名师导学——2.6 自然界中氧和碳的循环

2.6 自然界中氧和碳的循环
点击要点
1．自然界中的氧循环。
消耗氧气的主要途径是 等；产生氧气的途径是 。
大气中的氧气的含量会随着生物的呼吸和物质的燃烧等运动而减少，但又会随植物的光合作用而增加，周而复始地进行循环，这就是自然界的氧循环。自然界中的氧是在不断循环变化的。
2．保护臭氧层。
(1) 臭氧：分子式是 ，是氧气的同素异形体，它是一种蓝色、有腥臭味、较不稳定的、活泼的气体。在距离地球20～35km的高空，形成了包围地球外层空间的臭氧层，这厚厚的臭氧层正是人类赖以生存的保护伞，吸收一定量的 。
(2) 臭氧层的保护：近年来，大气层中的臭氧层正在遭到破坏，开始变薄，相继出现了臭氧空洞。科学蒙已经证明，电冰箱和空调中使用的 是破坏臭氧层的罪魁祸首。
3．自然界中的碳循环。
自然界中的碳可以以单质和化合物的形态出现，碳在自然界中也是可以循环的。碳的循环主要通过CO2 来进行的。它可以分为三种形式：
(1) 是植物经 作用将大气中的二氧化碳和水化合生成碳水化合物（糖类），在 中又以二氧化碳返回大气中被植物再度利用。
(2) 是植物被 后，糖类被动物吸收，在体内氧化成二氧化碳，并通过呼吸释放回大气中又可被植物利用。
(3) 是 等燃烧时，生成二氧化碳，它返回大气中后重新进入生态系统和碳循环。
4．温室效应。
大气中 气体具有吸热和隔热的功能，二氧化碳在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来，这就是___ 。
温室效应的危害：
(1)___________ ；(2)________ ___；
(3)________ ___；(4)________ ___。
课堂讲练
例1 （2010揭阳）自然界中存在氧循环和碳循环其中能将二氧化碳转化为氧气的是( )
A．水变成水蒸气 B．动植物的呼吸
C．植物的光合作用 D．化石燃料的燃烧
巩固训练1 从氧循环的角度分析，早晨空气中的氧气含量比傍晚空气中的氧气含量要____ ，你的理由是____ ____ ____ ____ 。
例2 如图显示了自然界中的一个简单的碳循环过程，根据图中所示回答下列问题：
(1) 哪些过程消耗了空气中的二氧化碳？

(2) 动物如何摄取植物中的碳元素？

(3) 哪些过程可使绿色植物转化成二氧化碳？

(4) 动物在哪一个过程中放出二氧化碳？

巩固训练2 美国首颗“嗅碳”卫星在2009年2月24日在发射升空过程中因运载火箭出现故障坠毁，这颗卫星的主要任务是绘制全球二氧化碳循环地理分布图。下面关于二氧化碳的叙述不正确的是( )
A．二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊
B．二氧化碳是植物进行光合作用必不可少的原料
C．自然界中的二氧化碳主要消耗途径是植物的呼吸作用。
D．固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而用作制冷剂
跟踪演练
1．下列关于二氧化碳的叙述中，错误的是( )
A．自然界中二氧化碳处于循环状态
B．二氧化碳可用于生产碳酸饮料
C．干冰可用于储藏食物和人工降雨
D．可用氢氧化钠溶液检验二氧化碳
2．与氧循环无关的是( )
A．生物呼吸 B．物质燃烧
C．光合作用 D．氟利昂破坏臭氧层
3．下列哪种情况不会释放碳进入碳循环中( )
A．燃烧 B．呼吸作用
C．光合作用 D．海洋中沉积物的风化
4．自然界中存在氧循环和碳循环，其中能将二氧化碳转化为氧气的是( )
A．水的吸收 B．动植物的呼吸
C．光合作用 D．燃料的燃烧
5．地球表面的臭氧层能阻挡和削弱过强的紫外线，对地球上的生物起到保护作用。那么臭氧层主要集中在大气的( )
A．对流层 B．平流层
C．中层 D．热层
6．从物质循环的观点看，人体中的碳元素，究其根源是来自( )
A．非生物界中循环的碳 B．大气中二氧化碳中的碳
C．食物中有机物里的碳 D．燃料中的碳
7．所谓地球的“温室效应”是指( )
A．频频发生的森林大火，使地球温度升高
B．大气中二氧化碳、甲烷等含量增大，阻碍了热辐射，使地表温度升高
C．用塑料大棚提高棚内温度，使之适宜农作物生长
D．地球上空臭氧层遭到破坏，使阳光中的紫外线易穿透大气层照射到地球上
8．科学家指出，气候变暖主要是二氧化碳等温室气体的增温效应造成的。为了减少温室效应的影响，下列措施不合理的是( )
A．植树造林，增加绿化面积
B．开发氢气等新能源，减少二氧化碳的排放
C．大量使用煤作燃料
D．将二氧化碳气体转变为其他有用物质
9．CO2 和O2 是自然界中生命活动不可缺少的两种气体，下列对它们的认识中，正确的是( )
A．都含有氧分子 B．都能供动物呼吸
C．都不溶于水 D．密度都比空气大
二、填空题
10．自然界中的碳、氧平衡指的是空气中的 含量和 含量保持在稳定的变化范围内。如何保持房间内氧气含量的平衡？ 。
11．自然界中二氧化碳的循环如下图所示，请你在上下两个方框中填上适当的物质名称。
12．下面是自然界碳循环示意图。
(1) 请在图中①～④线上补加“箭头”（其他箭头已画出），以正确表示碳循环各种变化关系。
(2) 海洋能够吸收二氧化碳，其原因之一是二氧化碳可以跟水反应，请写出该反应的化学方程式：
(3) 请验证人和动物呼出的气体中含有二氧化碳（用化学方程式表示）：

