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4.用蓝色石蕊试液测被压扁的瓶中液体，显 色，说明此液体呈 性。
二氧化碳是学生继氧气之后比较系统地研究的第二种物质。关于二氧化碳的教学，《科学八年级下教学参考书》建议采用实验、阅读、讨论相结合的方式，重点放在课本安排的几个实验和组织学生讨论上，让学生通过自己动手实验，从实验现象的观察、分析中，归纳总结得出二氧化碳的性质。开始教学时，可以先介绍二氧化碳的实验室制法、收集方法（向上排空气收集法）、检验气体是否充满集气瓶的方法，再让学生观察教师的演示实验，然后让学生用课前收集准备好的二氧化碳进行实验。
此探究活动的编写意图只是针对新授课的知识、技能等目标与要求，也符合初二学生的认知水平。笔者认为课本对上述活动的安排只考虑了让学生认识二氧化碳的物理性质和化学性质，并没有进一步探讨实验室制取二氧化碳的药品选择和确定气体收集方法等充满培养学生科学探究思想的相关知识。在初三复习课中，随着学生知识的完善和能力的提升，科学教师可以增设这一目标，通过精选相应的变式练习，实现课本探究活动与中考试题的融合，以提升学生的科学素养。
一、实验室制取二氧化碳为什么选用石灰石
变式1 （2013·嘉兴中考）为研究实验室制取二氧化碳的速度与什么因素有关，科学兴趣小组的同学设计了如下实验方案：室温下在六个锥形瓶中分别加入A、B两种大理石各50克，然后加入等量的不同溶质质量分数的稀盐酸。记录表如下：
（1）由实验方案可知，他们除了在研究稀盐酸质量分数的影响外，还在研究 的影响。
（2）查阅资料得知，化学反应的速度与反应物间的接触面积有关。于是他们对上述方案进行了修改，使大理石的 也相同。
（3）为了准确比较CO2气体的产生速度，理论上可以测量收集相同体积气体所用的时间，也可以测量 。
【解析】 本题主要考查影响生成二氧化碳反应速度的因素，根据科学兴趣小组同学的实验方案，他们除了在研究稀盐酸质量分数对其的影响外，还在研究大理石种类对其的影响，并且由资料得知，反应物间的接触面积会影响化学反应的速度，所以要求大理石的颗粒大小（体积）也要保持相同；要准确比较CO2气体的产生速度，理论上可以测量收集相同气体所用的时间，也可以测量相同时间收集到的气体体积。
答案：（1）大理石的种类 （2）颗粒大小（体积） （3）相同时间收集到的气体体积
变式1主要探究稀盐酸质量分数、大理石的种类对产生二氧化碳气体速度的影响，其实该题还隐含了一个非常重要的知识，也是一个非常好的探究因素，即实验室为什么选用石灰石（或大理石）制取二氧化碳？现在的科学课本，只通过图2-55告诉学生实验室用石灰石（或大理石）制取二氧化碳气体，并没有阐述其原因。石灰石（或大理石）的主要成分是碳酸钙，碳酸盐跟酸起反应，一般都有二氧化碳生成。若选用可溶性的碳酸盐（如碳酸钠等），与酸反应速度过快，难以控制；若选用不溶性碳酸盐（如碳酸镁等），则其来源一般较少。石灰石（或大理石）与酸反应速度适中，其在自然界中的含量也极其丰富，且价格低廉。[2]所以，变式1更有助于学生完善知识结构，不仅解决了实验室为什么选用石灰石（或大理石）制取二氧化碳的问题，而且进一步探讨了稀盐酸质量分数等对制取二氧化碳速度的影响，不失为举一反三的好题。
二、实验室制取二氧化碳为什么最好选用稀盐酸
变式2 （2007·杭州中考）鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙。教师在课堂上做了个趣味实验，将鸡蛋放入盛有100毫升稀盐酸的烧杯中（鸡蛋的密度大于稀盐酸的密度），可以看到鸡蛋先下沉，一会又上浮，到液面时又下沉，如此反复。该实验中发生的化学反应方程式是 。浮力改变是鸡蛋下沉后又上浮的直接原因，而造成浮力改变的主要原因是 。除此主要原因外，引起浮力改变的原因还有 （假设在反应的过程中，鸡蛋、溶液体积和温度不变）。
小明对该实验很感兴趣，他也将同样的鸡蛋，放入实验室常见的酸溶液中，但见鸡蛋下沉后却并不上浮，你猜测这其中的原因可能是 ，或是 。
【解析】 本题主要从日常生活中的一个常见的现象入手，对浮力知识和化学方面的知识进行综合考查。鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙，与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，而鸡蛋浮力大小的改变主要与排开液体体积的改变有关，即碳酸钙与盐酸反应产生的小气泡附在鸡蛋壳表面，使鸡蛋排开的液体体积增大，导致浮力增大，鸡蛋上浮到液面，气泡破裂，体积减小，浮力也减小，因而又下沉。此外，鸡蛋浮力大小的改变也与溶液的密度改变有关，由盐酸变为氯化钙溶液，溶液密度增大。而小明的实验，既然鸡蛋放入酸中没有上浮，也可以从上浮原因的反面进行分析，如果酸的浓度较小，与碳酸钙反应产生的二氧化碳较少，鸡蛋所受的浮力小于所受的重力；此外，如果酸是硫酸，与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙会阻碍继续反应。
变式2通过小明实验的不成功，巧妙地引出一个重要的科学问题，即实验室制取二氧化碳时，为什么最好选用稀盐酸，这与实验室为什么选用石灰石制取二氧化碳一样在课本中都没有说明，这也是一个非常好的探究因素。如果用稀硫酸和石灰石（或大理石）反应，由于生成的微溶性固体硫酸钙覆盖在石灰石（或大理石）表面，使酸与石灰石（或大理石）脱离接触，导致反应太缓慢或停止，若要让反应能进行，则需考虑让反应物之间的充分接触，如选用石灰石（或大理石）粉末等。如果用硝酸与石灰石（或大理石）反应，由于硝酸不稳定，见光或受热易分解，制得的CO2中混有NO2和O2等杂质；如果用浓盐酸与其反应，由于浓盐酸具有挥发性，制得的CO2中混有氯化氢气体，选用稀盐酸 制得CO2气体则较为纯净。[2]
三、实验室能否用排水法收集二氧化碳气体
【解析】 本题主要考查二氧化碳的性质。在探究二氧化碳的溶解性时，为了避免杂质等影响，试剂瓶中加入的水应是蒸馏水；为了使二氧化碳充分溶解，应尽量缓慢地推动活塞；当向水中注入CO2气体体积达到120毫升时，红色油柱开始向上移动，说明200毫升水中最多能溶解120毫升二氧化碳，实验表明在该条件下，1体积水中能溶解二氧化碳的体积是：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
变式3通过定量的方式探究了二氧化碳在水中的溶解能力，回答了实验室能否用排水法收集二氧化碳气体的问题。课本通过图2-57、2-56定性的说明二氧化碳溶于水、且二氧化碳的密度比空气大，只能采用向上排空气法的方式收集二氧化碳气体。通过本实验却发现在该条件下，1体积水中能溶解二氧化碳的体积为0.6（在标准状况下，1体积水也仅能溶解0.88体积的二氧化碳[3]），这个量并不大，此外还可通过二氧化碳在水中溶解快慢的实验，得出二氧化碳在水中溶解速率并不大，所以在实验室完全可以使用排水法收集二氧化碳，如果采用图乙方式收集效果则更佳。我们知道能用排水法收集的气体，一般不用排空气法收集，因为排水法收集的气体纯度高，而且还可以观察到气体何时集满。[4]
科学课本是课程专家、学科专家以及广大一线优秀科学教师集体智慧的结晶，是科学教师教学的基本凭借，也是学生自学的主要对象。但是，我们绝不能把科学课本当成是“圣经”、唯一的科学课程资源。在初三复习“科学探究”时，科学教师以课本为基础，通过创设新情境、新问题，臻善典型“探究”活动，开展有效性的变式教学，这不仅能使学生的学习“减负提质”，更能培养学生的求异创新能力。
参考文献：
[1] 王鹤新. 挖掘教材例题，开展变式教学[J]. 中学物理教学参考，2013（4）.
