《我的二氧化碳：教育课件介绍》

我的二氧化碳教育课件介绍欢迎使用这套关于二氧化碳的综合教育课件，本教材专为初中化学教学设计，旨在帮助学生全面了解二氧化碳的科学性质与应用通过系统介绍二氧化碳的物理特性、化学反应以及在日常生活和工业中的广泛应用，激发学生对化学科学的兴趣与热情本课件采用图文并茂的形式，结合实验演示和互动教学活动，使抽象的化学概念变得生动有趣每个章节都包含丰富的图示、实验设计和应用案例，帮助学生建立完整的二氧化碳知识体系，培养科学思维和实验能力课件概述课程内容适用年级本课件系统介绍二氧化碳的特专为九年级化学课程设计，符合性、反应及应用，从基本物理性初中学生的认知水平，通过浅显质到复杂化学反应，再到实际生易懂的语言和丰富的实例帮助学活应用，全方位展示这一重要气生理解抽象概念体的科学知识教学目标引导学生掌握二氧化碳的基本性质，培养科学实验能力和环保意识，建立化学与日常生活的联系，提高解决实际问题的能力本课件与人教版初中化学第六单元课题三教材内容紧密结合，不仅满足教学大纲要求，还提供了丰富的拓展资源和互动教学活动，帮助教师高效完成教学任务，激发学生学习兴趣学习目标了解二氧化碳在自然界中的存在认识二氧化碳在大气、海洋和岩石中的分布，了解其在自然界碳循环中的重要作用掌握二氧化碳的物理性质学习二氧化碳的基本物理特性，包括状态、密度、溶解性和相变特点等探究二氧化碳的化学性质通过实验探究二氧化碳的化学反应规律，理解其与水、碱、金属等物质的相互作用了解二氧化碳在生活中的应用认识二氧化碳在食品、农业、工业等领域的广泛应用，以及与环境保护的关系通过本课程的学习，学生将能够运用所学知识解释日常生活现象，开展简单的科学实验，并培养环保意识和可持续发展理念二氧化碳的基本信息₂CO

44.01化学式分子量g/mol由一个碳原子和两个氧原子组成的三原子碳原子

12.01与两个氧原子

16.00×2的质分子量总和

1.98密度kg/m³约为空气密度

1.29kg/m³的

1.5倍二氧化碳在常温常压下为无色无味的气体，不可燃烧其分子结构为线性对称分子，碳原子位于中心，与两侧的氧原子形成双键由于分子量较大，二氧化碳气体比空气重，会下沉至容器底部，这一特性对于理解其收集方法和应用场景非常重要二氧化碳的发现历史1年1640比利时科学家范·赫尔蒙特首次提出气体的概念，他通过焚烧木炭观察到一种野生气体（sylvestre gas），这被认为是对二氧化碳的最早记录2年1756苏格兰化学家约瑟夫·布莱克通过加热碳酸镁证明了固定空气（固定在石灰石中的气体，即二氧化碳）的存在，确认其为一种独立的气体3年1772法国化学家拉瓦锡通过精确实验确定了二氧化碳的化学组成，证明它由碳和氧两种元素组成，为现代化学奠定基础4年1823英国科学家法拉第首次成功将二氧化碳液化，这一突破为后续研究其物理性质和工业应用开辟了道路二氧化碳的发现和研究历程反映了现代化学从炼金术到科学实验的演变过程，也展示了科学发现的渐进性和累积性特点自然界中的二氧化碳大气中含量大气中二氧化碳的体积分数约为

0.04%（400ppm），虽然含量少，但对地球气候有重要影响近年来，由于人类活动，这一数值正在逐渐上升海洋溶解海洋是地球上最大的二氧化碳储存库之一，含有大约50倍于大气中的二氧化碳量海水通过化学平衡不断与大气交换二氧化碳岩石储存大量二氧化碳以碳酸盐岩石形式存在，如石灰岩、大理石等这些岩石通过地质过程形成，储存了地球上最大比例的碳火山释放火山活动是自然界二氧化碳的重要来源之一，每年向大气释放约2亿吨二氧化碳，维持着地球碳循环的平衡二氧化碳循环光合作用呼吸作用植物通过光合作用吸收大气中的二氧化动植物通过呼吸作用将有机物分解，释碳，在阳光能量的作用下，将其转化为放能量并产生二氧化碳，返回大气葡萄糖和氧气燃烧过程有机物分解化石燃料燃烧和森林火灾等过程释放大微生物分解死亡的动植物残体，将其中量储存在有机物中的碳，形成二氧化碳的碳元素转化为二氧化碳释放到环境中自然界中的碳循环是一个精妙平衡的系统，维持着地球生态系统的稳定然而，工业革命以来，人类活动干扰了这一平衡，导致大气二氧化碳浓度持续上升，引发全球气候变化问题二氧化碳的物理性质

（一）外观特性密度特性溶解特性在常温常压下，二氧化碳是一种无色无二氧化碳的密度约为

1.977kg/m³，大约二氧化碳在水中的溶解度受温度和压力味的气体然而，在高浓度下，它有轻是空气密度

1.29kg/m³的

1.5倍正是影响在20℃、1个大气压下，每升水约微的酸味，这是由于少量二氧化碳溶于由于这一特性，二氧化碳可以像液体一可溶解

1.7克二氧化碳口腔黏膜形成碳酸所致样从一个容器倒入另一个容器当压力增加时，二氧化碳的溶解度显著由于二氧化碳分子的线性对称结构，它这种密度差异使得二氧化碳在某些场合提高，这正是碳酸饮料制作的原理当不具有偶极矩，因此其物理性质与非极下表现出独特的流动特性，如可以填满打开瓶盖时，压力降低，溶解的二氧化性分子相似低洼区域并逐渐扩散碳迅速释放形成气泡二氧化碳的物理性质

