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時間：2024-03-26 14:49:00
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4.用藍色石蕊試液測被壓扁的瓶中液體，顯 色，說明此液體呈 性。
二氧化碳是學生繼氧氣之后比較系統(tǒng)地研究的第二種物質(zhì)。關于二氧化碳的教學，《科學八年級下教學參考書》建議采用實驗、閱讀、討論相結合的方式，重點放在課本安排的幾個實驗和組織學生討論上，讓學生通過自己動手實驗，從實驗現(xiàn)象的觀察、分析中，歸納總結得出二氧化碳的性質(zhì)。開始教學時，可以先介紹二氧化碳的實驗室制法、收集方法（向上排空氣收集法）、檢驗氣體是否充滿集氣瓶的方法，再讓學生觀察教師的演示實驗，然后讓學生用課前收集準備好的二氧化碳進行實驗。
此探究活動的編寫意圖只是針對新授課的知識、技能等目標與要求，也符合初二學生的認知水平。筆者認為課本對上述活動的安排只考慮了讓學生認識二氧化碳的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，并沒有進一步探討實驗室制取二氧化碳的藥品選擇和確定氣體收集方法等充滿培養(yǎng)學生科學探究思想的相關知識。在初三復習課中，隨著學生知識的完善和能力的提升，科學教師可以增設這一目標，通過精選相應的變式練習，實現(xiàn)課本探究活動與中考試題的融合，以提升學生的科學素養(yǎng)。
一、實驗室制取二氧化碳為什么選用石灰石
變式1 （2013·嘉興中考）為研究實驗室制取二氧化碳的速度與什么因素有關，科學興趣小組的同學設計了如下實驗方案：室溫下在六個錐形瓶中分別加入A、B兩種大理石各50克，然后加入等量的不同溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的稀鹽酸。記錄表如下：
（1）由實驗方案可知，他們除了在研究稀鹽酸質(zhì)量分數(shù)的影響外，還在研究 的影響。
（2）查閱資料得知，化學反應的速度與反應物間的接觸面積有關。于是他們對上述方案進行了修改，使大理石的 也相同。
（3）為了準確比較CO2氣體的產(chǎn)生速度，理論上可以測量收集相同體積氣體所用的時間，也可以測量 。
【解析】 本題主要考查影響生成二氧化碳反應速度的因素，根據(jù)科學興趣小組同學的實驗方案，他們除了在研究稀鹽酸質(zhì)量分數(shù)對其的影響外，還在研究大理石種類對其的影響，并且由資料得知，反應物間的接觸面積會影響化學反應的速度，所以要求大理石的顆粒大?。w積）也要保持相同；要準確比較CO2氣體的產(chǎn)生速度，理論上可以測量收集相同氣體所用的時間，也可以測量相同時間收集到的氣體體積。
答案：（1）大理石的種類 （2）顆粒大小（體積） （3）相同時間收集到的氣體體積
變式1主要探究稀鹽酸質(zhì)量分數(shù)、大理石的種類對產(chǎn)生二氧化碳氣體速度的影響，其實該題還隱含了一個非常重要的知識，也是一個非常好的探究因素，即實驗室為什么選用石灰石（或大理石）制取二氧化碳？現(xiàn)在的科學課本，只通過圖2-55告訴學生實驗室用石灰石（或大理石）制取二氧化碳氣體，并沒有闡述其原因。石灰石（或大理石）的主要成分是碳酸鈣，碳酸鹽跟酸起反應，一般都有二氧化碳生成。若選用可溶性的碳酸鹽（如碳酸鈉等），與酸反應速度過快，難以控制；若選用不溶性碳酸鹽（如碳酸鎂等），則其來源一般較少。石灰石（或大理石）與酸反應速度適中，其在自然界中的含量也極其豐富，且價格低廉。[2]所以，變式1更有助于學生完善知識結構，不僅解決了實驗室為什么選用石灰石（或大理石）制取二氧化碳的問題，而且進一步探討了稀鹽酸質(zhì)量分數(shù)等對制取二氧化碳速度的影響，不失為舉一反三的好題。
二、實驗室制取二氧化碳為什么最好選用稀鹽酸
變式2 （2007·杭州中考）雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣。教師在課堂上做了個趣味實驗，將雞蛋放入盛有100毫升稀鹽酸的燒杯中（雞蛋的密度大于稀鹽酸的密度），可以看到雞蛋先下沉，一會又上浮，到液面時又下沉，如此反復。該實驗中發(fā)生的化學反應方程式是 。浮力改變是雞蛋下沉后又上浮的直接原因，而造成浮力改變的主要原因是 。除此主要原因外，引起浮力改變的原因還有 （假設在反應的過程中，雞蛋、溶液體積和溫度不變）。
小明對該實驗很感興趣，他也將同樣的雞蛋，放入實驗室常見的酸溶液中，但見雞蛋下沉后卻并不上浮，你猜測這其中的原因可能是 ，或是 。
【解析】 本題主要從日常生活中的一個常見的現(xiàn)象入手，對浮力知識和化學方面的知識進行綜合考查。雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣，與鹽酸反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，而雞蛋浮力大小的改變主要與排開液體體積的改變有關，即碳酸鈣與鹽酸反應產(chǎn)生的小氣泡附在雞蛋殼表面，使雞蛋排開的液體體積增大，導致浮力增大，雞蛋上浮到液面，氣泡破裂，體積減小，浮力也減小，因而又下沉。此外，雞蛋浮力大小的改變也與溶液的密度改變有關，由鹽酸變?yōu)槁然}溶液，溶液密度增大。而小明的實驗，既然雞蛋放入酸中沒有上浮，也可以從上浮原因的反面進行分析，如果酸的濃度較小，與碳酸鈣反應產(chǎn)生的二氧化碳較少，雞蛋所受的浮力小于所受的重力；此外，如果酸是硫酸，與碳酸鈣反應生成微溶于水的硫酸鈣會阻礙繼續(xù)反應。
變式2通過小明實驗的不成功，巧妙地引出一個重要的科學問題，即實驗室制取二氧化碳時，為什么最好選用稀鹽酸，這與實驗室為什么選用石灰石制取二氧化碳一樣在課本中都沒有說明，這也是一個非常好的探究因素。如果用稀硫酸和石灰石（或大理石）反應，由于生成的微溶性固體硫酸鈣覆蓋在石灰石（或大理石）表面，使酸與石灰石（或大理石）脫離接觸，導致反應太緩慢或停止，若要讓反應能進行，則需考慮讓反應物之間的充分接觸，如選用石灰石（或大理石）粉末等。如果用硝酸與石灰石（或大理石）反應，由于硝酸不穩(wěn)定，見光或受熱易分解，制得的CO2中混有NO2和O2等雜質(zhì)；如果用濃鹽酸與其反應，由于濃鹽酸具有揮發(fā)性，制得的CO2中混有氯化氫氣體，選用稀鹽酸 制得CO2氣體則較為純凈。[2]
三、實驗室能否用排水法收集二氧化碳氣體
【解析】 本題主要考查二氧化碳的性質(zhì)。在探究二氧化碳的溶解性時，為了避免雜質(zhì)等影響，試劑瓶中加入的水應是蒸餾水；為了使二氧化碳充分溶解，應盡量緩慢地推動活塞；當向水中注入CO2氣體體積達到120毫升時，紅色油柱開始向上移動，說明200毫升水中最多能溶解120毫升二氧化碳，實驗表明在該條件下，1體積水中能溶解二氧化碳的體積是：120毫升/200毫升=0.6。
答案：（1）A （2）使二氧化碳充分溶解 （3）0.6
變式3通過定量的方式探究了二氧化碳在水中的溶解能力，回答了實驗室能否用排水法收集二氧化碳氣體的問題。課本通過圖2-57、2-56定性的說明二氧化碳溶于水、且二氧化碳的密度比空氣大，只能采用向上排空氣法的方式收集二氧化碳氣體。通過本實驗卻發(fā)現(xiàn)在該條件下，1體積水中能溶解二氧化碳的體積為0.6（在標準狀況下，1體積水也僅能溶解0.88體積的二氧化碳[3]），這個量并不大，此外還可通過二氧化碳在水中溶解快慢的實驗，得出二氧化碳在水中溶解速率并不大，所以在實驗室完全可以使用排水法收集二氧化碳，如果采用圖乙方式收集效果則更佳。我們知道能用排水法收集的氣體，一般不用排空氣法收集，因為排水法收集的氣體純度高，而且還可以觀察到氣體何時集滿。[4]
科學課本是課程專家、學科專家以及廣大一線優(yōu)秀科學教師集體智慧的結晶，是科學教師教學的基本憑借，也是學生自學的主要對象。但是，我們絕不能把科學課本當成是“圣經(jīng)”、唯一的科學課程資源。在初三復習“科學探究”時，科學教師以課本為基礎，通過創(chuàng)設新情境、新問題，臻善典型“探究”活動，開展有效性的變式教學，這不僅能使學生的學習“減負提質(zhì)”，更能培養(yǎng)學生的求異創(chuàng)新能力。
參考文獻：
[1] 王鶴新. 挖掘教材例題，開展變式教學[J]. 中學物理教學參考，2013（4）.
