研究與實(shí)踐　了解汽車尾氣的治理 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

了解汽車尾氣的治理研究目的讓學(xué)生通過了解汽車尾氣的治理，關(guān)注化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的知識在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)知識分析身邊問題的能力，增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的意識和責(zé)任感?！静牧祥喿x】1.尾氣的成分及其危害(1)空氣燃油比、溫度等因素對燃燒及其尾氣排放的影響[以汽油的成分之一——辛烷(C8H18)為例]①空燃比與化學(xué)當(dāng)量比：影響汽油發(fā)動機(jī)排放的最主要因素是混合氣的空燃比，

理論上一公斤燃料完全燃燒時(shí)需要14.7公斤的空氣。這種空氣和燃料的比例稱為化學(xué)當(dāng)量比。空燃比與化學(xué)當(dāng)量比關(guān)系優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)空燃比小于化學(xué)當(dāng)量比供給濃混合氣，此時(shí)發(fā)動機(jī)的功率大燃燒不完全，生成的CO、HC(碳?xì)浠衔?多空燃比略大于化學(xué)當(dāng)量比燃燒效率高，燃油消耗量低生成的NOx多②發(fā)動機(jī)的溫度：發(fā)動機(jī)的工作溫度應(yīng)保持在80～90℃范圍內(nèi)，溫度過高、過低均會對汽油的燃燒過程產(chǎn)生不利影響。③燃料燃燒產(chǎn)物：還容易使燃燒中產(chǎn)生的氧化物與水蒸氣結(jié)合成酸類物質(zhì)，使氣缸腐蝕磨損增加，汽油霧化蒸發(fā)不良，進(jìn)而使燃燒形成的積炭和污染物的排放增加。(2)汽車尾氣中有害物質(zhì)的成因及危害汽車尾氣最主要的危害是形成光化學(xué)煙霧。汽車尾氣中一氧化碳的含量較高，可引起CO中毒。2.尾氣的治理(1)我國汽車尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)和治理現(xiàn)狀。①

我國汽車尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)2016年12月23日，環(huán)境保護(hù)部、國家質(zhì)檢總局發(fā)布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》，自2020年7月1日起實(shí)施。國六b將會在2023年7月1日實(shí)施。“國六”與“國五”排放物限值差異排放物國五(汽油車)國六a國六b一氧化碳CO1000(mg·km－1)700(mg·km－1)500(mg·km－1)碳?xì)浠衔颒C100(mg·km－1)100(mg·km－1)50(mg·km－1)非甲烷總烴NMHC68(mg·km－1)68(mg·km－1)35(mg·km－1)氮氧化物NOx60(mg·km－1)60(mg·km－1)35(mg·km－1)PM顆粒4.5(mg·km－1)4.5(mg·km－1)3(mg·km－1)②治理現(xiàn)狀(2)汽車尾氣三元催化轉(zhuǎn)化中涉及的化學(xué)原理三元催化轉(zhuǎn)化器由一個(gè)金屬外殼、一個(gè)網(wǎng)底架和一個(gè)催化層(含有鉑、銠等貴重金屬)組成，可除去HC、CO和NOx三種主要污染物質(zhì)的90%(所謂三元是指除去這三種化合物時(shí)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng))。(3)選擇性催化還原(SCR)技術(shù)在柴油車尾氣治理中的應(yīng)用選擇性催化還原技術(shù)(SCR)是針對柴油車尾氣排放中NOx的一項(xiàng)處理工藝，即在催化劑的作用下，噴入還原劑氨或尿素，把尾氣中的NOx還原成N2。SCR(選擇性催化還原)工作原理：CO(NH2)2＋H2O===2NH3↑＋CO2↑，4NO＋4NH3＋O2===4N2＋6H2O。該技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)尾氣處理，從而達(dá)到既節(jié)能又減排的目的?！窘Y(jié)果與討論】通過調(diào)查和分析，你得到什么啟示？提示通過調(diào)查和分析，了解到汽車尾氣的成分和危害，還有我國面臨的嚴(yán)峻形勢以及國家在治理方面所采取的措施，了解了化學(xué)在治理汽車尾氣新技術(shù)中所起到的巨大作用，體會到化學(xué)獨(dú)特的魅力。1.治理汽車尾氣中NO和CO污染的一種方法是將其轉(zhuǎn)化為無害的CO2和N2，反應(yīng)原理為2NO(g)＋2CO(g)

