5.3 自然界中的碳循环 课件-2025-2026学年九年级化学沪教版(2024)上册

低排放技术将在中国向碳中和未来过渡中发挥重要作用。到2023年，全球化石燃料二氧化碳的排放量达到368亿吨每年。在一些化工领域，非常重要的一种减排方法就是碳捕集、利用和储存，通常被称为CCUS2氧化碳普及。在工厂生产的二氧化碳排放到大气之前，使用溶剂吸收工业尾气中至少90%的二氧化碳排放量，通过管道运输安全的存储在数公里深的地下。想象一下，这就像把你喝不完的可口可乐密封在地球表面深处的多孔岩石中，随着时间的推移，碳酸饮料就被地球岩石层吸收了二氧化碳。岩水层封存是把二氧化碳直接注入盐水层里，我们可以把二氧化碳溶解在地下水中，也可以把二氧化碳以气体或流体的形态封在难以渗透的岩石盖层下，就像在地下建造一个保险库，再盖成这个保险罩里，二氧化碳很难逃逸到大气，从而将二氧化碳安全的封存在地下。另外一种方法是将注入地层的二氧化碳与矿物发生化学反应，生成碳酸盐矿物，就像海绵吸收水一样，岩石将二氧化碳溶解吸收，这种方法叫做矿物封存。二氧化碳利用主要是用于制造碳基产品，全球每年使用2.3亿吨二氧化碳，主要是用于生产化肥约1万2500万吨每年和提高石油采收率约7到8000万吨每年。CCUS技术能惠及人们的衣食住行，普及的二氧化碳可用于食品和饮料生产、冷却水处理、温室大棚等。在温室气体排放中，化石燃料燃烧占碳排放的很大一部分，最高达到80%。在人口不断增长、人们对能源的需求越来越大的当下，在世界上一些碳排放最高的行业，比如发电、钢铁制造、水泥生产，没有CCUS技术很难实现碳中和。在当前的研究中，来自全球的研究者正在探究使用其他方式吸收二氧化碳，比如微藻利用技术，通过微藻将二氧化碳固定为碳水化合物，进一步转化为生物燃料、食品添加剂等化学品。作为沿岸工业发达省份，广东省有大量的二氧化碳集中排放源。2022年，广东省启动了我国首个海上规模化CCUS集群研究项目。大亚湾区二氧化碳捕集利用及封存集群研究项目CCUS技术预计为广东省每年减排超过5000万吨二氧化碳。 如果我问你什么叫温室效应，你能够完整且清晰的回答出来吗？要搞懂它，咱们得先说说温室，也就是暖房。它是用玻璃或是塑料膜搭建的保温设施。来看这幅图，太阳辐射是短波辐射，可以顺利通过玻璃进入温室内部，使室内地面的温度升高。地面升温后，它释放的长波辐射会被玻璃挡住，也就是被阻隔在温室内，室内的热量积聚，气温自然也就升高了。温室具有明显的保温作用，它的存在是热量有进无出，或者说是多进少出。正因为和玻璃温室对地面的保温作用是类似的，所以大气层对地面的保温作用便被命名为温室效应。如果没有大气，那地球表面的平均温度会下降到0下23摄氏度，而实际上地表的平均温度大约为15摄氏度，这就是说，温室效应使地表温度提高了约38摄氏度。这么看来，温室效应的存在对地球形成宜居环境是有很大贡献的。不过保温这件事儿，如果用力过猛了，那也是不行的。工业革命以来，人类大量燃烧煤炭、石油、天然气等化石燃料，大气中二氧化碳等气体的含量在增多。像二氧化碳这样的气体，它可以大量吸收地面发出的长波辐射，把地面发出的热量截留在大气中使气温升高，然后再以大气逆辐射的方式返还给地面。这些气体含量的增加会使大气对地面的保温作用变强，也就是让温室效应更加显著。我们把二氧化碳这样的家伙称为温室气体。除了二氧化碳之外，你还知道哪些温室气体呢？二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氢氟化合物、全氟碳化物以及六氟化硫。这些号称温室气体界的六大天王，也是京都议定书中规定要控制排放量的对象。另外提一下，空气中的水汽也是温室气体，不过它的排放并不需要刻意的控制。从对全球升温的贡献百分比来说，二氧化碳由于含量较多，占比约为75%，是以上6种当中最多的，所以它的名气也最大。 第5章 奇妙的二氧化碳 沪教版·九年级化学 第3节 自然界中的碳循环 能利用二氧化碳的性质分析、说明其对自然界和人类生产生活的影响； 能以自然界中的碳循环为例，认识物质在自然界中可以相互转化及其对维持人类生活与生态平衡的重要意义； 能初步形成资源回收、保护环境的意识，践行节能减排、绿色低碳的生活方式。 学习目标 新课导入 考古学家通过测定贾湖骨笛中14C的含量推算出它的历史。