如今，全世界各个国家研究二氧化碳捕集和封存的技术方兴未艾、如火如荼。但6月19日，美国国家研究委员会的一项独立研究发出警告，二氧化碳的排放导致温室效应，被认为是引发全球变暖的一大重要原因，（CCS）有可能诱发更大的地震。
碳捕集与封存
(CCS）是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。 CCS技术包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节，它可以使单位发电碳排放减少85%-90%。
这项技术的研究可以追溯至1975年，当时的美国将二氧化碳注入地下以提高石油开采率，但将它作为一项存储二氧化碳以减少温室气体排放的环保工程，则开始于1989年的麻省理工大学，直至近年来，这项技术得到更多的重视和研究，它被认为是一种可以减少空气中二氧化碳浓度的方法。目前，据专家介绍，从技术层面来说，应用于碳的捕集、运输以及封存的各项技术其实都是已有的、成熟的，只不过在此前并未应用于CCS方向，问题主要存在于现有发电厂的改造以及新建发电厂的技术和资金投入。
二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧（Oxy-fuel combustion）和燃烧后捕集（Post-combustion）。无论哪种捕集方法，简而言之是将燃煤发电厂产生的气体收集起来，经过脱硫、氮氧化物等等制备后，将二氧化碳分离并收集起来。
二氧化碳运输，捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存，可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来，管道是最经济的运输方式。 2008年，美国约有 5800千米的二氧化碳管道，这些管道大都用以将二氧化碳运输到油田，注入地下油层以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）。
“捉拿”技术各显千秋
2010年7月，由我国安徽理工大学张明旭教授带领的科研团队在实验室小试装置成功的基础上，自行设计和建造的利用稀氨水捕集二氧化碳中试装置在安徽淮化集团实现连续运转，并顺利生产出了首批合格的碳酸氢铵产品。该装置具有常温、常压、一次吸收和反应、能耗低、工艺简单、安全稳定等显著特点。该装置通过氨法对烟道气中的二氧化碳进行捕集和吸收，每小时可处理烟道气1000立方米左右，烟道气中的二氧化碳脱除效率达80％以上，减排二氧化碳超过110立方米（烟道气中二氧化碳浓度按13%计算）以上，每小时可生产碳酸氢铵肥料270公斤左右。该技术的研究开发既可以减少二氧化碳排放，保护环境，又可使污染物变废为宝。
今年2月，美国一个研究团队发现一种具有八角形孔窗的天然沸石尤其擅长捕捉二氧化碳的行踪，在效率和经济上远胜于目前的工业洗涤器。沸石是一种矿石，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内表面积可达500平方米到1000平方米，这种沸石每立方厘米的小孔足可吸附0.31克的二氧化碳。由此可以吸取或过滤大小不同的分子，并可重复使用几百次，是过滤、擦洗含许多杂质气体的混合气体中有害分子的理想选择，也在化学工业中被广泛应用于催化剂和过滤器。
挪威在5月份，启用了世界上规模最大的碳捕获和储存（CCS）技术发展设施。由挪威政府投资10亿美元（约为63亿元人民币）资助的蒙斯塔德技术中心将测试两种燃烧后碳捕获技术，一种以胺为基础，另外一种以冷冻的氨溶剂为基础。该设施的独特之处在于，它可以测试来自附近两个地点的废气——一个280兆瓦的热电联产工厂和每年产生1000万吨排放的蒙斯塔德炼油厂。它们制造的烟气里二氧化碳的含量各不同，分别约为3.5％和13％。
6月份，英国研究人员研发出一种新型多孔材料，这种材料中的孔洞就像一个个“笼子”。诺丁汉大学等机构研究人员在英国《自然?材料》杂志上报告说，这是一种名为NOTT－202a的新材料。如果把空气压入这种多孔材料之中，大部分气体如氮气、氧气、氢气和甲烷等随后可以从“笼子”中出来，唯独二氧化碳会被留下，锁在“笼子”中。
碳捕的争议
二氧化碳的排放导致温室效应，被认为是引发全球变暖的一大重要原因。6月19日，美国国家研究委员会的一项独立研究发出警告，二氧化碳捕获与封存（CCS）风险太大，地下封存有可能诱发更大的地震。该研究已发表在最新一期美国《国家科学院院刊》上。
地球物理和环境地球系统科学部门教授马克和史蒂文?戈雷利克发表文章说：“将大量的二氧化碳注入大陆内部常见的脆性岩石当中会高概率地触发地震。而且即使是小到中等规模的地震都会威胁到二氧化碳库密封的完整性，在此背景下，大规模的实施CCS可能是一个具有高风险且不会显著减少温室气体排放的战略。”
美国国家研究委员会指出，CCS将涉及长时间注入地下最大量的流体，可能会导致更大的地震。CCS需要地下泄漏率每千年小于1％，以达到可再生能源相同的气候效益。而近年来在美国注入到地下的污水已经与发生小到中级的地震有所关联。理由之一是，早在1960年，科罗拉多州就有明显例证；另外的例子出现在去年阿肯色州和俄亥俄州。如果试图将二氧化碳封存地层数百年到数千万年，引发类似规模的地震可能性将相当大。
实验在化学教学中十分重要，对促进学生理解知识、激发学习兴趣以及培养学生能力与提升科学素养等具有重要的教育教学功能。化学实验中往往存在着一些成功率不高的实验，有的实验现象不明显，有的实验结果不理想，甚至还出现异常现象。这些所谓的疑难实验给我们的实验教学造成了一定的困难，也对教师的实验研究水平提出了更高的要求。我们在实施实验教学的过程中，及时发现了这类问题并通过科学的方法解决了这些问题。以下是我们对其中3个疑难实验的改进与创新，取得了很好的效果。
1 铜与硝酸银溶液的反应
1.1实验改进原因
按教材进行实验，铜与硝酸银溶液反应生成的银往往呈灰色或黑色，与教材描述的银白色不吻合。
1.2实验改进装置
改进后的实验装置见图1。
1.3实验仪器及药品
硝酸银固体，蒸馏水，铜丝，植物油，温水，试管，烧杯，玻璃棒，胶头滴管，砂纸。
1.4实验步骤及现象
（1）用加热除氧后的蒸馏水配置新的AgNO3溶液；
（2）取适量AgNO3溶液加入洁净的试管里，放人温水中进行水浴加热；
（3）用砂纸除去铜丝表面的氧化膜，然后放人水浴加热的AgNO3溶液中，可用胶头滴管在液面滴加少量植物油隔绝空气；
（4）约8～10min后，可清晰地观察到铜丝周围向各个方向生长的银晶体，颜色为银白色，见图2。
1.5实验改进说明
（1）配置新的AgNO3溶液，建议浓度为2%～3.4%；
（2）反应时液面滴加植物油隔绝空气；
（3）水浴加热提高反应温度。
2 铁与硫的反应
2.1实验改进原因
（1）在试管中加热，反应温度较高，试管局部骤热，常导致实验过程中试管破裂；
（2）在石棉网上加热，硫粉与空气接触，加热时易产生有毒的二氧化硫；
（3）铁粉和硫粉之间接触松散，混合后难以完全反应，实验后磁铁还能吸附起一部分未反应的铁粉。
2.2实验仪器及药品
铁粉，硫粉，天平，磁铁，研钵，铝箔纸，玻璃棒，坩埚钳，酒精灯，火柴，石棉网。
2.3实验步骤及现象
（1）用天平称取质量比为7：4的还原铁粉和硫粉；
（2）用磁铁靠近粉末，观察铁粉是否被吸引；
（3）用研钵将铁粉和硫粉混合均匀；
（4）取一张铝箔纸在玻璃棒上卷成空心铝箔纸筒，下端封口；
（5）按一定的质量比将混合粉末装满铝箔纸筒并捣实（见图3），使铁粉和硫粉充分接触，使反应完全（减少硫粉与空气的接触，产生的二氧化硫气体减少，减少了空气污染）；
（6）用坩埚钳夹住铝箔纸筒底端，将玻璃棒烧到红热，迅速插入混合粉末中。混合粉末自上而下发红、发光，剧烈反应，见图4；
（7）冷却后用磁铁去吸引反应产生的黑色固体，它不能被磁铁吸引，见图5。
3 测定二氧化碳的溶解度
3.1实验改进原因
通常一体积水能溶解一体积二氧化碳，但是往往实验测定结果偏差比较大。
（1）由于产生二氧化碳时用的是石灰石和稀盐酸，所以产生的二氧化碳气体中会有氯化氢气体，对实验结果产生影响；
（2）向上排空气法收集的二氧化碳不够纯，对实验结果产生影响。
3.2实验仪器及药品
大理石，稀盐酸，饱和碳酸氢钠溶液，水，蒸馏水，锥形瓶3个，双孔橡皮塞3个，橡皮管，玻璃导管，水槽，2个针筒（60mL）及连接的皮管。
3.3实验步骤及现象
（1）如图6所示连接装置，锥形瓶内的水必须是满的，用排水法收集纯净的二氧化碳。
（2）制取二氧化碳，用饱和碳酸氢钠溶液洗气，用排水法收集一锥形瓶二氧化碳（用水槽接排出的水）。
（3）用针筒从锥形瓶中抽取40mL二氧化碳，另一针筒抽取30mL蒸馏水，用皮管连接两针筒，如图7。
（4）来回推活塞，使二氧化碳和水充分接触，二氧化碳完全溶于水。
（5）待完全溶解后，把水和剩余气体推入到其中一个针筒，观察剩余气体和水的混合体积，如图8。可以得出通常情况下，一体积水约能溶解一体积的二氧化碳的结论。
3.4实验改进说明
（1）用饱和碳酸氢钠溶液洗气，排除氯化氢气体对实验的干扰；
二、教学目标
1.知识目标：认识CO2，掌握其重要的化学性质，了解其物理性质和主要用途，懂得设计实验来验证物理性质的方法，学会对实验中出现的现象进行分析并得出结论的方法，了解并关注温室效应。
2.技能目标：养成自己设计实验探究能力、观察能力和抽象概括的能力。
3.情感目标：形成勤于思考、严谨求实、善于合作、勇于创新和实践的科学态度。
三、学情分析
学生通过前面氧气的学习，从知识储备上来看，学生在日常生活中，已经了解了很多有关CO2的现象和知识，例如，喝汽水，植物光合作用的原料，呼吸作用产生等。因此，联系生活来学氧化碳显得很重要。如何记忆和应用，重新树立学好化学的信心，提高学习效率，这就要求发挥教师“导”的主体功能。