（二）实验观察二氧化碳的密度1实验准备准备两个相同的气球，一个充入空气，另一个充入纯二氧化碳气体确保两个气球体积近似相等，这样可以直观比较密度差异2实验过程同时释放两个气球在静止的空气中，观察它们的运动情况充满空气的气球会保持漂浮或缓慢上升，而充满二氧化碳的气球则会明显下沉3实验结论通过观察两个气球的不同行为，可以直观证明二氧化碳的密度大于空气这一密度差异约为

1.5倍，足以使充满二氧化碳的气球在空气中下沉4实际应用基于密度差异，二氧化碳可以像液体一样倒出，这一特性在灭火、气体置换和某些特殊工艺中有重要应用，如酿酒厂发酵罐中会积累二氧化碳这一简单但有效的实验帮助学生直观理解气体密度的概念，建立物质性质与宏观现象之间的联系实验观察二氧化碳的溶解性原理解释观察现象二氧化碳溶于水后会形成碳酸（H₂CO₃），这实验设计随着二氧化碳的通入，可以观察到水中出现小气是一种弱酸，会使溶液pH值降低，导致指示剂颜在洁净的烧杯中加入清水，并添加适量的pH指示泡，这些气泡逐渐溶解如果使用酚酞指示剂（初色变化这一反应可以用化学方程式表示为剂（如酚酞或溴麝香草酚蓝），然后使用导管将二始为无色），加入少量碱使溶液呈粉红色，当通入CO₂+H₂O⇌H₂CO₃反应是可逆的，加热氧化碳气体缓慢通入水中，观察溶液颜色变化二氧化碳后，粉红色会逐渐消失；如果使用溴麝香溶液会促使碳酸分解，释放二氧化碳草酚蓝，溶液颜色会从蓝色变为黄绿色这个实验不仅展示了二氧化碳的溶解性，还揭示了其溶于水后的酸性特征这一特性对理解自然水体的酸碱平衡、碳酸饮料的原理以及环境中的碳循环都有重要意义学生通过这一实验，可以建立气体溶解性与化学反应的联系二氧化碳的化学性质

（一）化学稳定性对燃烧的影响二氧化碳分子中碳原子与氧原子通过强大的双键连接，使其结构稳定在常温二氧化碳不支持一般物质的燃烧，因为碳元素在二氧化碳中已处于较高氧化态下，二氧化碳对大多数化学试剂不发生反应，这种稳定性使其成为惰性保护气体+4，不能进一步氧化这一特性使二氧化碳成为理想的灭火剂，可以隔绝氧的良好选择气，抑制燃烧反应与强还原剂反应高温还原反应尽管二氧化碳稳定，但它仍可与强还原剂如金属钠发生剧烈反应反应中，二氧在高温下，某些活泼金属如镁、铝等可以还原二氧化碳例如2Mg+CO₂→化碳被还原，生成碳酸钠2Na+CO₂→Na₂CO₃这类反应通常需要高温2MgO+C，反应放出大量热能，产生金属氧化物和单质碳条件二氧化碳的化学性质与其分子结构和元素组成密切相关碳原子已与氧形成稳定的双键，处于较高氧化态，因此二氧化碳表现出相对稳定的化学性质，只在特定条件下与特定物质反应实验二氧化碳灭火性能实验准备准备大理石碎片、稀盐酸、集气瓶、蜡烛和火柴确保在通风良好的实验室进行，穿戴好实验防护装备制备二氧化碳在集气瓶中加入大理石碎片，缓慢加入稀盐酸观察到气泡产生，等待集气瓶中充满二氧化碳气体反应方程式CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑灭火实验点燃蜡烛，将收集有二氧化碳的集气瓶口朝下缓慢倾斜对准蜡烛火焰，观察蜡烛燃烧状态的变化可以看到火焰迅速熄灭，这是因为二氧化碳切断了氧气供应应用分析此实验模拟了二氧化碳灭火器的工作原理二氧化碳灭火器常用于电气火灾和贵重设备火灾，因为它不会留下残渣，不导电，且不会损坏设备通过这个实验，学生可以直观理解二氧化碳的灭火原理它比空气重，能够覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，从而阻止燃烧反应的继续进行这一原理在消防安全中有重要应用二氧化碳的化学性质

（二）反应类型化学方程式反应条件现象描述与水反应CO₂+H₂O⇌常温常压形成弱酸性溶液，H₂CO₃pH指示剂变色与碱性溶液反应CO₂+2NaOH=常温酸碱中和，溶液pHNa₂CO₃+H₂O降低与石灰水反应CO₂+CaOH₂=常温生成白色沉淀，溶CaCO₃↓+H₂O液变浑浊过量二氧化碳作用CaCO₃+CO₂+持续通入CO₂白色沉淀逐渐溶H₂O=解，溶液变清澈CaHCO₃₂二氧化碳与水和碱的反应展示了其酸性气体的特性与水反应形成的碳酸是一种弱酸，能够与碱进行中和反应这些反应在自然界的碳循环和水体酸碱平衡中起着重要作用二氧化碳与碱反应的程度取决于碱的强度和二氧化碳的浓度这些反应在工业生产、环境监测和实验室分析中有广泛应用，例如通过石灰水检测二氧化碳是最常用的定性方法之一实验二氧化碳与石灰水反应初始状态生成沉淀沉淀溶解实验开始时，石灰水（氢氧化钙溶液）呈现当二氧化碳通入石灰水后，溶液迅速变得浑继续通入过量的二氧化碳，浑浊的溶液逐渐为清澈透明的溶液石灰水是氢氧化钙的稀浊，这是因为二氧化碳与氢氧化钙反应生成变得清澈这是因为过量的二氧化碳与碳酸溶液，由于氢氧化钙溶解度低，溶液呈弱碱不溶性的碳酸钙沉淀反应方程式CO₂+钙反应，形成可溶性的碳酸氢钙反应方程性CaOH₂=CaCO₃↓+H₂O式CaCO₃+CO₂+H₂O=CaHCO₃₂这个经典实验不仅是检测二氧化碳的重要方法，还揭示了碳酸盐化学的基本原理自然界中的石灰岩洞穴形成也遵循类似的化学过程，雨水中溶解的二氧化碳使碳酸钙溶解并重新沉淀，形成钟乳石和石笋等独特地质结构二氧化碳与碱反应反应本质酸碱中和过程第一阶段反应CO₂+NaOH=NaHCO₃第二阶段反应NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O二氧化碳与碱的反应是典型的酸碱中和过程当二氧化碳通入氢氧化钠溶液时，首先生成碳酸氢钠（小苏打）若碱液浓度较高或二氧化碳量较少，反应会继续进行，生成碳酸钠（纯碱）这一反应在工业上有重要应用，例如纯碱的制备过程中就利用了二氧化碳与氢氧化钠的反应在实验室中，我们可以通过测量溶液pH值的变化或使用指示剂来观察反应进程如使用酚酞指示剂，随着二氧化碳的通入，原本呈粉红色的碱性溶液会逐渐褪色，直至完全无色，这表明溶液已经从碱性变为中性或弱酸性二氧化碳的化学性质

