧化碳，从而实现二氧化碳的捕集和利用。二氧化碳的封存主要是将捕集 到的二氧化碳封存于地层深处或海底。 ［提问］结合前面对二氧化碳的学习，思考人工捕集二氧化碳可以利用哪些 试剂或反应原理呢？ ［答］可以利用氢氧化钙、氢氧化钠等试剂进行吸收，也可以利用催化剂将 二氧化碳转化为甲醇疯物质进行再利用。 ［小结］ ［讲解］自然界中绿色植物的光合作用是二氧化碳最主要的吸收途径，所以大家一定要爱护绿植。 任务四 设计低碳行动方案 ［提问］设计低碳行动的目的是什么呢？ ［答］减缓空气中二氧化碳含量的增加或降低二氧化碳的含量。 ［讲解］所以低碳行动就是在日常生活，工作学习中要选择能减少向空气中排放二氧化碳的行动方式，或者进行一些可以加强吸收大气中的二氧化碳的活动。 ［小结］ ［布置任务］参观当地相关展览，就低碳行动与工作人员交流，制作低碳行动方案。 【课堂小结】 通过“了解相关概念”的学习，学生对“碳中和”“碳达峰”等概念有了一定的认识，明白了低碳行动的意义。通过“测定不同环境中的二氧化碳的含量”活动，学生明白了空气中二氧化碳的含量会受到人类活动的影响，要减少空气中的二氧化碳含量，也必须从人类的活动出发进行。“梳理自然界中的碳循环”可以帮助学理解设计低碳行动原理，进而学会分析方案的可行性。最后通过方案设计与交流完善，帮助学生形成体系的低碳行动的要落实在日常行为中的意识。 作业设计 1．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 【答案】C 2．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 【答案】D 3．“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 【答案】C 4．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 。 【答案】（1）天然气 不可再生 温室效应（合理表述即可） （2）吸收 （3）碳替代 （4）分子之间存在间隔，受压后，分子之间的间隔变小 （5） 5．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、 。 【答案】（1）能 （2）④⑥ （3） 引流 温室效应 分解 氢氧化钠/NaOH 教学反思 （1）在教学过程中，虽然通过小组活动的方式激发了学生的积极性和参与度，但部分学生在小组合作中仍然存在依赖他人的现象，没有充分发挥自己的主观能动性。 （2）在碳排放计算和低碳行动方案设计环节，由于涉及的知识面较广，部分学生对一些复杂的概念和计算方法理解不够透彻，导致在方案设计时存在一些不合理的地方。 （3）在课堂时间把控上，虽然整体的教学环节能够顺利完成，但在小组汇报和评价环节，有时会因为学生的讨论过于热烈而超出预定时间，影响了后面教学内容的进行。 板书设计 左边板块： 碳中和概念：抵消二氧化碳排放，实现“零排放” 中间板块： 碳排放源 1. 家庭：用电、用水、出行 2. 校园：照明、空调、食堂 3. 社会：工厂、商场、社区 右边板块： 低碳行动方案 1. 家庭：节能电器、绿色出行、节约用水 2. 校园：智能照明、空调控制、绿色食堂 3. 社会：清洁生产、节能商场、低碳社区 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$