
3.7 自然界中的氧循環(huán)和碳循環(huán)
目錄
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一、自然界中的氧循環(huán)
1.自然界中的氧循環(huán)的概念
(1)概念:大自然中氧氣的含量會隨著生物的呼吸和物質的燃燒等而減少,但又會隨植物的光合作用而增加,周而復始地進行循環(huán)。這就是自然界中的氧循環(huán)。
(2)圖解:
2.氧氣產生的主要途徑
植物的光合作用把水和二氧化碳轉化為有機物,并釋放出氧氣。
3.氧氣消耗的途徑
(1)生物的呼吸作用:吸人氧氣,產生二氧化碳。
(2)微生物氧化分解有機物:動植物死亡后的遺體被微生物分解,最后被氧氣氧化成水和二氧化碳。
(3)燃料的燃燒:化石燃料(如煤、天然氣)等的燃燒,消耗氧氣,放出三氧化碳。
二、自然界中的碳循環(huán)
碳是構成生物的基本元素之一,它占機體總干重的49%。生態(tài)系統(tǒng)中碳的循環(huán)過程是這樣的:大氣中的二氧化碳首先通過綠色植物的光合作用固定,合成碳水化合物,供動物和其他異養(yǎng)生物所消耗,同時,消費者和生產者本身的細胞呼吸、動植物遺體被分解者分解、燃燒(包括泥炭、煤、石油的燃燒)火山活動等不斷釋放出大量的二氧化碳送回大氣中的二氧化碳庫里(如圖所示)。
1.自然界中碳的形式
碳是構成生物的基本元素之一,自然界中的碳以單質(如金剛石、石墨等)或化合物(在空氣中以二氧化碳,在生物體內以有機物)形式存在。
2.自然界中碳循環(huán)的主要途徑
3.影響碳循環(huán)的因素
現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展,人類大量燃燒煤和石油等燃料,排放過多的二氧化碳,增加了大氣中二氧化碳的含量,從而破壞了碳在自然界中的平衡。
4.氧循環(huán)與碳循環(huán)的聯(lián)系
在自然界中,氧循環(huán)與碳循環(huán)有著密切的聯(lián)系。通過光合作用和呼吸作用,保持了大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定,維持了整個生物圈中的碳一氧平衡。
三、溫室效應
1.大氣溫室效應的含義
地球上的有些氣體,如二氧化碳、甲烷(化學式為CH)等能像玻璃、塑料薄膜一樣,讓太陽光輻射的能量穿過大氣層被地面吸收,同時防止地面輻射的能量逸散到宇宙空間去,使氣溫升高,產生類似溫室的保溫效應。
2.溫室效應加劇的原因
(1)礦物燃料(如煤、石油、天然氣)的大量使用。
(2)亂砍濫伐而造成森林面積的不斷減少。
3.溫室氣體
CO2、H2O、O2、N2O、CH4、氯氟烴、全氟碳化物及六氟化硫等。從對全球升溫的貢獻百分比來說,所占比例最大的是CO2,約為55%
4.減緩溫室效應的措施
(1)減少化石燃料的使用。
(2)開發(fā)新能源,如太陽能、風能、核能等。
(3)大力植樹造林,嚴禁亂砍濫伐,退耕還林還草等。
1.光合作用與生物圈中的碳——氧平衡辨析
(1)什么是碳——氧平衡
生物圈的碳一氧平衡就是指大氣中的氧氣和二氧化碳的含量保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。
(2)綠色植物怎樣維持生物圈的碳-氧平衡
大氣中氧氣的含量約為21%,二氧化碳的含量約為0.04%
一切生物進行呼吸作用時都要吸入氧氣,放出二氧化碳,燃燒也要消耗氧氣,放出二氧化碳,而綠色植物的光合作用正好吸收二氧化碳,釋放氧氣,這樣就起到了維持生物圈中碳-氧平衡的作用,為人類和一切需氧生物的生存創(chuàng)造了必要條件。
(3)碳一氧平衡遭到破壞
人類的各種活動,特別是工業(yè)生產及汽車(燃燒化石燃料)等的廣泛使用使排人大氣中的二氧化碳不斷增加;同時人類對森林草原資源的不合理開發(fā)利用和破壞,導致吸收二氧化碳的綠地面積的減少,引起大氣中碳一氧平衡的失調。
【例1】生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)伴隨著能量流動,如圖為生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)示意圖。下列有關該圖的分析,正確的是( )
A.圖示中“大氣”的成分是氧氣