如今，全世界各個國家研究二氧化碳捕集和封存的技術方興未艾、如火如荼。但6月19日，美國國家研究委員會的一項獨立研究發(fā)出警告，二氧化碳的排放導致溫室效應，被認為是引發(fā)全球變暖的一大重要原因，（CCS）有可能誘發(fā)更大的地震。
碳捕集與封存
(CCS）是指將大型發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產(chǎn)生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術。 CCS技術包括二氧化碳捕集、運輸以及封存三個環(huán)節(jié)，它可以使單位發(fā)電碳排放減少85%-90%。
這項技術的研究可以追溯至1975年，當時的美國將二氧化碳注入地下以提高石油開采率，但將它作為一項存儲二氧化碳以減少溫室氣體排放的環(huán)保工程，則開始于1989年的麻省理工大學，直至近年來，這項技術得到更多的重視和研究，它被認為是一種可以減少空氣中二氧化碳濃度的方法。目前，據(jù)專家介紹，從技術層面來說，應用于碳的捕集、運輸以及封存的各項技術其實都是已有的、成熟的，只不過在此前并未應用于CCS方向，問題主要存在于現(xiàn)有發(fā)電廠的改造以及新建發(fā)電廠的技術和資金投入。
二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuel combustion）和燃燒后捕集（Post-combustion）。無論哪種捕集方法，簡而言之是將燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的氣體收集起來，經(jīng)過脫硫、氮氧化物等等制備后，將二氧化碳分離并收集起來。
二氧化碳運輸，捕集到的二氧化碳必須運輸?shù)胶线m的地點進行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進行運輸。一般說來，管道是最經(jīng)濟的運輸方式。 2008年，美國約有 5800千米的二氧化碳管道，這些管道大都用以將二氧化碳運輸?shù)接吞?，注入地下油層以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）。
“捉拿”技術各顯千秋
2010年7月，由我國安徽理工大學張明旭教授帶領的科研團隊在實驗室小試裝置成功的基礎上，自行設計和建造的利用稀氨水捕集二氧化碳中試裝置在安徽淮化集團實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)，并順利生產(chǎn)出了首批合格的碳酸氫銨產(chǎn)品。該裝置具有常溫、常壓、一次吸收和反應、能耗低、工藝簡單、安全穩(wěn)定等顯著特點。該裝置通過氨法對煙道氣中的二氧化碳進行捕集和吸收，每小時可處理煙道氣1000立方米左右，煙道氣中的二氧化碳脫除效率達80％以上，減排二氧化碳超過110立方米（煙道氣中二氧化碳濃度按13%計算）以上，每小時可生產(chǎn)碳酸氫銨肥料270公斤左右。該技術的研究開發(fā)既可以減少二氧化碳排放，保護環(huán)境，又可使污染物變廢為寶。
今年2月，美國一個研究團隊發(fā)現(xiàn)一種具有八角形孔窗的天然沸石尤其擅長捕捉二氧化碳的行蹤，在效率和經(jīng)濟上遠勝于目前的工業(yè)洗滌器。沸石是一種礦石，其晶格中存在很多大小均一的通道和空腔，一克沸石孔穴和通道的內(nèi)表面積可達500平方米到1000平方米，這種沸石每立方厘米的小孔足可吸附0.31克的二氧化碳。由此可以吸取或過濾大小不同的分子，并可重復使用幾百次，是過濾、擦洗含許多雜質(zhì)氣體的混合氣體中有害分子的理想選擇，也在化學工業(yè)中被廣泛應用于催化劑和過濾器。
挪威在5月份，啟用了世界上規(guī)模最大的碳捕獲和儲存（CCS）技術發(fā)展設施。由挪威政府投資10億美元（約為63億元人民幣）資助的蒙斯塔德技術中心將測試兩種燃燒后碳捕獲技術，一種以胺為基礎，另外一種以冷凍的氨溶劑為基礎。該設施的獨特之處在于，它可以測試來自附近兩個地點的廢氣——一個280兆瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)工廠和每年產(chǎn)生1000萬噸排放的蒙斯塔德煉油廠。它們制造的煙氣里二氧化碳的含量各不同，分別約為3.5％和13％。
6月份，英國研究人員研發(fā)出一種新型多孔材料，這種材料中的孔洞就像一個個“籠子”。諾丁漢大學等機構研究人員在英國《自然?材料》雜志上報告說，這是一種名為NOTT－202a的新材料。如果把空氣壓入這種多孔材料之中，大部分氣體如氮氣、氧氣、氫氣和甲烷等隨后可以從“籠子”中出來，唯獨二氧化碳會被留下，鎖在“籠子”中。
碳捕的爭議
二氧化碳的排放導致溫室效應，被認為是引發(fā)全球變暖的一大重要原因。6月19日，美國國家研究委員會的一項獨立研究發(fā)出警告，二氧化碳捕獲與封存（CCS）風險太大，地下封存有可能誘發(fā)更大的地震。該研究已發(fā)表在最新一期美國《國家科學院院刊》上。
地球物理和環(huán)境地球系統(tǒng)科學部門教授馬克和史蒂文?戈雷利克發(fā)表文章說：“將大量的二氧化碳注入大陸內(nèi)部常見的脆性巖石當中會高概率地觸發(fā)地震。而且即使是小到中等規(guī)模的地震都會威脅到二氧化碳庫密封的完整性，在此背景下，大規(guī)模的實施CCS可能是一個具有高風險且不會顯著減少溫室氣體排放的戰(zhàn)略?！?/p>
美國國家研究委員會指出，CCS將涉及長時間注入地下最大量的流體，可能會導致更大的地震。CCS需要地下泄漏率每千年小于1％，以達到可再生能源相同的氣候效益。而近年來在美國注入到地下的污水已經(jīng)與發(fā)生小到中級的地震有所關聯(lián)。理由之一是，早在1960年，科羅拉多州就有明顯例證；另外的例子出現(xiàn)在去年阿肯色州和俄亥俄州。如果試圖將二氧化碳封存地層數(shù)百年到數(shù)千萬年，引發(fā)類似規(guī)模的地震可能性將相當大。
實驗在化學教學中十分重要，對促進學生理解知識、激發(fā)學習興趣以及培養(yǎng)學生能力與提升科學素養(yǎng)等具有重要的教育教學功能。化學實驗中往往存在著一些成功率不高的實驗，有的實驗現(xiàn)象不明顯，有的實驗結果不理想，甚至還出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。這些所謂的疑難實驗給我們的實驗教學造成了一定的困難，也對教師的實驗研究水平提出了更高的要求。我們在實施實驗教學的過程中，及時發(fā)現(xiàn)了這類問題并通過科學的方法解決了這些問題。以下是我們對其中3個疑難實驗的改進與創(chuàng)新，取得了很好的效果。
1 銅與硝酸銀溶液的反應
1.1實驗改進原因
按教材進行實驗，銅與硝酸銀溶液反應生成的銀往往呈灰色或黑色，與教材描述的銀白色不吻合。
1.2實驗改進裝置
改進后的實驗裝置見圖1。
1.3實驗儀器及藥品
硝酸銀固體，蒸餾水，銅絲，植物油，溫水，試管，燒杯，玻璃棒，膠頭滴管，砂紙。
1.4實驗步驟及現(xiàn)象
（1）用加熱除氧后的蒸餾水配置新的AgNO3溶液；
（2）取適量AgNO3溶液加入潔凈的試管里，放人溫水中進行水浴加熱；
（3）用砂紙除去銅絲表面的氧化膜，然后放人水浴加熱的AgNO3溶液中，可用膠頭滴管在液面滴加少量植物油隔絕空氣；
（4）約8～10min后，可清晰地觀察到銅絲周圍向各個方向生長的銀晶體，顏色為銀白色，見圖2。
1.5實驗改進說明
（1）配置新的AgNO3溶液，建議濃度為2%～3.4%；
（2）反應時液面滴加植物油隔絕空氣；
（3）水浴加熱提高反應溫度。
2 鐵與硫的反應
2.1實驗改進原因
（1）在試管中加熱，反應溫度較高，試管局部驟熱，常導致實驗過程中試管破裂；
（2）在石棉網(wǎng)上加熱，硫粉與空氣接觸，加熱時易產(chǎn)生有毒的二氧化硫；
（3）鐵粉和硫粉之間接觸松散，混合后難以完全反應，實驗后磁鐵還能吸附起一部分未反應的鐵粉。
2.2實驗儀器及藥品
鐵粉，硫粉，天平，磁鐵，研缽，鋁箔紙，玻璃棒，坩堝鉗，酒精燈，火柴，石棉網(wǎng)。
2.3實驗步驟及現(xiàn)象
（1）用天平稱取質(zhì)量比為7：4的還原鐵粉和硫粉；
（2）用磁鐵靠近粉末，觀察鐵粉是否被吸引；
（3）用研缽將鐵粉和硫粉混合均勻；
（4）取一張鋁箔紙在玻璃棒上卷成空心鋁箔紙筒，下端封口；
（5）按一定的質(zhì)量比將混合粉末裝滿鋁箔紙筒并搗實（見圖3），使鐵粉和硫粉充分接觸，使反應完全（減少硫粉與空氣的接觸，產(chǎn)生的二氧化硫氣體減少，減少了空氣污染）；
（6）用坩堝鉗夾住鋁箔紙筒底端，將玻璃棒燒到紅熱，迅速插入混合粉末中?；旌戏勰┳陨隙掳l(fā)紅、發(fā)光，劇烈反應，見圖4；
（7）冷卻后用磁鐵去吸引反應產(chǎn)生的黑色固體，它不能被磁鐵吸引，見圖5。
3 測定二氧化碳的溶解度
3.1實驗改進原因
通常一體積水能溶解一體積二氧化碳，但是往往實驗測定結果偏差比較大。
（1）由于產(chǎn)生二氧化碳時用的是石灰石和稀鹽酸，所以產(chǎn)生的二氧化碳氣體中會有氯化氫氣體，對實驗結果產(chǎn)生影響；
（2）向上排空氣法收集的二氧化碳不夠純，對實驗結果產(chǎn)生影響。
3.2實驗儀器及藥品
大理石，稀鹽酸，飽和碳酸氫鈉溶液，水，蒸餾水，錐形瓶3個，雙孔橡皮塞3個，橡皮管，玻璃導管，水槽，2個針筒（60mL）及連接的皮管。
3.3實驗步驟及現(xiàn)象
（1）如圖6所示連接裝置，錐形瓶內(nèi)的水必須是滿的，用排水法收集純凈的二氧化碳。
（2）制取二氧化碳，用飽和碳酸氫鈉溶液洗氣，用排水法收集一錐形瓶二氧化碳（用水槽接排出的水）。
（3）用針筒從錐形瓶中抽取40mL二氧化碳，另一針筒抽取30mL蒸餾水，用皮管連接兩針筒，如圖7。
（4）來回推活塞，使二氧化碳和水充分接觸，二氧化碳完全溶于水。
（5）待完全溶解后，把水和剩余氣體推入到其中一個針筒，觀察剩余氣體和水的混合體積，如圖8。可以得出通常情況下，一體積水約能溶解一體積的二氧化碳的結論。
3.4實驗改進說明
（1）用飽和碳酸氫鈉溶液洗氣，排除氯化氫氣體對實驗的干擾；
二、教學目標
1.知識目標：認識CO2，掌握其重要的化學性質(zhì)，了解其物理性質(zhì)和主要用途，懂得設計實驗來驗證物理性質(zhì)的方法，學會對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象進行分析并得出結論的方法，了解并關注溫室效應。
2.技能目標：養(yǎng)成自己設計實驗探究能力、觀察能力和抽象概括的能力。
3.情感目標：形成勤于思考、嚴謹求實、善于合作、勇于創(chuàng)新和實踐的科學態(tài)度。
三、學情分析
學生通過前面氧氣的學習，從知識儲備上來看，學生在日常生活中，已經(jīng)了解了很多有關CO2的現(xiàn)象和知識，例如，喝汽水，植物光合作用的原料，呼吸作用產(chǎn)生等。因此，聯(lián)系生活來學氧化碳顯得很重要。如何記憶和應用，重新樹立學好化學的信心，提高學習效率，這就要求發(fā)揮教師“導”的主體功能。
