拓展學(xué)生科學(xué)視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

【摘 要】 初中化學(xué)新課標(biāo)要求學(xué)生逐步學(xué)會(huì)從化學(xué)的角度認(rèn)識(shí)自然與環(huán)境的關(guān)系，分析有關(guān)的社會(huì)現(xiàn)象。本文以二氧化碳內(nèi)容的學(xué)習(xí)例，總結(jié)分析了二氧化碳綜合利用的策略技術(shù)，提出了拓展學(xué)生科學(xué)視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳；科學(xué)視野；學(xué)習(xí)興趣

初中化學(xué)新課標(biāo)指出：在化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)幫助學(xué)生了解化學(xué)制品對(duì)人類(lèi)健康的影響，懂得運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和方法治理環(huán)境，合理地開(kāi)發(fā)和利用化學(xué)資源，逐步學(xué)會(huì)從化學(xué)的角度認(rèn)識(shí)自然與環(huán)境的關(guān)系，分析有關(guān)的社會(huì)現(xiàn)象。

本文以二氧化碳一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)為例，在講授完畢本節(jié)內(nèi)容后，教師可以設(shè)置問(wèn)題或布置任務(wù)：如果二氧化碳過(guò)度排放，將對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生什么危害呢？人類(lèi)又將如何應(yīng)對(duì)呢？由此引導(dǎo)學(xué)生深入思考。然后老師可以依據(jù)調(diào)研情況向?qū)W生說(shuō)明：空氣中大量排放的二氧化碳導(dǎo)致地表溫度上升、冰川溶化、海平面上升、給人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難。盡管目前還無(wú)法科學(xué)計(jì)量，但確有跡象表明CO2所引起的氣候變化是很顯著的。控制減少大氣中二氧化碳的含量已引起全世界科學(xué)家的重視，在努力尋找轉(zhuǎn)化的方法，以保護(hù)環(huán)境。那么如何做到CO2的減排、封存和利用呢。在此可以向?qū)W生講授當(dāng)今二氧化碳處理利用的現(xiàn)狀，以達(dá)到拓展學(xué)生科學(xué)視野、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高環(huán)保意識(shí)的目的。

1.生物技術(shù)

利用光合作用吸收儲(chǔ)存二氧化碳，是控制二氧化碳最直接、副作用最小的方法。減少大氣中二氧化碳含量最簡(jiǎn)單的辦法就是植樹(shù)造林，也是最廉價(jià)的解決方案。樹(shù)木在生長(zhǎng)的過(guò)程中從空氣吸收二氧化碳，放出氧氣，以木材的形式存儲(chǔ)碳。據(jù)估計(jì)，全世界森林中總共存儲(chǔ)著近1萬(wàn)億噸碳。然而，利用植物光合作用降低二氧化碳的效率很低，因?yàn)樾枰罅康耐恋貋?lái)植樹(shù)或農(nóng)作物。據(jù)計(jì)算，要平衡目前全球二氧化碳排放值，人們必須每年種植相當(dāng)于整個(gè)印度國(guó)土那么大面積的森林，顯然這是不可能的。但生物吸收二氧化碳的方法并非窮途末路，研究發(fā)現(xiàn)海洋生物吸收二氧化碳的潛力巨大。日本科學(xué)家已經(jīng)篩選出幾種能在高濃度二氧化碳下繁殖的海藻并計(jì)劃在太平洋海岸進(jìn)行繁殖，以吸收附近工業(yè)區(qū)排出的二氧化碳。美國(guó)一些研究人員以加州巨藻為載體，繁殖一種可吸收二氧化碳的鈣質(zhì)海藻，形成碳酸鈣沉入海底，騰出的巨藻表面可供繼續(xù)繁殖。

2.能源革新

二氧化碳的排放在很大程度上取決于為獲得能量而進(jìn)行的礦物燃料燃燒，因此改革能源形式或能量來(lái)源稱(chēng)為減少二氧化碳排放的一個(gè)突破口，這也符合污染控制的原則，從源頭上控制二氧化碳的生產(chǎn)。