B.圖示生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動方向是動物到植物、微生物到動物、微生物到植物
C.生理過程②③④均表示生物的呼吸作用
D.過程②的意義不僅在于為生物的生活提供物質和能量,還維持了生物圈的碳氧平衡
2.光合作用在農業(yè)生產中的應用分析
(1)合理密術
合理密植既充分利用了單位面積上的光照而避免造成浪費,又不至于讓葉片相互遮擋,影響光合作用。
(2)進行套種(立體種植)
立體種植就是把兩種或兩種以上的作物,在空間和時間上進行最優(yōu)化組合,以達到增產、增收、延長供應的目的。
(3)增加二氧化碳的濃度
二氧化碳是植物光合作用的主要原料,空氣中二氧化碳濃度一般是0.04%,當空氣中二氧化碳的濃度為0.5%~0.6%時,農作物的光合作用就會顯著增強,產量有較大的提高。
在溫室中,增加二氧化碳濃度的方法有很多。例如增施有機肥料(農家肥),利用微生物分解有機物放出二氧化碳;噴施儲存在鋼瓶中的二氧化碳;用化學方法產生二氧化碳等。
(4)其他方面
植物光合作用受諸多因素的影響,最大限度地滿足農作物進行光合作用對水、無機鹽、溫度、光照等方面的要求,農業(yè)生產就能獲得豐收。
【例2】某校生物科技小組利用學??盏亟⒘艘粋€小型農業(yè)生態(tài)園,在園內開展了一系列植物栽培和科學探究活動。
為了探究提高生態(tài)園內蔬菜產量的科學方法,同學們選擇蘿卜作為研究對象進行實驗。他們在三個溫室內分別種植了相同的蘿卜苗,溫室的溫度和二氧化碳條件的控制情況如下表所示(其他條件均相同)。
(1)為研究溫度對蘿卜幼苗光合作用強度的影響,他們應選擇__________兩組進行對照實驗。
(2)為研究二氧化碳濃度對蘿卜幼苗光合作用強度的影響,他們應選擇__________兩組進行對照實驗。若其他條件都相同,則一段時間后溫室__________中的蘿卜幼苗長得快。
(3)經實驗探究,他們認為夜晚降低溫室內的溫度,也可以提高蔬菜的產量。原因是__________。
【常考1】自然界中的氧循環(huán)
【例1】如圖是一個模仿英國科學家普利斯特利的實驗。(注:玻璃罩是密閉的)。
(1)在甲中,小白鼠死去的原因之一是____________。
(2)在乙中,植物和小白鼠都能正常地活著,原因是:植物光合作用為小白鼠呼吸提供了____________,同時小白鼠呼吸所產生的____________也為植物光合作用提供了原料。
(3)在實驗取材上,如何確保該實驗中只有一個變量? ________________________。
(4)第一次實驗后,發(fā)現(xiàn)結果與假設不一致時,正確的做法是:________________________。
【???】自然界中的碳循環(huán)
【例2】(2019?余姚期末)研究自然界碳元素的循環(huán),有利于解決全球變暖問題。如圖為大自然中碳循環(huán)的局部示意圖。
(1)為了緩解全球變暖問題,提倡低碳生活,其中“碳”的含義是____________ (填字母序號)。
A.自然界中的碳元素 B.生活用品中的碳單質 C.大氣中的二氧化碳
(2)如圖中,向大氣中釋放二氧化碳的途徑是____________(填數(shù)字序號)。
【例3】(紹興市上虞區(qū)期末統(tǒng)考題)從物質循環(huán)的觀點看,人體中的碳元素,究其根源是來自( )
A.非生物界中循環(huán)的碳 B.大氣中二氧化碳中的碳 C.食物中有機物里的碳 D.燃料中的碳
【例4】(咸安區(qū)二模)大面積綠化有利于改善人類賴以生存的自然環(huán)境,這是因為( )
A.可穩(wěn)定大氣中氧和二氧化碳的含量 B.可穩(wěn)定大氣中氮的含量
C.穩(wěn)定大氣中氧的含量 D.穩(wěn)定大氣中二氧化碳的含量
【例5】(2018?溫嶺市校級二模)農業(yè)生產中,在保證水、肥等充足條件下,要讓農作物最大限度地利用太陽光能,提高單位面積產量.如圖(一)示葉片在陽光下進行一些生理活動;圖(二)示葉面積指數(shù)與農作物光合作用和呼吸作用兩生理過程關系(葉面積指數(shù)是指單位面積上植物的總葉面積;葉面積指數(shù)越大,葉片交錯重疊程度越大).請據圖回答下列問題:
(1)若A表示二氧化碳,則C表示________,此時,物質[B] ________是通過________運輸?shù)狡渌鞴俚模蝗鬋表示水,此時圖(一)表示葉片正進行________.