（三）与熔融金属氧化物反应被金属还原在高温条件下，二氧化碳可以与某些熔融的金属氧化物反应例如，二氧在高温条件下，活泼金属如镁、铝、锌等可以还原二氧化碳例如2Mg化碳通过热熔融的氧化钠时，能够形成碳酸钠Na₂O+CO₂→+CO₂→2MgO+C这类反应常伴随着剧烈的放热和光亮现象，说明Na₂CO₃这一反应表明二氧化碳在高温下能够表现出酸性氧化物的特二氧化碳中的碳可以被还原到更低的氧化态性光合作用还原高温分解在光合作用中，植物叶绿体利用光能将二氧化碳还原为有机化合物（如葡在极高温度（约2000℃以上）下，二氧化碳可以部分分解为一氧化碳和萄糖）这是自然界中最重要的二氧化碳还原过程，为地球生态系统提供氧气2CO₂⇌2CO+O₂这一反应是可逆的，平衡点取决于温度能量和有机物质6CO₂+6H₂O→C₆H₁₂O₆+6O₂在工业上，这一反应有特定的应用场景这些高温下的化学反应展示了二氧化碳在极端条件下的化学活性，也为工业生产和能源转换提供了理论基础二氧化碳的制取方法

（一）实验效果评估检验气体纯度和产率二氧化碳纯化通过水和浓硫酸除去杂质反应与收集大理石与盐酸反应，气体经装置收集原料准备大理石碎片和稀盐酸实验室制备二氧化碳最常用的方法是让碳酸盐与酸反应通常选择大理石（主要成分为碳酸钙）与稀盐酸反应，化学方程式为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑实验装置通常包括反应瓶、导气管、洗气瓶和收集装置反应产生的二氧化碳首先通过装有水的洗气瓶除去氯化氢气体，然后通过装有浓硫酸的干燥瓶除去水蒸气，最后收集纯净的二氧化碳气体由于二氧化碳密度大于空气，可以采用向上排空气法收集，也可以使用排水法收集二氧化碳的制取方法

（二）石灰石煅烧法化石燃料燃烧法这是工业制备二氧化碳的重要方法之一将石灰石（主要成分为化石燃料如煤、石油、天然气等在充分燃烧时会产生大量二氧化碳酸钙）在高温下煅烧，分解为氧化钙和二氧化碳这一过程通碳工业上可以收集这些燃烧废气，经过净化处理后获得二氧化常在石灰窑中进行，温度需要控制在900℃以上碳化学方程式CaCO₃=CaO+CO₂↑以碳的燃烧为例，化学方程式C+O₂=CO₂这种方法生产的二氧化碳往往伴有杂质，需要经过一系列纯化步这种方法通常与其他工业过程结合，例如发电厂、钢铁厂等排放骤后才能使用煅烧过程中产生的氧化钙（生石灰）也是重要的的烟气中含有大量二氧化碳，可以通过特定工艺进行捕获这不工业原料仅能够生产有用的二氧化碳，还有助于减少温室气体排放工业制备二氧化碳的方法还包括发酵法（如酒精发酵过程中产生二氧化碳）、合成氨副产品法等选择哪种制备方法主要取决于成本、产能需求和二氧化碳纯度要求近年来，二氧化碳捕获技术快速发展，既有环保意义，也为工业利用提供了新的二氧化碳来源实验探究二氧化碳的制取二氧化碳的收集方法向上排空气法排水法加压液化收集利用二氧化碳密度大于空将装满水的集气瓶倒置在工业上常将二氧化碳气体气的特性，将导气管伸至水槽中，导气管伸入瓶净化后，经压缩机加压至集气瓶底部，二氧化碳从中，二氧化碳气体上升排约60个大气压，并冷却至下往上逐渐填满容器，排出水这种方法可以准确室温，使其液化后灌入钢出原有空气这种方法简测量气体体积，但由于二瓶储存这种方法可以高便易行，适用于不需要高氧化碳在水中有一定溶解效储存大量二氧化碳，便纯度二氧化碳的场合可度，会造成少量损失适于运输和使用，是工业和以通过点燃的蜡烛测试容用于需要较准确计量的场商业上最常用的方法器是否已充满二氧化碳合选择合适的收集方法需要考虑二氧化碳的物理性质（密度大于空气、微溶于水）、实验目的和设备条件在实验室中，向上排空气法因其简便性而被广泛使用；在需要精确测量气体体积时，常采用排水法；而工业大规模生产则多采用加压液化技术，既节省储存空间，又便于长距离运输二氧化碳在生活中的应用