四、教学设计
利用展示实验、学生亲身体验、图片等来学氧化碳的物理性质、化学性质、用途。并引导学生联系生活和生产实际，学会应用。在课堂教学中，可根据具体需要，采用如下过程：创设情境出示问题学生讨论思考教师归纳学生小结，达到教学目的。
五、教学过程
（一）提供素材，确定研究对象导入新课
通过多媒体设备展示和播放与二氧化碳有关的图片，让学生在观看图片思考以下问题：1.本节课研究对象是什么？2.从材料中你能大体了解到此物质的可能有哪些性质和作用？
情景：你见过二氧化碳吗？请说说你对二氧化碳的认识。
通过观看素材，使学生知道“从生活走进化学，从化学走向社会”，通过图片直观地展现二氧化碳的用途，可以迅速激发学生的学习兴趣。
（二）CO2的物理性质
1.二氧化碳的色、态、味
讲解：大家都知道人在呼吸作用时会呼出大量的二氧化碳。大家都做一个深呼吸。你能得到什么结论？
设计意图及资源准备：从真实实例视频入手，使学生认识二氧化碳，同时激发学生的学习兴趣，也为后面的学习作铺垫。学生切身感受入手，降低学生畏惧情绪。
2.二氧化碳的密度
提问：你能用什么实验方法知道二氧化碳与空气的密度哪个大？
讲解：同学们的方案有的可行，有的不好操作，现在来通过老师的实验认识二氧化碳的密度。
演示实验：二氧化碳使高低不同地两支燃着的蜡烛熄灭。
演示实验：在收集了二氧化碳气体的软塑料瓶中倒入水，然后震荡。
设计意图及资源准备：让学生在参与知识的探索过程中，培养学生探究能力以及对信息分析归纳的能力。
3.二氧化碳的溶解性
提问：瓶子为什么会瘪？你能解释吗？
讲解：对学生的回答进行小结，归纳二氧化碳可溶于水的性质。
设计意图及资源准备：培养学生对信息分析归纳的能力以及用化学知识解决身边问题的能力。
（三）二氧化碳的化学性质
提问：二氧化碳使蜡烛熄灭实验，说明二氧化碳还具有什么性质？
1.不燃烧，不支持燃烧，也不供给呼吸。
2.与水反应
提问：二氧化碳溶于水的过程中，是否与水发生反应？能否用实验来验证？
演示实验：将试管中溶有二氧化碳的水滴入石蕊溶液中。
提供信息：石蕊是一种植物的色素，它的溶液呈紫色，在酸性环境下会显现出红色。
师：你能分析出现这种现象的原因吗？
分析有关实验现象并获知：二氧化碳与水反应生成了酸性物质。该酸性物质不稳定，受热很容易分解。（学生活动）
设计意图及资源准备：培养学生的科学素养和科学探究精神，培养学生的实验能力和获得知识的能力。关注知识获得的过程，联系生活实际体会知识获得的过程。
3.二氧化碳与石灰水反应
演示实验：用吸管往澄清石灰水中吹气
讲解：CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O
（4）二氧化碳的用途
图片：二氧化碳及固态二氧化碳――干冰的用途。
依据现象相互讨论。并说出自已的结论：二氧化碳能与氢氧化钙发生反应。
观看、了解相关知识，归纳二氧化碳及干冰的用途。
让学生掌握石灰水变浑浊的原理，使前后知识联系，达到学习新知，巩固旧知的目的
（5）二氧化碳对环境的影响
巩固知识：二氧化碳可用来灭火跟它的什么性质有关？
情境：二氧化碳有这么多用途，是不是空气中二氧化碳越多越好呢？
播放录像：温室效应及其带来的危害
讲解：人类只有一个地球，为了保护人类赖以生存的环境，我们应该采取哪些措施防止温室效应进一步加强？
提问：你现在能解释课时图片的奥秘吗？
观看、了解相关知识，归纳二氧化碳及干冰的用途。
思考回答，二氧化碳不能支持燃烧、密度比空气大。
讨论发言：开发新能源、植树造林、减少化石燃料的燃烧。参与植物的光合作用、人工降雨等。（学生活动）
设计意图及资源准备：通过多媒体拓展学生视野，增加学习的趣味性。
使学生认识物质的性质决定用途；
培养学生用一分为二的观点；
培养学生的环保意识。
（6）巩固新知识，布置作业
展示课堂练习题，学生自由发言，教师给以适当的点拨。
培养学生自我总结的能力及用化学知识解决实际问题的能力。
六、板书设计
课题3二氧化碳和一氧化碳
一、二氧化碳
1.CO2的物理性质
（1）通常状况下，无色无味气体；
（2）密度比空气大；
（3）能溶于水。
2.CO2的化学性质
（1）CO2不能燃烧，不能支持燃烧，也不能供给呼吸；
（2）CO2能与水反应：CO2+H2O=H2CO3；
（3）CO2能与石灰水反应：CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O。
3.二氧化碳的用途
4.CO2对生活环境的影响
（1）影响人体健康；
（2）引起温室效应。
七、教学反思
现代教学中，学生由被动的知识接受者变为主动的教学参与者。在教学中启发、诱导贯穿始终，充分调动学生的积极性，注意调节课堂教学气氛，使学生变主动学习为主动愉快学习。
1.教学设计
1.1总体思路。
以学生活动作为主体；探究学习为基本方法；联系旧知学新知，用引导、对比、归纳的方式探索气体的制取。
1.2过程。
引入问题实验室制取氧气的知识回顾得出实验室制取气体的研究思路探究实验室制取二氧化碳的反应原理探究实验室制取二氧化碳的装置讲述二氧化碳的验证方法和验满方法制取一瓶二氧化碳气体结合实际情境，运用所学知识设计氢气的发生和收集装置梳理归纳知识和总结初中化学常用解决问题的方法。
1.3方法。
学习过程中，引导学生自主、合作、探究学习，采用讨论探究、实验探究、对比探究、自学归纳等方法，充分体现新课标提出的精心创设学生自主活动和积极探究的情境，引导学生积极参与探究过程，从而获得知识和亲身体验。
2.教学目标
2.1知识与技能。
①了解实验室制取二氧化碳的反应原理，探究实验室制取二氧化碳的装置，并设计装置制取二氧化碳；②通过制取氧气和二氧化碳原理和性质的比较，初步确定实验室制取气体的一般思路和方法；③通过对二氧化碳的理想药品的探究，培养学生善于合作、勤于思考、严谨求实、勇于创新、乐于实践的科学精神，提高其学习化学的兴趣。
2.2过程与方法。
通过实验培养学生科学地观察、思考、分析和总结归纳的能力，使学生学会科学探究的一般方法和步骤。
2.3情感态度与价值观。
通过引导学生观察、分析实验的现象和实验探究活动，激发学生学习化学的兴趣，培养学生努力探索的优良品质，总结初中化学常用的解决问题方法。
3.教学重点、难点
实验室制取二氧化碳的化学反应原理、实验装置和制取方法；从实验室制取气体的设计思路出发，探究实验室制取二氧化碳气体的方法。
4.教学过程
4.1导入新课，激发学习兴趣。
【视频】神奇干冰吹泡泡的实验。
【引导】干冰的主要是什么？
【回答】二氧化碳。
【提问】实验室是如何制取二氧化碳的呢？这就是本节课探讨的内容。
设计意图：从神奇干冰吹泡泡的实验视频引出二氧化碳，使学生产生亲近感，同时引导学生思考实验室是如何制取二氧化碳的，激发学生的学习兴趣和探究欲望。
4.2探究解疑，体现科学探究乐趣。
【回顾】在第二单元我们已经学过实验室用高锰酸钾和过氧化氢制取氧气，请同学们看白板。
【展示】实验室制取氧气的知识回顾。
【引导】通过实验室制取氧气的知识回顾，你是否能得出实验室制取气体的一般思路呢？
【回答】反应原理、发生装置、收集装置、验证和验满方法。
【思考】这5个步骤的依据分别是什么？
【回答】反应原理：化学反应方程式；发生装置：反应物状态和反应条件；收集装置：气体的密度、溶解性，以及气体是否与水反应；验证和验满方法：气体的化学性质。
设计意图：对学生原有知识储备的回顾和利用过程，从而培养学生综合运用原有知识建立知识体系的能力。
【过渡】反应原理、发生装置、收集装置、验证和验满方法是我们制取气体的一个大致路线，我们今天就以这个路线为指导，探究二氧化碳实验室的制取。
【思考】在我们学过的化学反应中，有哪些是可以制取二氧化碳的？
【讨论】蜡烛燃烧，碳在氧气中燃烧，碳还原氧化铜和氧化铁……
【展示】能够产生二氧化碳气体的反应。
【追问】这些反应都适合在实验室制取二氧化碳吗？如果不适合，原因是什么？
【提示】主要从气体是否纯净和条件是否苛刻这两个角度出发。
【回答】1和2不能的原因在于制得的气体可能不纯：制得的二氧化碳中可能含有氧气；3和4不能的原因在于条件太苛刻：高温条件实验室一般难以达到。
设计意图：让学生自己分析解决，从而逐一各个击破、加以排除。
【过渡】对于上述四个反应，要么制得气体不纯，要么条件太苛刻，因此不适合在实验室制取二氧化碳。下面，老师再向同学们介绍三个能够生成二氧化碳的反应，让我们通过一组对比实验，看看哪个反应适用于实验室制取二氧化碳？
【展示】三个对比实验图。
【讲述】等下请三位同学上台做实验：1、2、3号试管中分别加入0.2g的碳酸钠、石灰石、石灰石，之后同时加入5ml的稀盐酸、稀盐酸、稀硫酸，观察现象。注意1和2的不同点是底物不同，加入的酸相同；2和3则是底物相同，加入的酸不同。
【学生实验】三位学生分别在1、2、3号试管中加入0.2g的碳酸钠、石灰石、石灰石，听到教师命令后，分别向1、2、3号试管中加入5ml的稀盐酸、稀盐酸、稀硫酸。
【观察与思考】三个试管中的现象是否相同？
【实验现象】1.产生气泡，速率过快；2.产生气泡，速率适中；3.产生气泡，但速率较慢。
【结论】实验室制取二氧化碳气体的最佳反应是大理石和稀盐酸。原因在于稀盐酸和石灰石的反应速率适中，适用于实验室制取二氧化碳气体。
设计意图：在这里先介绍三个能够生成二氧化碳的反应，让学生自己做实验，观察现象，分析比较后，从而得出实验室制取二氧化碳的反应原理。
【总结】实验室制取气体反应原理应考虑的因素：制得的气体要较纯，反应条件要容易满足，反应速率要适中。
【强调】虽然碳酸钠和稀盐酸由于反应速率太快不适合在实验室制取二氧化碳，却是灭火的原理，正所谓“天生我才必有用”。
【过渡】确定了实验室制取二氧化碳的原理，接下来，我们该研究什么呢？
【回答】发生装置和收集装置。
【追问】确定二氧化碳的发生装置和收集装置时各要考虑哪些因素？
【提示】联想制取氧气的发生装置和收集装置时考虑的因素。