（1）燃料脫碳：即以含碳量較低的燃料（如石油和天然氣）或無(wú)碳燃料（如氫氣）取代含碳量較高的燃料（如煤），使得每單位能耗量的平均二氧化碳排放量減少。20世紀(jì)80年代美國(guó)化工界就提出將煤、生物體等不清潔燃料與氫氣反應(yīng)生成甲烷、一氧化碳、氫以及固態(tài)焦炭等，再將甲烷高溫分解成氫，一氧化碳以及固體炭黑，然后氫與一氧化碳合成甲醇，未反應(yīng)的氫與一氧化碳作為原料循環(huán)使用。

（2）燃料電池：即以電化學(xué)氧化產(chǎn)生電力，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，燃燒效率達(dá)到40%-60%（與之相比火力發(fā)電的效率僅為30%左右），大幅節(jié)約了初級(jí)能源，避免了大量污染。重要的是，燃料電池是以氫為燃料的，燃燒產(chǎn)物是水，既解決了能源產(chǎn)生和輸送，又避免了環(huán)境污染。

3.二氧化碳的收集

二氧化碳的人為排放源主要有汽車(chē)、工廠等。然而在眾多汽車(chē)上安裝收集二氧化碳的設(shè)備不現(xiàn)實(shí)，目前把收集二氧化碳的工作重點(diǎn)放在了以燃燒礦物燃料為主的發(fā)電廠上，這些發(fā)電廠的二氧化碳排放量大約占全世界二氧化碳排放量的1/4。在吸收塔中二氧化碳與醇胺接觸發(fā)生反應(yīng)，釋放出濃縮的二氧化碳，并還原成化學(xué)吸收劑。另外，比較理想的辦法是將收集到的二氧化碳輸送到地下或海洋深處埋藏起來(lái)。石油開(kāi)采行業(yè)中有些油田為了增加留在地層孔隙中難以開(kāi)采的石油產(chǎn)量，向地下注入壓縮二氧化碳，以增大地下壓力，增強(qiáng)原油流動(dòng)性，提高原油的采收率。目前，美國(guó)每年有近百個(gè)油田為提高原油產(chǎn)量向地下注入500萬(wàn)噸左右的二氧化碳。盡管封閉的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是人們最理想的二氧化碳儲(chǔ)存之處，但是一些科學(xué)家指出，深海才是未來(lái)溫室氣體最大的潛在儲(chǔ)存庫(kù)。海洋表面每天都要吸收2000萬(wàn)噸的二氧化碳。據(jù)估計(jì)，以海水溶解方式總共儲(chǔ)有46萬(wàn)億噸二氧化碳，但其容量還要大很多。因此即使人類(lèi)向海洋加入兩倍前工業(yè)時(shí)代大氣濃度的二氧化碳，海洋的碳含量的變化也不超過(guò)2%。而且，通過(guò)自然過(guò)程，排放到大氣中的二氧化碳早晚也會(huì)轉(zhuǎn)移到海洋中。

4.二氧化碳的資源化利用

二氧化碳作為新的碳源，開(kāi)發(fā)綠色合成工藝已引起普遍關(guān)注。綜合利用二氧化碳并使之轉(zhuǎn)化為附加值較高的化工產(chǎn)品，不僅為碳一化工提供了廉價(jià)易得的原料，開(kāi)辟了一條極為重要的非石油原料化學(xué)工業(yè)路線(xiàn)，而且在減輕全球溫室效應(yīng)方面也具有重要的生態(tài)與社會(huì)意義。隨著人們對(duì)二氧化碳性質(zhì)的深入了解，以及化工原料的改革，二氧化碳作為一種潛在的碳資源，越來(lái)越受到人們的重視，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫接行ч_(kāi)發(fā)。

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【作者簡(jiǎn)介】

王超（1978-），女，漢族，山東濱州人，本科，中學(xué)化學(xué)一級(jí)教師。

（作者單位：中國(guó)石油大學(xué)（華東）附屬中學(xué)）