四、教學設計
利用展示實驗、學生親身體驗、圖片等來學氧化碳的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、用途。并引導學生聯(lián)系生活和生產(chǎn)實際，學會應用。在課堂教學中，可根據(jù)具體需要，采用如下過程：創(chuàng)設情境出示問題學生討論思考教師歸納學生小結，達到教學目的。
五、教學過程
（一）提供素材，確定研究對象導入新課
通過多媒體設備展示和播放與二氧化碳有關的圖片，讓學生在觀看圖片思考以下問題：1.本節(jié)課研究對象是什么？2.從材料中你能大體了解到此物質(zhì)的可能有哪些性質(zhì)和作用？
情景：你見過二氧化碳嗎？請說說你對二氧化碳的認識。
通過觀看素材，使學生知道“從生活走進化學，從化學走向社會”，通過圖片直觀地展現(xiàn)二氧化碳的用途，可以迅速激發(fā)學生的學習興趣。
（二）CO2的物理性質(zhì)
1.二氧化碳的色、態(tài)、味
講解：大家都知道人在呼吸作用時會呼出大量的二氧化碳。大家都做一個深呼吸。你能得到什么結論？
設計意圖及資源準備：從真實實例視頻入手，使學生認識二氧化碳，同時激發(fā)學生的學習興趣，也為后面的學習作鋪墊。學生切身感受入手，降低學生畏懼情緒。
2.二氧化碳的密度
提問：你能用什么實驗方法知道二氧化碳與空氣的密度哪個大？
講解：同學們的方案有的可行，有的不好操作，現(xiàn)在來通過老師的實驗認識二氧化碳的密度。
演示實驗：二氧化碳使高低不同地兩支燃著的蠟燭熄滅。
演示實驗：在收集了二氧化碳氣體的軟塑料瓶中倒入水，然后震蕩。
設計意圖及資源準備：讓學生在參與知識的探索過程中，培養(yǎng)學生探究能力以及對信息分析歸納的能力。
3.二氧化碳的溶解性
提問：瓶子為什么會癟？你能解釋嗎？
講解：對學生的回答進行小結，歸納二氧化碳可溶于水的性質(zhì)。
設計意圖及資源準備：培養(yǎng)學生對信息分析歸納的能力以及用化學知識解決身邊問題的能力。
（三）二氧化碳的化學性質(zhì)
提問：二氧化碳使蠟燭熄滅實驗，說明二氧化碳還具有什么性質(zhì)？
1.不燃燒，不支持燃燒，也不供給呼吸。
2.與水反應
提問：二氧化碳溶于水的過程中，是否與水發(fā)生反應？能否用實驗來驗證？
演示實驗：將試管中溶有二氧化碳的水滴入石蕊溶液中。
提供信息：石蕊是一種植物的色素，它的溶液呈紫色，在酸性環(huán)境下會顯現(xiàn)出紅色。
師：你能分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因嗎？
分析有關實驗現(xiàn)象并獲知：二氧化碳與水反應生成了酸性物質(zhì)。該酸性物質(zhì)不穩(wěn)定，受熱很容易分解。（學生活動）
設計意圖及資源準備：培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和科學探究精神，培養(yǎng)學生的實驗能力和獲得知識的能力。關注知識獲得的過程，聯(lián)系生活實際體會知識獲得的過程。
3.二氧化碳與石灰水反應
演示實驗：用吸管往澄清石灰水中吹氣
講解：CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O
（4）二氧化碳的用途
圖片：二氧化碳及固態(tài)二氧化碳――干冰的用途。
依據(jù)現(xiàn)象相互討論。并說出自已的結論：二氧化碳能與氫氧化鈣發(fā)生反應。
觀看、了解相關知識，歸納二氧化碳及干冰的用途。
讓學生掌握石灰水變渾濁的原理，使前后知識聯(lián)系，達到學習新知，鞏固舊知的目的
（5）二氧化碳對環(huán)境的影響
鞏固知識：二氧化碳可用來滅火跟它的什么性質(zhì)有關？
情境：二氧化碳有這么多用途，是不是空氣中二氧化碳越多越好呢？
播放錄像：溫室效應及其帶來的危害
講解：人類只有一個地球，為了保護人類賴以生存的環(huán)境，我們應該采取哪些措施防止溫室效應進一步加強？
提問：你現(xiàn)在能解釋課時圖片的奧秘嗎？
觀看、了解相關知識，歸納二氧化碳及干冰的用途。
思考回答，二氧化碳不能支持燃燒、密度比空氣大。
討論發(fā)言：開發(fā)新能源、植樹造林、減少化石燃料的燃燒。參與植物的光合作用、人工降雨等。（學生活動）
設計意圖及資源準備：通過多媒體拓展學生視野，增加學習的趣味性。
使學生認識物質(zhì)的性質(zhì)決定用途；
培養(yǎng)學生用一分為二的觀點；
培養(yǎng)學生的環(huán)保意識。
（6）鞏固新知識，布置作業(yè)
展示課堂練習題，學生自由發(fā)言，教師給以適當?shù)狞c撥。
培養(yǎng)學生自我總結的能力及用化學知識解決實際問題的能力。
六、板書設計
課題3二氧化碳和一氧化碳
一、二氧化碳
1.CO2的物理性質(zhì)
（1）通常狀況下，無色無味氣體；
（2）密度比空氣大；
（3）能溶于水。
2.CO2的化學性質(zhì)
（1）CO2不能燃燒，不能支持燃燒，也不能供給呼吸；
（2）CO2能與水反應：CO2+H2O=H2CO3；
（3）CO2能與石灰水反應：CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O。
3.二氧化碳的用途
4.CO2對生活環(huán)境的影響
（1）影響人體健康；
（2）引起溫室效應。
七、教學反思
現(xiàn)代教學中，學生由被動的知識接受者變?yōu)橹鲃拥慕虒W參與者。在教學中啟發(fā)、誘導貫穿始終，充分調(diào)動學生的積極性，注意調(diào)節(jié)課堂教學氣氛，使學生變主動學習為主動愉快學習。
1.教學設計
1.1總體思路。
以學生活動作為主體；探究學習為基本方法；聯(lián)系舊知學新知，用引導、對比、歸納的方式探索氣體的制取。
1.2過程。
引入問題實驗室制取氧氣的知識回顧得出實驗室制取氣體的研究思路探究實驗室制取二氧化碳的反應原理探究實驗室制取二氧化碳的裝置講述二氧化碳的驗證方法和驗滿方法制取一瓶二氧化碳氣體結合實際情境，運用所學知識設計氫氣的發(fā)生和收集裝置梳理歸納知識和總結初中化學常用解決問題的方法。
1.3方法。
學習過程中，引導學生自主、合作、探究學習，采用討論探究、實驗探究、對比探究、自學歸納等方法，充分體現(xiàn)新課標提出的精心創(chuàng)設學生自主活動和積極探究的情境，引導學生積極參與探究過程，從而獲得知識和親身體驗。
2.教學目標
2.1知識與技能。
①了解實驗室制取二氧化碳的反應原理，探究實驗室制取二氧化碳的裝置，并設計裝置制取二氧化碳；②通過制取氧氣和二氧化碳原理和性質(zhì)的比較，初步確定實驗室制取氣體的一般思路和方法；③通過對二氧化碳的理想藥品的探究，培養(yǎng)學生善于合作、勤于思考、嚴謹求實、勇于創(chuàng)新、樂于實踐的科學精神，提高其學習化學的興趣。
2.2過程與方法。
通過實驗培養(yǎng)學生科學地觀察、思考、分析和總結歸納的能力，使學生學會科學探究的一般方法和步驟。
2.3情感態(tài)度與價值觀。
通過引導學生觀察、分析實驗的現(xiàn)象和實驗探究活動，激發(fā)學生學習化學的興趣，培養(yǎng)學生努力探索的優(yōu)良品質(zhì)，總結初中化學常用的解決問題方法。
3.教學重點、難點
實驗室制取二氧化碳的化學反應原理、實驗裝置和制取方法；從實驗室制取氣體的設計思路出發(fā)，探究實驗室制取二氧化碳氣體的方法。
4.教學過程
4.1導入新課，激發(fā)學習興趣。
【視頻】神奇干冰吹泡泡的實驗。
【引導】干冰的主要是什么？
【回答】二氧化碳。
【提問】實驗室是如何制取二氧化碳的呢？這就是本節(jié)課探討的內(nèi)容。
設計意圖：從神奇干冰吹泡泡的實驗視頻引出二氧化碳，使學生產(chǎn)生親近感，同時引導學生思考實驗室是如何制取二氧化碳的，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。
4.2探究解疑，體現(xiàn)科學探究樂趣。
【回顧】在第二單元我們已經(jīng)學過實驗室用高錳酸鉀和過氧化氫制取氧氣，請同學們看白板。
【展示】實驗室制取氧氣的知識回顧。
【引導】通過實驗室制取氧氣的知識回顧，你是否能得出實驗室制取氣體的一般思路呢？
【回答】反應原理、發(fā)生裝置、收集裝置、驗證和驗滿方法。
【思考】這5個步驟的依據(jù)分別是什么？
【回答】反應原理：化學反應方程式；發(fā)生裝置：反應物狀態(tài)和反應條件；收集裝置：氣體的密度、溶解性，以及氣體是否與水反應；驗證和驗滿方法：氣體的化學性質(zhì)。
設計意圖：對學生原有知識儲備的回顧和利用過程，從而培養(yǎng)學生綜合運用原有知識建立知識體系的能力。
【過渡】反應原理、發(fā)生裝置、收集裝置、驗證和驗滿方法是我們制取氣體的一個大致路線，我們今天就以這個路線為指導，探究二氧化碳實驗室的制取。
【思考】在我們學過的化學反應中，有哪些是可以制取二氧化碳的？
【討論】蠟燭燃燒，碳在氧氣中燃燒，碳還原氧化銅和氧化鐵……
【展示】能夠產(chǎn)生二氧化碳氣體的反應。
【追問】這些反應都適合在實驗室制取二氧化碳嗎？如果不適合，原因是什么？
【提示】主要從氣體是否純凈和條件是否苛刻這兩個角度出發(fā)。
【回答】1和2不能的原因在于制得的氣體可能不純：制得的二氧化碳中可能含有氧氣；3和4不能的原因在于條件太苛刻：高溫條件實驗室一般難以達到。
設計意圖：讓學生自己分析解決，從而逐一各個擊破、加以排除。
【過渡】對于上述四個反應，要么制得氣體不純，要么條件太苛刻，因此不適合在實驗室制取二氧化碳。下面，老師再向同學們介紹三個能夠生成二氧化碳的反應，讓我們通過一組對比實驗，看看哪個反應適用于實驗室制取二氧化碳？
【展示】三個對比實驗圖。
【講述】等下請三位同學上臺做實驗：1、2、3號試管中分別加入0.2g的碳酸鈉、石灰石、石灰石，之后同時加入5ml的稀鹽酸、稀鹽酸、稀硫酸，觀察現(xiàn)象。注意1和2的不同點是底物不同，加入的酸相同；2和3則是底物相同，加入的酸不同。
【學生實驗】三位學生分別在1、2、3號試管中加入0.2g的碳酸鈉、石灰石、石灰石，聽到教師命令后，分別向1、2、3號試管中加入5ml的稀鹽酸、稀鹽酸、稀硫酸。
【觀察與思考】三個試管中的現(xiàn)象是否相同？
【實驗現(xiàn)象】1.產(chǎn)生氣泡，速率過快；2.產(chǎn)生氣泡，速率適中；3.產(chǎn)生氣泡，但速率較慢。
【結論】實驗室制取二氧化碳氣體的最佳反應是大理石和稀鹽酸。原因在于稀鹽酸和石灰石的反應速率適中，適用于實驗室制取二氧化碳氣體。
設計意圖：在這里先介紹三個能夠生成二氧化碳的反應，讓學生自己做實驗，觀察現(xiàn)象，分析比較后，從而得出實驗室制取二氧化碳的反應原理。
【總結】實驗室制取氣體反應原理應考慮的因素：制得的氣體要較純，反應條件要容易滿足，反應速率要適中。
【強調(diào)】雖然碳酸鈉和稀鹽酸由于反應速率太快不適合在實驗室制取二氧化碳，卻是滅火的原理，正所謂“天生我才必有用”。