(2)葉面積指數(shù)為________時,對農作物的增產最有利.
(3)通過對圖(二)曲線的分析,你得出的結論是________________________.
【???】溫室效應
【例6】(1)如圖是驗證“溫室效應”的圖示,一段時間后,可觀察到水柱向__________ (填“左”或“右”)移動。
(2)綠色植物通過__________作用吸收CO2.
(3)為了減緩大氣中二氧化碳含量的增加,以下建議可行的是__________ (填序號).
①開發(fā)太陽能、風能、地熱能等新能源 ②禁止使用煤、石油、天然氣等化石燃料 ③大量植樹造林,禁止亂砍濫伐
【熱點題型1】氧循環(huán)、碳循環(huán)與生物圈中碳——氧平衡
【例7】(2018?隨州中考)十九大報告提出“堅持人與自然和諧共生,必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念,實行最嚴格的生態(tài)環(huán)境保護制度,形成綠色發(fā)展方式和生活方式,為全球生態(tài)安全作出貢獻”。下列相關敘述正確的是( )
A.“綠水青山”中的綠色植物光合作用吸收二氧化碳生成氧氣,對維持大氣中碳一氧平衡起到了重要作用
B.“綠水青山”中的綠色植物光合作用只能制造淀粉這一種有機物
C.光合作用的實質就是綠色植物制造有機物,釋放氧氣,將有機物中的能量全部釋放出來
D.“綠水青山”中的綠色植物在白天只進行光合作用,夜晚只進行呼吸作用
【方法技巧】自然界中的氧循環(huán)和碳循環(huán)
氧氣產生和消耗的途徑 自然界中的碳循環(huán)
【熱點題型2】溫室效應
【例8】(2018?德陽中考)近年來,大氣中的溫室氣體(CO2等)濃度持續(xù)上升,引起溫室效應。溫室效應的主要原因是( )
A.野生動物大量滅絕 B.地震海嘯頻繁發(fā)生
C.極地冰蓋大量融化 D.野生植被大量破壞
【方法技巧】
【自然界的氧循環(huán) 習題】
1.下列事例中,屬于產生氧氣的途徑的是( )
A.打開窗戶通風 B.使用空氣清新劑
C.夜晚在屋內放置綠色植物 D.陽光良好的原始森林
2.下列關于自然界中氧循環(huán)的敘述正確的是( )
A.植物→呼吸作用→氧氣→光合作用→氧氣
B.植物→光合作用→氧氣→呼吸作用→二氧化碳
C.植物→呼吸作用→氧氣→光合作用→二氧化碳
D.植物→光合作用→氧氣→呼吸作用→水
3.自然界中存在氧循環(huán),其中能將二氧化碳轉化為氧氣的是( )
A.水變成水蒸氣 B.動植物的呼吸 C.植物的光合作用 D.化石燃料的燃燒
4.辯論:空氣中的氧氣會耗盡嗎?正方的觀點是:“空氣中的氧氣會減少直至耗盡?!毕铝姓擖c不應成為正方論據的是( )
A.汽車越來越多,消耗的氧氣越來越多
B.有證據表明,在遠古時代的原始空氣中氧氣含量高達30%
C.太陽能、風能、核能等能源的開發(fā)利用將耗去空氣中大量的氧氣
D.隨地球人口的增多,呼吸、燃料燃燒等耗氧也越來越多
5.各大酒店和商場等公共場所大多用臭氧機消毒,而我們所學的臭氧層對地球上的生物具有保護作用是因為它能( )
A.阻擋和削弱過強的紫外線 B.增強紫外線的殺菌能力
C.增強植物的光合作用 D.透過更多的紫外線
6.某研究性學習小組制作了以下4個密閉的玻璃瓶,放在一定的環(huán)境中。請根據你學過的知識,判斷哪個瓶中生物的生存時間最長 ( )
A B C D
7.在自然界中,消耗氧氣的途徑主要有:______________________________;產生氧氣的途徑主要有:__________.故大自然中__________的含量會隨著生物的呼吸作用和物質的燃燒等而減少,但又會隨植物的光合作用而增加,周而復始地進行循環(huán).
8.根據氧的循環(huán)原理,在屋內可以用什么方法使空氣保持清新?在塑料大棚里可以用什么方法使農作物增產?
9.如圖為自然界中的氧循環(huán)過程示意圖,請據圖回答問題.
(1)圖中A是氧氣,C是__________.
