2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第二章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律微項(xiàng)目研究車用燃料及安全氣囊-利用化學(xué)反應(yīng)解決實(shí)際問題學(xué)案魯科版必修第二冊

PAGE1-微項(xiàng)目探討車用燃料及平安氣囊——利用化學(xué)反應(yīng)解決實(shí)際問題學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解汽車燃料，嘗試選擇、優(yōu)化車用燃料，建立化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)改變與能量改變的關(guān)聯(lián)，初步形成利用化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)改變和能量改變指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的基本思路。2．通過設(shè)計(jì)平安氣囊，初步形成從化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)改變和能量改變及反應(yīng)速率的視角科學(xué)解決問題的思路。1．選擇車用燃料(1)汽油的主要成分之一為庚烷(C7H16)，該物質(zhì)充分燃燒的化學(xué)方程式為C7H16＋11O2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃))7CO2＋8H2O，其燃燒過程能量改變?nèi)鐖D，該過程發(fā)生能量改變的本質(zhì)緣由是破壞舊化學(xué)鍵汲取的能量小于形成新化學(xué)鍵釋放的能量。(2)某同學(xué)依據(jù)所查閱的資料，繪制了三種可燃物在空氣中發(fā)生燃燒反應(yīng)的能量改變示意圖。依據(jù)示意圖，你認(rèn)為更適合用作車用燃料的物質(zhì)是可燃物A，請說明你選擇的理由：達(dá)到燃點(diǎn)所需的能量最少，燃燒過程釋放的能量最多。(3)汽車尾氣中含有150～200種化合物，其中對環(huán)境不利的成分主要為碳?xì)浠衔?、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；對人體健康造成危害的主要有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等。目前解決汽車尾氣污染問題所實(shí)行的主要措施是運(yùn)用三元催化器凈化尾氣，把一氧化碳、碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為CO2、H2O，把氮氧化物轉(zhuǎn)化為N2。(4)從化學(xué)反應(yīng)中能量改變的角度分析，選擇車用燃料時(shí)主要應(yīng)考慮哪些因素？除此之外，還須要考慮哪些問題？答案：既要考慮燃料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)所能釋放能量的多少，也要考慮達(dá)到燃料燃點(diǎn)時(shí)須要汲取能量的多少，還要考慮燃料的來源、價(jià)格以及生成物對環(huán)境的影響等因素，做到既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又趨利避害。2．設(shè)計(jì)平安氣囊(1)汽車平安氣囊系統(tǒng)中運(yùn)用的作為氣體發(fā)生劑的物質(zhì)一般具有生成物清潔、低腐蝕、有毒組分含量低、產(chǎn)氣量大、產(chǎn)氣快等特點(diǎn)。(2)目前運(yùn)用的氣體發(fā)生劑主要由疊氮化鈉、三氧化二鐵、硝酸銨等物質(zhì)按肯定比例混合而成。疊氮化鈉受到撞擊后放出的熱量被硝酸銨汲取，發(fā)生分解反應(yīng)，生成一氧化二氮?dú)怏w和水蒸氣。同時(shí)，金屬鈉與鐵的氧化物反應(yīng)，生成鐵和較為平安的氧化鈉。(3)在選擇平安氣囊的氣體發(fā)生劑時(shí)，不僅要考慮所選物質(zhì)的性質(zhì)，還要關(guān)注所發(fā)生反應(yīng)中的物質(zhì)改變、能量改變和反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率，科學(xué)、合理地利用化學(xué)反應(yīng)。1．(2024·寧夏長慶高級中學(xué)高一月考)黨的十九大報(bào)告指出：“堅(jiān)持人與自然和諧共生，堅(jiān)決走生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，建設(shè)漂亮中國，為人民創(chuàng)建良好的生活環(huán)境”。下列行為與該主題不相吻合的是()A．發(fā)展農(nóng)村沼氣，將廢棄的農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為清潔高效的能源B．