1、微項目研究車用燃料及安全氣囊 利用化學反應解決實際問題第2章內容索引0102基礎落實必備知識全過關重難探究能力素養全提升03學以致用隨堂檢測全達標素養目標1.了解汽車燃料,嘗試選擇、優化車用燃料,建立化學反應中物質變化與能量變化的關聯,利用化學反應分析、解決實際問題,形成科學態度與社會責任的化學核心素養。2.通過設計安全氣囊,初步形成從化學反應中的物質變化和能量變化及反應速率的視角科學解決實際問題。3.勇于進行科學探究,逐步形成科學探究與創新意識?；A落實必備知識全過關知識鋪墊1.發動機的能量是提供的,燃料燃燒是放熱過程。甲烷、汽油、乙醇等可燃物燃燒放熱,可以作為汽車燃料。2.化學反應中既有又

2、有。一個確定的化學反應在發生過程中是吸收能量還是放出能量,決定于與的相對大小。燃料物質變化能量變化反應物的總能量生成物的總能量必備知識1.1885年,德國工程師卡爾本茨制造了人類歷史上第一輛真正以汽油為燃料的汽車。2.寫出庚烷(C7H16)燃燒的化學方程式: 。3.庚烷燃燒反應的能量變化與物質內部能量的關系C7H16+11O2 7CO2+8H2O 4.為汽車選用安全氣囊的氣體發生劑時,要考慮所選物質的性質,還要關注所發生反應中的、和反應的。5.NaN3常溫下較穩定,受撞擊時可迅速分解,產生 和,同時釋放大量的熱?！疚⑺伎肌科囯娖客ǔ殂U蓄電池,放電時其能量轉化形式是怎樣的?寫出電池總反應的化

3、學方程式。每消耗1 mol硫酸轉移電子的物質的量是多少?物質變化能量變化化學反應速率氮氣金屬鈉提示 鉛蓄電池是將化學能轉化為電能,電池總反應為Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。每消耗1 mol 硫酸轉移1 mol電子。重難探究能力素養全提升探究一選擇車用燃料問題探究1.如何根據燃料的能量變化選擇車用燃料?2.汽車尾氣中有哪些有害成分?如何除去其中的氮氧化物?提示 達到燃料燃點需要的能量越低、反應物能量高于生成物能量越多的燃料越合適。提示 汽車尾氣中的主要有害成分為碳氫化合物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫,以及微量的醛、酚、過氧化物等。使用催化轉化器可將氮氧

4、化物轉化為氮氣和氧氣。深化拓展1.車用燃料燃料通常指能夠將自身存儲的化學能通過化學反應(燃燒)轉變為熱能的物質。目前汽車所使用的燃料主要是汽油和柴油。而隨著汽車保有量的逐年增加,汽車排放造成的環境污染問題以及石油資源逐漸匱乏的問題已不容忽視,因此各種代用燃料也得到了越來越廣泛的應用。目前國內開發使用的發動機代用燃料包括天然氣、液化石油氣、甲醇、乙醇、生物質燃料、氫氣以及二甲基醚等。2.三元催化器三元催化器可將汽車尾氣排出的CO、碳氫化合物和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣。當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時,三元催化器中的凈化劑將增強CO、碳氫化合物和NOx三種氣體

5、的活性,促使其進行一定的氧化還原反應,其中CO在高溫下被氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體,碳氫化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳,NOx轉化為氮氣和氧氣。三種有害氣體都變成無害氣體,汽車尾氣得以凈化。應用體驗【例1】下表為某汽車在不同速率時所產生的空氣污染物質量(按汽車平均行駛1千米計算)。根據上表,下列說法不正確的是()A.汽車行駛時,污染物中CO含量最高B.汽車速率為120 kmh-1時,污染最嚴重C.從環保角度考慮,最合適的汽車速率為50 kmh-1D.汽車速率增大時,產生的氮氧化物也隨之增多速率/(kmh-1)5080120一氧化碳8.75.49.6氮氧化物0.61.53.8碳氫化合物0

6、.70.60.8答案 C解析 根據表中信息可知汽車行駛時,污染物中CO含量最高,A項正確;汽車行駛速率為120 kmh-1時,三種污染物排放量都最多,污染最嚴重,B項正確;從環保角度考慮,最合適的汽車速率為80 kmh-1,C項錯誤;汽車行駛速率越大,產生的氮氧化物越多,D項正確。變式訓練1汽車尾氣(含有烴類、CO、NOx、SO2等)是城市空氣的主要污染源,治理方法之一是在汽車排氣管安裝“催化轉化裝置器”。它能使CO和NOx反應生成可參與大氣生態環境循環的無毒氣體,并使烴類充分燃燒,使SO2轉化。下列說法正確的是()A.CO和NOx反應的化學方程式為2xCO+2NOx 2xCO2+N2B.上述

