化石燃料在人類社會的發(fā)展進程中發(fā)揮了巨大的作用。然而，隨著人類對化石燃料大規(guī)模的開采和利用，大氣中二氧化碳的含量持續(xù)升高，由此引發(fā)全球氣候變化。碳達峰與碳中和是全世界為應對過量碳排放帶來的全球氣候挑戰(zhàn)達成的共識。其中，“碳”指的主要是二氧化碳。實現(xiàn)“雙碳”目標，需要追根溯源，厘清“碳”從哪里來，又可以往哪里去，在此基礎上找準問題解決的方向，開展積極行動。
一、了解自然界中的碳循環(huán)
碳循環(huán)是自然界中物質(zhì)和能量循環(huán)的重要組成部分。二氧化碳是含碳的主要氣體，也是碳元素參與物質(zhì)循環(huán)的主要形式之一。
觀察下圖(圖中數(shù)字表示通過不同途徑產(chǎn)生或消耗碳量的相對值)，思考并討論：1.二氧化碳的產(chǎn)生途徑有哪些? 二氧化碳的吸收途徑又有哪些?2.二氧化碳的循環(huán)對自然界和人類社會有什么重要意義?3.從碳循環(huán)的角度分析，造成大氣中二氧化碳含量增加的主要原因是什么?
自然界中的二氧化碳處于不停的循環(huán)過程中。一方面，生物的呼吸作用、生物體被微生物分解、海水中的弱酸分解、化石燃料的燃燒等都會產(chǎn)生二氧化碳，火山噴發(fā)時產(chǎn)生的高溫也會導致石灰?guī)r(主要成分是碳酸鈣)分解為二氧化碳并釋放到大氣中。另一方面，綠色植物吸收大氣中的二氧化碳，通過光合作用產(chǎn)生碳水化合物；江河湖海的水體也會溶解二氧化碳，一部分最終轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。這些都是由二氧化碳的性質(zhì)決定的。
通常狀況下，二氧化碳是一種無色、無味的氣體，密度約為空氣的 1.5倍。二氧化碳氣體在一定壓強和低溫條件下能夠變成白色塊狀或片狀固體，俗稱干冰。干冰在升華時會吸收大量的熱，是一種環(huán)保型制冷劑可用于人工降雨、食物儲運、制造舞臺煙霧效果等。
二氧化碳能溶于水。通常情況下，1體積水大約能溶解1體積的二氧化碳，增大壓強會溶解得更多。溶于水后，部分二氧化碳和水反應，生成了碳酸。碳酸能使紫色石蕊試液變紅色。
碳酸不穩(wěn)定，很容易分解為二氧化碳和水。
二氧化碳還能與氫氧化鈣[Ca(OH)2]的水溶液(俗稱石灰水)反應，生成碳酸鈣白色沉淀，使澄清石灰水變渾濁。
在實驗室中常用澄清石灰水檢驗二氧化碳的存在。
實驗室里需要少量二氧化碳時，通常用石灰石(主要成分是碳酸鈣)與稀鹽酸反應來制取。反應的化學方程式為:
實驗室制取二氧化碳的實驗裝置
通過氧氣的學習，我們已經(jīng)知道了實驗室制取氣體的一般思路和方法。請你依據(jù)上述反應原理，設計實驗室制取二氧化碳的實驗裝置，分析每部分實驗裝置的作用，了解實驗中應注意的事項。 將你設計的裝置與右圖所示的裝置進行對比，小組交流討論各裝置的優(yōu)缺點。
二氧化碳既不燃燒、一般也不支持燃燒且本身無毒，可用于滅火、作科學實驗和工業(yè)生產(chǎn)的保護氣。此外，二氧化碳還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氣體肥料以及工業(yè)生產(chǎn)碳酸飲料、純堿、化肥、醫(yī)藥產(chǎn)品等的重要原料。
三、實現(xiàn)“雙碳”目標的路徑
在受到人類活動的強烈干擾以前，自然界中二氧化碳的吸收量與排放量大致相等，大氣圈中的碳循環(huán)處于“收支平衡”的閉環(huán)模式，地球生態(tài)系統(tǒng)得以健康、穩(wěn)定地運行。
人類大量開發(fā)利用化石燃料，使本應在生物圈、巖石圈中留存數(shù)百年乃至千萬年的碳，被大量且迅速地轉(zhuǎn)化為二氧化碳涌入大氣圈；此外大量耕地被占用、森林的過度砍伐等都會導致植被面積減少，使植物光合作用消耗二氧化碳的總量降低。當大量排放的二氧化碳在短期內(nèi)無法被吸收時，就造成了碳循環(huán)的嚴重失衡，導致大氣溫室效應加劇，引發(fā)全球氣候變化。
修復大氣中二氧化碳含量的平衡必定要“降碳”——促使全球、國家、城市、企業(yè)等主體的碳排放由升轉(zhuǎn)降。在此過程中，碳排放的最高點即碳峰值被稱為碳達峰；達峰之后，人為碳排放與通過植樹造林、碳捕集與封存技術(shù)等人為碳吸收達到平衡，即為碳中和。