【過渡】確定了實驗室制取二氧化碳的原理，接下來，我們該研究什么呢？
【回答】發(fā)生裝置和收集裝置。
【追問】確定二氧化碳的發(fā)生裝置和收集裝置時各要考慮哪些因素？
【提示】聯(lián)想制取氧氣的發(fā)生裝置和收集裝置時考慮的因素。
【回答】發(fā)生裝置：反應物的狀態(tài)和反應條件；收集裝置：密度與空氣比較的大小、溶解性、是否與水反應。
設計意圖：通過對實驗室制取氧氣和二氧化碳的類比，讓學生找到規(guī)律，指導探究其他氣體的制取，從而鍛煉學生對知識舉一反三的能力。使學生的思維得以發(fā)散，提升對知識間的聯(lián)系和遷移的把握。
【講述】現(xiàn)在大家選擇發(fā)生裝置和收集裝置。
【展示】現(xiàn)提供如下裝置，你會選擇怎樣的發(fā)生和收集裝置制取二氧化碳呢？
【學生回答】發(fā)生裝置：A和C；收集裝置：E。
【反問】為何長頸漏斗要伸入液面以下？
【回答】防止生成的二氧化碳從長頸漏斗逸出。
【板書】二、發(fā)生裝置：固液不加熱；收集裝置：向上排空氣法。
【追問】如果實驗室沒有長頸漏斗和錐形瓶，那么哪些裝置可以作為替代品？請從圖4中進行選擇。
【回答】用注射器和分液漏斗代替長頸漏斗；用平底燒瓶和試管代替分液漏斗。
【強調(diào)】分液漏斗下端不用液封，原因在于分液漏斗有活塞，反應隨關隨停，氣體不會從漏斗逸出。
設計意圖：在這里我在確定了實驗室制取二氧化碳的原理和發(fā)生裝置、收集裝置時要考慮哪些因素的基礎上，借勢讓學生選擇出合理實驗室二氧化碳的制取裝置，可謂是循循善誘、水到渠成。更重要的一點：鍛煉了學生學以致用的能力。
【過渡】同學們對實驗室制取二氧化碳裝置的認識已經(jīng)到了會選擇、會變通地步，如果老師給出若干種實驗儀器，則相信同學們一定能夠設計出富有個性的實驗裝置?，F(xiàn)在有請幾位同學到臺前來點擊屏幕上的儀器，設計連接裝置，要求每位同學設計的發(fā)生裝置不一樣。
【學生實驗】連接裝置Flash，如圖5所示。
【提問】這位同學將有空塑料板的試管和長頸漏斗相接，打開止水夾，反應開始，關閉止水夾，反應停止。這個裝置有什么特點？如圖6所示。
【回答】控制反應速率。
【追問】通過什么控制反應速率？
【回答】止水夾。
【提問】試管和帶有注射器膠塞組合，這個裝置又有什么特點？如圖7所示。
【回答】控制反應速率。
【追問】通過什么控制反應速率？
【回答】通過注射器滴加液體的快慢。
【提問】在選擇反應器和膠塞組合過程中，為什么會出現(xiàn)反應器和膠塞組合不合適的情況？
【學生討論】有些反應器是有側導管的，有些沒有；膠塞組合有些是單孔的，有些是雙孔的；還有一個大的反應器，連接任何膠塞組合都不行……
【教師總結】對于反應器有側導管的，說明反應器已有導氣裝置，膠塞就只用選擇單孔的；反過來，反應器沒有側導管的，說明反應器無導氣裝置，膠塞就必須選擇雙孔的；對于大的反應器，叫啟普發(fā)生器，裝置內(nèi)有內(nèi)置漏斗和導氣管，所以不用膠塞組合，直接連接收集裝置即可。
設計意圖：利用白板的交互性、主動性的特點，讓學生通過Flash拖拽實驗儀器、拼裝實驗裝置，讓學生對實驗室制取二氧化碳裝置的選擇由感性認識上升到理性認識，讓學生在積極、主動的狀態(tài)下完成化學知識的學習。
【過渡】對于實驗室制取二氧化碳，我們已經(jīng)研究了兩大問題：即反應原理和制取裝置，接下來就是氣體的驗證和驗滿方法。
【講述】驗證和驗滿是兩個容易混淆的問題，請同學們運用對比的方式，對此加以思考。
【提問】如何檢驗二氧化碳？很早就學過了。
【回答】澄清石灰水，若變渾濁就是二氧化碳。
【追問】驗滿呢？
【提示】利用二氧化碳不支持燃燒的性質(zhì)。
【回答】將燃著的木條放在集氣瓶口，熄滅則滿。
【強調(diào)】二氧化碳的驗證和驗滿使用的試劑是不同的，但都是利用二氧化碳的化學性質(zhì)。
【板書】三、驗證：把產(chǎn)生的氣體通入盛有澄清的石灰水的試管中，若澄清石灰水變渾濁，證明是二氧化碳。驗滿：將燃著的木條放在集氣瓶口，若火焰熄滅，則說明已經(jīng)收集滿。
【過渡】現(xiàn)在輪到大家自己親自動手制取一瓶二氧化碳了吧？并驗證和驗滿。
【講述】但是在做實驗之前，一定要清楚實驗步驟，請大家以4人為以小組進行討論，時間為4分鐘。
【小組展示】首先，按要求連接好儀器；其次，檢查裝置的氣密性；再次，裝入固、液體藥品；最后，驗證并驗滿氣體。
【評價】集體的智慧真?zhèn)ゴ蟆?/p>
【板書】四、實驗步驟：連、查、裝、驗。
【講述】大家以4人為以小組進行實驗，時間為6分鐘，同組的同學要相互提醒，密切配合。
學生實驗，教師巡回指導。
請兩位同學匯報實驗成果并進行點評。
4.3再探揭秘，體現(xiàn)化學學科價值。
【檢測】節(jié)日用于填充氣球的氫氣，實驗室用鋅粒和稀硫酸在常溫下反應制取，已知氫氣難溶于水，密度比空氣小，請你根據(jù)已知知識設計氫氣的發(fā)生和收集裝置。
【引導】發(fā)生裝置和收集裝置的選擇依據(jù)。
小組組員討論交流并公布答案。
設計意圖：通過訓練，學生進一步鞏固加深實驗室制取氣體的方法與思路，并學會運用實驗室制取氣體的思路解決實際問題。
4.4梳理歸納，體現(xiàn)化學學科魅力。
【引導】教師引導學生自己做課堂小結。
知識小結：
1.實驗室制取二氧化碳反應原理。
2.實驗室制取二氧化碳發(fā)生裝置和收集裝置。
3.二氧化碳的驗證和驗滿。
方法小結：
初中化學中常用的方法：溫故而知新、對比實驗。
5.教學反思
5.1課前一定要進行學情分析。
針對本節(jié)課的教學內(nèi)容，確定學生需要掌握哪些知識，然后分析學生是否具備這些知識經(jīng)驗。只有掌握和了解學生已有的化學知識和已經(jīng)掌握的實驗操作技能，才能合理地確定教學任務的深度、難度和廣度。
5.2課堂一定要充分調(diào)動學生的積極性。
只有充分調(diào)動學生學習的積極性，讓學生通過自己的知識實現(xiàn)知識的建構，在問題中探究，在探究中學習，學生才能學到真正的知識，進而形成能力，這樣的課堂教學才是有效的。課堂不應是學生復制知識的加工廠，而應成為展示他們聰明才智和創(chuàng)造能力的舞臺。
5.3課堂一定要滲透初中化學思想方法。
教學過程中應用更多地源于學生已有的知識解決課堂上的實際問題，即溫故而知新，本節(jié)課中利用到第二單元用高錳酸鉀和過氧化氫制氧氣的相關知識。從已知中發(fā)現(xiàn)未知，從熟悉中感受新奇，這種發(fā)現(xiàn)的過程和新奇的體驗對于學生的發(fā)展是非常有意義的。另外，在實驗探究中所運用的對比方法也使學生受益頗多，從而提高他們的學習能力。我相信，有了這些方法引路，學生在化學學習的道路上一定會有更大收獲。
參考文獻：
中圖分類號：X55 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0342-02
一、 研究目的及意義
隨著現(xiàn)代社會工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)成為人類關注的焦點，由于大量排放二氧化碳導致的溫室效應便是其中重要的一環(huán)，其帶來的危害已經(jīng)為各國政府高度關注。我國政府承諾到2020年碳排放強度比2005年降低40-45%，足可見我國對控制二氧化碳排放的決心之大。但當前我國的能源領域面臨著多方挑戰(zhàn)，能源消費增長迅速，且現(xiàn)階段我國的能源結構仍以煤炭為主，世界一多半的煤炭為中國所用，中國60%多的煤炭用于發(fā)電，因此控制燃煤電廠二氧化碳的排放是我國碳減排的關鍵，研究電廠二氧化碳捕集運輸和儲存技術顯得舉足輕重。
二、 二氧化碳的捕集技術路線及方法分析
燃煤電廠對燃料燃燒不同階段產(chǎn)生的二氧化碳的捕集分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集三條技術路線。現(xiàn)階段捕集方法主要有物理吸附法、物理吸收法、化學吸收法、膜分離法、低溫蒸餾法等，使用何種捕集方法取決于二氧化碳氣體的濃度、壓力、溫度，不同類型發(fā)電機組以及不同技術路線會選用不同的捕集方法。
2.1 二氧化碳捕集技術路線現(xiàn)狀分析
2.1.1 燃燒前捕集：燃燒前捕集技術主要應用在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC），IGCC的工藝流程主要為：氮氣作為動力氣源帶動燃煤進入氣化爐，與空分系統(tǒng)分離送出的純氧在氣化爐內(nèi)發(fā)生高壓富氧反應，生成有效成分主要為一氧化碳和氫氣的混合氣體，隨后，在催化轉(zhuǎn)換器中經(jīng)過水煤氣變換后，促使一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳并進一步產(chǎn)生氫氣，混合氣體中二氧化碳被捕集分離，氫氣經(jīng)過凈化作為清潔的氣體燃料送入燃氣輪機用于燃燒。燃燒前捕集技術的優(yōu)點是由于混合氣體的壓力較高，可以生成濃縮的二氧化碳氣流，不用加壓便能滿足壓縮機對管道內(nèi)輸送氣體壓力的要求，減少能耗，同時高濃度的二氧化碳氣體有利于捕集和利用，該技術還具有捕集系統(tǒng)小、捕集效率高以及對污染物的控制方面有很大潛力的優(yōu)點，缺點是IGCC技術仍面臨初期投資成本高、可靠性不高的問題，并且由于二氧化碳捕集系統(tǒng)需使用蒸汽以及壓縮機需使用額外功率會導致IGCC面臨發(fā)電成本增加40%、效率降低22%的問題。該技術常采用物理溶劑吸收方法和膜分離法來捕集二氧化碳。
2.1.2 燃燒后捕集：燃燒后捕集顧名思義是在燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣中進行二氧化碳捕集的技術。由于電廠煙氣中二氧化碳的濃度相對較低，該技術路線一般采用化學吸收法并需要使用強力溶劑。該技術的優(yōu)點是只需對現(xiàn)有燃煤機組加以改造加裝二氧化碳捕集裝置即可，不需要對機組的結構進行大面積的調(diào)整，適合運行機組改造，并且該種技術是一種成熟的技術，缺點是由于煙氣中二氧化碳的濃度較低，二氧化碳的捕集費用相對較高，同時還面臨溶劑再生需要消耗大量能量的問題。燃燒后捕集技術還可使用物理吸附法、膜分離法和低溫蒸餾法捕集二氧化碳。
2.1.3 富氧燃燒捕集：富氧燃燒捕集顧名思義就是化石燃料在燃燒的過程中助燃劑是純氧而非空氣，這樣燃料燃燒完畢煙氣中主要含有二氧化碳和水蒸氣，只有少量的二氧化硫、碳氧化物等雜質(zhì)，把煙氣進行脫硫、脫硝及除塵后進行冷卻，除去其中的水蒸氣便可得到高純度的二氧化碳，純度能夠達到80%至98%，少量煙氣再循環(huán)進入燃燒室，目的是控制火焰溫度，防止燃料在純氧中燃燒時溫度過高，并且提高了煙氣中二氧化碳的體積比。此種技術的優(yōu)點是捕集成本低；由于沒有氮氣參與燃燒，煙氣中氮氧化物的含量大大降低；由于是富氧燃燒，可以降低燃料的消耗量，提高熱效率，缺點是燃燒需要在富氧的環(huán)境下進行，制備高純度氧的能耗很高；燃燒室需要改造；該種技術面臨的問題很多，如煙氣再循環(huán)的參入量、氧量變化造成鍋爐燃燒調(diào)節(jié)的改變等，該種技術尚不成熟，處于示范階段。
