微项目 研究车用燃料及安全气囊——利用化学反应解决实际问题 学习 目标 | 1.了解汽车燃料，尝试选择、优化车用燃料，建立化学反应中物质变化与能量变化的关联，初步形成利用化学反应中的物质变化和能量变化指导生产实践的基本思路。 2．通过设计安全气囊，初步形成从化学反应中的物质变化和能量变化及反应速率的视角科学解决问题的思路。 |
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1．选择车用燃料
(1)汽油的主要成分之一为庚烷(C7H16)，该物质充分燃烧的化学方程式为C7H16＋11O27CO2＋8H2O，其燃烧过程能量变化如图，该过程发生能量变化的本质原因是破坏旧化学键吸收的能量小于形成新化学键释放的能量。
(2)某同学根据所查阅的资料，绘制了三种可燃物在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图。根据示意图，你认为更适合用作车用燃料的物质是可燃物A，请说明你选择的理由：达到燃点所需的能量最少，燃烧过程释放的能量最多。
(3)汽车尾气中含有150～200种化合物，其中对环境不利的成分主要为碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢，以及微量的醛、酚、过氧化物等；对人体健康造成危害的主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等。目前解决汽车尾气污染问题所采取的主要措施是使用三元催化器净化尾气，把一氧化碳、碳氢化合物转化为CO2、H2O，把氮氧化物转化为N2。
(4)从化学反应中能量变化的角度分析，选择车用燃料时主要应考虑哪些因素？除此之外，
还需要考虑哪些问题？
答案：既要考虑燃料发生的化学反应所能释放能量的多少，也要考虑达到燃料燃点时需要吸收能量的多少，还要考虑燃料的来源、价格以及生成物对环境的影响等因素，做到既经济实惠又趋利避害。
2．设计安全气囊
(1)汽车安全气囊系统中使用的作为气体发生剂的物质一般具有生成物清洁、低腐蚀、有毒组分含量低、产气量大、产气快等特点。
(2)目前使用的气体发生剂主要由叠氮化钠、三氧化二铁、硝酸铵等物质按一定比例混合而成。叠氮化钠受到撞击后放出的热量被硝酸铵吸收，发生分解反应，生成一氧化二氮气体和水蒸气。同时，金属钠与铁的氧化物反应，生成铁和较为安全的氧化钠。
(3)在选择安全气囊的气体发生剂时，不仅要考虑所选物质的性质，还要关注所发生反应中的物质变化、能量变化和反应的化学反应速率，科学、合理地利用化学反应。
1．(2019·宁夏长庆高级中学高一月考)党的十九大报告指出：“坚持人与自然和谐共生，坚定走生态良好的文明发展道路，建设美丽中国，为人民创造良好的生活环境”。下列行为与该主题不相吻合的是( )
A．发展农村沼气，将废弃的农作物秸秆转化为清洁高效的能源
B．实施矿物燃料的脱硫脱硝技术，可以减少氮氧化物的排放
C．开着大排量的家用汽车直播声讨雾霾天气
D．在推广乙醇汽油的同时，研究开发太阳能电池和氢燃料电池汽车
解析：选C。A项，将废弃的农作物秸秆制沼气供家庭取暖和做饭时使用，不但充分利用农村资源，而且沼气是清洁能源，燃烧产生的污染物少；B项，含硫、氮的矿物燃料直接燃烧，会产生二氧化硫和氮氧化物，造成酸雨和光化学烟雾等环境问题，脱硫脱硝后，可以减少二氧化硫和氮氧化物的排放；C项，大排量汽车耗油高，会生成大量的空气污染物，造成环境污染；D项，太阳能电池和氢燃料电池是对环境友好的电池，不产生污染。
2．汽车安全气囊系统中使用的作为气体发生剂的物质一般不具有的特点是( )
A．生成物清洁 B．低腐蚀
C．释放能量 D．产气快
解析：选C。汽车安全气囊系统中使用的作为气体发生剂的物质一般具有生成物清洁、低腐蚀、有毒组分含量低、产气量大、产气快等特点。
3．(2019·石屏二中高一月考)汽车尾气是城市主要污染之一，治理的一种办法是在汽车排气管上安装催化转化器，它使一氧化氮与一氧化碳反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及二氧化硫的转化，下列说法错误的是( )
A．一氧化氮与一氧化碳反应的化学方程式为2CO＋2NO2CO2＋N2
B．此方法的缺点是使二氧化碳的量增多，会大大提高空气的酸度
C．为减少城市污染应开发新能源
D．汽车尾气中有两种气体与血红蛋白结合而使人中毒
解析：选B。A项，由题给信息可知，NO和CO反应生成无毒的氮气和二氧化碳，化学方程式为2CO＋2NO2CO2＋N2；B项，二氧化碳增多不会提高空气的酸度；C项，NO、CO均为空气污染物，新能源燃烧不生成有毒物质，则为减少城市污染应开发新能源；D项，汽车尾气中的NO、CO均极易与血红蛋白结合而使人中毒。
4．(2019·晋江季延中学高一期中)给汽车安装尾气净化装置，汽车尾气通过净化装置(内有钯等过渡金属元素做催化剂)后，其中的有害气体CO、NO转化为无害气体N2、CO2，则下列说法正确的是( )
A．NO为还原剂
B．CO为还原剂
C．N2为还原剂
D．CO2为氧化剂
解析：选B。反应的化学方程式为2CO＋2NON2＋2CO2，NO中N元素的化合价降低，被还原，NO为氧化剂，N2为还原产物，CO中C元素的化合价升高，被氧化，CO为还原剂，CO2为氧化产物。