(4) 请根据上图简述二氧化碳对生活和环境的影响（各写出一条即可）：
利：_ _ __；
弊：_ _ __。
(5) 上图显示：大气中CO2 消耗途径有 和被海洋吸收。
(6) 下面是大气中CO2 含量按目前速度上升的直线图。请根据该图估计：到2050年时，大气中CO2 的体积分数是 %，这比2000年CO2体积分数0.035%增加了 %．
三、实验、简答题
13．18世纪，某科学家在探究绿色植物的光合作用过程中，做了如下实验。实验装置、材料、操作方法如图。实验结果：甲玻璃罩内的蜡烛很快熄灭，乙玻璃罩内的蜡烛能持续地燃烧。分析上述实验，回答下列问题：
(1) 从探究实验的基本要求看，实验中的变量是 。
(2) 科学家设计该实验所提出的探究的问题应是 ___ _ 。
(3) 实验结果说明了_ ___。
(4) 如果实验时将甲、乙玻璃罩用黑布罩住，实验结果是___ _____，该实验结果说明__ __。
14．通过哪些方法可以使温室中的农作物获得高产？并说明相应的原因。
15．阅读材料，回答问题：
材料1 臭氧是淡蓝色气体，大气中的臭氧层能有效阻挡紫外线，保护地球的生存环境，但目前南极出现了臭氧层空洞，并有继续扩大的趋势。
材料2 复印机在工作时，会因高压放电产生一定浓度的臭氧。长期吸入大量臭氧会引起口干舌燥、咳嗽等不适症状，还可能诱发中毒性肺气肿。
材料3 臭氧发生器是在高压电极的作用下将空气中的氧气转化为臭氧（化学式为O3 ）的装置。利用臭氧的强氧化性，可将其应用于游泳池、生活用水、污水的杀菌和消毒。
(1) 请总结臭氧的有关知识：
①物理性质：__ ______；
②化学性质：_____ ___；
③用途：__ __。
(2) 请从分子构成的角度，指出氧气和臭氧的不同点： 。
(3) 写出材料3中氧气转化为臭氧的化学方程式： 。
(4) 磷在臭氧中燃烧与在氧气中燃烧相似，请写出磷在臭氧中燃烧的化学方程式：
。
(5) 从上述材料中可见臭氧对人类有利有弊。请再举出一种物质，并说出其利弊：
。
(6) 请提出一个缩小臭氧层空洞的设想：
。
提高班习题精选
1．关于二氧化碳的自述中，你认为不符合事实的是( )
A．我能在灭火中大显身手
B．我承认“温室效应”主要是我惹的祸
C．我能帮助绿色植物进行光合作用
D．我能与人体血红蛋白结合，使人中毒
2．下列有关碳循环的说法错误的是( )
A．绿色植物光合作用吸收CO2释放O2
B．动、植物呼吸作用吸收O2释放CO2
C．用石灰水吸收空气中过量的CO2，以解决温室效应
D．提倡“低碳生活”，大力推广风能、太阳能等新能源
3．二氧化碳与人们的生产和生活有着广泛的联系，下列关于二氧化碳的认识中，正确的一组是( )
①在地窖、枯井内二氧化碳含量会比较高
②二氧化碳在水中的溶解量跟压强成反比
③绿色植物光合作用时吸收二氧化碳并放出氧气
④二氧化碳比一氧化碳多一个氧原子
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
4．生态系统中的能量流动伴随着物质循环，下图为生态系统碳循环示意图。下列各项中叙述不正确的是( )
A．①表示动物体内能量流向植物
B．③表示植物的光合作用
C．④表示动物的呼吸作用
D．⑤表示微生物的分解作用
5．（2010宜昌）右图是光合作用示意图。请分析作答：
(1) 写出光合作用的文字表达式。