【回答】发生装置：反应物的状态和反应条件；收集装置：密度与空气比较的大小、溶解性、是否与水反应。
设计意图：通过对实验室制取氧气和二氧化碳的类比，让学生找到规律，指导探究其他气体的制取，从而锻炼学生对知识举一反三的能力。使学生的思维得以发散，提升对知识间的联系和迁移的把握。
【讲述】现在大家选择发生装置和收集装置。
【展示】现提供如下装置，你会选择怎样的发生和收集装置制取二氧化碳呢？
【学生回答】发生装置：A和C；收集装置：E。
【反问】为何长颈漏斗要伸入液面以下？
【回答】防止生成的二氧化碳从长颈漏斗逸出。
【板书】二、发生装置：固液不加热；收集装置：向上排空气法。
【追问】如果实验室没有长颈漏斗和锥形瓶，那么哪些装置可以作为替代品？请从图4中进行选择。
【回答】用注射器和分液漏斗代替长颈漏斗；用平底烧瓶和试管代替分液漏斗。
【强调】分液漏斗下端不用液封，原因在于分液漏斗有活塞，反应随关随停，气体不会从漏斗逸出。
设计意图：在这里我在确定了实验室制取二氧化碳的原理和发生装置、收集装置时要考虑哪些因素的基础上，借势让学生选择出合理实验室二氧化碳的制取装置，可谓是循循善诱、水到渠成。更重要的一点：锻炼了学生学以致用的能力。
【过渡】同学们对实验室制取二氧化碳装置的认识已经到了会选择、会变通地步，如果老师给出若干种实验仪器，则相信同学们一定能够设计出富有个性的实验装置。现在有请几位同学到台前来点击屏幕上的仪器，设计连接装置，要求每位同学设计的发生装置不一样。
【学生实验】连接装置Flash，如图5所示。
【提问】这位同学将有空塑料板的试管和长颈漏斗相接，打开止水夹，反应开始，关闭止水夹，反应停止。这个装置有什么特点？如图6所示。
【回答】控制反应速率。
【追问】通过什么控制反应速率？
【回答】止水夹。
【提问】试管和带有注射器胶塞组合，这个装置又有什么特点？如图7所示。
【回答】控制反应速率。
【追问】通过什么控制反应速率？
【回答】通过注射器滴加液体的快慢。
【提问】在选择反应器和胶塞组合过程中，为什么会出现反应器和胶塞组合不合适的情况？
【学生讨论】有些反应器是有侧导管的，有些没有；胶塞组合有些是单孔的，有些是双孔的；还有一个大的反应器，连接任何胶塞组合都不行……
【教师总结】对于反应器有侧导管的，说明反应器已有导气装置，胶塞就只用选择单孔的；反过来，反应器没有侧导管的，说明反应器无导气装置，胶塞就必须选择双孔的；对于大的反应器，叫启普发生器，装置内有内置漏斗和导气管，所以不用胶塞组合，直接连接收集装置即可。
设计意图：利用白板的交互性、主动性的特点，让学生通过Flash拖拽实验仪器、拼装实验装置，让学生对实验室制取二氧化碳装置的选择由感性认识上升到理性认识，让学生在积极、主动的状态下完成化学知识的学习。
【过渡】对于实验室制取二氧化碳，我们已经研究了两大问题：即反应原理和制取装置，接下来就是气体的验证和验满方法。
【讲述】验证和验满是两个容易混淆的问题，请同学们运用对比的方式，对此加以思考。
【提问】如何检验二氧化碳？很早就学过了。
【回答】澄清石灰水，若变浑浊就是二氧化碳。
【追问】验满呢？
【提示】利用二氧化碳不支持燃烧的性质。
【回答】将燃着的木条放在集气瓶口，熄灭则满。
【强调】二氧化碳的验证和验满使用的试剂是不同的，但都是利用二氧化碳的化学性质。
【板书】三、验证：把产生的气体通入盛有澄清的石灰水的试管中，若澄清石灰水变浑浊，证明是二氧化碳。验满：将燃着的木条放在集气瓶口，若火焰熄灭，则说明已经收集满。
【过渡】现在轮到大家自己亲自动手制取一瓶二氧化碳了吧？并验证和验满。
【讲述】但是在做实验之前，一定要清楚实验步骤，请大家以4人为以小组进行讨论，时间为4分钟。
【小组展示】首先，按要求连接好仪器；其次，检查装置的气密性；再次，装入固、液体药品；最后，验证并验满气体。
【评价】集体的智慧真伟大。
【板书】四、实验步骤：连、查、装、验。
【讲述】大家以4人为以小组进行实验，时间为6分钟，同组的同学要相互提醒，密切配合。
学生实验，教师巡回指导。
请两位同学汇报实验成果并进行点评。
4.3再探揭秘，体现化学学科价值。
【检测】节日用于填充气球的氢气，实验室用锌粒和稀硫酸在常温下反应制取，已知氢气难溶于水，密度比空气小，请你根据已知知识设计氢气的发生和收集装置。
【引导】发生装置和收集装置的选择依据。
小组组员讨论交流并公布答案。
设计意图：通过训练，学生进一步巩固加深实验室制取气体的方法与思路，并学会运用实验室制取气体的思路解决实际问题。
4.4梳理归纳，体现化学学科魅力。
【引导】教师引导学生自己做课堂小结。
知识小结：
1.实验室制取二氧化碳反应原理。
2.实验室制取二氧化碳发生装置和收集装置。
3.二氧化碳的验证和验满。
方法小结：
初中化学中常用的方法：温故而知新、对比实验。
5.教学反思
5.1课前一定要进行学情分析。
针对本节课的教学内容，确定学生需要掌握哪些知识，然后分析学生是否具备这些知识经验。只有掌握和了解学生已有的化学知识和已经掌握的实验操作技能，才能合理地确定教学任务的深度、难度和广度。
5.2课堂一定要充分调动学生的积极性。
只有充分调动学生学习的积极性，让学生通过自己的知识实现知识的建构，在问题中探究，在探究中学习，学生才能学到真正的知识，进而形成能力，这样的课堂教学才是有效的。课堂不应是学生复制知识的加工厂，而应成为展示他们聪明才智和创造能力的舞台。
5.3课堂一定要渗透初中化学思想方法。
教学过程中应用更多地源于学生已有的知识解决课堂上的实际问题，即温故而知新，本节课中利用到第二单元用高锰酸钾和过氧化氢制氧气的相关知识。从已知中发现未知，从熟悉中感受新奇，这种发现的过程和新奇的体验对于学生的发展是非常有意义的。另外，在实验探究中所运用的对比方法也使学生受益颇多，从而提高他们的学习能力。我相信，有了这些方法引路，学生在化学学习的道路上一定会有更大收获。
参考文献：
中图分类号：X55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0342-02
一、 研究目的及意义
随着现代社会工业的发展，环境问题已经成为人类关注的焦点，由于大量排放二氧化碳导致的温室效应便是其中重要的一环，其带来的危害已经为各国政府高度关注。我国政府承诺到2020年碳排放强度比2005年降低40-45%，足可见我国对控制二氧化碳排放的决心之大。但当前我国的能源领域面临着多方挑战，能源消费增长迅速，且现阶段我国的能源结构仍以煤炭为主，世界一多半的煤炭为中国所用，中国60%多的煤炭用于发电，因此控制燃煤电厂二氧化碳的排放是我国碳减排的关键，研究电厂二氧化碳捕集运输和储存技术显得举足轻重。
二、 二氧化碳的捕集技术路线及方法分析
燃煤电厂对燃料燃烧不同阶段产生的二氧化碳的捕集分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集三条技术路线。现阶段捕集方法主要有物理吸附法、物理吸收法、化学吸收法、膜分离法、低温蒸馏法等，使用何种捕集方法取决于二氧化碳气体的浓度、压力、温度，不同类型发电机组以及不同技术路线会选用不同的捕集方法。
2.1 二氧化碳捕集技术路线现状分析
2.1.1 燃烧前捕集：燃烧前捕集技术主要应用在整体煤气化联合循环发电系统（IGCC），IGCC的工艺流程主要为：氮气作为动力气源带动燃煤进入气化炉，与空分系统分离送出的纯氧在气化炉内发生高压富氧反应，生成有效成分主要为一氧化碳和氢气的混合气体，随后，在催化转换器中经过水煤气变换后，促使一氧化碳转换为二氧化碳并进一步产生氢气，混合气体中二氧化碳被捕集分离，氢气经过净化作为清洁的气体燃料送入燃气轮机用于燃烧。燃烧前捕集技术的优点是由于混合气体的压力较高，可以生成浓缩的二氧化碳气流，不用加压便能满足压缩机对管道内输送气体压力的要求，减少能耗，同时高浓度的二氧化碳气体有利于捕集和利用，该技术还具有捕集系统小、捕集效率高以及对污染物的控制方面有很大潜力的优点，缺点是IGCC技术仍面临初期投资成本高、可靠性不高的问题，并且由于二氧化碳捕集系统需使用蒸汽以及压缩机需使用额外功率会导致IGCC面临发电成本增加40%、效率降低22%的问题。该技术常采用物理溶剂吸收方法和膜分离法来捕集二氧化碳。
2.1.2 燃烧后捕集：燃烧后捕集顾名思义是在燃料燃烧后产生的烟气中进行二氧化碳捕集的技术。由于电厂烟气中二氧化碳的浓度相对较低，该技术路线一般采用化学吸收法并需要使用强力溶剂。该技术的优点是只需对现有燃煤机组加以改造加装二氧化碳捕集装置即可，不需要对机组的结构进行大面积的调整，适合运行机组改造，并且该种技术是一种成熟的技术，缺点是由于烟气中二氧化碳的浓度较低，二氧化碳的捕集费用相对较高，同时还面临溶剂再生需要消耗大量能量的问题。燃烧后捕集技术还可使用物理吸附法、膜分离法和低温蒸馏法捕集二氧化碳。
2.1.3 富氧燃烧捕集：富氧燃烧捕集顾名思义就是化石燃料在燃烧的过程中助燃剂是纯氧而非空气，这样燃料燃烧完毕烟气中主要含有二氧化碳和水蒸气，只有少量的二氧化硫、碳氧化物等杂质，把烟气进行脱硫、脱硝及除尘后进行冷却，除去其中的水蒸气便可得到高纯度的二氧化碳，纯度能够达到80%至98%，少量烟气再循环进入燃烧室，目的是控制火焰温度，防止燃料在纯氧中燃烧时温度过高，并且提高了烟气中二氧化碳的体积比。此种技术的优点是捕集成本低；由于没有氮气参与燃烧，烟气中氮氧化物的含量大大降低；由于是富氧燃烧，可以降低燃料的消耗量，提高热效率，缺点是燃烧需要在富氧的环境下进行，制备高纯度氧的能耗很高；燃烧室需要改造；该种技术面临的问题很多，如烟气再循环的参入量、氧量变化造成锅炉燃烧调节的改变等，该种技术尚不成熟，处于示范阶段。