7、方法的缺點是導致空氣中CO2的含量增大,從而大大提高空氣的酸度C.植樹造林,增大綠化面積,可有效控制城市的各種污染源D.汽車改用天然氣或氫氣作為燃料,不會減少對空氣的污染答案 A解析 空氣中CO2的含量增大,不會大大提高空氣的酸度;植樹造林,增大綠化面積,并不能有效控制城市的各種污染源;汽車改用天然氣或氫氣作為燃料,會減少對空氣的污染。探究二設計安全氣囊問題探究汽車安全氣囊中通常加入什么物質?氣囊中產生的是什么氣體?提示 安全氣囊中通常裝入的是疊氮化鈉(NaN3),受到劇烈撞擊時迅速分解生成大量氮氣,所以氣囊中產生的是氮氣。深化拓展1.安全氣囊爆炸的化學反應原理疊氮化鈉、硝酸銨經過猛烈撞擊后,

8、這些物質發生分解反應,產生大量的氣體充滿氣囊,保護乘車人員的頭部安全。2NaN3 2Na+3N22NH4NO3 2N2+O2+4H2O2.氣體發生劑的主要組成目前使用的氣體發生劑主要由疊氮化鈉、三氧化二鐵、硝酸銨等物質按一定比例混合而成。應用體驗【例2】某汽車安全氣囊的產氣藥劑主要含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物質。當汽車發生碰撞時,產氣藥劑產生大量氣體使氣囊迅速膨脹,從而起到保護作用。(1)NaN3是氣體發生劑,受熱分解產生N2和Na,N2的電子式為。(2)Fe2O3是主氧化劑,與Na反應生成的還原產物為(已知該反應為置換反應)。(3)KClO4是助氧化劑,反應過程中與

9、Na作用生成KCl和Na2O,KClO4含有化學鍵的類型為,K原子的結構示意圖為。(4)NaHCO3是冷卻劑,吸收產氣過程中釋放的熱量而發生分解,其化學方程式為。(5)100 g上述產氣藥劑產生的氣體通過堿石灰后得到N2 33.6 L(標準狀況)。用堿石灰除去的物質為;該產氣藥劑中NaN3的質量分數為。答案 (1) (2)Fe(3)離子鍵和共價鍵 (4)2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O(5)CO2、H2O65%解析 (1)氮原子最外層有5個電子,兩個氮原子共用三對電子形成氮氣,則N2的電子式為 。(2)因為該反應為置換反應,所以Fe2O3作為氧化劑,與Na反應得到電子生成Fe單質。

10、(3)KClO4屬于含氧酸鹽,所以KClO4含有的化學鍵類型為離子鍵和共價鍵,K是19號元素,其原子結構示意圖為 。(4)NaHCO3熱穩定性較差,受熱時發生分解反應,該反應的化學方程式為2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O。(5)堿石灰的主要成分是NaOH和CaO,所以用堿石灰除去的是二氧化碳和水。標準狀況下33.6 L氮氣的物質的量為1.5 mol,則根據N原子守恒可知該產氣藥劑中NaN3的質量分數為 100%=65%。變式訓練2(2022全國高一同步練習)汽車劇烈碰撞時,安全氣囊中發生反應10NaN3+2KNO3 K2O+5Na2O+16N2。若有2 mol N2生成,則下列判斷正

11、確的是()A.N2的體積為44.8 LB.有0.125 mol KNO3被還原C.N2既是氧化產物又是還原產物D.轉移電子的物質的量為10 mol答案 C解析 題干中沒有說明是否為標準狀況下,氮氣體積不一定為44.8 L,故A錯誤;該反應中N元素化合價由- 價、+5價變為0價,所以N2既是氧化產物也是還原產物,假設有16 mol N2生成,氧化產物是15 mol 、還原產物是1 mol,若有2 mol N2生成,則被還原的KNO3的物質的量= =0.25 mol,故B錯誤,C正確;生成2 mol N2轉移電子的物質的量=5n(KNO3)=50.25 mol=1.25 mol,故D錯誤。學以致用

12、隨堂檢測全達標 1.下圖為某城市某日空氣質量報告,下列敘述與報告內容不相符的是()A.該日空氣首要污染物是PM10B.該日空氣質量等級屬于中度污染C.污染物NO2、CO可能主要來源于機動車尾氣D.PM2.5、PM10指的是懸浮顆粒物,會影響人體健康答案 B解析 首要污染物是指污染最重的污染物,根據空氣質量報告可知,PM10數值最大,所以該日空氣首要污染物是PM10,故A正確;首要污染物的污染指數為空氣污染指數,該日空氣污染指數為79,空氣質量等級屬于良,故B錯誤;機動車尾氣中含有NO2、CO,故C正確;PM2.5、PM10都是指懸浮顆粒物,都會影響人體健康,故D正確。2.下列說法不正確的是()