綜上所述，三種二氧化碳捕集技術路線各有特點，燃燒前捕集技術占用場地小、捕集效率高但初期投資成本高，適用于IGCC電廠；燃燒后捕集技術對已建電廠改造難度小、技術相對成熟但捕集成本高；富氧燃燒捕集成本低但制氧能耗高、技術不成熟，燃燒后捕集和富氧燃燒捕集技術路線主要適用于傳統(tǒng)以化石能源為燃料的電廠，并適合老廠改造?，F(xiàn)階段，三種技術路線均未達到商業(yè)化的程度，只處于實驗室階段或有少量的示范項目。
2.2 二氧化碳捕集方法介紹
2.2.1 物理吸收法
物理吸收法是利用有機溶劑在高壓下對二氧化碳的吸收量增大的機理實現(xiàn)的，通過對有機溶劑降壓便可以釋放二氧化碳，還原溶劑。此種方法能耗較低，要求有機溶劑具有對二氧化碳的溶解度隨壓力變大增速明顯、沸點高、選擇性好、無毒、穩(wěn)定性好等特點。常用的物理吸收溶劑有聚乙二醇二甲醇、甲醚、環(huán)丁砜、三乙醇胺和碳酸丙烯酯。
2.2.2 化學吸收法
化學吸收法在化工行業(yè)是一種常見的方法，一般二氧化碳的吸收溶劑為有機胺的水溶液。研究發(fā)現(xiàn)水對乙醇胺吸收二氧化碳的能力有提升作用，沒有水的存在，1mol乙醇胺只能吸收0.5mol二氧化碳，水存在的情況下，1mol乙醇胺能吸收1mol二氧化碳。醇胺類化學吸收法的優(yōu)點為技術成熟、吸收量大、選擇性高并能同時吸收硫化氫和氮氧化物等有害氣體；缺點為吸收溶劑再生困難，需要消耗較高能量；對設備易腐蝕；在富氧的環(huán)境下，吸收性能大幅降低等。
2.2.3 物理吸附法
物理吸附法是利用固體吸附劑對二氧化碳進行選擇性吸附的原理，脫除煙氣中的二氧化碳，吸附法分為變溫吸附法和變壓吸附法。固體吸附劑表面的孔徑大小、孔容和極性以及吸附材料分子量、分子大小、極性決定了該吸附劑的吸附能力，此種方法比吸收法具有吸附過程需要能量少的優(yōu)點，并且由于吸附過程是放熱過程，吸附劑需要通過加熱還原再生。物理吸附法對二氧化碳的捕集成本與吸收法大致相當，但其對二氧化碳的吸附量和選擇性要更好，并且吸附劑的還原需要的能量較低，操作簡單，相比吸收法更具有市場價值，缺點是進行二氧化碳捕集前需要將混合氣體冷卻、干燥，以及除去易使吸附劑中毒的氣體，并且存在二氧化碳回收率不高以及吸附劑選擇性的問題。常用的吸附劑有天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠和活性炭等。
2.2.4 膜分離法
膜分離法是利用部分氣體無法穿透薄膜的原理對氣體進行分離，此法的驅(qū)動力是膜兩側的壓差，當差壓達到一定值時，能夠穿透薄膜的氣體會透過薄膜，捕集氣體會留在膜內(nèi)。薄膜的氣體選擇性、壓力比、穿透氣流和總氣流的流量比決定了此薄膜的二氧化碳捕集能力。此方法在分離工業(yè)合成氨尾氣、煉油尾氣等領域已經(jīng)廣泛使用，但是由于電廠煙氣流量大，需要膜的面積很大，投資成本高。用于捕集二氧化碳的薄膜有醋酸纖維膜、聚苯醚膜、乙基膜、聚砜膜、溴磺化聚環(huán)氧丙烷膜、沸石礦物膜等。
2.2.5 低溫蒸餾法
低溫蒸餾法是利用不同氣體的冷凝點不同而進行氣體分離的，系統(tǒng)一般由壓縮機、焦耳湯普森閥、多級熱交換器和膨脹機組成，系統(tǒng)中設有不同溫度的冷阱，以此來捕集不同冷凝點的氣體。由于低溫蒸餾法是在液態(tài)的形態(tài)下捕集到的二氧化碳，為運輸和儲存提供便捷；該方法同時還能減少水的消耗、化學試劑的使用量以及有效解決設備腐蝕等問題，缺點是設備龐大、能耗大、煙氣中的粉塵易阻塞設備等，此方法一般用于分離高濃度的二氧化碳，常用于分離油田伴生氣中的二氧化碳。
2.2.6 二氧化碳捕集新方法
所謂的二氧化碳捕集新方法是指尚在實驗室研究階段，技術尚未成熟的方法，主要有化學循環(huán)捕集法和二氧化碳水合分離法。
上述幾種二氧化碳的捕集方法各有千秋，需要根據(jù)捕集技術路線選擇合適的捕集方法或幾種捕集方法的集合，電廠的二氧化碳捕集方法大多尚在實驗室或示范階段，需要進一步研究論證。
三、 二氧化碳的運輸與儲存技術分析
3.1 二氧化碳運輸技術
二氧化碳經(jīng)捕集、壓縮形成超臨界流體或液體，通過鐵路、船舶、管道等輸送工具運至目的地的過程稱為二氧化碳的運輸。當運輸距離較遠時（大于1000千米）管道運輸?shù)某杀咀畹?，并且管道運輸是一項成熟的商業(yè)化技術，其成本取決于管道的長度、直徑、二氧化碳的壓力和地質(zhì)特點。
3.2 二氧化碳儲存技術
二氧化碳的存儲技術分為地質(zhì)儲存、海洋儲存、儲液站儲存、固態(tài)儲存和礦物碳化儲存技術。
地質(zhì)儲存技術是把超臨界狀態(tài)的二氧化碳灌入油田、氣田、無法開采的煤層、深鹽水層進行儲存，這些地層必須由巖石密封，并且相對二氧化碳來說是不可滲透的。把二氧化碳注入油田或氣田存儲二氧化碳的同時用以驅(qū)動采油或氣，可以提高30%至60%的石油產(chǎn)量；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)趕出來，增加煤層氣采集率；深鹽水層儲存技術由于儲存容量大具有最大的潛力，該方法已于1996年一家挪威的能源公司投入商業(yè)運行。
海洋儲存技術是把二氧化碳輸送到海洋600米深度以下的區(qū)域，在此深度由于水的壓力能夠把二氧化碳轉(zhuǎn)換為液體，當儲存深度達到3000米、溫度低于10攝氏度時，液態(tài)二氧化碳的密度會大于水的密度，并在表面形成粘稠狀薄膜，防止二氧化碳擴散。此種技術可能會改變海洋的PH值，其對環(huán)境的危害程度未知，此種技術還在探索階段。
儲液站儲存技術是把捕集到的二氧化碳進行凈化、干燥等處理后冷卻形成高壓、低溫的液態(tài)二氧化碳，具有效率高、氣體純度高、儲量大的特點。
固態(tài)存儲技術是把二氧化碳先高壓壓縮形成液態(tài)二氧化碳，然后高壓低溫冷卻形成干冰儲存，由于其生產(chǎn)工藝困難且儲存條件費用高，此項技術并不常用。
礦物碳化技術儲存二氧化碳是一項新興技術，技術原理是將二氧化碳礦物碳化固定與含方英石雜質(zhì)的鈣基膨潤土深加工相結合，利用鈣基膨潤土容易通過離子交換形成碳酸鈣以及堿法分離方英石過程中容易形成吸收二氧化碳溶液的特點，實現(xiàn)吸收固定二氧化碳，但其預期成本遠高于其他存儲方法，不適合開展利用。
四、 結束語
現(xiàn)階段，制約二氧化碳捕集存儲技術發(fā)展的關鍵在于技術不成熟和高昂成本問題，研究開發(fā)成熟、高效、低成本的二氧化碳捕集儲存技術將是未來發(fā)展的方向。本文通過對現(xiàn)有的二氧化碳的捕集、運輸及儲存技術進行闡述，為未來該技術在電廠的成熟應用提供理論依據(jù)。
人教版九年級化學 第六單元 課題3 二氧化碳和一氧化碳
科目
化學
教學對象
九年級學生
課時
第一課時
作者
董林峰
單位
南雄市第二中學
一、教學內(nèi)容分析
1、本課題主要介紹二氧化碳和一氧化碳的性質(zhì)。關于二氧化碳，教材首先通過實驗分別介紹二氧化碳的密度、不支持燃燒、溶解性。然后聯(lián)系學生已有的知識，介紹二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的原因。其中，二氧化碳與水、石灰石的反應是本課題的教學難點。
2、本課題屬于元素及其化合物知識的講授，二氧化碳與第二單元的氧氣是九年級化學必須掌握的重要氣體。第六單元在整個初中化學中占有承上啟下的地位，碳的化合物中最熟悉的就是二氧化碳，所以二氧化碳這一節(jié)是本單元的重點與核心，教材首先安排二氧化碳有關知識的學習，由此來帶動其他含碳元素的化合物知識的學習。
二、學情分析
1、二氧化碳是學生繼氧氣之后要學習的又一重要氣體。該氣體與日常生活聯(lián)系非常緊密，學生在前面的學習中就有所接觸，但對二氧化碳的性質(zhì)和用途未必有科學的了解和認識。由于學生在學習氧氣時已經(jīng)形成了一定的學習方法，教材中關于二氧化碳的知識，學生大都能通過預習來掌握。然而學生習慣于接受式學習，科學探究意識較缺乏，看問題多停留于表面，缺乏深思的習慣。
2、學生易錯點分析：對二氧化碳使石蕊溶液變紅色的原因認識易出現(xiàn)錯誤，當看到二氧化碳通入石蕊試液中，石蕊試液變紅，他們就會得出二氧化碳能使石蕊試液變紅的錯誤結論。教學中要使學生認識到：二氧化碳通入水中，一部分溶解，另一部分與水反應生成碳酸，是碳酸使紫色石蕊溶液變紅色，而不是二氧化碳。
三、教學目標
1．知識與技能
（1）認識二氧化碳，掌握其重要的化學性質(zhì)，了解其物理性質(zhì)和主要用途。
（2）懂得設計實驗來驗證物質(zhì)性質(zhì)的方法。
（3）學會對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象進行分析并得出結論的方法。
2．過程與方法
（1）通過觀察演示實驗的現(xiàn)象，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。
（2）通過讓學生自己設計實驗去驗證二氧化碳的性質(zhì)，培養(yǎng)學生的實驗設計能力。
（3）經(jīng)過親自動手實驗，讓學生懂得二氧化碳可以與水反應生成碳酸。
3．情感、態(tài)度與價值觀
（1）通過對二氧化碳的密度以及水溶性進行實驗設計，培養(yǎng)學生的問題意識以及思維的嚴密性。
（2）通過用浸過石蕊溶液的小花來進行實驗探究，讓學生親自參與到知識的形成。
四、教學重點和難點
教學重點：1．二氧化碳的密度和水溶性 2．二氧化碳與水反應生成碳酸以及碳酸的不穩(wěn)定性
教學難點：二氧化碳與水、澄清石灰水的反應
五、教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
預設學生行為
設計意圖
導入新課
學氧化碳的物理性質(zhì)
探究二氧化碳的密度和溶解性
提出問題
設計實驗
介紹石蕊試劑
分組探究實驗
二氧化碳與水反應的原理
課堂練習
布置作業(yè)
引入：同學們在前面已經(jīng)陸續(xù)的接觸、學習過二氧化碳這種物質(zhì)，你能歸納出它的性質(zhì)么？
投影并歸納二氧化碳的有關性質(zhì)
講解：二氧化碳與澄清石灰水反應的化學方程式。
提問：你們知道的二氧化碳的性質(zhì)中，哪些是已經(jīng)做過實驗親自驗證并非常確定的，哪些只是由
別人告訴你的？
演示實驗：
實驗1.用二氧化碳傾倒階梯上的蠟燭
實驗2.在裝滿二氧化碳的軟塑料瓶內(nèi)倒入少量水
實驗前讓學生對實驗現(xiàn)象進行猜想；實驗后提問：你們看到了什么？這說明了二氧化碳具有什么性質(zhì)。
提問：根據(jù)上述兩個實驗的設計意圖，你們還能設計一些其他的實驗來證明二氧化碳的密度比空氣大且可溶于水么？
讓學生思考一會兒后再投影出一些提示
讓學生講述自己小組的實驗設計，并引導其他學生去評價這些設計。
講解：今天老師還補充一個二氧化碳的性質(zhì)就是二氧化碳能夠與水反應。但它們的生成物到底是什么，由你們?nèi)ミM行實驗探究。