综上所述，三种二氧化碳捕集技术路线各有特点，燃烧前捕集技术占用场地小、捕集效率高但初期投资成本高，适用于IGCC电厂；燃烧后捕集技术对已建电厂改造难度小、技术相对成熟但捕集成本高；富氧燃烧捕集成本低但制氧能耗高、技术不成熟，燃烧后捕集和富氧燃烧捕集技术路线主要适用于传统以化石能源为燃料的电厂，并适合老厂改造。现阶段，三种技术路线均未达到商业化的程度，只处于实验室阶段或有少量的示范项目。
2.2 二氧化碳捕集方法介绍
2.2.1 物理吸收法
物理吸收法是利用有机溶剂在高压下对二氧化碳的吸收量增大的机理实现的，通过对有机溶剂降压便可以释放二氧化碳，还原溶剂。此种方法能耗较低，要求有机溶剂具有对二氧化碳的溶解度随压力变大增速明显、沸点高、选择性好、无毒、稳定性好等特点。常用的物理吸收溶剂有聚乙二醇二甲醇、甲醚、环丁砜、三乙醇胺和碳酸丙烯酯。
2.2.2 化学吸收法
化学吸收法在化工行业是一种常见的方法，一般二氧化碳的吸收溶剂为有机胺的水溶液。研究发现水对乙醇胺吸收二氧化碳的能力有提升作用，没有水的存在，1mol乙醇胺只能吸收0.5mol二氧化碳，水存在的情况下，1mol乙醇胺能吸收1mol二氧化碳。醇胺类化学吸收法的优点为技术成熟、吸收量大、选择性高并能同时吸收硫化氢和氮氧化物等有害气体；缺点为吸收溶剂再生困难，需要消耗较高能量；对设备易腐蚀；在富氧的环境下，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体吸附剂对二氧化碳进行选择性吸附的原理，脱除烟气中的二氧化碳，吸附法分为变温吸附法和变压吸附法。固体吸附剂表面的孔径大小、孔容和极性以及吸附材料分子量、分子大小、极性决定了该吸附剂的吸附能力，此种方法比吸收法具有吸附过程需要能量少的优点，并且由于吸附过程是放热过程，吸附剂需要通过加热还原再生。物理吸附法对二氧化碳的捕集成本与吸收法大致相当，但其对二氧化碳的吸附量和选择性要更好，并且吸附剂的还原需要的能量较低，操作简单，相比吸收法更具有市场价值，缺点是进行二氧化碳捕集前需要将混合气体冷却、干燥，以及除去易使吸附剂中毒的气体，并且存在二氧化碳回收率不高以及吸附剂选择性的问题。常用的吸附剂有天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。
2.2.4 膜分离法
膜分离法是利用部分气体无法穿透薄膜的原理对气体进行分离，此法的驱动力是膜两侧的压差，当差压达到一定值时，能够穿透薄膜的气体会透过薄膜，捕集气体会留在膜内。薄膜的气体选择性、压力比、穿透气流和总气流的流量比决定了此薄膜的二氧化碳捕集能力。此方法在分离工业合成氨尾气、炼油尾气等领域已经广泛使用，但是由于电厂烟气流量大，需要膜的面积很大，投资成本高。用于捕集二氧化碳的薄膜有醋酸纤维膜、聚苯醚膜、乙基膜、聚砜膜、溴磺化聚环氧丙烷膜、沸石矿物膜等。
2.2.5 低温蒸馏法
低温蒸馏法是利用不同气体的冷凝点不同而进行气体分离的，系统一般由压缩机、焦耳汤普森阀、多级热交换器和膨胀机组成，系统中设有不同温度的冷阱，以此来捕集不同冷凝点的气体。由于低温蒸馏法是在液态的形态下捕集到的二氧化碳，为运输和储存提供便捷；该方法同时还能减少水的消耗、化学试剂的使用量以及有效解决设备腐蚀等问题，缺点是设备庞大、能耗大、烟气中的粉尘易阻塞设备等，此方法一般用于分离高浓度的二氧化碳，常用于分离油田伴生气中的二氧化碳。
2.2.6 二氧化碳捕集新方法
所谓的二氧化碳捕集新方法是指尚在实验室研究阶段，技术尚未成熟的方法，主要有化学循环捕集法和二氧化碳水合分离法。
上述几种二氧化碳的捕集方法各有千秋，需要根据捕集技术路线选择合适的捕集方法或几种捕集方法的集合，电厂的二氧化碳捕集方法大多尚在实验室或示范阶段，需要进一步研究论证。
三、 二氧化碳的运输与储存技术分析
3.1 二氧化碳运输技术
二氧化碳经捕集、压缩形成超临界流体或液体，通过铁路、船舶、管道等输送工具运至目的地的过程称为二氧化碳的运输。当运输距离较远时（大于1000千米）管道运输的成本最低，并且管道运输是一项成熟的商业化技术，其成本取决于管道的长度、直径、二氧化碳的压力和地质特点。
3.2 二氧化碳储存技术
二氧化碳的存储技术分为地质储存、海洋储存、储液站储存、固态储存和矿物碳化储存技术。
地质储存技术是把超临界状态的二氧化碳灌入油田、气田、无法开采的煤层、深盐水层进行储存，这些地层必须由岩石密封，并且相对二氧化碳来说是不可渗透的。把二氧化碳注入油田或气田存储二氧化碳的同时用以驱动采油或气，可以提高30%至60%的石油产量；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱赶出来，增加煤层气采集率；深盐水层储存技术由于储存容量大具有最大的潜力，该方法已于1996年一家挪威的能源公司投入商业运行。
海洋储存技术是把二氧化碳输送到海洋600米深度以下的区域，在此深度由于水的压力能够把二氧化碳转换为液体，当储存深度达到3000米、温度低于10摄氏度时，液态二氧化碳的密度会大于水的密度，并在表面形成粘稠状薄膜，防止二氧化碳扩散。此种技术可能会改变海洋的PH值，其对环境的危害程度未知，此种技术还在探索阶段。
储液站储存技术是把捕集到的二氧化碳进行净化、干燥等处理后冷却形成高压、低温的液态二氧化碳，具有效率高、气体纯度高、储量大的特点。
固态存储技术是把二氧化碳先高压压缩形成液态二氧化碳，然后高压低温冷却形成干冰储存，由于其生产工艺困难且储存条件费用高，此项技术并不常用。
矿物碳化技术储存二氧化碳是一项新兴技术，技术原理是将二氧化碳矿物碳化固定与含方英石杂质的钙基膨润土深加工相结合，利用钙基膨润土容易通过离子交换形成碳酸钙以及碱法分离方英石过程中容易形成吸收二氧化碳溶液的特点，实现吸收固定二氧化碳，但其预期成本远高于其他存储方法，不适合开展利用。
四、 结束语
现阶段，制约二氧化碳捕集存储技术发展的关键在于技术不成熟和高昂成本问题，研究开发成熟、高效、低成本的二氧化碳捕集储存技术将是未来发展的方向。本文通过对现有的二氧化碳的捕集、运输及储存技术进行阐述，为未来该技术在电厂的成熟应用提供理论依据。
人教版九年级化学 第六单元 课题3 二氧化碳和一氧化碳
科目
化学
教学对象
九年级学生
课时
第一课时
作者
董林峰
单位
南雄市第二中学
一、教学内容分析
1、本课题主要介绍二氧化碳和一氧化碳的性质。关于二氧化碳，教材首先通过实验分别介绍二氧化碳的密度、不支持燃烧、溶解性。然后联系学生已有的知识，介绍二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的原因。其中，二氧化碳与水、石灰石的反应是本课题的教学难点。
2、本课题属于元素及其化合物知识的讲授，二氧化碳与第二单元的氧气是九年级化学必须掌握的重要气体。第六单元在整个初中化学中占有承上启下的地位，碳的化合物中最熟悉的就是二氧化碳，所以二氧化碳这一节是本单元的重点与核心，教材首先安排二氧化碳有关知识的学习，由此来带动其他含碳元素的化合物知识的学习。
二、学情分析
1、二氧化碳是学生继氧气之后要学习的又一重要气体。该气体与日常生活联系非常紧密，学生在前面的学习中就有所接触，但对二氧化碳的性质和用途未必有科学的了解和认识。由于学生在学习氧气时已经形成了一定的学习方法，教材中关于二氧化碳的知识，学生大都能通过预习来掌握。然而学生习惯于接受式学习，科学探究意识较缺乏，看问题多停留于表面，缺乏深思的习惯。
2、学生易错点分析：对二氧化碳使石蕊溶液变红色的原因认识易出现错误，当看到二氧化碳通入石蕊试液中，石蕊试液变红，他们就会得出二氧化碳能使石蕊试液变红的错误结论。教学中要使学生认识到：二氧化碳通入水中，一部分溶解，另一部分与水反应生成碳酸，是碳酸使紫色石蕊溶液变红色，而不是二氧化碳。
三、教学目标
1．知识与技能
（1）认识二氧化碳，掌握其重要的化学性质，了解其物理性质和主要用途。
（2）懂得设计实验来验证物质性质的方法。
（3）学会对实验中出现的现象进行分析并得出结论的方法。
2．过程与方法
（1）通过观察演示实验的现象，培养学生分析和解决问题的能力。
（2）通过让学生自己设计实验去验证二氧化碳的性质，培养学生的实验设计能力。
（3）经过亲自动手实验，让学生懂得二氧化碳可以与水反应生成碳酸。
3．情感、态度与价值观
（1）通过对二氧化碳的密度以及水溶性进行实验设计，培养学生的问题意识以及思维的严密性。
（2）通过用浸过石蕊溶液的小花来进行实验探究，让学生亲自参与到知识的形成。
四、教学重点和难点
教学重点：1．二氧化碳的密度和水溶性 2．二氧化碳与水反应生成碳酸以及碳酸的不稳定性
教学难点：二氧化碳与水、澄清石灰水的反应
五、教学过程
教学环节
教师活动
预设学生行为
设计意图
导入新课
学氧化碳的物理性质
探究二氧化碳的密度和溶解性
提出问题
设计实验
介绍石蕊试剂
分组探究实验
二氧化碳与水反应的原理
课堂练习
布置作业
引入：同学们在前面已经陆续的接触、学习过二氧化碳这种物质，你能归纳出它的性质么？
投影并归纳二氧化碳的有关性质
讲解：二氧化碳与澄清石灰水反应的化学方程式。
提问：你们知道的二氧化碳的性质中，哪些是已经做过实验亲自验证并非常确定的，哪些只是由
别人告诉你的？
演示实验：
实验1.用二氧化碳倾倒阶梯上的蜡烛
实验2.在装满二氧化碳的软塑料瓶内倒入少量水
实验前让学生对实验现象进行猜想；实验后提问：你们看到了什么？这说明了二氧化碳具有什么性质。
提问：根据上述两个实验的设计意图，你们还能设计一些其他的实验来证明二氧化碳的密度比空气大且可溶于水么？
让学生思考一会儿后再投影出一些提示
让学生讲述自己小组的实验设计，并引导其他学生去评价这些设计。
讲解：今天老师还补充一个二氧化碳的性质就是二氧化碳能够与水反应。但它们的生成物到底是什么，由你们去进行实验探究。
投影并讲解：石蕊是一种植物的色素，能在酸性、中性及碱性环境下显现出三种不同的颜色