(2) 简述绿色植物在维持碳一氧平衡方面的作用。

(3) 人类过度开采、使用煤炭和石油，导致排入大气中的二氧化碳大量增加，可能会引起什么全球性问题？


6．自然界中存在着氧循环和碳循环。请回答下列问题。
(1) 氟里昂在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，Cl原子对臭氧层有破坏作用，其过程可表示为：①Cl+O3→ClO+O2；②ClO +O→Cl+O2。则Cl原子在臭氧反应消耗的过程中是
（填“反应物”、“生成物”或“催化剂”）。
(2) 大气中CO2 的含量的增加会加剧温室效应。下列反应中，对维持大气中CO2气体总量平衡至关重要的是 （填序号）。
① 2NaOH+CO2==== Na2CO3+H2O
② 6CO2+ 6H2O C6H12O6+6O2
③ CO2+ H2O==== H2CO3
(3) 科学家将CO2 和H2 以一定比例混合，在一定条件下反应生成一种重要的化工原料和水，化学方程式：2CO2+6H2====X+4H2O．则X的化学式为 。
7．（2011广安）右图是自然界碳的循环示意图，请据图分析后回答：
(1) 自然界CO2的来源途径有：（任写一点）

(2) 任何物质都有两面性，CO2 对人类的正面影响是促进植物光合作用等，不利影响有：（任写一点）

(3) 人类降低空气中CO2 含量的研究有两个方向：一是减少CO2 排放，二是增加CO2 消耗，请写出一条你能做到的消耗CO2 的方式或途径： 。
8．(1) 有观点认为：大气中的二氧化碳浓度增加会提高大气温度，导致温室效应。下图是科学家对1955—1995年期间地球大气的一个观测结果，你认为这个结果是否支持上述观点？请先判断，再写出判断依据：_ __ _____。
物质
大气中的含量
（体积百分比）
温室效应指数
H2O
1
0.1
CO2
0.03
1
CH4
30
(2) 上表中的“温室效应指数”指以二氧化碳为相对标准，测定一定大气压下每单位体积的气体所吸收的热量。表中展示了部分气体的数据，据此可得出，水蒸气对全球温室效应的影响要比甲烷气体 。
9．请根据光合作用、呼吸作用以及生物圈中的碳一氧平衡的知识回答：

(1) a、b表示植物的生理活动：a是 ，b是 。
(2) A、B表示两种物质：A是 ，B是 。
(3) a作用的意义：不但为生物圈中所有的生物提供了 ，而且提供了呼吸作用需要的 ，同时减少了大气中的 含量，维持了生物圈中的 平衡。
(4) b作用的意义是释放 ，为植物的生命活动提供 。
10．氧气在自然界中存在非常广泛，并不断循环转化。请回答以下问题。
(1) 观察下列图表，氧元素在人体、海水、空气、地壳4种体系中，质量分数由高到低的顺序为 （填4种体系的名称）。
人体主要元素含量表 海水主要元素含量表
元素名称
质量分数%
氧
65.O
碳
18.O
氢
10.O
氮
3.0
钙
2.0
元素名称
质量分数%
氧
86.O
氢
10.3
氯
1.8
钠
1.O
镁
0.13

(2) 下图是自然界中氧的部分循环示意图。从①～⑥中选择序号填空，消耗氧气的有_ ___
， 产生氧气的有___ _。
(3) 下列说法中正确的是 （填字母标号）
a．空气中的氧气含量永远不变；
b．空气中的氧处于动态平衡；
c．空气中氧气的浓度越高越好；
d．氧气有百利而无一害；
e．氧在自然界中既有单质，又有化合物。
11．一碳化学是以分子中只含有一个碳原子的化合物（如CO、CH4等）为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。CO是从煤的气化或合成气得到的。
(1) 煤的气化主要反应有：①2C+O2→2CO ②C+H2O→CO+H2 ③CO+H2O→CO2+H2 上述反应属于化合反应的是 （填序号），属于氧化反应的是 （填序号）。
(2) 合成气可通过天然气的重整得到，如CH4+ H2O====CO+3H2。合成气可制二甲醚，二甲醚被称为21世纪的新型燃料。合成气还可用于冶炼金属，用它冶炼铁的部分生产过程示意如下：

