空气质量、气候与肥料

化学· 10.2, 10.3· 25 分钟阅读

1. 空气的组成与常见空气污染物（核心内容）★★☆☆☆⏱ 5 min

洁净干燥的空气具有稳定的体积占比组成：78%氮气（ $N_{2}$ ）、21%氧气（ $O_{2}$ ）、约1%氩气（Ar）以及约0.04%二氧化碳（ $C O_{2}$ ）。空气污染物是指浓度达到有害水平的物质，几乎全部由人类的工业或生活活动产生。

📘 定义

空气污染物

释放到大气中的有害物质，会对人体健康、生态系统或气候造成负面影响

📐 例题

列出三种常见的空气污染物、它们的主要来源，以及各自的一项负面影响。

1
1. 污染物：一氧化碳（CO）。来源：含碳燃料的不完全燃烧（例如汽车发动机、故障燃气锅炉）。影响：与血液中的血红蛋白发生不可逆结合，降低氧气运输能力，可导致昏迷甚至死亡。
2
1. 污染物：二氧化硫（ $S O_{2}$ ）。来源：含硫杂质的化石燃料燃烧（例如发电站使用的煤炭）。影响：溶于雨水形成酸雨，腐蚀建筑、杀死水生生物、损伤植物叶片。
3
1. 污染物：氮氧化物（ $N O_{x}$ ）。来源：汽车发动机内的高温燃烧过程中，大气中的氮气和氧气发生反应生成。影响：刺激人体呼吸道，同时会加剧酸雨和光化学烟雾的形成。

Exam tip:

作答时请务必将污染物来源与具体的人类活动关联以获得全分，避免使用“工厂”这类模糊表述而不解释对应的相关过程。

2. 温室效应与气候变化（核心内容）★★☆☆☆⏱ 6 min

自然温室效应使地球维持在约15℃的适宜生存平均温度。太阳辐射穿过大气层后被地表吸收，地表将其重新发射为波长更长的热（红外）能。二氧化碳和甲烷等温室气体会吸收、反射并重新发射这部分热能，减少热能向太空的散失，从而对低层大气起到增温作用。

📘 定义

温室气体

能够吸收红外辐射、促成温室效应的大气气体。典型例子包括二氧化碳、甲烷、水蒸气和一氧化二氮。

📐 例题

解释大气二氧化碳浓度上升是如何导致气候变化的。

1
1. 包括化石燃料燃烧和毁林在内的人类活动向大气中排放了过量的 $C O_{2}$ ，使其浓度高于自然水平。
2
1. $C O_{2}$ 浓度升高意味着地表发射的更多红外辐射会被吸收，而非逃逸到太空中。
3
1. 这种增强的温室效应会使全球地表平均温度上升，带来的影响包括极地冰盖融化、海平面上升、极端天气事件更频繁、粮食生产受干扰。

3. 肥料（核心内容）★★☆☆☆⏱ 5 min

铵盐和硝酸盐可用作肥料。NPK肥料提供植物生长所需的三种元素：氮（N）、磷（P）、钾（K），植物依靠这些元素实现更好的生长（例如氮元素可用于合成蛋白质）。

📘 定义

NPK肥料

可为植物生长提供氮、磷、钾三种元素的肥料

Exam tip:

关于肥料部分，你仅需掌握铵盐和硝酸盐可用作肥料、NPK肥料提供氮磷钾这两个知识点，不需要背诵富营养化的分步机制。

4. 光合作用★★☆☆☆⏱ 5 min

光合作用是二氧化碳和水在叶绿素（植物体内的绿色色素）存在的条件下，利用光能反应生成葡萄糖和氧气的过程。由于光合作用会消耗空气中的二氧化碳，它是碳循环的重要组成部分。