實(shí)施礦物燃料的脫硫脫硝技術(shù)，可以削減氮氧化物的排放C．開著大排量的家用汽車直播聲討霧霾天氣D．在推廣乙醇汽油的同時(shí)，探討開發(fā)太陽能電池和氫燃料電池汽車解析：選C。A項(xiàng)，將廢棄的農(nóng)作物秸稈制沼氣供家庭取溫煦做飯時(shí)運(yùn)用，不但充分利用農(nóng)村資源，而且沼氣是清潔能源，燃燒產(chǎn)生的污染物少；B項(xiàng)，含硫、氮的礦物燃料干脆燃燒，會產(chǎn)生二氧化硫和氮氧化物，造成酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題，脫硫脫硝后，可以削減二氧化硫和氮氧化物的排放；C項(xiàng)，大排量汽車耗油高，會生成大量的空氣污染物，造成環(huán)境污染；D項(xiàng)，太陽能電池和氫燃料電池是對環(huán)境友好的電池，不產(chǎn)生污染。2．汽車平安氣囊系統(tǒng)中運(yùn)用的作為氣體發(fā)生劑的物質(zhì)一般不具有的特點(diǎn)是()A．生成物清潔 B．低腐蝕C．釋放能量 D．產(chǎn)氣快解析：選C。汽車平安氣囊系統(tǒng)中運(yùn)用的作為氣體發(fā)生劑的物質(zhì)一般具有生成物清潔、低腐蝕、有毒組分含量低、產(chǎn)氣量大、產(chǎn)氣快等特點(diǎn)。3．(2024·石屏二中高一月考)汽車尾氣是城市主要污染之一，治理的一種方法是在汽車排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，它使一氧化氮與一氧化碳反應(yīng)生成可參加大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒及二氧化硫的轉(zhuǎn)化，下列說法錯(cuò)誤的是()A．一氧化氮與一氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化劑))2CO2＋N2B．此方法的缺點(diǎn)是使二氧化碳的量增多，會大大提高空氣的酸度C．為削減城市污染應(yīng)開發(fā)新能源D．汽車尾氣中有兩種氣體與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒解析：選B。A項(xiàng)，由題給信息可知，NO和CO反應(yīng)生成無毒的氮?dú)夂投趸?，化學(xué)方程式為2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化劑))2CO2＋N2；B項(xiàng)，二氧化碳增多不會提高空氣的酸度；C項(xiàng)，NO、CO均為空氣污染物，新能源燃燒不生成有毒物質(zhì)，則為削減城市污染應(yīng)開發(fā)新能源；D項(xiàng)，汽車尾氣中的NO、CO均極易與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒。4．(2024·晉江季延中學(xué)高一期中)給汽車安裝尾氣凈扮裝置，汽車尾氣通過凈扮裝置(內(nèi)有鈀等過渡金屬元素做催化劑)后，其中的有害氣體CO、NO轉(zhuǎn)化為無害氣體N2、CO2，則下列說法正確的是()A．NO為還原劑B．CO為還原劑C．N2為還原劑D．CO2為氧化劑解析：選B。反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化劑))N2＋2CO2，NO中N元素的化合價(jià)降低，被還原，NO為氧化劑，N2為還原產(chǎn)物，CO中C元素的化合價(jià)上升，被氧化，CO為還原劑，CO2為氧化產(chǎn)物。5．(2024·三明高一質(zhì)檢)“三效催化轉(zhuǎn)化器”可將汽車尾氣中的有毒氣體(CO、NO)轉(zhuǎn)化為無污染的氣體，下圖為該反應(yīng)的微觀示意圖(未配平)，其中不同符號的球代表不同種原子。下列說法不正確的是()A．該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)B．配平后甲、乙、丙的化學(xué)計(jì)量數(shù)均為2C．甲和丙中同種元素化合價(jià)不行能相同D．丁物質(zhì)肯定是非金屬單質(zhì)解析：選C。由題意和題圖可知，甲為NO，乙為CO，丙為CO2，丁為N2。A項(xiàng)，該反應(yīng)中氮元素的化合價(jià)由＋2價(jià)降低到0價(jià)，碳元素的化合價(jià)由＋2價(jià)上升到＋4價(jià)，元素化合價(jià)發(fā)生了改變，所以該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)；B項(xiàng)，配平后反應(yīng)為2NO＋2COeq\o(=,\s\up7(催化劑))2CO2＋N2，NO、CO、CO2的化學(xué)計(jì)量數(shù)均為2；C項(xiàng)，一氧化氮和二氧化碳中氧元素的化合價(jià)都為－2價(jià)；D項(xiàng)，丁物質(zhì)為氮?dú)?，只含有N元素，屬于非金屬單質(zhì)。6．(2024·鄭州高一期末)經(jīng)過多方努力，某市的空氣質(zhì)量有明顯改善。