投影并講解：石蕊是一種植物的色素，能在酸性、中性及堿性環(huán)境下顯現(xiàn)出三種不同的顏色
講解：二氧化碳與水反應生成碳酸的化學方程式。以及碳酸分解的化學方程式。
投影：根據(jù)本課的有關知識點設計與生活密切相關的習題來進行知識的鞏固和運用
布置作業(yè)：家庭小實驗：用家里的一些物品制造并收集二氧化碳氣體并對自己設計的實驗進行實施，把實驗的結果與老師和同學們一起分享。
學生思考、回答：二氧化碳是無色、無味的氣體，密度比空氣大，可溶于水、不能燃燒也不能支持燃燒，能使澄清石灰水變渾濁。
學生抄寫、記憶
學生回答：二氧化碳的密度及水溶性是在實驗室制備二氧化碳時從老師口中獲知。
學生觀察實驗現(xiàn)象并思考回答：
實驗1說明二氧化碳的密度比空氣大，不能燃燒也不能支持燃燒；實驗2說明二氧化碳可溶解于水。
學生分小組討論并進行實驗設計。
學生：講述自己的設計和準備如何實施，并對實驗現(xiàn)象進行猜想。
學生分組實驗：把浸過石蕊試液的4朵小花分別進行實驗對比：（1）噴醋酸（2）噴水（3）直接放入盛有二氧化碳的集氣瓶（4）噴水后放入盛有二氧化碳的集氣瓶（5）把（4）中的小花放在酒精燈火焰上烘烤。
分析有關實驗現(xiàn)象并獲知：二氧化碳與水反應生成了酸性物質(zhì)。該酸性物質(zhì)不穩(wěn)定，受熱很容易分解。
學生抄寫、記憶
學生思考、討論
注意從學生已有的知識出發(fā)，避免了重復與羅嗦，使教學更有針對性，重點更為突出。
對需要重點掌握的知識點進行強調(diào)。
培養(yǎng)學生的問題意識，不要“人云亦云”，要敢于創(chuàng)新。
這兩個實驗要收集到的二氧化碳氣體較多，耗時較長且實驗的成功率較低，所以宜由老師演示能起到較好的示范作用。
培養(yǎng)學生的實驗設計能力，通過小組的合作，互相啟迪、互相補充、并完善自己的設計。
通過讓學生講述自己的設計提高學生的表述能力，并使學生初步學會評價和改進實驗設計；通過贊美學生的設計讓學生感受成功的喜悅，激發(fā)學生的學習興趣。
通過學生親自動手進行實驗探究，讓學生親自參與到知識的形成過程中，并學會根據(jù)實析、得出結論，從而獲得成功的喜悅和對化學學習的持續(xù)興趣。
使學生能把學到的知識與實際生活聯(lián)系在一起，懂得運用有關的化學知識去解決生活中的一些簡單的實際問題。
讓學生多動手、多思考，他們就會有更多的心得和體會，對化學的學習也就更有興趣。
六、板書設計
第六單元課題3 二氧化碳和一氧化碳
一、 二氧化碳的物理性質(zhì)
1、 無色無氣味的氣體；2、密度比空氣大；3、可溶于水
二、 二氧化碳的化學性質(zhì)
1、 二氧化碳不能燃燒，一般也不支持燃燒
2、 二氧化碳能與水反應
紫色石蕊溶液遇到酸性溶液會變紅色
3、 二氧化碳能與石灰水反應
七、教學活動評價設計
一、分組實驗評價（采用組間相互評價；分優(yōu)秀、良好、合格、不合格四個等級。） 第一組第二組第三組第四組第五組第六組組員合作情況操作規(guī)范情況現(xiàn)象及分析情況 二、學習參與度評價（采用教師評價；主要以鼓勵為主） 三、課堂練習評價（采用小組內(nèi)同學相互評價；分A、B、C三個等級）
二、腐蝕影響因素研究
1.腐蝕因素
二氧化碳腐蝕鋼材主要是二氧化碳溶于水生成碳酸而引起電化學腐蝕所致，主要考慮以下影響因素：1、二氧化碳分壓的影響：二氧化碳分壓小于0.021MPa不產(chǎn)生腐蝕；在0.021～0.21MPa間為中等腐蝕；大于0.21MPa產(chǎn)生嚴重腐蝕。2、礦化度的影響：溶液中以Cl-的影響最為突出，Cl-濃度越高，腐蝕速度越大，特別是當Cl-濃度大于3000mg/L 時腐蝕速度尤為明顯。3、流速的影響：一般認為隨流速的增大，H2CO3和H+等去極化劑能更快地擴散到電極表面，使陰極去極化增強，消除擴散控制，同時使腐蝕產(chǎn)生的Fe2+迅速離開腐蝕金屬的表面，因而腐蝕速率增大。
2.產(chǎn)出物分析
2.1產(chǎn)出水
在研究的過程中我們對30樣本井進行了數(shù)據(jù)分析與采集，研究治理提供可靠依據(jù)。通過對30口油井產(chǎn)出水的PH值、礦化度、氯離子含量和硫酸鹽還原菌等指標進行分析，PH值為5.5～6.0，礦化度為44023～84040 mg/L， Cl-平均含36762mg/L ，SRB含量450～1000個/ml。
2.2伴生氣
將分析的伴生氣中二氧化碳的含量和計算出的分壓進行分析可知油井伴生氣中二氧化碳的平均含量為1.78%，平均分壓為0.28MPa。油田產(chǎn)出水的二氧化碳含量相對較多，屬于嚴重腐蝕等級，同時產(chǎn)出液的PH值較低（5.5～6.0），由此會產(chǎn)生嚴重的電化學腐蝕。
3.腐蝕影響因素認識
通過腐蝕因素的實驗分析，可以得出造成油井腐蝕的主要原因是：
3.1油井含水率高，平均含水94.5%，介質(zhì)的礦化度較高，Cl-、HCO3-等強腐蝕性離子含量高，溶液的PH值介于5.5～6.0之間，呈弱酸性，勢必會造成油管、桿的電化學腐蝕。
3.2伴生氣中二氧化碳含量較多，平均含量為1.78%，最高達4.68%，通過計算，34.6%油井的二氧化碳分壓都大于0.2MPa，因此二氧化碳是造成腐蝕的重要因素。
三、二氧化碳防腐工藝技術研究
1.技術路線
二氧化碳分壓對油井和生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生中、重度腐蝕，通過分離井筒中產(chǎn)出液中的二氧化碳含量，降低液體中的二氧化碳含量，減緩H+的去極化作用，從而減輕二氧化碳造成的腐蝕。
由伯努力方程： 12 ρv2+ρgh+p=C
式中：ρ―密度；v―流速；g―重力加速度；h―流體處于的高度；p―流體所受壓強
可知：流速增加，其它條件不變，流體所受壓強變小，氣體可從液體中析出。
另外，由于由于高流速增大了腐蝕介質(zhì)到金屬表面的傳質(zhì)速度，且高流速會阻礙保護膜的形成或破壞保護膜，因而隨流速增大，腐蝕速度增加。
解決思路：井下配套防氣技術，將二氧化碳分離并通過環(huán)套排出，減少泵筒內(nèi)產(chǎn)出液中二氧化碳的濃度，以此削弱二氧化碳腐蝕；同時由于進入環(huán)空的二氧化碳流速大大降低，減緩二氧化碳的腐蝕，在液面以上，二氧化碳呈氣態(tài)，沒有了H+的去極化作用，二氧化碳腐蝕大大降低。
2.配套工藝
高效氣液分離器，其原理如下：產(chǎn)出液由進液孔進入高效防氣裝置，通過防氣濾網(wǎng)順著環(huán)形空間下行進入螺旋分離機構部分，氣液混合物在螺旋機構內(nèi)部螺旋向下流動，在離心力的作用下，氣體因密度較小沿著螺旋片的內(nèi)側經(jīng)過螺旋片上部的小孔上行，浮到錨體環(huán)形空間頂部時，經(jīng)排氣孔排到油套環(huán)形空間，而液體因密度較大，就沿著螺旋片外側下行，下行至錨體的下部，經(jīng)氣敏網(wǎng)進入中心管內(nèi)部經(jīng)抽油泵排出，液體經(jīng)過氣敏網(wǎng)時，液體內(nèi)部所含的細小氣泡被過濾在外，沿錨體的環(huán)形空間上行至頂部排氣孔排出。
四、現(xiàn)場應用及效果
2012年以來，我們對腐蝕井進行了全方位的跟蹤分析，針對二氧化碳腐蝕進行了深入研究，應用高效防氣技術有針對性的治理工作，取得了明顯的效果。
針對腐蝕較為嚴重的8口油井綜合分析，定性為典型二氧化碳腐蝕，措施前8口井的平均免修周期為104天，措施后的4口井平均免修周期延長的276天，延長了196天，遠遠超過了措施前的免修期，另外4口井持續(xù)正常生產(chǎn)，效果十分顯著。
典型井例---徐側14井
該井歷年來均因腐蝕造成躺井，平均檢泵周期僅60天，2013.4.23日檢泵發(fā)現(xiàn)內(nèi)液面油管掛下84根，外液面不詳，全井油管內(nèi)壁腐蝕，油管掛下第98根有2處砂眼，調(diào)查歷次作業(yè)現(xiàn)場管桿起出情況，均變現(xiàn)為油管在80～100根之間腐蝕穿孔，根據(jù)徐集油田沙三下天然氣化驗資料，該井硫化氫無、二氧化碳含量2.26%、氮氣0.89%。分析認為地層中二氧化碳在此位置高濃度析出或在此位置碳酸根濃度較高引起腐蝕，故對該類腐蝕井提出新的思路，即下入防氣裝置，將二氧化碳在環(huán)套分離出來，從套管放掉，以削弱二氧化碳腐蝕。
截至2014.3.10日，該井生產(chǎn)正常，管桿連續(xù)工作320天，目前繼續(xù)有效。保證了油井的生產(chǎn)，至少減少檢泵作業(yè)5次，至少節(jié)約作業(yè)、成本、占產(chǎn)等費用30萬元。
五、結論及認識
1.對以二氧化碳腐蝕為主因的油井配套防氣技術，將二氧化碳分離并通過環(huán)套排出，減少泵筒內(nèi)產(chǎn)出液中二氧化碳的濃度，減輕二氧化碳腐蝕，從實踐結果來看是可行的。
低碳生活涉及碳足跡，碳足跡表示一個人或者一個團體的碳耗費量，是測量某個國家和地區(qū)的人口因每日消耗能源而產(chǎn)生的二氧化碳排放對環(huán)境影響的一種指標。第一碳足跡是因使用化石能源而直接排放的二氧化碳，比如一個經(jīng)常坐飛機出行的人會有較多的第一碳足跡，因為飛機飛行會消耗大量燃油，排放出大量二氧化碳。第二碳足跡是因使用各種產(chǎn)品而間接排放的二氧化碳，比如消費一瓶普通的瓶裝水，會因它的生產(chǎn)和運輸過程中產(chǎn)生的碳排放而帶來第二碳足跡。碳足跡越大，說明你對全球變暖所要負的責任越大。碳足跡越小，說明你對環(huán)境的保護做出的貢獻越大。
就個人而言，每個人可以從自我做起，從生活中的細節(jié)做起，盡量減低碳足跡，選擇低碳生活。例如，少開一天車，少吃一頓肉食大餐，少用一次性筷子，少開一盞燈等等，都可以減少碳足跡；甚至用餐做菜時選擇烹飪方式也可以減少碳足跡。以土豆為例，用烤箱烘烤土豆產(chǎn)生的二氧化碳比用鍋煮的要多，而用鍋煮產(chǎn)生的二氧化碳又比微波爐做產(chǎn)生的多。所以，用微波爐做土豆就是一種更好的低碳生活。
另外，棉布衣服與化纖衣服，爬樓梯與坐電梯，走路與開車等等，都是前者是低碳生活，后者是高碳生活。生產(chǎn)化纖衣服要消費更多的石油和能源，排放更多的二氧化碳，所以應當選擇棉布衣服。在家居用電上，使用風電或水電等清潔能源產(chǎn)生的碳排放會比使用熱電低。在交通出行方面，小排放量汽車在同距離時碳排放量較少，應大力推廣小排量節(jié)能環(huán)保型汽車。
盡管低碳生活值得提倡，但是，由于工作需要或其他原因，人們不時會進入高碳生活。這時就應當對自己的高碳生活進行補償。這種補償就是所謂的碳中和。這種補償就是碳中和。碳中和指的是，人們可以計算自己日?；顒樱ㄉa(chǎn)）直接或間接制造的二氧化碳排放量，如果過高，則可以通過植樹等方式把這些排放量吸收掉，或者計算抵消這些二氧化碳所需的經(jīng)濟成本，然后個人付款給專門企業(yè)或機構，由他們通過植樹或其他環(huán)保項目抵消大氣中相應的二氧化碳量，以達到降低溫室效應的目的?？梢哉f，碳中和就是人們對自己高碳生活的補償。