①二甲醚(CH3OCH3)可由合成气（CO和H2）在一定的条件下制的。用合成气制二甲醚时，还产生了一种可参与大气循环的、常温为液态的氧化物，写出该反应的化学方程式：
。
②合成气在冶炼铁的生产过程中所起的作用是 。
2.6 自然界中氧和碳的循环
【点击要点】
1．物质燃烧、生物呼吸 植物的光合作用
2．①O3 ②紫外线 氯氟制冷剂
3．(1)光合 植物呼吸 (2)动物采食 (3)煤、石油和天然气
4．二氧化碳 温室效应 (1)地球上的病虫害增加 (2)海平面上升 (3)气候反常，海洋风暴增多 (4)土地干旱，沙漠化面积增大
例l C
巩固训练l 少 夜间绿色植物无法进行光合作用，不能产生氧气，同时夜间一切生物都要进行呼吸作用，都要消耗氧气，所以，日出前后地球表面的氧气含量相对较低，但不会影响生物的正常生活。
例2 (1)绿色植物中的光合作用消耗空气中的二氧化碳。 (2)绿色植物被动物食用，动物食用绿色植物的果实都是动物摄取植物中的碳元素。 (3)绿色植物的呼吸作用使绿色植物转化成二氧化碳。 (4)动物的呼吸作用放出二氧化碳，当动物死亡以后被微生物分解也能放出二氧化碳。
巩固训练2 C
【跟踪演练】
1．D 2．D 3．C 4．C 5．B 6．B 7．B 8．C 9．D
10．二氧化碳 氧气 经常开窗通风换气可以保持房间内氧气含量的平衡。
11．氧气 二氧化碳
12．(1)箭头①②③指向大气中的CO2 ④指向大树
(2) CO2+ H2O==== H2CO3 (3) CO2+ Ca(OH)2==== CaCO3↓+ H2O (4)利：二氧化碳有利于植物的光合作用；弊：二氧化碳过多造成温室效应。 (5)光合作用 (6) 0.043 0.008 思维点拔：此题考查了有关二氧化碳在自然界中的循环的知识，认真读图时会得出化石燃料、动植物、人、海洋生物之间碳的循环，植物的光合作用是吸收二氧化碳放出氧气，化石燃料的燃烧、动植物和微生物的呼吸作用是吸入氧气呼出二氧化碳，以及海水中溶解部分二氧化碳。二氧化碳的检验应用澄清的石灰水，若出现浑浊的现象证明二氧化碳的存在。 (6)中根据数学函数相关知识和生活社会经验，得知二氧化碳在大气中的含量随时间不断增长，通过表格中读出2050年二氧化碳的含量为0.043% 通过计算得比2000年增长0.008%。
l3．(1)绿色植物（或花；或盆中植物）
(2)绿色植物的光合作用是否释放氧气（或绿色植物是否释放氧气）
(3)绿色植物的光合作用释放氧气
(4)甲、乙两玻璃罩内的蜡烛都熄灭（或乙玻璃罩内的蜡烛熄灭） 没有光绿色植物不能产生氧气（或绿色植物的光合作用需要光；或光是绿色植物光合作用的条件等）
14．白天增强光合作用，适当地增高温度，适当地增加二氧化碳的浓度，适当地增加光的照射量，使得光合作用产生的有机物增加。夜间减少呼吸作用，适当地降低温度，适当地减少二氧化碳的浓度。减少呼吸作用有机物的消耗。
15．(1)①淡蓝色气体；②具有强氧化性；③用于游泳池、生活用水、污水的杀菌和消毒；
(2)构成它们各自分子的氧原子的个数不同； (3) 3O2 2O3； (4) 6P+5O33P2O5 (5) CO2 可用于灭火但过多排放会造成温室效应； (6)（合理答案即可）。
【提高班习题精选】
1．D 2．C 3．C 4．A
5．(1)二氧化碳＋水 有机物（储存能量）＋氧气
(2)绿色植物吸收二氧化碳，释放氧气，这有助于维持生物圈中的碳一氧平衡
(3)温室效应
6．(1)催化剂
(2)②
(3) C2H4
7．(1)化石燃料燃烧（或动植物呼吸等，合理即可）
(2)温室效应
(3)植树造林（种草等均可）
8．(1)支持，因为在总体上，二氧化碳浓度越高，温度越高或总体上，温度随二氧化碳的浓度升高而升高 或：不支持，因为在某些年份如1955—1965年或1977年等二氧化碳浓度与温度的关系是背离的。
(2)大（答“强”或“高”均可）
9．(1)光合作用 呼吸作用
(2)二氧化碳 有机物
(3)有机物 氧气 二氧化碳 碳一氧
(4)能量 动力
10．(1)氧、碳、氢、氮
(2)①②④⑤ ③⑥
(3) be
11．(1)① ①②③
(2)①2CO+4H2 CH3OCH3+ H2O
②将铁从铁矿石中还原出来（或作还原剂）