2CO2(g)＋N2(g)

ΔH<0。某研究小組在三個(gè)容積均為5L的恒容密閉容器中，分別充入0.4molNO和0.4molCO，在三種不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行上述反應(yīng)(體系各自保持溫度不變)，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖所示。(1)實(shí)驗(yàn)Ⅱ從開始至達(dá)到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率v(NO)＝_________________________。1.75×10－3mol·L－1·min－1(2)與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅲ分別僅改變一種反應(yīng)條件，所改變的條件和判斷的理由分別為實(shí)驗(yàn)Ⅰ：_______________________________________________________。升高溫度，達(dá)到平衡的時(shí)間比實(shí)驗(yàn)Ⅱ短，且起始壓強(qiáng)增大實(shí)驗(yàn)Ⅲ：__________________________________________________。加催化劑，達(dá)到平衡的時(shí)間比實(shí)驗(yàn)Ⅱ短，平衡沒有移動(3)三組實(shí)驗(yàn)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率αⅠ(CO)、αⅡ(CO)和αⅢ(CO)的大小關(guān)系為________________________。αⅡ(CO)＝αⅢ(CO)>αⅠ(CO)

(4)實(shí)驗(yàn)Ⅲ的平衡常數(shù)K＝_________。171502.汽車尾氣是城市的主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，常溫常壓下其熱化學(xué)方程式為2NO(g)＋2CO(g)

N2(g)＋2CO2(g)

ΔH＝－113kJ·mol－1。(1)既能加快該反應(yīng)的反應(yīng)速率，又能提高NO的轉(zhuǎn)化率，關(guān)于上述反應(yīng)可采取的正確措施為_____(填字母，下同)。A.升高溫度

B.增大壓強(qiáng)C.使用更多的NO D.使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎〣(2)在一密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列描述能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡的是_______。A.2v正(CO2)＝v逆(N2)B.容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化C.某時(shí)刻容器中NO與N2的物質(zhì)的量之比為2∶1D.容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化BD(3)常溫下，在一個(gè)容積為2L的恒容密閉容器中充入0.20molNO和0.20molCO，半分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡，測得容器中含N20.08mol。①從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率v(CO2)＝_____mol·L－1·min－1。0.16②常溫下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_______，若要使K增大，則改變的條件為_______。1600降溫③若繼續(xù)通入0.20molNO和0.20molCO，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率會______(填“增大”“減小”或“不變”)，再次達(dá)到平衡后，_____mol<n(N2)<______mol。增大0.160.203.汽車尾氣已成為城市空氣的主要污染源，治理汽車尾氣的SCR(選擇性催化還原)和NSR(NOx儲存還原)技術(shù)均可有效降低柴油發(fā)動機(jī)工作過程中排放的NOx。NSR(NOx儲存還原)的工作原理如圖所示，柴油發(fā)動機(jī)工作時(shí)在稀燃(O2充足、柴油較少)和富燃(O2不足、柴油較多)條件下交替進(jìn)行，通過BaO和Ba(NO3)2的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)NOx的儲存和還原。(1)BaO吸收NO2的反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是________。1∶4(2)若柴油中硫含量較高，在稀燃過程中，BaO吸收氮氧化物的能力下降至很低水平，結(jié)合化學(xué)方程式解釋原因：_____________________________________________________________________________________________________________。

稀燃過程中，硫被氧化為二氧化硫，發(fā)生反應(yīng)：2BaO＋2SO2＋O2===2BaSO4，硫酸鋇穩(wěn)定，不易分解，也難與NOx反應(yīng)(3)研究發(fā)現(xiàn)：尾氣中的CO2對BaO吸收氮氧化物有影響。一定溫度下，測得氣體中CO2的體積分?jǐn)?shù)與氮氧化物吸收率的關(guān)系如圖所示。一定范圍內(nèi)，氮氧化物吸收率隨CO2體積分?jǐn)?shù)的增大