筆者通過對教材的分析和實際教學中出現(xiàn)的問題中發(fā)現(xiàn)，學生對于華師大版教材九年級上冊第一章第三節(jié)《重要的堿》這節(jié)課中有些問題不明白：氫氧化鈉能與二氧化碳反應無明顯現(xiàn)象，到底有沒有反應呢？教師說反應了，學生不見的會明白！這跟學生所認為的化學反應有氣泡或者沉淀現(xiàn)象等等是不同的，對學生來說這是個難點！那么如何幫助學生突破這個難點呢？
首先，我們來看教材的處理方法：演示實驗――在一個充滿二氧化碳的礦泉水瓶中加入適量的氫氧化鈉溶液，迅速蓋住瓶蓋。振蕩溶液，會發(fā)現(xiàn)瓶會變癟。由此得出，二氧化碳能與氫氧化鈉反應，使瓶內(nèi)氣壓變小，從而在外界大氣壓的作用下瓶變癟了。
對于這個實驗我覺得有以下問題：對于瓶變癟的現(xiàn)象學生覺得可能是由于二氧化碳溶解在氫氧化鈉溶液的水中造成的，因為二氧化碳溶解在水中也能使瓶內(nèi)氣壓變小，從而使瓶變癟。而教材提供的素材沒有排除水的因素。那么如何排除水的干擾？筆者對教材的演示實驗作了如下改進：
一、先設置一個對照實驗
1.實驗
準備兩個事先充滿二氧化碳的礦泉水瓶標上甲、乙。（1）在甲礦泉水瓶中注射進20毫升水。（2）在乙礦泉水瓶中注射進20毫升氫氧化鈉溶液。然后仔細觀察現(xiàn)象！
2.對這個實驗的說明
（1）筆者用的礦泉水瓶是農(nóng)夫山泉350毫升裝的空瓶，選用這種瓶的原因是，這種瓶相對較硬挺，在二氧化碳溶于水后，在有針筒插在上面的橡皮塞時，不會引起瓶的形變，而二氧化碳與氫氧化鈉反應后卻會使瓶發(fā)生明顯變癟的現(xiàn)象。還有一點是，這種瓶要用稍大的力才能變形，便于區(qū)分現(xiàn)象。
（2）實驗設置理由：既然教材的處理方法會讓學生覺得瓶變癟的原因可能是二氧化碳溶解在氫氧化鈉溶液的水中，那么我們可以在一個同樣充滿二氧化碳的礦泉水瓶中分別注射進相同量的水和氫氧化鈉溶液，我們控制的唯一變量是注射進的物質(zhì)是否含有氫氧化鈉。
（3）為何在實驗中將倒入氫氧化鈉溶液改為注射氫氧化鈉溶液？筆者在準備實驗時做了試驗：在兩個同樣充滿二氧化碳的空礦泉水瓶中分別倒入20毫升水和氫氧化鈉溶液，發(fā)現(xiàn)倒入水的瓶會變癟，不過不是很明顯，而倒進氫氧化鈉溶液的瓶變癟很明顯。經(jīng)過分析比較，很容易得出瓶變癟是因為二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應。但是這里就出現(xiàn)了一個小問題：倒入水的瓶變癟不明顯是不是會讓學生覺得二氧化碳不會溶解在水中。這與華師大版教材七年級下冊二氧化碳能溶解在水中相矛盾。
二、引導學生思考如何將變癟的礦泉水瓶變回正常形態(tài)
1.具體的教學過程
案例名稱：突破“氫氧化鈉與二氧化碳反應”教學難點的教學設計。
演示：將CO2分別通入Ca（OH）2、NaOH溶液中。
師：同學們觀察到了什么現(xiàn)象？
生：在氫氧化鈣溶液中通入二氧化碳發(fā)現(xiàn)溶液變渾濁，而氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳無明顯現(xiàn)象。
教師板書Ca（OH）2與CO2反應的化學方程式：
Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O
師：CO2與Ca（OH）2反應有沉淀生成，而放NaOH的試管無現(xiàn)象，那么CO2與NaOH是不是確實發(fā)生了反應？接下來我們用實驗證明CO2與NaOH發(fā)生了反應。
板書：用實驗證明CO2與NaOH發(fā)生了反應。
師：先來觀察一個對照實驗、仔細觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象并思考其中的原因。這里需要事先說明的是，礦泉水瓶的瓶蓋我換成了橡皮塞，等一會兒注射時為了避免針頭在橡皮塞中被橡膠堵塞，所以老師會換上有針頭的橡皮塞。因為常溫下二氧化碳密度大于空氣，所以只要換的快一點，對實驗的影響應該是不大的。
演示實驗：準備兩個事先充滿二氧化碳的礦泉水瓶標上甲、乙。（1）在甲礦泉水瓶中注射進20毫升水。（2）在乙礦泉水瓶中注射進20毫升氫氧化鈉溶液。
師：大家觀察到了什么現(xiàn)象？
生1：甲瓶沒有變癟，乙瓶明顯變癟了。
師：我們來分析這些實驗現(xiàn)象背后的原因！首先來分析甲瓶的現(xiàn)象，原來甲瓶容積約為380毫升，我將20毫升的水注射進瓶內(nèi)，總體積應該為400毫升，但現(xiàn)在總體積約為384毫升，減少了16毫升，水還在里面，說明減少的是氣體，那么這16毫升氣體到哪里去了呢？
生2：二氧化碳溶解在水里了。
師：對，二氧化碳能溶于水，平常情況下1體積水能溶解1體積二氧化碳。而現(xiàn)在20毫升水大約溶解了16毫升，這是為什么呢？
生3：因為氣體的溶解能力隨溫度的升高而減弱。
師：對，1體積的水溶解1體積的二氧化碳是在1標準大氣壓下0攝氏度時的情況，而今天的氣溫大約為20攝氏度，所以20毫升的水大約溶解了16毫升的二氧化碳氣體。下面我們再來分析乙瓶的現(xiàn)象。乙瓶變得很癟說明里面的氣體的體積變小了很多，這么多的氣體到哪里去了呢？
生4：溶解在氫氧化鈉溶液中的水里了！
生5：不可能，理由是如果是二氧化碳溶解在氫氧化鈉溶液的水中了，那么甲瓶、乙瓶現(xiàn)象應該一致！
師：那么二氧化碳到哪里去了？
生6：二氧化碳與氫氧化鈉反應了。
師：說得對！二氧化碳可以與氫氧化鈉發(fā)生反應。
教師板書：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
師：現(xiàn)在知道二氧化碳與氫氧化鈉反應了使瓶變癟，現(xiàn)在有沒有辦法使變癟的瓶變回正常形態(tài)？
生7：只要加入足量鹽酸與碳酸鈉，反應能生成二氧化碳氣體就行。
師：下面我們來試驗這個方法。
教師演示實驗：將20毫升鹽酸用針筒注射進乙瓶。
師：大家觀察到了什么現(xiàn)象？
生8：出現(xiàn)很多氣泡，瓶身慢慢變鼓了。
師：出現(xiàn)剛才的現(xiàn)象原因是什么呢？我們來分析：兩個針筒活塞位置顯示里面體積分別為18毫升和35毫升，還有瓶的容積為380毫升，總和為433毫升，原來兩個針筒和瓶總容積為420毫升，前后相差為13毫升，因為現(xiàn)在瓶還有稍微在此地方癟的，估計體積為8毫升左右，這樣前后體積差就只有5毫升了。
2.案例反思及對策
（1）在教學中應該讓學生的錯誤思維充分暴露出來！
在下面的小片段中：
師：對，1體積的水溶解1體積的二氧化碳是在1標準大氣壓下0攝氏度時的情況，而今天的氣溫大約為20攝氏度，所以20毫升的水大約溶解了16毫升的二氧化碳氣體。下面我們再來分析乙瓶的現(xiàn)象。乙瓶變得很癟說明里面的氣體的體積變小了很多，這么多的氣體到哪里去了呢？
生4：溶解在氫氧化鈉溶液中的水里了！
教師處理的不夠到位！不能直接讓這個學生坐下去，應該追問學生：為什么你覺得二氧化碳溶解在氫氧化鈉溶液中的水里了？使學生錯誤或不完善的思維暴露出來，從知識建構的角度有利于此學生以及其他學生理解二氧化碳與氫氧化鈉能反應！
（2）在教學中沒有充分利用生成性資源。
在最后分析鹽酸與碳酸鈉反應產(chǎn)生二氧化碳從而使瓶身變回正常形態(tài)時處理不好。①應該先讓學生來分析前后體積變化，教師不要替代學生來分析，即使學生分析不出來，教師應該引導學生去分析。②既然瓶身還有那么一點癟，為何不讓學生思考如何把瓶身完全恢復到正常形態(tài)呢？如果學生思考不出，教師可以通過引導學生利用針筒的活塞讓瓶身恢復正常形態(tài)。如果瓶身溫度與原來感覺不一樣可以通過在空氣中冷卻后再比較。
總之，利用生活中常見的器材對課本實驗進行改進，對科學教師來說是很有必要的，這樣會拉近學生對科學的積極態(tài)度以及提高教師對教材的理解和教師自身的業(yè)務素養(yǎng)。
參考文獻：
2013年9月，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）了第五次氣候變化評估報告第一工作組報告，報告用來自大氣、海洋、冰川的多種指標從多方面證實了全球氣候變暖的事實，這些事實是在全面分析多種觀測數(shù)據(jù)的基礎上所得出的確鑿結論，也已得到國際社會和科學界的廣泛認同。IPCC第五次評估報告第一工作組報告各章引用文獻總計超過1萬篇，其中被引用的“最古老”的于1896年。這篇論文的題目是“論空氣中碳酸對地面溫度的影響”，作者是瑞典科學家阿倫尼烏斯。當時的科學界把大氣中的二氧化碳稱為碳酸。這篇論文之所以重要，是因為這是人類歷史上首次量化計算大氣中二氧化碳濃度對溫度變化的影響。這一開創(chuàng)性的工作進行得非常辛苦，花費了阿倫尼烏斯大約1年時間。
大氣中二氧化碳濃度增加能帶來多大幅度升溫
事實上，阿倫尼烏斯這篇論文的初始目的并不是為了解決大氣中二氧化碳濃度增加引起的全球變暖問題。這是因為，以當時人類向大氣中排放二氧化碳的速度來計算，大氣中二氧化碳濃度增加50%需要3000年時間：阿倫尼烏斯估計當時每年由于人類活動排放到大氣中的二氧化碳只占大氣中二氧化碳總量的千分之一，并且人為排放的二氧化碳中又有六分之五被海洋吸收，只有六分之一滯留在大氣中。阿倫尼烏斯進一步計算得出，這3000年內(nèi)大氣中二氧化碳濃度增加50%將引起3℃多的增溫，相當于人類活動造成的增溫為每年0.001℃。因此，阿倫尼烏斯認為，盡管他的計算還存在不足之處，如由于對一些碳循環(huán)的過程缺乏定量了解導致尚不能精確給出地面溫度升高的速度，但大氣中二氧化碳含量的增加是事實，這有可能影響到許多代以后的子孫后代的環(huán)境。
阿倫尼烏斯沒有料到的是，后來大氣中二氧化碳濃度增加的速度遠比他預測的快得多。1896年前后大氣中的二氧化碳濃度還不到300ppm（大約295ppm左右），一個世紀之前的1800年前后，大氣中的二氧化碳濃度約為280ppm，相當于100年內(nèi)增加了5%左右；而一個世紀之后的2012年，全球大氣中二氧化碳的平均濃度達到了393ppm，100多年的時間內(nèi)增加了30%以上。如果與工業(yè)化前的1750年相比，則在不足300年的時間內(nèi)大氣中二氧化碳的平均濃度增加了40%以上，這比阿倫尼烏斯所計算的3000年增加50%的速度快了近10倍。
那么，阿倫尼烏斯發(fā)表這篇論文的最初目的是什么？我們知道大氣中的二氧化碳是一種溫室氣體，這種溫室氣體具有“溫室效應”，也就是說它像玻璃溫室一樣，可以讓太陽輻射穿透并加熱溫室內(nèi)部，卻對溫室內(nèi)輻射的長波具有阻擋作用，從而使溫室內(nèi)部保持較高的溫度。雖然阿倫尼烏斯并不是第一個提出溫室效應概念的科學家，但他的這篇論文在人類歷史上第一次量化計算出了二氧化碳濃度變化后所引起的全球溫度變化幅度。促使他從事這項研究的目的是為了解釋歷史上冰期和間冰期循環(huán)的機制問題。現(xiàn)在我們知道，地球歷史上存在10萬年左右的冰期和間冰期循環(huán)，這主要是由于地球軌道參數(shù)的變化引起的，因為地球軌道參數(shù)的變化決定了地球接收太陽輻射的多少，太陽輻射變化會通過各種機制引發(fā)周期為10萬年左右的冰期和間冰期循環(huán)。