（一）碳酸饮料食品保存碳酸饮料中的气泡来源于溶解的二氧化碳在高压条件下，大量二氧化碳被迫二氧化碳常被用作食品包装中的保护气体它能够抑制需氧微生物的生长，延溶入水中当打开瓶盖时，压力骤减，二氧化碳从溶液中快速释放，形成气长食品保质期在气调包装技术中，通过调整包装内二氧化碳、氧气和氮气的泡这种溶解与释放的过程遵循亨利定律，即气体的溶解度与其压力成正比比例，可以针对不同食品创造最佳保存环境，减少防腐剂的使用干冰应用灭火应用固态二氧化碳（干冰）温度极低（-

78.5℃），且升华时不留残渣，是理想的制二氧化碳灭火器利用了二氧化碳不支持燃烧且密度大于空气的特性释放的二冷剂在食品冷藏、运输中被广泛使用例如，冰激凌运输、海鲜保鲜、疫苗氧化碳能够覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，从而扑灭火焰这种灭火方式不会冷链等都可能用到干冰其独特的直接升华特性避免了融化后的液体污染问留下残渣，特别适用于电气设备、精密仪器和贵重物品的火灾题二氧化碳在生活中的应用

（二）二氧化碳在农业领域有着广泛应用作为植物光合作用的必要原料，适当提高温室中的二氧化碳浓度（通常提高到800-1000ppm）可以显著促进植物生长，提高产量现代温室种植技术常采用二氧化碳施肥，通过燃烧天然气或使用液态二氧化碳蒸发系统向温室供应额外的二氧化碳在工业发酵过程中，二氧化碳是重要的副产物例如，酒精发酵、啤酒酿造和面包制作过程都会产生大量二氧化碳这些生物来源的二氧化碳往往较为纯净，可以收集用于其他工业用途，实现资源的循环利用超临界二氧化碳萃取技术则利用了超临界状态二氧化碳的特殊溶解能力，能够高效提取天然产物中的有效成分，如咖啡脱因、香料提取等，这种方法环保且不会留下有害溶剂残留干冰的特性与应用物理特性实际应用干冰是固态二氧化碳，温度极低，约为-

78.5°C与普通冰最大食品冷藏领域，干冰是运输冷冻食品、冰激凌和生鲜产品的理想的不同在于，干冰不会融化成液体，而是直接从固态升华为气选择它比普通冰的制冷效果更强，且不会产生融化水分，避免态，这一特性使其成为无湿气残留的理想制冷剂了食品受潮变质近年来，在疫苗和生物样本的低温运输中，干冰也发挥了重要作用干冰的密度约为

1.5-

1.6g/cm³，比水冰稍重当放置在常温环境中时，干冰会持续升华，释放出冷气和二氧化碳气体升华速舞台特效方面，干冰与温水接触时产生的低温白雾常用于创造神度取决于周围环境温度和干冰表面积秘氛围这种雾气实际上是空气中的水蒸气被冷凝形成的微小水滴，由于密度大于空气，会沿地面扩散，产生独特的视觉效果虽然干冰有诸多用途，但使用时需注意安全由于温度极低，直接接触可能导致冻伤；同时，大量干冰升华会产生高浓度二氧化碳，在通风不良的封闭空间可能导致缺氧风险因此，处理干冰时应戴绝缘手套，并确保场所通风良好实验演示干冰特性准备材料本实验需要准备的材料包括干冰块、耐热容器、温水、隔热手套、防护眼镜和镊子或钳子确保实验在通风良好的环境中进行，并提前了解安全注意事项所有参与者都应该佩戴必要的防护装备实验过程将温水（不需要沸水）倒入耐热容器中，约填满容器的三分之二使用镊子或钳子小心地将干冰块放入水中立即可以观察到水面剧烈沸腾，大量白色雾气从容器中涌出并向下流动，形成类似瀑布的奇特效果现象解释看似沸腾的现象实际上是干冰迅速升华产生大量二氧化碳气体的结果白色雾气并非二氧化碳本身（二氧化碳是无色的），而是空气中的水蒸气被干冰周围的低温冷凝形成的微小水滴这些雾气之所以下沉，是因为冷的二氧化碳气体密度大于空气这个简单而有趣的实验直观展示了干冰的几个重要特性极低的温度、直接升华而非熔化、产生的气体密度大于空气在演示过程中，务必强调安全注意事项，包括切勿徒手接触干冰（可导致严重冻伤），避免在密闭空间进行实验（可能导致二氧化碳浓度过高），以及实验完成后正确处理剩余干冰二氧化碳与光合作用实验证明植物吸收二氧化碳24实验组数观察时间小时设置有光照和无光照两组条件持续监测石灰水变化情况25%浑浊度差异有光照组石灰水变浑浊速度较慢这个实验设计用于证明植物在光合作用过程中吸收二氧化碳实验装置由两个相同的密闭容器组成，每个容器中放置相同的绿色植物和一小杯澄清的石灰水不同之处在于，一个容器放在阳光充足处（实验组），另一个容器用黑布遮光（对照组）经过几小时观察，两组中的石灰水都会变得浑浊，这是由于二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙沉淀但明显可以观察到，对照组（无光照）中的石灰水变浑浊速度更快，而实验组（有光照）中的石灰水变浑浊较慢这一现象说明在光照条件下，植物通过光合作用消耗了容器中的部分二氧化碳，减少了与石灰水反应的二氧化碳量这个实验简单而直观地证明了植物确实在光合作用中吸收二氧化碳二氧化碳与呼吸作用有机物分解氧气参与细胞内葡萄糖等有机物被氧化分解氧气作为电子受体参与氧化过程能量产生二氧化碳释放过程释放能量供生命活动使用碳元素被氧化为二氧化碳排出呼吸作用是几乎所有生物体进行的基础代谢过程，通过这一过程，有机物被氧化分解，释放能量并产生二氧化碳和水以葡萄糖为例，完整的呼吸方程式为C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O+能量这一过程与光合作用正好相反，两者构成了自然界碳循环的重要组成部分值得注意的是，植物既进行光合作用也进行呼吸作用在白天，光合作用速率通常大于呼吸作用，植物表现为净吸收二氧化碳、释放氧气；而在夜间，由于没有光照，光合作用停止，植物只进行呼吸作用，表现为净吸收氧气、释放二氧化碳这就是为什么传统上不建议在卧室放置过多植物的原因，虽然现代研究表明，一般数量的室内植物夜间释放的二氧化碳量不足以影响人体健康实验证明呼吸产生二氧化碳准备石灰水配制澄清的石灰水溶液，分装在两个试管中作为实验组和对照组实验组设置使用导管将呼出的气体缓慢吹入其中一管石灰水对照组设置使用另一导管将室内空气吹入另一管石灰水观察比较记录两组石灰水的变化情况，分析差异原因这个简单而直观的实验可以证明人体呼吸过程中确实产生了二氧化碳实验中，当将呼出的气体通入石灰水时，会观察到石灰水迅速变得浑浊，这是由于呼出气体中的二氧化碳与石灰水中的氢氧化钙反应生成不溶性的碳酸钙沉淀CO₂+CaOH₂=CaCO₃↓+H₂O相比之下，对照组中的石灰水变化不明显或变化较慢，这是因为正常空气中二氧化碳的含量很低（约