(2)B、D為自然界氧循環(huán)不可缺少的兩個過程:D為__________,B為__________.
10.(杭州中考)為“證明綠色植物光合作用能產生氧氣”,小金設計了如圖所示的實驗。請回答:
(1)本實驗選擇水生綠色植物金魚藻作為實驗材料而不選用盆栽的天竺葵,其理由是____________________________________________________________________。
(2)寫出證明試管內收集的氣體是氧氣的方法: ___________________________。
(3)利用上述實驗裝置與材料,設計“證明光照是綠色植物光合作用的條件”的實驗(寫出簡要的實驗思路):____________________________________________________。
11.取兩個相同的透明玻璃瓶甲、乙,裝滿水后分別放入等量的金魚藻,測出瓶中水的含氧量后蓋上瓶蓋。然后將甲包上黑膠布,乙不作處理。放在同樣的光照和溫度條件下n小時,再次測出瓶中水的含氧量,兩次測量結果如圖所示。則n小時內甲瓶金魚藻呼吸作用消耗的氧氣量是________g;乙瓶光合作用產生的氧氣量是________g。
【自然界的碳循環(huán) 習題】
1.含碳有機物可以直接燃燒,還有一部分含碳有機物形成的化學燃料,如煤、石油等,也可以燃燒,燃燒后形成的CO2返回大氣中.而生物與環(huán)境之間的碳循環(huán)主要是通過( )
A.植物與動物的呼吸作用 B.光合作用
C.動物攝食 D.光合作用和呼吸作用
2.自然界中存在氧循環(huán)和碳循環(huán),其中能將二氧化碳轉化為氧氣的是( )
A.水的吸收 B.動植物的呼吸 C.光合作用 D.燃料的燃燒
3.所謂地球“溫室效應”是指( )
A.頻頻發(fā)生的森林大火,使地球的溫度升高
B.大氣中二氧化碳等含量增大,阻礙了熱輻射,使地面溫度升高
C.用塑料大棚提高棚內溫度,使溫度適宜農作物的生長
D.地球上空臭氧層遭到破壞,使太陽光中的紫外線易穿透大氣層照射到地球上
4.關于溫室效應,有下列說法:①溫室效應有利也有弊;②溫室效應的加劇是大氣層中臭氧層受到破壞引起的;③溫室效應的加劇主要是由大氣中的二氧化碳含量升高引起的;④發(fā)展太陽能、水能以代替煤、石油等燃料,可以防止溫室效應的加??;⑤適度的溫室效應能保證地球上的氣溫恒定,適于動植物生存;⑥森林被稱為“地球之肺”,所以大力提倡植樹造林可以緩解溫室效應.其中正確的是( )
A.①②③④⑤⑥ B.①③④⑤ C.①③④⑤⑥ D.①②③④⑤
5.世博“零碳館”是中國第一座零碳排放的公共建筑.“零碳”中的“碳”主要指( )
A.CO B.CO2 C.CH4 D.C
6.(浙江湖州中考)如何減少溫室氣體二氧化碳的含量是科學家一直在探索的課題.最近中國科學技術大學的專家找到一種新型催化劑,可將二氧化碳轉化為液體燃料甲酸(CH2O2).下列說法中,不正確的是( )
A.地球上二氧化碳含量上升的主要原因是植物的呼吸作用
B.二氧化碳能阻擋地面輻射,對地球有保溫作用
C.二氧化碳轉化為甲酸的過程屬于化學變化
D.這種新型催化劑在反應前后質量不變
7.CO2含量占空氣總體積的0.04%,自然界中CO2的循環(huán)如圖所示,在A處不參與該循環(huán)的是( )
A.生物的呼吸作用 B.含碳燃料的燃燒 C.發(fā)展利用氫燃料 D.人和動物的呼吸
8.下列四個大小完全相同的裝置,同時放在陽光下,過一段時間我們觀察到( )
A.四個裝置U形管內a、b兩端液面沒有變化
B.四個裝置U形管內b端液面升高,且依次增大
C.四個裝置U形管內a端液面升高,且依次增大
D.無法判斷
9.自然界中碳存在的形式:在空氣中,以__________為主;在生物體內,以__________的形式存在
10.自然界中的____________________、____________________和____________________等過程都會產生二氧化碳,而植物光合作用的過程會使自然界中的二氧化碳含量減少,從而使自然界中二氧化碳的含量相對穩(wěn)定.