14C原本是宇宙射线与空气中的气体原子发生核反应而产生的，它能与氧原子结合成 CO2，14C最初以 CO2为载体，存在于大气中。 最初存在于大气 CO2 中的 14C 是通过什么途径进入动物骨骼中去的呢？ 推进新课 知识点1 自然界中的二氧化碳 根据你已有的知识和日常生活经验，将大气中二氧化碳产生和消耗的途径填入表中。 产生途径 消耗途径 绿色植物的光合作用 水中的藻类等浮游生物的光合作用 水体溶解 动植物的呼吸作用 煤、石油等化石燃料的燃烧 微生物的分解作用 【点击图片播放视频】 自然界的碳循环 例1 下面是碳循环的一些环节，其中属于二氧化碳转化为氧气的变化是（ ） A. 海水吸收二氧化碳 B. 动植物的呼吸作用 C. 绿色植物的光合作用 D. 化石燃料的燃烧 × C × × √ 跟踪训练 自然界中由二氧化碳转化为氧气的唯一方法是光合作用。 二氧化碳本身没有毒性，但它不能供给呼吸，所以空气中的二氧化碳超过正常含量时，会对人体产生一定的影响。 知识点2 二氧化碳对人体健康的影响 空气中二氧化碳的体积分数 对人体的影响 1% 气闷、头昏、心悸 4%~5% 气喘、头痛、眩晕 8%以上 神志不清，呼吸逐渐停止，以致死亡 菜窖 深井 久未开启的菜窖和深井中二氧化碳含量可能较高，人在进入之前要检测其中的二氧化碳含量（如灯火试验），避免损害健康。 人群密集的地方，应注意及时通风换气 知识点3 二氧化碳对环境的影响 随着社会的发展，煤、石油、天然气的消耗量急剧增加，人类排放的二氧化碳越来越多。 能吸收二氧化碳的森林因为天灾和人类的乱砍滥伐而不断减少。 空气中二氧化碳的含量呈上升趋势，二氧化碳的自然平衡被打破。 【点击图片播放视频】 全球变暖，冰川融化，海平面上升，淹没沿海地带 气温上升，更多水蒸气进入大气，土地沙漠化 极端天气和气候事件频发扩大疫病流行，危害人类健康，破坏生物多样性 温室效应的危害 气温升高导致冰川不断减少 南极冰川崩塌 地球四分之三陆地因气候变化逐渐干旱 鄱阳湖湖床干裂 控制温室效应的措施 减少煤、石油、天然气等化石燃料的使用。 开发利用太阳能、风能等清洁能源。 开发、普及节能产品和技术。 大力植树造林，严禁乱砍滥伐。 用物理或化学方法，人工吸收二氧化碳。 控制二氧化碳的排放量 发展“低碳经济”，提倡低碳生活。 知识点4 碳达峰碳中和目标的实现 全球应对气候变化的行动 《巴黎协定》提出把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃以内，并为把升温控制在1.5℃之内而努力。 中国担当——“双碳”目标 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 “双碳”目标 【点击图片播放视频】 限制CO2排放 利用清洁能源 大力植树造林 捕集、利用与封存二氧化碳 说一说：作为学生，我们可以在哪些方面做到低碳生活？ 低碳行动 为实现我国的“双碳”目标，同学们要树立从我做起，从当下做起的观念，在日常生活中尽可能直接或间接减少碳排放，为节能减排作出贡献。 随堂练习 1. 下列关于二氧化碳的说法不正确的是（　　） A．二氧化碳有毒 B．二氧化碳常用于灭火 C．干冰可用于人工降雨 D．光合作用会消耗二氧化碳 A 2. “氧循环”和“碳循环”是自然界存在的重要循环。下列对于碳、氧循环的认识不正确的是( ) C A.变化观：碳、氧循环能体现自然界中的物质和能量转化 B.守恒观：碳、氧循环过程中各元素的质量不变 C.微粒观：绿色植物的光合作用能使自然界中的氧原子总数增加 D.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 3.你能设计一个实验以确定人是否可以安全进入久未开启的菜窖吗？ 做灯火试验 将点燃的蜡烛放到菜窖中，若蜡烛熄灭说明菜窖中的二氧化碳的浓度较大，人就不能进入。 4. 首届上海国际碳中和博览会于2023年6月在国家会展中心举办，下列做法与该博览会主题不一致的是（　　） A．研发清洁能源 B．推广火力发电 C．提倡绿色出行 D．发展新能源汽车 B 5. 我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和，碳中和是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列做法不利于实现此目标的是（　　） A．