0.04%），而呼出气体中二氧化碳的含量明显增高（约4%，是正常空气的100倍）这一实验不仅证明了呼吸产生二氧化碳，还可以进一步设计为半定量实验，通过比较不同生理状态下（如休息时与剧烈运动后）呼出气体导致石灰水变浑浊的速度，间接比较二氧化碳产生量的差异二氧化碳与地球气候全球变暖影响1生态系统变化、极端天气、海平面上升浓度持续上升工业革命以来增加约50%温室效应原理阻止地表热量散发到太空温室气体特性吸收特定波长红外辐射二氧化碳是主要的温室气体之一，能够吸收地表反射的长波红外辐射，阻止热量散发到太空，从而使地球表面温度维持在适宜生命存在的水平这种自然的温室效应对维持地球宜居环境至关重要然而，自工业革命以来，人类活动（尤其是化石燃料燃烧和森林砍伐）导致大气中二氧化碳浓度显著增加，从工业革命前的约280ppm上升到现在的420ppm以上，增加了约50%这种增加强化了温室效应，导致全球平均温度上升，引发了一系列气候变化问题，包括极端天气事件增加、冰川融化、海平面上升以及生态系统失衡等理解二氧化碳与气候变化的关系，对于制定减缓和适应气候变化的策略具有重要意义大气中二氧化碳浓度变化二氧化碳减排技术碳捕获与封存可再生能源替代碳汇增强碳捕获与封存（CCS）技术是一种从工业源头发展太阳能、风能、水能和生物质能等可再生能通过植树造林、草原恢复、湿地保护等措施增加（如发电厂、水泥厂）捕获二氧化碳，然后将其源，替代化石燃料，是减少二氧化碳排放的根本生态系统碳汇能力，是一种自然的二氧化碳减排压缩、运输并注入地下深层地质构造永久封存的途径中国正积极推进能源结构调整，计划到方式中国实施的三北防护林工程、退耕还林还过程这项技术可以捕获高达90%的排放源二氧2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%草工程等，不仅改善了生态环境，也增强了陆地化碳，但目前成本较高，全球仍处于示范和初步左右，显著降低能源系统的碳强度生态系统的碳吸收能力商业化阶段减少二氧化碳排放是应对气候变化的关键举措除了上述技术外，提高能源效率、发展循环经济、改进工业流程等也是重要的减排途径中国已承诺力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这一目标的实现需要技术创新、产业转型和社会各界的共同努力二氧化碳的安全知识高浓度危险虽然二氧化碳本身无毒，但高浓度环境会导致人体缺氧窒息当空气中二氧化碳浓度超过5%（50,000ppm）时，会引起严重头痛、眩晕和意识模糊；浓度达到8%以上时，可能在短时间内导致意识丧失甚至死亡密闭空间风险由于二氧化碳比空气重，会在低洼处和密闭空间积累酿酒厂、发酵车间、井下工作区域、地下储存设施等场所存在二氧化碳积累风险，应设置气体检测和通风系统，工作人员进入前应确认安全干冰处理安全处理干冰时必须佩戴防冻手套，避免直接接触皮肤，否则可能导致冻伤（实际是组织冻结损伤）干冰不应存放在完全密封的容器中，因为随着升华会产生高压，可能导致容器爆裂实验室安全学校和实验室使用二氧化碳时，应确保场所通风良好，学生了解基本安全知识，教师全程监督操作涉及高压气体钢瓶的实验，需由专业人员操作，并定期检查气瓶和减压阀的安全状况预防二氧化碳相关安全事故的关键是了解其基本性质，尊重科学，遵守操作规程在可能存在高浓度二氧化碳的场所，应安装气体浓度监测仪和警报系统，制定应急预案，并定期进行安全演练二氧化碳浓度与健康实验测定呼出气体中的二氧化碳实验准备准备溴麝香草酚蓝指示剂溶液、吸管、计时器和记录表溴麝香草酚蓝是一种pH指示剂，在碱性环境呈蓝色，酸性环境呈黄色2溶液配制在标准容量的试管中加入适量的溴麝香草酚蓝溶液，并加入少量稀碱溶液调整至蓝色确保每组实验使用相同体积的溶液呼气收集分别在休息状态和运动后（如做20个深蹲）收集呼出气体使用干净吸管将呼出气体缓慢均匀地吹入指示剂溶液中数据记录记录指示剂溶液从蓝色变为黄色所需的时间时间越短，说明呼出气体中二氧化碳浓度越高进行多次重复实验确保数据可靠这个实验通过比较不同生理状态下使指示剂变色所需的时间，间接反映呼出气体中二氧化碳的含量实验结果通常显示，运动后呼出气体中的二氧化碳含量明显高于休息状态，这是因为运动增加了肌肉活动，加速了有机物氧化分解，产生更多二氧化碳实验研究二氧化碳与植物生长二氧化碳与海洋酸化溶解机制大气中约30%的二氧化碳被海洋吸收当二氧化碳溶于海水时，会形成碳酸，随后部分解离产生氢离子，导致海水pH值下降这一过程可用化学方程式表示CO₂+H₂O⇌H₂CO₃⇌HCO₃⁻+H⁺⇌CO₃²⁻+2H⁺pH值变化自工业革命以来，海洋表面pH值已下降约