📘 定义

光合作用

二氧化碳和水在叶绿素存在、利用光能的条件下反应生成葡萄糖和氧气的过程

\text{carbon dioxide} + \text{water} \rightarrow \text{glucose} + \text{oxygen}

📐 例题

写出光合作用的文字方程式，并指出所需的两项反应条件。

1
1. 文字方程式：二氧化碳 + 水 → 葡萄糖 + 氧气。
2
1. 反应条件：必须有叶绿素存在，同时需要光能作为能量来源。

Exam tip:

核心阶段考生需牢记文字方程式；拓展阶段考生还需掌握配平的符号方程式6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂。不要遗漏两个必要条件：叶绿素和光能。

5. 常见陷阱

错误做法:

声称空气中氧气含量约为70%

原因:

学习者混淆了洁净空气中氮气和氧气的占比

正确做法:

牢记洁净干燥空气中氮气占78%，氧气占21%，其余气体占比小于1%

错误做法:

声称一氧化碳会导致酸雨

原因:

将一氧化碳的影响与二氧化硫和氮氧化物的影响混淆

正确做法:

仅将酸雨与 $S O_{2}$ 和 $N O_{x}$ 关联；一氧化碳会降低血液的氧气运输能力

错误做法:

将温室效应描述为完全有害的过程

原因:

忘记自然温室效应是维持地球宜居性的必要条件

正确做法:

明确区分对生物有益的自然温室效应和由人类活动引发、驱动气候变化的增强温室效应

错误做法:

在0620考试答案中写出完整的富营养化分步机制

原因:

0620大纲不要求掌握富营养化过程的细节

正确做法:

仅说明硝酸盐和磷酸盐会导致水体脱氧，危害水生生物即可

错误做法:

写光合作用方程式时遗漏反应条件

原因:

光合作用仅在叶绿素存在、且有光能输入的条件下发生

正确做法:

写出所有反应条件；拓展内容要求将符号方程式配平为 $6 C O_{2} + 6 H_{2} O \to C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}$

6. 速查表

概念	核心关键知识点	拓展关键知识点
洁净空气组成	78% N₂, 21% O₂，剩余部分为稀有气体和CO₂	与核心内容相同
酸雨成因	二氧化硫（ $S O_{2}$ ）和氮氧化物（ $N O_{x}$ ）	与核心内容相同
温室效应	自然温室效应是生命必需的；增强温室效应驱动气候变化	CO₂和CH₄吸收、反射并重新发射热能，减少热能向太空的散失
催化转化器	减少汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物	$2 C O + 2 N O \to 2 C O_{2} + N_{2}$
光合作用	二氧化碳 + 水 → 葡萄糖 + 氧气（条件：叶绿素、光照）	$6 C O_{2} + 6 H_{2} O \to C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}$
肥料	使用铵盐和硝酸盐；NPK为植物生长提供N、P、K元素	与核心内容相同
肥料径流	硝酸盐/磷酸盐导致水体脱氧，危害水生生物（水主题内容）	与核心内容相同

7. 常见问题

洁净干燥空气的百分比组成是多少？

洁净干燥的空气中约78%为氮气，21%为氧气，氩气占比小于1%，二氧化碳约占0.04%。

自然温室效应和增强温室效应的区别是什么？

自然温室效应是地球维持约15℃宜居平均温度的必要条件。增强温室效应由人类活动导致，过量温室气体排放驱动，会引发全球快速变暖和气候变化。

为什么农业中要使用氮肥？

氮是植物合成蛋白质和生长所必需的元素。肥料补充土壤中的氮含量以提高作物产量。

下一步

你现在已经学完CIE IGCSE 化学 0620第10.2和10.3单元关于空气质量、气候、光合作用和肥料的核心与拓展内容。接下来请练习本主题的结构化考试题以巩固知识，尤其要重点掌握空气污染物的来源与影响、温室效应以及光合作用方程式。你还需要复习环境化学单元中的水子主题，之后再完成整个单元的复习以应对模拟考和正式考试。考前几天可以使用附带的速查表进行快速临考复习。