2020年9月，我國在聯(lián)合國大會上承諾：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。這一承諾體現(xiàn)了我國的責任擔當，也是我國實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。
實現(xiàn)“雙碳”目標的思路
碳中和最核心的科學問題是物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換。我們把碳循環(huán)過程中向大氣中釋放二氧化碳的現(xiàn)象簡稱“碳排放”，把大氣中相對于“收支平衡”的碳循環(huán)而言，二氧化碳過量的現(xiàn)象簡稱“碳超標”。結(jié)合所學，你認為實現(xiàn)“雙碳”目標的基本思路是什么? 請嘗試完成以下任務： 1.找出從源頭上減少“碳排放”的可行性路徑。 2.研究制定解決“碳超標”問題的方案。
實現(xiàn)“雙碳”目標，一方面要從源頭上減少化石燃料的利用，控制二氧化碳的產(chǎn)生，從而減少二氧化碳的排放，比如開發(fā)能替代化石燃料的綠色能源等。另一方面，對于不得不排放的二氧化碳就要加大力度促進二氧化碳的吸收和轉(zhuǎn)化。比如通過植樹造林提高植物的光合作用，通過人工方法對二氧化碳進行捕集、利用與封存(包括海洋封存、陸地封存、礦石碳化、地質(zhì)利用、化工利用、生物利用等)?？傊?，依據(jù)二氧化碳的性質(zhì)可以尋求降低大氣中二氧化碳含量的方法，重塑碳循環(huán)的健康模式。
為滿足人民日益增長的美好生活需要，我國面臨著發(fā)展經(jīng)濟、改善民生、治理污染、保護生態(tài)等一系列艱巨任務。實現(xiàn)“雙碳”目標，時間緊、任務重，必將是“一場硬仗”，需要大家共同努力!
基于碳中和理念設計低碳行動方案
1.深化對碳循環(huán)、碳中和相關(guān)內(nèi)容的理解；2.體驗設計個人低碳行動方案的思路與方法；3.樹立人類命運共同體的意識，強化社會責任。
努力實現(xiàn)“雙碳”目標不僅是我國的責任擔當，也是每個公民應承擔的社會責任。2022年，我國居民消費產(chǎn)生的碳排放量約占全國總量的一半。從個人層面踐行綠色低碳生活方式，對實現(xiàn)碳中和目標具有重要意義。如何降低日常生活中的碳排放量？本次活動你將基于碳中和理念設計你個人的低碳行動方案。
基于碳中和理念設計低碳行動方案的基本思路是什么? 日常生活中個人碳排放的主要來源有哪些? 碳排放量是多少?
活動1：估算個人碳排量
不同于工業(yè)生產(chǎn)在能源消耗過程中造成的直接碳排放，個人的碳排放主要是衣食住行過程中由消費造成的間接碳排放。
1.我們可以用一個人在一年內(nèi)，因衣食住行等活動所消耗的能源，最終轉(zhuǎn)化為排放到大氣中二氧化碳的量，來衡量人類個體活動對于氣候變化的影響。請查閱相關(guān)資料，估算自己在衣食住行方面一年所排放的二氧化碳的量。
2.通過種植樹木，擴大森林面積，利用植物的光合作用來吸收二氧化碳是實現(xiàn)碳中和的有效途徑。假如種植一棵樹平均每年最多可以固碳18kg，請估算一下，你在衣食住行方面一年所排放的二氧化碳的量，需要種植多少棵樹才能達到碳中和。
活動2：設計低碳行動方案
綠色低碳不應只是一個口號，而應成為每個人的生活方式。根據(jù)上表中你的衣食住行的碳排放量，提出生活中有利于減少碳排放的低碳行為，設計你個人的低碳行動方案。
1.與同學交流各自的低碳行動方案，尋找方案中具有推廣價值的做法，一起繪制一份低碳行動宣傳海報。 2.結(jié)合本單元碳達峰與碳中和的相關(guān)內(nèi)容，進一步查閱資料，了解國家和國際層面為實現(xiàn)碳中和所采取的措施。 3.持續(xù)記錄你踐行低碳行動的效果，反思并調(diào)整你的行動方案，形成低碳生活的習慣。

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第三節(jié) 碳達峰與碳中和

版本： 魯教版（2024）

年級： 九年級上冊（2024）

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