0.1个单位（从

8.2降至

8.1），看似微小的变化实际上意味着海水氢离子浓度增加了约30%如果二氧化碳排放继续现有趋势，到2100年海水pH值可能再下降

0.3-

0.4个单位生物影响海洋酸化对海洋生物产生广泛影响，尤其是钙化生物（如珊瑚、贝类和某些浮游生物）酸化环境使这些生物形成碳酸钙骨架或外壳的能力下降，影响其生长、繁殖和生存，进而影响整个海洋食物链生态系统损害珊瑚礁生态系统尤其脆弱，酸化与温度升高共同作用导致珊瑚白化现象增加珊瑚礁是海洋生物多样性的热点，支持约25%的海洋物种，其衰退将对全球海洋生态系统产生深远影响海洋酸化被称为气候变化的邪恶孪生兄弟，它与全球变暖同样源于大气二氧化碳浓度上升，但关注度相对较低减缓海洋酸化的主要途径是控制二氧化碳排放，这与应对气候变化的策略一致，需要全球共同努力实验模拟海洋酸化实验设计这个实验模拟二氧化碳增加对海水酸碱度的影响及其对钙化生物的作用准备三个标记为A、B、C的透明容器，每个容器中加入相同体积的海水（可用人工配制的盐水替代）在B容器中通入少量二氧化碳，在C容器中通入较多二氧化碳观察变化使用pH试纸或pH计测量三个容器中溶液的pH值变化通常会观察到，随着通入二氧化碳量的增加，溶液pH值逐渐降低在每个容器中放入相似大小的贝壳或蛋壳碎片（主要成分为碳酸钙），定期观察几天内贝壳的变化情况数据记录记录各容器pH值随时间的变化曲线，以及贝壳在不同pH环境中的溶解情况通常可以观察到，pH值较低的容器中，贝壳表面会出现明显侵蚀，表面变得粗糙或出现小孔，而对照组中的贝壳则变化不明显这个实验直观地展示了海洋酸化对钙化生物的潜在影响酸性增强的环境使碳酸钙结构更容易溶解，这对于依赖碳酸钙骨架的海洋生物意味着巨大挑战通过这个实验，学生可以理解人类活动增加大气二氧化碳如何间接影响海洋生态系统，从而认识到减少碳排放对保护海洋生物多样性的重要性二氧化碳的工业用途焊接保护气体超临界萃取技术碳酸饮料生产在某些焊接工艺中，二氧化碳被用作保超临界状态的二氧化碳具有独特的溶解食品级二氧化碳是碳酸饮料生产的关键护气体，防止金属在高温下与氧气接触能力，能够高效提取许多有机物质而几原料在高压下，二氧化碳被溶入水氧化纯二氧化碳或二氧化碳与惰性气乎不留有害残留这一技术广泛应用于中，形成碳酸饮料的基础全球每年有体的混合物常用于气体保护焊，特别是咖啡脱因、香料提取、药物纯化等领数百万吨二氧化碳用于这一目的生产焊接碳钢时二氧化碳不仅价格低廉，域相比传统有机溶剂，超临界二氧化过程需要严格控制二氧化碳的纯度和卫而且能提供良好的焊缝穿透性碳更环保、更安全，已成为绿色化工的生标准，以确保产品安全重要技术二氧化碳在石油工业中也有重要应用增强油气采收技术（EOR）利用二氧化碳注入油田，提高石油流动性并增加采收率这一过程不仅能提高油田产量，还能将部分二氧化碳永久封存在地下，具有减缓气候变化的附加价值近年来，工业对二氧化碳的利用越来越注重循环经济理念，努力将工业排放的二氧化碳转化为有价值的产品，实现温室气体减排与资源利用的双重目标人工合成与二氧化碳二氧化碳资源化将二氧化碳视为碳资源而非废物，通过化学转化生产有价值的化学品，实现碳循环利用这一理念是绿色化学和循环经济的重要体现甲醇合成二氧化碳加氢制甲醇是一个重要的化学过程CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O这一反应需要特定催化剂和较高的温度压力条件甲醇是重要的化工原料和清洁燃料尿素生产尿素是最重要的氮肥，其生产过程中二氧化碳是关键原料CO₂+2NH₃=NH₂CONH₂+H₂O全球每年约有1亿吨二氧化碳用于尿素生产，是工业利用二氧化碳的最大领域绿色发展趋势未来化工行业将更加注重利用可再生能源驱动二氧化碳转化，开发更高效的催化剂和反应工艺，扩大二氧化碳资源化利用的规模和范围利用二氧化碳作为化工原