讲解：二氧化碳与水反应生成碳酸的化学方程式。以及碳酸分解的化学方程式。
投影：根据本课的有关知识点设计与生活密切相关的习题来进行知识的巩固和运用
布置作业：家庭小实验：用家里的一些物品制造并收集二氧化碳气体并对自己设计的实验进行实施，把实验的结果与老师和同学们一起分享。
学生思考、回答：二氧化碳是无色、无味的气体，密度比空气大，可溶于水、不能燃烧也不能支持燃烧，能使澄清石灰水变浑浊。
学生抄写、记忆
学生回答：二氧化碳的密度及水溶性是在实验室制备二氧化碳时从老师口中获知。
学生观察实验现象并思考回答：
实验1说明二氧化碳的密度比空气大，不能燃烧也不能支持燃烧；实验2说明二氧化碳可溶解于水。
学生分小组讨论并进行实验设计。
学生：讲述自己的设计和准备如何实施，并对实验现象进行猜想。
学生分组实验：把浸过石蕊试液的4朵小花分别进行实验对比：（1）喷醋酸（2）喷水（3）直接放入盛有二氧化碳的集气瓶（4）喷水后放入盛有二氧化碳的集气瓶（5）把（4）中的小花放在酒精灯火焰上烘烤。
分析有关实验现象并获知：二氧化碳与水反应生成了酸性物质。该酸性物质不稳定，受热很容易分解。
学生抄写、记忆
学生思考、讨论
注意从学生已有的知识出发，避免了重复与罗嗦，使教学更有针对性，重点更为突出。
对需要重点掌握的知识点进行强调。
培养学生的问题意识，不要“人云亦云”，要敢于创新。
这两个实验要收集到的二氧化碳气体较多，耗时较长且实验的成功率较低，所以宜由老师演示能起到较好的示范作用。
培养学生的实验设计能力，通过小组的合作，互相启迪、互相补充、并完善自己的设计。
通过让学生讲述自己的设计提高学生的表述能力，并使学生初步学会评价和改进实验设计；通过赞美学生的设计让学生感受成功的喜悦，激发学生的学习兴趣。
通过学生亲自动手进行实验探究，让学生亲自参与到知识的形成过程中，并学会根据实析、得出结论，从而获得成功的喜悦和对化学学习的持续兴趣。
使学生能把学到的知识与实际生活联系在一起，懂得运用有关的化学知识去解决生活中的一些简单的实际问题。
让学生多动手、多思考，他们就会有更多的心得和体会，对化学的学习也就更有兴趣。
六、板书设计
第六单元课题3 二氧化碳和一氧化碳
一、 二氧化碳的物理性质
1、 无色无气味的气体；2、密度比空气大；3、可溶于水
二、 二氧化碳的化学性质
1、 二氧化碳不能燃烧，一般也不支持燃烧
2、 二氧化碳能与水反应
紫色石蕊溶液遇到酸性溶液会变红色
3、 二氧化碳能与石灰水反应
七、教学活动评价设计
一、分组实验评价（采用组间相互评价；分优秀、良好、合格、不合格四个等级。） 第一组第二组第三组第四组第五组第六组组员合作情况操作规范情况现象及分析情况 二、学习参与度评价（采用教师评价；主要以鼓励为主） 三、课堂练习评价（采用小组内同学相互评价；分A、B、C三个等级）
二、腐蚀影响因素研究
1.腐蚀因素
二氧化碳腐蚀钢材主要是二氧化碳溶于水生成碳酸而引起电化学腐蚀所致，主要考虑以下影响因素：1、二氧化碳分压的影响：二氧化碳分压小于0.021MPa不产生腐蚀；在0.021～0.21MPa间为中等腐蚀；大于0.21MPa产生严重腐蚀。2、矿化度的影响：溶液中以Cl-的影响最为突出，Cl-浓度越高，腐蚀速度越大，特别是当Cl-浓度大于3000mg/L 时腐蚀速度尤为明显。3、流速的影响：一般认为随流速的增大，H2CO3和H+等去极化剂能更快地扩散到电极表面，使阴极去极化增强，消除扩散控制，同时使腐蚀产生的Fe2+迅速离开腐蚀金属的表面，因而腐蚀速率增大。
2.产出物分析
2.1产出水
在研究的过程中我们对30样本井进行了数据分析与采集，研究治理提供可靠依据。通过对30口油井产出水的PH值、矿化度、氯离子含量和硫酸盐还原菌等指标进行分析，PH值为5.5～6.0，矿化度为44023～84040 mg/L， Cl-平均含36762mg/L ，SRB含量450～1000个/ml。
2.2伴生气
将分析的伴生气中二氧化碳的含量和计算出的分压进行分析可知油井伴生气中二氧化碳的平均含量为1.78%，平均分压为0.28MPa。油田产出水的二氧化碳含量相对较多，属于严重腐蚀等级，同时产出液的PH值较低（5.5～6.0），由此会产生严重的电化学腐蚀。
3.腐蚀影响因素认识
通过腐蚀因素的实验分析，可以得出造成油井腐蚀的主要原因是：
3.1油井含水率高，平均含水94.5%，介质的矿化度较高，Cl-、HCO3-等强腐蚀性离子含量高，溶液的PH值介于5.5～6.0之间，呈弱酸性，势必会造成油管、杆的电化学腐蚀。
3.2伴生气中二氧化碳含量较多，平均含量为1.78%，最高达4.68%，通过计算，34.6%油井的二氧化碳分压都大于0.2MPa，因此二氧化碳是造成腐蚀的重要因素。
三、二氧化碳防腐工艺技术研究
1.技术路线
二氧化碳分压对油井和生产系统产生中、重度腐蚀，通过分离井筒中产出液中的二氧化碳含量，降低液体中的二氧化碳含量，减缓H+的去极化作用，从而减轻二氧化碳造成的腐蚀。
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―流体处于的高度；p―流体所受压强
可知：流速增加，其它条件不变，流体所受压强变小，气体可从液体中析出。
另外，由于由于高流速增大了腐蚀介质到金属表面的传质速度，且高流速会阻碍保护膜的形成或破坏保护膜，因而随流速增大，腐蚀速度增加。
解决思路：井下配套防气技术，将二氧化碳分离并通过环套排出，减少泵筒内产出液中二氧化碳的浓度，以此削弱二氧化碳腐蚀；同时由于进入环空的二氧化碳流速大大降低，减缓二氧化碳的腐蚀，在液面以上，二氧化碳呈气态，没有了H+的去极化作用，二氧化碳腐蚀大大降低。
2.配套工艺
高效气液分离器，其原理如下：产出液由进液孔进入高效防气装置，通过防气滤网顺着环形空间下行进入螺旋分离机构部分，气液混合物在螺旋机构内部螺旋向下流动，在离心力的作用下，气体因密度较小沿着螺旋片的内侧经过螺旋片上部的小孔上行，浮到锚体环形空间顶部时，经排气孔排到油套环形空间，而液体因密度较大，就沿着螺旋片外侧下行，下行至锚体的下部，经气敏网进入中心管内部经抽油泵排出，液体经过气敏网时，液体内部所含的细小气泡被过滤在外，沿锚体的环形空间上行至顶部排气孔排出。
四、现场应用及效果
2012年以来，我们对腐蚀井进行了全方位的跟踪分析，针对二氧化碳腐蚀进行了深入研究，应用高效防气技术有针对性的治理工作，取得了明显的效果。
针对腐蚀较为严重的8口油井综合分析，定性为典型二氧化碳腐蚀，措施前8口井的平均免修周期为104天，措施后的4口井平均免修周期延长的276天，延长了196天，远远超过了措施前的免修期，另外4口井持续正常生产，效果十分显著。
典型井例---徐侧14井
该井历年来均因腐蚀造成躺井，平均检泵周期仅60天，2013.4.23日检泵发现内液面油管挂下84根，外液面不详，全井油管内壁腐蚀，油管挂下第98根有2处砂眼，调查历次作业现场管杆起出情况，均变现为油管在80～100根之间腐蚀穿孔，根据徐集油田沙三下天然气化验资料，该井硫化氢无、二氧化碳含量2.26%、氮气0.89%。分析认为地层中二氧化碳在此位置高浓度析出或在此位置碳酸根浓度较高引起腐蚀，故对该类腐蚀井提出新的思路，即下入防气装置，将二氧化碳在环套分离出来，从套管放掉，以削弱二氧化碳腐蚀。
截至2014.3.10日，该井生产正常，管杆连续工作320天，目前继续有效。保证了油井的生产，至少减少检泵作业5次，至少节约作业、成本、占产等费用30万元。
五、结论及认识
1.对以二氧化碳腐蚀为主因的油井配套防气技术，将二氧化碳分离并通过环套排出，减少泵筒内产出液中二氧化碳的浓度，减轻二氧化碳腐蚀，从实践结果来看是可行的。
低碳生活涉及碳足迹，碳足迹表示一个人或者一个团体的碳耗费量，是测量某个国家和地区的人口因每日消耗能源而产生的二氧化碳排放对环境影响的一种指标。第一碳足迹是因使用化石能源而直接排放的二氧化碳，比如一个经常坐飞机出行的人会有较多的第一碳足迹，因为飞机飞行会消耗大量燃油，排放出大量二氧化碳。第二碳足迹是因使用各种产品而间接排放的二氧化碳，比如消费一瓶普通的瓶装水，会因它的生产和运输过程中产生的碳排放而带来第二碳足迹。碳足迹越大，说明你对全球变暖所要负的责任越大。碳足迹越小，说明你对环境的保护做出的贡献越大。
就个人而言，每个人可以从自我做起，从生活中的细节做起，尽量减低碳足迹，选择低碳生活。例如，少开一天车，少吃一顿肉食大餐，少用一次性筷子，少开一盏灯等等，都可以减少碳足迹；甚至用餐做菜时选择烹饪方式也可以减少碳足迹。以土豆为例，用烤箱烘烤土豆产生的二氧化碳比用锅煮的要多，而用锅煮产生的二氧化碳又比微波炉做产生的多。所以，用微波炉做土豆就是一种更好的低碳生活。
另外，棉布衣服与化纤衣服，爬楼梯与坐电梯，走路与开车等等，都是前者是低碳生活，后者是高碳生活。生产化纤衣服要消费更多的石油和能源，排放更多的二氧化碳，所以应当选择棉布衣服。在家居用电上，使用风电或水电等清洁能源产生的碳排放会比使用热电低。在交通出行方面，小排放量汽车在同距离时碳排放量较少，应大力推广小排量节能环保型汽车。
尽管低碳生活值得提倡，但是，由于工作需要或其他原因，人们不时会进入高碳生活。这时就应当对自己的高碳生活进行补偿。这种补偿就是所谓的碳中和。这种补偿就是碳中和。碳中和指的是，人们可以计算自己日常活动（生产）直接或间接制造的二氧化碳排放量，如果过高，则可以通过植树等方式把这些排放量吸收掉，或者计算抵消这些二氧化碳所需的经济成本，然后个人付款给专门企业或机构，由他们通过植树或其他环保项目抵消大气中相应的二氧化碳量，以达到降低温室效应的目的。可以说，碳中和就是人们对自己高碳生活的补偿。
笔者通过对教材的分析和实际教学中出现的问题中发现，学生对于华师大版教材九年级上册第一章第三节《重要的碱》这节课中有些问题不明白：氢氧化钠能与二氧化碳反应无明显现象，到底有没有反应呢？教师说反应了，学生不见的会明白！这跟学生所认为的化学反应有气泡或者沉淀现象等等是不同的，对学生来说这是个难点！那么如何帮助学生突破这个难点呢？