造成霧霾的重要緣由之一是汽車尾氣的排放，汽車加裝尾氣處理裝置可以削減有害尾氣的排放。在汽車尾氣凈扮裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如下圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．NO2是該過程的中間產(chǎn)物B．汽車尾氣的主要污染成分為CO和NOC．NO和O2必需在催化劑表面才能反應(yīng)D．該催化轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)方程式為2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化劑))4CO2＋N2解析：選C。A項(xiàng)，由題圖可知，2NO＋O2=2NO2，2NO2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化劑))4CO2＋N2，NO2是該過程的中間產(chǎn)物；B項(xiàng)，汽油不完全燃燒可生成CO，空氣中的氮?dú)庠谄字蟹烹姉l件下可生成NO，汽車尾氣的主要污染成分是CO、NO等；C項(xiàng)，NO和O2在常溫下就能反應(yīng)生成NO2；D項(xiàng)，該反應(yīng)的反應(yīng)物是NO、O2、CO，生成物是CO2、N2，反應(yīng)條件是催化劑，所以該催化轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)方程式為2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化劑))4CO2＋N2。7．(2024·會寧第一中學(xué)高一期中)“E85”是含乙醇85%的乙醇汽油?？茖W(xué)家最近的探討表明，大量運(yùn)用“E85”可能導(dǎo)致大氣中O3含量上升，將會對人體造成更干脆的損害。找尋新能源替代化石燃料成為化學(xué)工作者探討的新課題。下列各項(xiàng)描述中正確的是()A．等質(zhì)量的“E85”和汽油充分燃燒后放出的能量相等B．O3與O2互為同素異形體C．“E85”是由兩種物質(zhì)組成的混合物D．推廣運(yùn)用乙醇汽油是為了削減溫室氣體排放解析：選B。A項(xiàng)，等質(zhì)量的“E85”和汽油充分燃燒，放出的熱量不同；B項(xiàng)，O2與O3都是由氧元素形成的結(jié)構(gòu)不同的單質(zhì)，互為同素異形體；C項(xiàng)，“E85”是含乙醇85%的乙醇汽油，汽油是多種烴的混合物，不止由兩種物質(zhì)組成；D項(xiàng)，乙醇汽油含有碳元素，燃燒也生成二氧化碳，而二氧化碳是溫室氣體。8．(2024·廣東高一期中)下表為某汽車在不同速率時(shí)所產(chǎn)生的空氣污染物質(zhì)量：(按汽車平均行駛1公里計(jì)算)污染物/(g·km－1)速率/(km·h－1)5080120一氧化碳8.75.49.6氮的氧化物0.61.53.8碳?xì)浠衔?.70.60.8依據(jù)上表，下列說法不正確的是()A．汽車行駛時(shí)，污染物中氮的氧化物含量最高B．汽車速率為120km·h－1時(shí)，污染最嚴(yán)峻C．從環(huán)保角度考慮，最合適的汽車速率為80km·h－1D．汽車速率增大時(shí)，產(chǎn)生的氮的氧化物也隨之增多解析：選A。A項(xiàng)，汽車行駛時(shí)，在不同的速率下CO的質(zhì)量都最大；B項(xiàng)，汽車速率為120km·h－1時(shí)，產(chǎn)生的各種污染物的質(zhì)量之和最大，污染最嚴(yán)峻；C項(xiàng)，從環(huán)保角度考慮，最合適的汽車速率為80km·h－1，此時(shí)各種污染物的質(zhì)量之和最??；D項(xiàng)，汽車速率增大時(shí)，產(chǎn)生的氮的氧化物也隨之增多。9．近幾年來關(guān)于氮污染的治理備受關(guān)注。(1)小轎車平安氣囊受撞擊時(shí)產(chǎn)生的下列物質(zhì)中，屬于離子化合物的是________。A．氮?dú)?B．氧化鈉C．水 D．一氧化二氮(2)三元催化劑是最為常見的汽車尾氣催化劑，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車尾氣中的CO、CxHy、NOx三種成分的凈化，該催化劑表面物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系如圖所示。在圖示的轉(zhuǎn)化中，催化劑是________，被還原的元素是________，被氧化的元素是________。(3)利用ClO2氧化氮氧化物的反應(yīng)過程如下：NOeq\o(→,\s\up7(ClO2),\s\do5(反應(yīng)Ⅰ))NO2eq\o(→,\s\up7(Na2SO3水溶液),\s\do5(反應(yīng)Ⅱ))N2。反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式是2NO＋ClO2＋H2O=NO2＋HNO3＋HCl，反應(yīng)Ⅱ的離子方程式是