料不仅可以减少对化石资源的依赖，还能在一定程度上减缓温室气体排放然而，目前多数二氧化碳转化过程仍面临能耗高、转化效率低等挑战科学家正致力于开发更高效的催化剂和反应体系，推动二氧化碳化学利用技术走向大规模应用生物利用二氧化碳微藻固碳技术微藻是地球上光合效率最高的生物之一，每公顷微藻每年可以固定150-200吨二氧化碳，远高于陆地植物大规模微藻培养系统可直接利用工业排放的二氧化碳，将其转化为藻类生物质，进而生产生物燃料、饲料蛋白或高值化学品生物催化转化某些酶系统能够催化二氧化碳转化为有机化合物例如，存在于甲烷菌中的甲酰脱氢酶可以将二氧化碳还原为甲酸科学家正努力从自然酶系统中获取灵感，开发生物催化系统，在温和条件下高效转化二氧化碳人工光合作用受自然光合作用启发，科学家正在开发人工光合系统，利用光能将二氧化碳和水转化为碳氢化合物和氧气这些系统结合了光捕获材料、电催化剂和特殊膜结构，尝试模拟和优化自然界中最重要的碳固定过程生物利用二氧化碳的技术路线具有能源需求低、反应条件温和的优势，被认为是最有前景的碳中和技术之一目前，微藻固碳已在一些工业园区实现示范应用，而更先进的生物催化和人工光合系统则处于实验室研究阶段随着合成生物学和材料科学的进步，这些技术有望在未来实现规模化应用，为二氧化碳减排和资源化利用提供新的解决方案二氧化碳检测技术石灰水法红外传感器气相色谱法最传统的二氧化碳定性检测方基于二氧化碳分子对特定波长气相色谱法是精确定量分析混法是使用澄清石灰水当二氧红外光有强烈吸收的特性，红合气体中二氧化碳含量的专业化碳通过石灰水时，会形成白外传感器成为最常用的二氧化方法通过特殊的色谱柱和检色碳酸钙沉淀使溶液变浑浊碳检测技术现代二氧化碳监测器，可以将二氧化碳与其他这种方法简单直观，适用于教测仪大多采用非分散红外气体分离并准确测定其浓度，学演示，但不能进行精确定量NDIR技术，具有响应快速、常用于科学研究和工业过程控分析稳定性好的优点制便携式设备现代技术使二氧化碳检测设备日益小型化、智能化便携式二氧化碳检测仪可用于室内空气质量监测、温室气体研究和工业安全检查等多种场景，有些还能与智能手机连接，实现数据实时分析和远程监控精确可靠的二氧化碳检测技术对于科学研究、环境监测、工业生产和安全管理都至关重要随着传感器技术和数据处理能力的不断提升，二氧化碳检测设备正朝着更高精度、更低功耗、更智能化的方向发展，为气候变化研究和碳管理提供更有力的技术支持教学活动二氧化碳知识竞赛竞赛设计分组比赛设计多样化题目，包括二氧化碳的基础知识、物理化学性质、实验操作和应用案将学生分成若干小组，每组4-5人，设置抢答环节、团队合作环节和挑战环节例等方面题型可包括选择题、判断题、填空题和简答题，难度梯度合理，既考比赛采用积分制，鼓励团队合作和知识分享教师担任主持人和裁判，确保比赛查基础知识掌握情况，也鼓励创新思考公平有序进行实验挑战创新思考融入动手实验环节，如要求学生设计并完成二氧化碳制备、收集或检测的实验，设置开放性问题，邀请学生展望二氧化碳的未来应用或提出减少碳排放的创新方或者解决与二氧化碳相关的实际问题这一环节既检验学生的实验技能，也培养案鼓励学生结合科学知识进行创造性思考，培养科学素养和环保意识解决问题的能力这种竞赛形式的教学活动不仅能够巩固学生对二氧化碳知识的掌握，还能激发学习兴趣，培养团队协作精神和创新思维教师可根据班级实际情况调整竞赛内容和形式，确保每位学生都能积极参与，在轻松愉快的氛围中深化对化学知识的理解二氧化碳相关实验安全指南通风要求确保良好通风条件干冰处理使用隔热手套避免冻伤气体收集3防止意外泄漏和积累废液处理中和后按规定排放二氧化碳相关实验虽然相对安全，但仍需注意一些关键安全事项实验室应保持良好通风，防止二氧化碳积累导致缺氧风险进行大规模二氧化碳制备实验时，应考虑使用排风装置或在通风橱中操作尤其是使用干冰时，由于其极低温度-