首先，我们来看教材的处理方法：演示实验――在一个充满二氧化碳的矿泉水瓶中加入适量的氢氧化钠溶液，迅速盖住瓶盖。振荡溶液，会发现瓶会变瘪。由此得出，二氧化碳能与氢氧化钠反应，使瓶内气压变小，从而在外界大气压的作用下瓶变瘪了。
对于这个实验我觉得有以下问题：对于瓶变瘪的现象学生觉得可能是由于二氧化碳溶解在氢氧化钠溶液的水中造成的，因为二氧化碳溶解在水中也能使瓶内气压变小，从而使瓶变瘪。而教材提供的素材没有排除水的因素。那么如何排除水的干扰？笔者对教材的演示实验作了如下改进：
一、先设置一个对照实验
1.实验
准备两个事先充满二氧化碳的矿泉水瓶标上甲、乙。（1）在甲矿泉水瓶中注射进20毫升水。（2）在乙矿泉水瓶中注射进20毫升氢氧化钠溶液。然后仔细观察现象！
2.对这个实验的说明
（1）笔者用的矿泉水瓶是农夫山泉350毫升装的空瓶，选用这种瓶的原因是，这种瓶相对较硬挺，在二氧化碳溶于水后，在有针筒插在上面的橡皮塞时，不会引起瓶的形变，而二氧化碳与氢氧化钠反应后却会使瓶发生明显变瘪的现象。还有一点是，这种瓶要用稍大的力才能变形，便于区分现象。
（2）实验设置理由：既然教材的处理方法会让学生觉得瓶变瘪的原因可能是二氧化碳溶解在氢氧化钠溶液的水中，那么我们可以在一个同样充满二氧化碳的矿泉水瓶中分别注射进相同量的水和氢氧化钠溶液，我们控制的唯一变量是注射进的物质是否含有氢氧化钠。
（3）为何在实验中将倒入氢氧化钠溶液改为注射氢氧化钠溶液？笔者在准备实验时做了试验：在两个同样充满二氧化碳的空矿泉水瓶中分别倒入20毫升水和氢氧化钠溶液，发现倒入水的瓶会变瘪，不过不是很明显，而倒进氢氧化钠溶液的瓶变瘪很明显。经过分析比较，很容易得出瓶变瘪是因为二氧化碳与氢氧化钠发生了反应。但是这里就出现了一个小问题：倒入水的瓶变瘪不明显是不是会让学生觉得二氧化碳不会溶解在水中。这与华师大版教材七年级下册二氧化碳能溶解在水中相矛盾。
二、引导学生思考如何将变瘪的矿泉水瓶变回正常形态
1.具体的教学过程
案例名称：突破“氢氧化钠与二氧化碳反应”教学难点的教学设计。
演示：将CO2分别通入Ca（OH）2、NaOH溶液中。
师：同学们观察到了什么现象？
生：在氢氧化钙溶液中通入二氧化碳发现溶液变浑浊，而氢氧化钠溶液中通入二氧化碳无明显现象。
教师板书Ca（OH）2与CO2反应的化学方程式：
Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O
师：CO2与Ca（OH）2反应有沉淀生成，而放NaOH的试管无现象，那么CO2与NaOH是不是确实发生了反应？接下来我们用实验证明CO2与NaOH发生了反应。
板书：用实验证明CO2与NaOH发生了反应。
师：先来观察一个对照实验、仔细观察产生的现象并思考其中的原因。这里需要事先说明的是，矿泉水瓶的瓶盖我换成了橡皮塞，等一会儿注射时为了避免针头在橡皮塞中被橡胶堵塞，所以老师会换上有针头的橡皮塞。因为常温下二氧化碳密度大于空气，所以只要换的快一点，对实验的影响应该是不大的。
演示实验：准备两个事先充满二氧化碳的矿泉水瓶标上甲、乙。（1）在甲矿泉水瓶中注射进20毫升水。（2）在乙矿泉水瓶中注射进20毫升氢氧化钠溶液。
师：大家观察到了什么现象？
生1：甲瓶没有变瘪，乙瓶明显变瘪了。
师：我们来分析这些实验现象背后的原因！首先来分析甲瓶的现象，原来甲瓶容积约为380毫升，我将20毫升的水注射进瓶内，总体积应该为400毫升，但现在总体积约为384毫升，减少了16毫升，水还在里面，说明减少的是气体，那么这16毫升气体到哪里去了呢？
生2：二氧化碳溶解在水里了。
师：对，二氧化碳能溶于水，平常情况下1体积水能溶解1体积二氧化碳。而现在20毫升水大约溶解了16毫升，这是为什么呢？
生3：因为气体的溶解能力随温度的升高而减弱。
师：对，1体积的水溶解1体积的二氧化碳是在1标准大气压下0摄氏度时的情况，而今天的气温大约为20摄氏度，所以20毫升的水大约溶解了16毫升的二氧化碳气体。下面我们再来分析乙瓶的现象。乙瓶变得很瘪说明里面的气体的体积变小了很多，这么多的气体到哪里去了呢？
生4：溶解在氢氧化钠溶液中的水里了！
生5：不可能，理由是如果是二氧化碳溶解在氢氧化钠溶液的水中了，那么甲瓶、乙瓶现象应该一致！
师：那么二氧化碳到哪里去了？
生6：二氧化碳与氢氧化钠反应了。
师：说得对！二氧化碳可以与氢氧化钠发生反应。
教师板书：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
师：现在知道二氧化碳与氢氧化钠反应了使瓶变瘪，现在有没有办法使变瘪的瓶变回正常形态？
生7：只要加入足量盐酸与碳酸钠，反应能生成二氧化碳气体就行。
师：下面我们来试验这个方法。
教师演示实验：将20毫升盐酸用针筒注射进乙瓶。
师：大家观察到了什么现象？
生8：出现很多气泡，瓶身慢慢变鼓了。
师：出现刚才的现象原因是什么呢？我们来分析：两个针筒活塞位置显示里面体积分别为18毫升和35毫升，还有瓶的容积为380毫升，总和为433毫升，原来两个针筒和瓶总容积为420毫升，前后相差为13毫升，因为现在瓶还有稍微在此地方瘪的，估计体积为8毫升左右，这样前后体积差就只有5毫升了。
2.案例反思及对策
（1）在教学中应该让学生的错误思维充分暴露出来！
在下面的小片段中：
师：对，1体积的水溶解1体积的二氧化碳是在1标准大气压下0摄氏度时的情况，而今天的气温大约为20摄氏度，所以20毫升的水大约溶解了16毫升的二氧化碳气体。下面我们再来分析乙瓶的现象。乙瓶变得很瘪说明里面的气体的体积变小了很多，这么多的气体到哪里去了呢？
生4：溶解在氢氧化钠溶液中的水里了！
教师处理的不够到位！不能直接让这个学生坐下去，应该追问学生：为什么你觉得二氧化碳溶解在氢氧化钠溶液中的水里了？使学生错误或不完善的思维暴露出来，从知识建构的角度有利于此学生以及其他学生理解二氧化碳与氢氧化钠能反应！
（2）在教学中没有充分利用生成性资源。
在最后分析盐酸与碳酸钠反应产生二氧化碳从而使瓶身变回正常形态时处理不好。①应该先让学生来分析前后体积变化，教师不要替代学生来分析，即使学生分析不出来，教师应该引导学生去分析。②既然瓶身还有那么一点瘪，为何不让学生思考如何把瓶身完全恢复到正常形态呢？如果学生思考不出，教师可以通过引导学生利用针筒的活塞让瓶身恢复正常形态。如果瓶身温度与原来感觉不一样可以通过在空气中冷却后再比较。
总之，利用生活中常见的器材对课本实验进行改进，对科学教师来说是很有必要的，这样会拉近学生对科学的积极态度以及提高教师对教材的理解和教师自身的业务素养。
参考文献：
2013年9月，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）了第五次气候变化评估报告第一工作组报告，报告用来自大气、海洋、冰川的多种指标从多方面证实了全球气候变暖的事实，这些事实是在全面分析多种观测数据的基础上所得出的确凿结论，也已得到国际社会和科学界的广泛认同。IPCC第五次评估报告第一工作组报告各章引用文献总计超过1万篇，其中被引用的“最古老”的于1896年。这篇论文的题目是“论空气中碳酸对地面温度的影响”，作者是瑞典科学家阿伦尼乌斯。当时的科学界把大气中的二氧化碳称为碳酸。这篇论文之所以重要，是因为这是人类历史上首次量化计算大气中二氧化碳浓度对温度变化的影响。这一开创性的工作进行得非常辛苦，花费了阿伦尼乌斯大约1年时间。
大气中二氧化碳浓度增加能带来多大幅度升温
事实上，阿伦尼乌斯这篇论文的初始目的并不是为了解决大气中二氧化碳浓度增加引起的全球变暖问题。这是因为，以当时人类向大气中排放二氧化碳的速度来计算，大气中二氧化碳浓度增加50%需要3000年时间：阿伦尼乌斯估计当时每年由于人类活动排放到大气中的二氧化碳只占大气中二氧化碳总量的千分之一，并且人为排放的二氧化碳中又有六分之五被海洋吸收，只有六分之一滞留在大气中。阿伦尼乌斯进一步计算得出，这3000年内大气中二氧化碳浓度增加50%将引起3℃多的增温，相当于人类活动造成的增温为每年0.001℃。因此，阿伦尼乌斯认为，尽管他的计算还存在不足之处，如由于对一些碳循环的过程缺乏定量了解导致尚不能精确给出地面温度升高的速度，但大气中二氧化碳含量的增加是事实，这有可能影响到许多代以后的子孙后代的环境。
阿伦尼乌斯没有料到的是，后来大气中二氧化碳浓度增加的速度远比他预测的快得多。1896年前后大气中的二氧化碳浓度还不到300ppm（大约295ppm左右），一个世纪之前的1800年前后，大气中的二氧化碳浓度约为280ppm，相当于100年内增加了5%左右；而一个世纪之后的2012年，全球大气中二氧化碳的平均浓度达到了393ppm，100多年的时间内增加了30%以上。如果与工业化前的1750年相比，则在不足300年的时间内大气中二氧化碳的平均浓度增加了40%以上，这比阿伦尼乌斯所计算的3000年增加50%的速度快了近10倍。
那么，阿伦尼乌斯发表这篇论文的最初目的是什么？我们知道大气中的二氧化碳是一种温室气体，这种温室气体具有“温室效应”，也就是说它像玻璃温室一样，可以让太阳辐射穿透并加热温室内部，却对温室内辐射的长波具有阻挡作用，从而使温室内部保持较高的温度。虽然阿伦尼乌斯并不是第一个提出温室效应概念的科学家，但他的这篇论文在人类历史上第一次量化计算出了二氧化碳浓度变化后所引起的全球温度变化幅度。促使他从事这项研究的目的是为了解释历史上冰期和间冰期循环的机制问题。现在我们知道，地球历史上存在10万年左右的冰期和间冰期循环，这主要是由于地球轨道参数的变化引起的，因为地球轨道参数的变化决定了地球接收太阳辐射的多少，太阳辐射变化会通过各种机制引发周期为10万年左右的冰期和间冰期循环。