太阳能、风能等清洁能源代替化石燃料的使用 B．为了实现CO2的零排放，大规模开采可燃冰作为新能源 C．大力植树造林，严禁乱砍滥伐森林 D．在日常生活中，倡导“低碳”生活 B 6. “低碳节能，从我做起”，下列做法不符合“低碳生活”理念的是（　　） A．草稿纸双面使用 B．出门随手关灯 C．废旧书籍焚烧处理 D．减少使用一次性餐具 C 课堂小结 自然界中的碳循环 碳循环 自然界中的二氧化碳 “双碳”目标 CO2对人体健康的影响 温室效应 原因 危害 碳达峰、碳中和的含义 低碳生活，从我做起 产生途径 消耗途径 呼吸、分解、燃烧 光合作用、水体溶解 $$地球上的碳循环碳是构成地球生命的核心元素，也是影响地球环境和气候变化的重要因素。随着碳达峰、碳中和目标的提出，碳成为人们关注的新焦点。地球上的碳绝大部分贮存在地壳、岩石之中，还有一些储存在海洋、大气、陆地、生态系统等碳库中。这些碳元素在生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之间交换、转化和运移，形成全球碳循环。接下来让我们一起看看碳循环的基本过程吧。大气中的二氧化碳被绿色植物吸收，通过光合作用转化为有机探有机碳，通过食物链再传递给动物。经过这样的方式，探从外部环境进入了生物圈。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则由自身贮存下来。待其死亡之后，大部分残体被微生物分解成二氧化碳排放到大气中，少部分被沉积掩埋，经过漫长的年代转化为煤、石油、天然气等化石燃料。当化石燃料分化或被燃烧时，其中的碳最终转化为二氧化碳回归大气。经过这样的方式探，又从生物圈回到了外部环境。在生物圈之外，大气和海洋、陆地之间也存在着碳循环。在大气和海水的交界处存在着碳交换。二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。大气中的二氧化碳还可以溶解在雨水中。这些酸性的雨水侵蚀地表岩石，并将剥落的矿物质带入海洋，通过沉积过程形成石灰岩等岩石。在化学和物理作用下，岩石风化后所含的碳又将以二氧化碳的形式返回到大气。工业革命以来，人类活动深刻影响着地球碳循环、化石燃料燃烧和土地利用向大气中释放了大量二氧化碳，导致了全球气候变暖。 碳达峰、碳中和，你想知道的知识点都在这儿，碳达峰碳达峰是指某个地区或行业年度温室气体排放量达到历史最高点，然后经历平台期，进入持续下降的过程，是碳排放量由增转降的历史拐点。碳排放峰值不是越高越好，地区碳排放量越高，意味着化石能源使用量越高，不利于形成资源节约、环境友好的生产方式和消费方式，不利于完成国家下达的能源双控目标以及碳排放强度控制目标。峰值排放量越低，对实现碳中和就越有利。碳中和碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的碳排放总量，通过最大程度的减排和自然吸收、补集封存等形式实现正负抵消，达到相对零排放。实现碳中和的核心在于能源结构转型，而能源结构转型尤其需要一个长期过程，需要提前谋划传统能源替代、新能源、发电、储能等诸多产业碳排放权交易来助力。2021年1月5日，生态环境部正式公布了碳排放权交易管理办法试行实施碳排放权交易，是我国第一次从国家层面将碳控排责任压实到企业，通过市场倒逼机制促进产业技术升级。碳排放交易体系是低成本减少碳排放的最有效工具之一，会影响未来的投资方向，让长期的投资更倾向于清洁低碳，最终助力实现碳中和目标。分清碳源和碳汇联合国气候变化框架公约将碳源定义为向大气中释放二氧化碳的过程、活动或机制，将碳汇定义为从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。碳源与碳汇是两个相对的概念，其碳源是指向大气释放碳的单位，如化石燃料燃烧、工业过程排放、公众垃圾处理、农田和畜牧业甲烷排放等。碳汇是指自然界中碳的寄存体，如湿地、森林、海洋等吸收碳的途径。目前，我国将风电、光伏发电等清洁能源项目减少的碳排放也视为碳汇量。 从1986年到2013年，贾湖遗址先后经过八次发掘，一共出土了四十多支骨笛，它们距今9000年到7800年之间。也就是说，在八九千年前的贾湖人当中，古迪一直延续传承了至少1200年。