13、A.“靜電除塵”“燃煤固硫”“汽車尾氣催化凈化”都能提高空氣質量B.化石燃料儲量豐富,沒必要開發新能源C.開發高效氫能、太陽能等新型電動汽車,以解決城市機動車尾氣污染問題D.推廣使用燃料電池汽車,可減少顆粒物、CO等有害物質的排放答案 B解析 “靜電除塵”“燃煤固硫”“汽車尾氣催化凈化”能夠減少空氣污染物的排放,有利于提高空氣質量,A正確;化石燃料是不可再生能源,儲量越來越少,且使用化石燃料污染較大,因此要開發新能源,一方面能使人類社會持續發展,另一方面也能減少環境污染,B錯誤;開發高效氫能、太陽能等新型電動汽車,既滿足了人類對能源的需要,同時又不會產生大氣污染物,故可解決城市機動車尾氣污染問

14、題,C正確;研制開發燃料電池汽車,就可以減少機動車化石燃料的燃燒,進而可以減少汽車尾氣的排放,因此可以減少固體顆粒物的排放,所以在某種程度上可以減少空氣中PM2.5的含量,D正確。3.汽車的發明與使用是人類智慧的杰出體現,它為人們的生活和生產帶來了極大的方便,但同時由此引發的環境污染問題也越來越引起人們的關注,人們開始研究新的清潔燃料。(1)新型環保出租車采用LPG+汽油的雙燃料系統,其尾氣中的有毒氣體成分較普通車型下降80%左右,可緩解汽車尾氣排放給城市環境造成的污染問題。下列物質中不屬于有害物質的是(填字母,下同)。A.CO2和H2B.NO2和NOC.CO和SO2D.碳粒和含鉛化合物(2)

15、為了減少大氣污染,許多城市推廣使用汽車清潔燃料。目前使用的清潔燃料主要有兩類,一類是壓縮天然氣,另一類是液化石油氣。這兩類燃料的主要成分都是。A.碳水化合物B.碳氫化合物 C.氫氣D.醇類(3)我國推廣使用乙醇汽油,它是在汽油中加入適量乙醇形成的混合燃料。下列敘述中正確的是。A.使用乙醇汽油能減少有害氣體的排放,是一種改善環境的清潔能源B.燃料中的乙醇可以通過糧食發酵或化工合成等方法制得C.乙醇汽油是一種新型化合物D.燃燒乙醇汽油可以減少對大氣的污染是因為它不含硫元素和氮元素(4)氫能是一種既高效又干凈的新能源,發展前景良好,用氫作能源的燃料電池汽車備受青睞。我國擁有完全自主知識產權的氫燃料電

16、池轎車“超越三號”已達到世界先進水平,并加快向產業化的目標邁進。氫能具有的優點包括 。原料來源廣易燃燒、熱值高儲存方便制備工藝廉價易行A.B.C.D.答案 (1)A(2)B(3)AB(4)A解析 (1)汽車尾氣主要是NOx、CO、碳粒、含鉛化合物和SO2,CO2與H2不屬于有害氣體。(2)壓縮天然氣和液化石油氣兩類燃料的主要成分均為碳原子數較小的烴。(3)乙醇汽油是一種混合物,其含硫、氮量低,故污染少,乙醇可通過淀粉水解或乙烯與水合成制得。(4)氫能作為燃料的優點是:來源豐富(水),單位質量的氫燃燒時放熱量大,氫氣燃燒的唯一產物是水,不產生污染。其缺點是:現有的制取氫氣方法耗能大,制取的成本太

17、高,另外氫氣的熔、沸點太低,給儲存和運輸帶來困難。4.硝酸工業產生的尾氣(NO、NO2等)對環境造成污染,同時汽車尾氣(含烴類、CO、SO2與NO等)是城市空氣的污染源。(1)汽車以汽油作為發動機燃料,在不斷啟動打火的過程中產生了CO、NO等有毒氣體,若供氧不足,主要產生的污染物是;若供氧充足,主要產生的有毒氣體是。寫出CO與NO在催化劑作用下的反應方程式:。(2)“催化轉化器”的缺點是在一定程度上提高了空氣的酸度,其原因是。(3)談一談汽車尾氣污染物對環境造成的影響:。(4)你能否應用氮元素的單質和化合物之間的轉化關系,設計除去汽車尾氣中氮的氧化物(NO、NO2)的理論方案?(5)控制城市空氣污染的方法可以有(填字母)。A.開發氫能源B.使用電動車C.植樹造林D.戴上呼吸面具答案 (1)CONO、NO22CO+2NO 2CO2+N2(2)SO2轉化為SO3,SO3與水形成H2SO4的酸霧(3)汽車尾氣排放過多,可形成光化學煙霧而污染環境,引起人類呼吸嚴重障礙,導致心肺衰竭(4)6NO+4NH3 5N2+6H2O,6NO2+8NH3 7N2+12H2O。(5)AB解析 (1)當供氧不足時,烴(CxHy)不完全燃燒,產生有毒氣體CO,當供氧充足時,產生NO、NO2等有毒氣體。CO與NO在催化劑作用下反應的化學方程式為2CO+