11.太陽光透過溫室的玻璃,會使室內的地面溫度升高,而地面的__________卻很少能穿透玻璃,因此溫室具有__________作用.大氣中的__________具有與溫室玻璃相似的作用,對地球起著保溫作用,從而產生所謂的__________效應.
12.(1)為了減緩溫室效應,我們每個人都應該從自己身邊做起,比如雙面使用紙張,雙面使用紙張和減緩溫室效應之間的關系是______________________________。
(2)請你再舉一件你可以做到的有利于減緩溫室效應的事情:______________________________.
13.如圖所示是自然界中碳、氧循環(huán)簡圖,請回答:
(1)圖甲中,轉化1表示水吸收二氧化碳的過程,發(fā)生反應的化學方程式為_____________。
(2)圖乙中,轉化1是自然界中碳、氧循環(huán)的重要反應之一——綠色植物光合作用的過程,反應的化學方程式為____________________________________________________。
(3)上述兩個反應的反應物相同,但得到的產物卻完全不同,原因是________________。
1.植物進行光合作用時,需要不斷消耗空氣中的二氧化碳,但二氧化碳在大氣中的含量卻基本保持不變.下列各項中能不斷補充空氣中的二氧化碳的是( )
①動植物的呼吸作用②煤、石油等燃料的燃燒③死亡動植物的腐爛④CaCO, 等礦物的加熱分解
A.只有①② B.只有①③ C.只有①④ D.①②③④
2.(浙江金華中考)2015年12月12日,氣候變化巴黎大會通過《巴黎協(xié)定》,長遠目標是把全球平均氣溫升高控制在較工業(yè)化前水平2℃之內.節(jié)能減排,人人有責,下列措施不能體現(xiàn)節(jié)能減排的是( )
A.參與植樹造林,擴大植被面積 B.使用一次性餐具,方便生活
C.使用環(huán)保袋,將垃圾分類放置 D.乘坐公共交通工具,低碳出行
3.如圖為自然界中有關物質循環(huán)示意圖的一部分,圖中a、b、c、d分別代表氧氣和二氧化碳循環(huán).請用字母填空:(1)生成氧氣的途徑是__________. (2)消耗氧氣的途徑是__________.
4.(1)有觀點認為:大氣中的二氧化碳濃度的增加會提高大氣溫度,導致溫室效應.如圖3-7-4是科學家對1955~1995年期間地球大氣的一個觀測結果,你認為這個結果是否支持上述觀點?請先判斷,再寫出判斷依據______________________________________________________________________.
(2)上表中的“溫室效應指數(shù)”是指以二氧化碳為相對標準,測定一定大氣壓下每單位體積的氣體所吸收的熱量.表中展示了部分氣體的數(shù)據,據此可得出,水蒸氣對全球溫室效應的影響要比甲烷氣體__________.
5.如圖所示是自然界中碳、氧循環(huán)的主要途徑.請回答下列問題.
(1)圖中自然界中的碳、氧循環(huán)是指 (填序號)的循環(huán).
A.碳和氧的單質 B.氧氣和二氧化碳 C.碳元素和氧元素
(2)寫出自然界中兩種消耗氧氣的途徑:
①__________;②__________.
(3)在實驗室中,為獲得少量氧氣,可以根據某物質的性質,選擇含有__________元素的物質,通過控制反應條件來實現(xiàn).
6.(杭州中考節(jié)選)大量排放以CO2為主的溫室氣體導致全球氣候變暖已得到公認.控制大氣中CO,含量刻不容緩.
(1)在自然界碳循環(huán)中,大氣中CO2被消耗轉化為有機物的主要途徑是__________.大氣中部分CO2會溶解于水,導致海水酸化,其反應的化學方程式是____________________.
(2)科學家提出用某些溶液來吸收CO2,從而將CO2從工業(yè)尾氣中“捕捉”出來.適合“捕捉”CO2,的溶液有______________________________.(寫出一種)
7.根據下式回答問題:
(1)過程a和b分別表示植物的__________和__________。
(2)漂浮在水面的滿江紅,其葉片可進行a過程,但水下的根卻不能,原因是根細胞中沒有__________.通常情況下,綠色植物在夜晚只能進行__________ (填“a”或“b”).
(3)a、b兩個過程中,__________ (填字母)對于維持大氣中的碳-氧平衡具有更為重要的意義
(4)“綠葉在光下制造淀粉”的實驗中,葉片經酒精脫色并滴加碘液后,觀察到的顏色變化是,遮光部分__________,未遮光部分__________ (填“變藍”或“不變藍”).
溫室
A
B
C
二氧化碳濃度
0.03%
0.1%
0.1%
溫度
20℃
20℃
30℃
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