5．(2019·三明高一质检)“三效催化转化器”可将汽车尾气中的有毒气体(CO、NO)转化为无污染的气体，下图为该反应的微观示意图(未配平)，其中不同符号的球代表不同种原子。下列说法不正确的是( )
A．该反应属于氧化还原反应
B．配平后甲、乙、丙的化学计量数均为2
C．甲和丙中同种元素化合价不可能相同
D．丁物质一定是非金属单质
解析：选C。由题意和题图可知，甲为NO，乙为CO，丙为CO2，丁为N2。A项，该反应中氮元素的化合价由＋2价降低到0价，碳元素的化合价由＋2价升高到＋4价，元素化合价发生了变化，所以该反应为氧化还原反应；B项，配平后反应为2NO＋2CO2CO2＋N2，NO、CO、CO2的化学计量数均为2；C项，一氧化氮和二氧化碳中氧元素的化合价都为－2价；D项，丁物质为氮气，只含有N元素，属于非金属单质。
6．(2019·郑州高一期末)经过多方努力，某市的空气质量有明显改善。造成雾霾的重要原
因之一是汽车尾气的排放，汽车加装尾气处理装置可以减少有害尾气的排放。在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A．NO2是该过程的中间产物
B．汽车尾气的主要污染成分为CO和NO
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
解析：选C。A项，由题图可知，2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4CO4CO2＋N2，汽车尾气处理装置图NO2是该过程的中间产物；B项，汽油不完全燃烧可生成CO，空气中的氮气在汽缸中放电条件下可生成NO，汽车尾气的主要污染成分是CO、NO等；C项，NO和O2在常温下就能反应生成NO2；D项，该反应的反应物是NO、O2、CO，生成物是CO2、N2，反应条件是催化剂，所以该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。
7．(2019·会宁第一中学高一期中)“E85”是含乙醇85%的乙醇汽油。科学家最近的研究表明，大量使用“E85”可能导致大气中O3含量上升，将会对人体造成更直接的伤害。寻新能源替代化石燃料成为化学工作者研究的新课题。下列各项描述中正确的是( )
A．等质量的“E85”和汽油充分燃烧后放出的能量相等
B．O3与O2互为同素异形体
C．“E85”是由两种物质组成的混合物
D．推广使用乙醇汽油是为了减少温室气体排放
解析：选B。A项，等质量的“E85”和汽油充分燃烧，放出的热量不同；B项，O2与O3都是由氧元素形成的结构不同的单质，互为同素异形体；C项，“E85”是含乙醇85%的乙醇汽油，汽油是多种烃的混合物，不止由两种物质组成；D项，乙醇汽油含有碳元素，燃烧也生成二氧化碳，而二氧化碳是温室气体。
8．(2019·广东高一期中)下表为某汽车在不同速率时所产生的空气污染物质量：(按汽车平均行驶1公里计算)
污染物/ (g·km－1) | 速率/(km·h－1) |
50 | 80 | 120 |
一氧化碳 | 8.7 | 5.4 | 9.6 |
氮的氧化物 | 0.6 | 1.5 | 3.8 |
碳氢化合物 | 0.7 | 0.6 | 0.8 |
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根据上表，下列说法不正确的是( )
A．汽车行驶时，污染物中氮的氧化物含量最高
B．汽车速率为120 km·h－1时，污染最严重
C．从环保角度考虑，最合适的汽车速率为80 km·h－1
D．汽车速率增大时，产生的氮的氧化物也随之增多
解析：选A。A项，汽车行驶时，在不同的速率下CO的质量都最大；B项，汽车速率为120 km·h－1时，产生的各种污染物的质量之和最大，污染最严重；C项，从环保角度考虑，最合适的汽车速率为80 km·h－1，此时各种污染物的质量之和最小；D项，汽车速率增大时，产生的氮的氧化物也随之增多。
9．近几年来关于氮污染的治理备受关注。
(1)小轿车安全气囊受撞击时产生的下列物质中，属于离子化合物的是________。
A．氮气 B．氧化钠
C．水 D．一氧化二氮
(2)三元催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，能同时实现汽车尾气中的CO、CxHy、NOx三种成分的净化，该催化剂表面物质转化的关系如图所示。
在图示的转化中，催化剂是________，被还原的元素是________，被氧化的元素是________。
(3)利用ClO2氧化氮氧化物的反应过程如下：NONO2N2。反应 Ⅰ 的化学方程式是2NO＋ClO2＋H2O===NO2＋HNO3＋HCl，反应 Ⅱ 的离子方程式是______________________________。
(4)SCR技术可使NOx与NH3直接反应，实现无害转化。当NO与NO2的物质的量之比为2∶1时，写出发生反应的化学方程式：__________________________________。
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