78.5°C，必须使用专用隔热手套操作，防止皮肤直接接触导致冻伤气体收集和存储装置应确保密封良好，避免二氧化碳泄漏长时间不使用的气体发生装置应拆除，防止意外产气实验产生的废液应进行适当处理，含酸废液应中和后排放所有学生在进行实验前应接受安全培训，了解应急处理措施，如果发生高浓度二氧化碳泄漏导致不适，应立即转移到通风良好的地方，必要时寻求医疗帮助探究任务日常生活中的二氧化碳家庭碳源调查学生需要调查自己家庭中的二氧化碳主要来源，如燃气灶具、热水器、汽车尾气、家庭成员呼吸等记录各种来源的使用频率和时长，估算每天产生的二氧化碳量，并思考如何减少不必要的排放环境浓度测量利用便携式二氧化碳检测仪（学校提供或小组共享），测量不同环境中的二氧化碳浓度，如教室、家庭客厅、卧室、商场、地下车库等比较不同场所、不同时段的数据差异，分析可能的原因影响因素分析针对室内环境，设计控制变量实验，研究人数、通风条件、活动类型等因素对二氧化碳浓度的影响绘制数据变化曲线，找出影响室内二氧化碳浓度最显著的因素减排措施探讨基于调查和测量结果，设计并实施一套家庭或教室二氧化碳减排方案例如，优化通风策略、调整用能习惯、增加绿色植物等记录实施前后的数据变化，评估方案效果这个探究任务将课堂知识与日常生活紧密结合，帮助学生认识到二氧化碳与我们的生活息息相关通过实际测量和数据分析，学生能够形成基于证据的科学认识，培养环保意识和可持续生活方式教师可以组织成果展示会，让学生分享自己的发现和创新解决方案跨学科连接二氧化碳与生物学消费者转移生产者固碳食草动物获取植物中的碳元素并部分释放为二氧植物通过光合作用固定大气中的二氧化碳化碳分解者回收高级消费者利用微生物分解死亡生物,将碳元素重新转化为二氧肉食动物获取食草动物体内的碳并通过呼吸释放化碳二氧化碳二氧化碳是连接生物学与化学的重要桥梁在生态系统中，通过光合作用和呼吸作用，二氧化碳维持着能量流动和物质循环陆地和海洋生态系统中的碳循环展示了生物圈对气候系统的调节作用，也说明了生物多样性对维持碳平衡的重要性气候变化导致的二氧化碳浓度升高对生物多样性产生多方面影响一方面，适度增加的二氧化碳可能促进植物生长（被称为二氧化碳施肥效应）；另一方面，气候变暖和极端天气事件增加可能导致栖息地丧失、物种迁移模式改变和生态系统功能紊乱研究表明，保护和恢复自然生态系统，如森林、湿地和草原，不仅有助于保护生物多样性，也是应对气候变化的自然解决方案跨学科连接二氧化碳与地理学碳酸盐岩地貌二氧化碳溶于雨水形成的碳酸对石灰岩的溶蚀作用塑造了独特的喀斯特地貌中国南方的桂林山水、云南石林等著名景观都是典型的喀斯特地貌这些地区的岩溶洞穴、峰林、暗河等地质特征都与二氧化碳的化学作用密切相关大气环流与分布全球大气环流模式影响着二氧化碳在大气中的分布热带雨林地区由于植被茂密，光合作用旺盛，二氧化碳浓度相对较低；而工业化程度高的北半球中纬度地区，二氧化碳浓度则相对较高这种分布差异反映了自然过程与人类活动的共同影响冰芯气候记录南极和格陵兰的冰芯记录保存了过去几十万年的气候历史通过分析冰中气泡的二氧化碳含量，科学家重建了地球气候变化历史，发现大气二氧化碳浓度与全球温度存在密切对应关系，为理解当前气候变化提供了重要历史参照二氧化碳不仅是一种化学物质，也是地理学研究的重要对象它影响着地表形态的塑造、气候区域的形成和变化，以及自然地理环境的长期演变地理学的宏观视角帮助我们理解二氧化碳的全球循环和区域差异，为制定应对气候变化的区域策略提供科学依据前沿研究二氧化碳转化技术二氧化碳转化利用是当前科学研究的热点领域之一人工光合作用系统试图模拟自然光合作用过程，利用太阳能将二氧化碳和水转化为有价值的化学品科学家们正在开发各种光催化剂、半导体材料和生物仿生系统，尝试在温和条件下实现高效的二氧化碳转化电催化还原技术利用可再生电力驱动二氧化碳转化为一氧化碳、甲酸、甲醇等化学品这一领域的挑战在于开发高选择性、长寿命的电催化剂，以及降低能耗和成本二氧化碳矿化固定技术则通过将二氧化碳与金属氧化物或硅酸盐反应，转化为稳定的碳酸盐矿物，实现永久封存这种方法模拟了自然界中的风化过程，但速度大大加快，被认为是最安全的碳封存方式之一以上技术都有望在未来为实现碳中和目标做出重要贡献教学评估与拓展知识要点回顾能力评估标准通过思维导图或概念图的形式，帮助学生系统梳理二氧化碳的物基础层面能够准确描述二氧化碳的基本性质，理解其在自然界理性质、化学性质、制备方法、检验方法和实际应用等核心知识中的存在形式和简单应用点引导学生理解各知识点之间的内在联系，形成完整的知识网提高层面能够解释二氧化碳相关的化学反应原理，独立设计和络完成基础实验，分析实验现象和数据组织学生自主总结实验中的关键操作和注意事项，如气体的制拓展层面能够将二氧化碳知识与实际问题联系，探究其环境影备、收集和检验过程中的要点，分析可能出现的实验问题及解决响和应用前景，提出创新性的研究问题或解决方案方法为促进学生深入学习，推荐以下拓展资源科普读物《二氧化碳简史》，介绍二氧化碳与人类历史的关系；纪录片《蓝色星球》中关于海洋酸化的专题；中国科学院大气物理研究所的气候变化科普网站等同时，设计探究性作业，如家庭碳足迹计算、二氧化碳对植物生长影响的对照实验、二氧化碳减排创意设计等，鼓励学生将知识应用于解决实际问题总结与展望碳中和愿景实现人类活动与地球承载力的平衡科研前沿碳捕获、利用与封存技术不断突破实验技能气体制备、收集与性质探究能力知识体系物理性质、化学性质及实际应用通过本课程的学习，我们系统掌握了二氧化碳的基本性质、化学反应规律和实际应用从分子结构到全球气候影响，从实验室制备到工业利用，二氧化碳的知识体系展示了化学科学的广度和深度，也揭示了科学与社会、环境的密切联系面向未来，二氧化碳研究将继续深入发展碳捕获、利用与封存技术的进步有望为减缓气候变化提供新的解决方案；二氧化碳资源化利用将拓展绿色化工的新路径；人工光合作用系统可能彻底改变能源利用模式实现碳中和目标需要科学技术创新、产业结构调整和生活方式变革的共同努力希望同学们将所学知识用于理解和参与这一人类共同面对的挑战，为可持续发展贡献自己的力量。