但阿倫尼烏斯認為，地球軌道參數(shù)的變化不是引起冰期和間冰期循環(huán)的原因，大氣中二氧化碳濃度的變化才是冰期和間冰期變化的主要原因。當時有一種科學觀點認為，冰期和間冰期之間的溫度差要求大氣中的二氧化碳濃度至少存在50%以上的變化，但這需要相關的資料和模型來計算驗證。阿倫尼烏斯計算后最終得出的結論是：如果大氣二氧化碳濃度下降三分之一，則全球溫度將下降3℃以上；如果大氣中二氧化碳濃度增加50%，則全球溫度將升高3℃以上；如果大氣中二氧化碳濃度增加100%，則全球溫度將升高5℃以上。他的計算還表明，如果大氣中二氧化碳濃度增加，則地球上陸地與海洋之間、赤道和溫帶之間、夏季和冬季之間、白天和夜晚的溫差都會減小。
阿倫尼烏斯的計算結果表明，大氣中的二氧化碳若以幾何級數(shù)增加，則全球溫度將以算術級數(shù)增加，即大氣中二氧化碳濃度增加50%引起3℃的平均升溫等同于大氣中二氧化碳濃度減少33%引起3℃的平均降溫。據(jù)此外推，可得到大氣中二氧化碳濃度增加一倍將引起5℃以上的平均升溫，增加兩倍后將引起8℃以上的平均升溫。
當然，由于受觀測資料和模型的限制，阿倫尼烏斯在計算中對水汽的反饋和二氧化碳的輻射效應都存在不同程度的高估。但不管如何，他根據(jù)不完全的數(shù)據(jù)所得出的計算結果表現(xiàn)出了驚人的真實性。直到20世紀60年代之后，計算機技術的發(fā)展使得人們開發(fā)復雜的氣候模式進行海量計算變?yōu)榭赡埽茖W家才根據(jù)氣候模式計算了大氣二氧化碳增加所引起的全球增溫幅度，現(xiàn)在一般稱大氣二氧化碳濃度加倍所引起的全球增溫幅度為“平衡氣候敏感性”，也就是大氣二氧化碳濃度增加1倍達到平衡狀態(tài)后會引起的全球平均升溫幅度。1967年，美國大氣海洋管理局（NOAA）的科學家真鍋首次使用自己所開發(fā)的全球大氣輻射對流模型得出大氣二氧化碳濃度增加1倍后會引起全球升溫2.3℃；20世紀70年代，真鍋又開發(fā)出了三維全球大氣環(huán)流模式（GCM）對氣候敏感性進行計算，這種三維氣候模式考慮了水文要素變化的作用，如雪蓋和海冰對氣候變化的反饋作用。該三維模式的計算結果表明，在考慮了雪蓋和海冰對氣候變化的反饋作用后所計算的氣候敏感性為3℃左右，稍大于根據(jù)輻射對流模型所得出的計算結果。
1979年，美國科學院委托麻省理工學院著名的氣象學家查尼建立了一個特別工作組對二氧化碳與氣候變化的關系進行評估，后來發(fā)表的評估報告（又被稱為查尼報告）認為：大氣二氧化碳濃度增加1倍會引起3℃的升溫（不確定性范圍為上下各1.5℃，即升溫范圍在1.5℃～4.5℃）。在此之后的30多年來，全球各地的科學家利用各種模型對氣候敏感性進行了大量的計算。IPCC從1990年的第一次評估報告起也每次都評估氣候敏感性的大小，但所有研究得出的結論基本上相差不大：1990年的IPCC第一次評估報告的評估結論是全球升溫3℃（不確定性范圍為上下各1.5℃，即升溫范圍在1.5℃～4.5℃），2013年的IPCC第五次評估報告給出的評估結論仍是全球升溫3℃（不確定性范圍為上下各1.5℃，升溫范圍在1.5℃～4.5℃）。
氣候變暖的觀測事實：全球變暖毋庸置疑
那么，觀測到的氣候變暖事實是怎樣的呢？世界氣象組織（WMO）于2014年2月5日指出，就全球陸地和海洋表面平均溫度而言，2013年全球陸地與海洋平均溫度比1961～1990年的平均值高0.5℃，比2001～2010年的平均值高0.03℃。2013年與2007年并列為1850年有現(xiàn)代氣象記錄以來的第六暖年。全球有氣象記錄以來最暖的14個年份中，有13個都出現(xiàn)在21世紀（1998年除外），其中2010年和2005年并列為全球氣溫最高的年份，比1961～1990年的平均值高0.55℃。
在全球氣候變暖的同時，世界也經(jīng)歷了前所未有的極端氣候事件，這些極端氣候事件產(chǎn)生了深遠的影響。它們都給人類社會帶來了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。
IPCC第五次評估報告第一工作組報告也以來自大氣、海洋、冰川的多種指標從多方面證實了全球氣候變暖的事實。報告指出，1880～2012年全球地表平均溫度升高了0.85℃，其中2003～2012年這10年的平均氣溫比1850～1900年的平均氣溫上升了0.78℃?？傊?，100多年來全球地表平均溫度升高了0.8℃是確鑿的事實，并且呈現(xiàn)出陸地比海洋增溫快、高緯度地區(qū)增溫比中低緯度地區(qū)大、冬半年增溫比夏半年明顯的趨勢。在21世紀的前10年里，北極海冰、格陵蘭島及南極冰蓋和各大冰川也不斷消融，大面積的冰川融化及海水熱膨脹使全球海平面的平均值以每年3毫米左右的速度不斷上升，這一速度大約是20世紀海平面上升速度的兩倍。
我國的氣候變化趨勢與全球較為一致。根據(jù)中國氣象局的《2013年中國氣候公報》，2013年我國平均氣溫較常年偏高0.6℃，較2012年偏高0.8℃，為1961年以來的第四暖年。
氣候變暖的原因：人類活動是主要影響因素
現(xiàn)在我們反過來看另一個問題：觀測到的氣候變暖是由什么原因引起的？我們已經(jīng)知道大氣中二氧化碳濃度的升高會引起全球溫度的升高，但影響全球溫度變化的因子并不只有二氧化碳濃度這一項。人類在向大氣排放二氧化碳等溫室氣體的同時，還向大氣中排放了大量具有降溫作用的氣溶膠。氣溶膠一方面將太陽輻射直接反射回去，另一方面作為云的凝結核導致云的反射率增加，這都能起到降低地表氣溫的作用。例如，科學家很早就注意到火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山云氣溶膠具有降溫作用，多種記錄也顯示了大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)與緊接著的第二年夏天的低溫和中緯度地區(qū)農(nóng)作物減產(chǎn)之間存在經(jīng)驗關系。1991年夏天菲律賓的皮納圖博火山噴發(fā)造成接下來的兩三年內(nèi)全球地表氣溫出現(xiàn)較為明顯的下降，直到1995年全球地表平均氣溫才恢復上升。此外，還有很多自然因素也會影響全球溫度的變化，如太陽活動的變化、氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的變化等。
IPCC第五次評估報告評估了1951年以來各種因素對氣候變化的作用，評估結論認為：1951～2010年因大氣中二氧化碳等溫室氣體所產(chǎn)生的增溫作用可能為0.5℃～1.3℃；包括氣溶膠降溫效應在內(nèi)的其他人為作用的貢獻可能為-0.6℃～0.1℃；氣候變化自然因素的貢獻很小，大約為-0.1℃～0.1℃；因此，綜合來看，所評估的這些自然和人為因子的貢獻與這一時期所觀測到的約0.6℃～0.7℃的全球變暖幅度是非常一致的。我們也可以這樣理解：1951～2010年溫室氣體產(chǎn)生的溫室效應造成的地球升溫幅度在0.9℃左右，氣溶膠及其他人為作用造成的降溫幅度在-0.25℃左右，其他自然因素對這一時期氣候變化的貢獻基本上為0，所以最終計算下來，1951年以來人類活動對氣候變化的影響程度是增溫0.65℃左右。因此，IPCC在第五次評估報告中給出了一條重要的結論：人類活動極可能導致了20世紀50年代以來一半以上的全球氣候變暖（這里的“極可能”指的是信度水平超過95%）。或者我們可以這樣理解：“人類活動導致了20世紀50年代以來一半以上的全球氣候變暖”這一結論的可靠性水平超過了95%。也就是說，如果我們認為“人類活動導致了20世紀50年代以來一半以上的全球氣候變暖”，那么我們犯錯誤的可能性低于5%。
當然，這里所說的90%以上或95%以上都指的是信度水平，即人類活動導致全球氣候變暖這一結論的可靠程度；不能將其理解為“全球氣候變暖的90%以上或95%以上是人類活動造成的”。也就是說，在90%以上的信度水平下，如果我們相信“人類活動造成了全球氣候變暖”這一結論，我們犯錯誤的可能性將不超過10%。這里有個小笑話可以幫我們理解90%以上的可能性和90%百分比的區(qū)別：一位病人在上手術臺之前非常緊張，他對醫(yī)生說：“我聽說這種手術失敗的可能性在90%以上?！贬t(yī)生說：“你不應該緊張，我應該恭喜你：我之前做的9個手術都失敗了。”換而言之，如果90%是百分比，那么這位病人確實應該高興，但這個90%是可能性，也就是說，第10次手術失敗的可能性仍然是90%以上。
大氣中二氧化碳濃度突破400 ppm之后
觀測事實、科學分析和模式研究都表明，大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度持續(xù)增加主要是由于化石燃料燃燒、毀林及生物質(zhì)燃燒、化肥施用、各種工業(yè)過程等人類活動造成的。自1750年工業(yè)革命以來，人類通過化石燃料燃燒等方式向大氣中排放的二氧化碳累積量約為2萬億噸，其中大氣累積了8794億噸，海洋吸收了5679億噸，自然陸地生態(tài)系統(tǒng)累積了5862億噸。也就是說，其中約有45%被海洋和陸地生物圈吸收，約有55%留存在大氣中，導致大氣中二氧化碳濃度逐年上升。2013年5月9日，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）稱夏威夷莫納羅亞山觀測站所觀測到的二氧化碳日均濃度數(shù)據(jù)為400.03ppm。同年5月14日，世界氣象組織也消息稱該組織全球大氣監(jiān)測網(wǎng)多個監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示大氣中二氧化碳日均濃度已超過400ppm。我國青海省瓦里關全球大氣本底站也測得了超過400ppm的二氧化碳濃度數(shù)據(jù)。
全球各地所測得的大氣二氧化碳濃度超過400ppm再一次向人們敲響了氣候變化的警鐘。當然，上述觀測到的400ppm這一數(shù)值并不是年平均值，2012年的全球平均大氣二氧化碳濃度值為393.1ppm，比工業(yè)化革命前（1750年）增加了41%，比2011年增加了2.2ppm，高于2010～2011年的平均增量（約2ppm/年）和20世紀90年代的平均增量（約1.5ppm/年）。IPCC第五次評估報告第一工作組報告也指出，當前主要溫室氣體的濃度是過去80萬年以來最高的，溫室氣體濃度增加的速度也是過去2.2萬年以來最快的。根據(jù)當前大氣中二氧化碳濃度的增加速度計算，2015年或2016年全球平均的大氣二氧化碳濃度就會超過400ppm。
未來全球平均溫度還將繼續(xù)上升。IPCC第五次評估報告第一工作組報告指出：與1986～2005年相比，2016～2035年全球平均表面溫度可能升高0.3℃～0.7℃；2081～2100年可能升高0.3℃～4.8℃。
應對氣候變化，時不我待。
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