但阿伦尼乌斯认为，地球轨道参数的变化不是引起冰期和间冰期循环的原因，大气中二氧化碳浓度的变化才是冰期和间冰期变化的主要原因。当时有一种科学观点认为，冰期和间冰期之间的温度差要求大气中的二氧化碳浓度至少存在50%以上的变化，但这需要相关的资料和模型来计算验证。阿伦尼乌斯计算后最终得出的结论是：如果大气二氧化碳浓度下降三分之一，则全球温度将下降3℃以上；如果大气中二氧化碳浓度增加50%，则全球温度将升高3℃以上；如果大气中二氧化碳浓度增加100%，则全球温度将升高5℃以上。他的计算还表明，如果大气中二氧化碳浓度增加，则地球上陆地与海洋之间、赤道和温带之间、夏季和冬季之间、白天和夜晚的温差都会减小。
阿伦尼乌斯的计算结果表明，大气中的二氧化碳若以几何级数增加，则全球温度将以算术级数增加，即大气中二氧化碳浓度增加50%引起3℃的平均升温等同于大气中二氧化碳浓度减少33%引起3℃的平均降温。据此外推，可得到大气中二氧化碳浓度增加一倍将引起5℃以上的平均升温，增加两倍后将引起8℃以上的平均升温。
当然，由于受观测资料和模型的限制，阿伦尼乌斯在计算中对水汽的反馈和二氧化碳的辐射效应都存在不同程度的高估。但不管如何，他根据不完全的数据所得出的计算结果表现出了惊人的真实性。直到20世纪60年代之后，计算机技术的发展使得人们开发复杂的气候模式进行海量计算变为可能，科学家才根据气候模式计算了大气二氧化碳增加所引起的全球增温幅度，现在一般称大气二氧化碳浓度加倍所引起的全球增温幅度为“平衡气候敏感性”，也就是大气二氧化碳浓度增加1倍达到平衡状态后会引起的全球平均升温幅度。1967年，美国大气海洋管理局（NOAA）的科学家真锅首次使用自己所开发的全球大气辐射对流模型得出大气二氧化碳浓度增加1倍后会引起全球升温2.3℃；20世纪70年代，真锅又开发出了三维全球大气环流模式（GCM）对气候敏感性进行计算，这种三维气候模式考虑了水文要素变化的作用，如雪盖和海冰对气候变化的反馈作用。该三维模式的计算结果表明，在考虑了雪盖和海冰对气候变化的反馈作用后所计算的气候敏感性为3℃左右，稍大于根据辐射对流模型所得出的计算结果。
1979年，美国科学院委托麻省理工学院著名的气象学家查尼建立了一个特别工作组对二氧化碳与气候变化的关系进行评估，后来发表的评估报告（又被称为查尼报告）认为：大气二氧化碳浓度增加1倍会引起3℃的升温（不确定性范围为上下各1.5℃，即升温范围在1.5℃～4.5℃）。在此之后的30多年来，全球各地的科学家利用各种模型对气候敏感性进行了大量的计算。IPCC从1990年的第一次评估报告起也每次都评估气候敏感性的大小，但所有研究得出的结论基本上相差不大：1990年的IPCC第一次评估报告的评估结论是全球升温3℃（不确定性范围为上下各1.5℃，即升温范围在1.5℃～4.5℃），2013年的IPCC第五次评估报告给出的评估结论仍是全球升温3℃（不确定性范围为上下各1.5℃，升温范围在1.5℃～4.5℃）。
气候变暖的观测事实：全球变暖毋庸置疑
那么，观测到的气候变暖事实是怎样的呢？世界气象组织（WMO）于2014年2月5日指出，就全球陆地和海洋表面平均温度而言，2013年全球陆地与海洋平均温度比1961～1990年的平均值高0.5℃，比2001～2010年的平均值高0.03℃。2013年与2007年并列为1850年有现代气象记录以来的第六暖年。全球有气象记录以来最暖的14个年份中，有13个都出现在21世纪（1998年除外），其中2010年和2005年并列为全球气温最高的年份，比1961～1990年的平均值高0.55℃。
在全球气候变暖的同时，世界也经历了前所未有的极端气候事件，这些极端气候事件产生了深远的影响。它们都给人类社会带来了巨大的人员伤亡和财产损失。
IPCC第五次评估报告第一工作组报告也以来自大气、海洋、冰川的多种指标从多方面证实了全球气候变暖的事实。报告指出，1880～2012年全球地表平均温度升高了0.85℃，其中2003～2012年这10年的平均气温比1850～1900年的平均气温上升了0.78℃。总之，100多年来全球地表平均温度升高了0.8℃是确凿的事实，并且呈现出陆地比海洋增温快、高纬度地区增温比中低纬度地区大、冬半年增温比夏半年明显的趋势。在21世纪的前10年里，北极海冰、格陵兰岛及南极冰盖和各大冰川也不断消融，大面积的冰川融化及海水热膨胀使全球海平面的平均值以每年3毫米左右的速度不断上升，这一速度大约是20世纪海平面上升速度的两倍。
我国的气候变化趋势与全球较为一致。根据中国气象局的《2013年中国气候公报》，2013年我国平均气温较常年偏高0.6℃，较2012年偏高0.8℃，为1961年以来的第四暖年。
气候变暖的原因：人类活动是主要影响因素
现在我们反过来看另一个问题：观测到的气候变暖是由什么原因引起的？我们已经知道大气中二氧化碳浓度的升高会引起全球温度的升高，但影响全球温度变化的因子并不只有二氧化碳浓度这一项。人类在向大气排放二氧化碳等温室气体的同时，还向大气中排放了大量具有降温作用的气溶胶。气溶胶一方面将太阳辐射直接反射回去，另一方面作为云的凝结核导致云的反射率增加，这都能起到降低地表气温的作用。例如，科学家很早就注意到火山喷发产生的火山云气溶胶具有降温作用，多种记录也显示了大规模火山喷发与紧接着的第二年夏天的低温和中纬度地区农作物减产之间存在经验关系。1991年夏天菲律宾的皮纳图博火山喷发造成接下来的两三年内全球地表气温出现较为明显的下降，直到1995年全球地表平均气温才恢复上升。此外，还有很多自然因素也会影响全球温度的变化，如太阳活动的变化、气候系统内部变率的变化等。
IPCC第五次评估报告评估了1951年以来各种因素对气候变化的作用，评估结论认为：1951～2010年因大气中二氧化碳等温室气体所产生的增温作用可能为0.5℃～1.3℃；包括气溶胶降温效应在内的其他人为作用的贡献可能为-0.6℃～0.1℃；气候变化自然因素的贡献很小，大约为-0.1℃～0.1℃；因此，综合来看，所评估的这些自然和人为因子的贡献与这一时期所观测到的约0.6℃～0.7℃的全球变暖幅度是非常一致的。我们也可以这样理解：1951～2010年温室气体产生的温室效应造成的地球升温幅度在0.9℃左右，气溶胶及其他人为作用造成的降温幅度在-0.25℃左右，其他自然因素对这一时期气候变化的贡献基本上为0，所以最终计算下来，1951年以来人类活动对气候变化的影响程度是增温0.65℃左右。因此，IPCC在第五次评估报告中给出了一条重要的结论：人类活动极可能导致了20世纪50年代以来一半以上的全球气候变暖（这里的“极可能”指的是信度水平超过95%）。或者我们可以这样理解：“人类活动导致了20世纪50年代以来一半以上的全球气候变暖”这一结论的可靠性水平超过了95%。也就是说，如果我们认为“人类活动导致了20世纪50年代以来一半以上的全球气候变暖”，那么我们犯错误的可能性低于5%。
当然，这里所说的90%以上或95%以上都指的是信度水平，即人类活动导致全球气候变暖这一结论的可靠程度；不能将其理解为“全球气候变暖的90%以上或95%以上是人类活动造成的”。也就是说，在90%以上的信度水平下，如果我们相信“人类活动造成了全球气候变暖”这一结论，我们犯错误的可能性将不超过10%。这里有个小笑话可以帮我们理解90%以上的可能性和90%百分比的区别：一位病人在上手术台之前非常紧张，他对医生说：“我听说这种手术失败的可能性在90%以上。”医生说：“你不应该紧张，我应该恭喜你：我之前做的9个手术都失败了。”换而言之，如果90%是百分比，那么这位病人确实应该高兴，但这个90%是可能性，也就是说，第10次手术失败的可能性仍然是90%以上。
大气中二氧化碳浓度突破400 ppm之后
观测事实、科学分析和模式研究都表明，大气中二氧化碳等温室气体浓度持续增加主要是由于化石燃料燃烧、毁林及生物质燃烧、化肥施用、各种工业过程等人类活动造成的。自1750年工业革命以来，人类通过化石燃料燃烧等方式向大气中排放的二氧化碳累积量约为2万亿吨，其中大气累积了8794亿吨，海洋吸收了5679亿吨，自然陆地生态系统累积了5862亿吨。也就是说，其中约有45%被海洋和陆地生物圈吸收，约有55%留存在大气中，导致大气中二氧化碳浓度逐年上升。2013年5月9日，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）称夏威夷莫纳罗亚山观测站所观测到的二氧化碳日均浓度数据为400.03ppm。同年5月14日，世界气象组织也消息称该组织全球大气监测网多个监测站的监测数据显示大气中二氧化碳日均浓度已超过400ppm。我国青海省瓦里关全球大气本底站也测得了超过400ppm的二氧化碳浓度数据。
全球各地所测得的大气二氧化碳浓度超过400ppm再一次向人们敲响了气候变化的警钟。当然，上述观测到的400ppm这一数值并不是年平均值，2012年的全球平均大气二氧化碳浓度值为393.1ppm，比工业化革命前（1750年）增加了41%，比2011年增加了2.2ppm，高于2010～2011年的平均增量（约2ppm/年）和20世纪90年代的平均增量（约1.5ppm/年）。IPCC第五次评估报告第一工作组报告也指出，当前主要温室气体的浓度是过去80万年以来最高的，温室气体浓度增加的速度也是过去2.2万年以来最快的。根据当前大气中二氧化碳浓度的增加速度计算，2015年或2016年全球平均的大气二氧化碳浓度就会超过400ppm。
未来全球平均温度还将继续上升。IPCC第五次评估报告第一工作组报告指出：与1986～2005年相比，2016～2035年全球平均表面温度可能升高0.3℃～0.7℃；2081～2100年可能升高0.3℃～4.8℃。
应对气候变化，时不我待。
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