2022-2023学年新教材高中化学第2章化学键化学反应规律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课件鲁科版必修第二册

1、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第2章内容索引0102基础落实必备知识全过关重难探究能力素养全提升03学以致用随堂检测全达标素养目标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,利用化学反应分析、解决实际问题,形成科学态度与社会责任的化学核心素养。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实际问题。3.勇于进行科学探究,逐步形成科学探究与创新意识。基础落实必备知识全过关知识铺垫1.发动机的能量是提供的,燃料燃烧是放热过程。甲烷、汽油、乙醇等可燃物燃烧放热,可以作为汽车燃料。2.化学反应中既有又

2、有。一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量,决定于与的相对大小。燃料物质变化能量变化反应物的总能量生成物的总能量必备知识1.1885年,德国工程师卡尔本茨制造了人类历史上第一辆真正以汽油为燃料的汽车。2.写出庚烷(C7H16)燃烧的化学方程式: 。3.庚烷燃烧反应的能量变化与物质内部能量的关系C7H16+11O2 7CO2+8H2O 4.为汽车选用安全气囊的气体发生剂时,要考虑所选物质的性质,还要关注所发生反应中的、和反应的。5.NaN3常温下较稳定,受撞击时可迅速分解,产生 和,同时释放大量的热。【微思考】汽车电瓶通常为铅蓄电池,放电时其能量转化形式是怎样的?写出电池总反应的化

3、学方程式。每消耗1 mol硫酸转移电子的物质的量是多少?物质变化能量变化化学反应速率氮气金属钠提示 铅蓄电池是将化学能转化为电能,电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。每消耗1 mol 硫酸转移1 mol电子。重难探究能力素养全提升探究一选择车用燃料问题探究1.如何根据燃料的能量变化选择车用燃料?2.汽车尾气中有哪些有害成分?如何除去其中的氮氧化物?提示 达到燃料燃点需要的能量越低、反应物能量高于生成物能量越多的燃料越合适。提示 汽车尾气中的主要有害成分为碳氢化合物、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。使用催化转化器可将氮氧

4、化物转化为氮气和氧气。深化拓展1.车用燃料燃料通常指能够将自身存储的化学能通过化学反应(燃烧)转变为热能的物质。目前汽车所使用的燃料主要是汽油和柴油。而随着汽车保有量的逐年增加,汽车排放造成的环境污染问题以及石油资源逐渐匮乏的问题已不容忽视,因此各种代用燃料也得到了越来越广泛的应用。目前国内开发使用的发动机代用燃料包括天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、生物质燃料、氢气以及二甲基醚等。2.三元催化器三元催化器可将汽车尾气排出的CO、碳氢化合物和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、碳氢化合物和NOx三种气体

5、的活性,促使其进行一定的氧化还原反应,其中CO在高温下被氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体,碳氢化合物在高温下氧化成水和二氧化碳,NOx转化为氮气和氧气。三种有害气体都变成无害气体,汽车尾气得以净化。应用体验【例1】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1千米计算)。根据上表,下列说法不正确的是()A.汽车行驶时,污染物中CO含量最高B.汽车速率为120 kmh-1时,污染最严重C.从环保角度考虑,最合适的汽车速率为50 kmh-1D.汽车速率增大时,产生的氮氧化物也随之增多速率/(kmh-1)5080120一氧化碳8.75.49.6氮氧化物0.61.53.8碳氢化合物0

6、.70.60.8答案 C解析 根据表中信息可知汽车行驶时,污染物中CO含量最高,A项正确;汽车行驶速率为120 kmh-1时,三种污染物排放量都最多,污染最严重,B项正确;从环保角度考虑,最合适的汽车速率为80 kmh-1,C项错误;汽车行驶速率越大,产生的氮氧化物越多,D项正确。变式训练1汽车尾气(含有烃类、CO、NOx、SO2等)是城市空气的主要污染源,治理方法之一是在汽车排气管安装“催化转化装置器”。它能使CO和NOx反应生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并使烃类充分燃烧,使SO2转化。下列说法正确的是()A.CO和NOx反应的化学方程式为2xCO+2NOx 2xCO2+N2B.上述

7、方法的缺点是导致空气中CO2的含量增大,从而大大提高空气的酸度C.植树造林,增大绿化面积,可有效控制城市的各种污染源D.汽车改用天然气或氢气作为燃料,不会减少对空气的污染答案 A解析 空气中CO2的含量增大,不会大大提高空气的酸度;植树造林,增大绿化面积,并不能有效控制城市的各种污染源;汽车改用天然气或氢气作为燃料,会减少对空气的污染。探究二设计安全气囊问题探究汽车安全气囊中通常加入什么物质?气囊中产生的是什么气体?提示 安全气囊中通常装入的是叠氮化钠(NaN3),受到剧烈撞击时迅速分解生成大量氮气,所以气囊中产生的是氮气。深化拓展1.安全气囊爆炸的化学反应原理叠氮化钠、硝酸铵经过猛烈撞击后,

8、这些物质发生分解反应,产生大量的气体充满气囊,保护乘车人员的头部安全。2NaN3 2Na+3N22NH4NO3 2N2+O2+4H2O2.气体发生剂的主要组成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。应用体验【例2】某汽车安全气囊的产气药剂主要含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物质。当汽车发生碰撞时,产气药剂产生大量气体使气囊迅速膨胀,从而起到保护作用。(1)NaN3是气体发生剂,受热分解产生N2和Na,N2的电子式为。(2)Fe2O3是主氧化剂,与Na反应生成的还原产物为(已知该反应为置换反应)。(3)KClO4是助氧化剂,反应过程中与

9、Na作用生成KCl和Na2O,KClO4含有化学键的类型为,K原子的结构示意图为。(4)NaHCO3是冷却剂,吸收产气过程中释放的热量而发生分解,其化学方程式为。(5)100 g上述产气药剂产生的气体通过碱石灰后得到N2 33.6 L(标准状况)。用碱石灰除去的物质为;该产气药剂中NaN3的质量分数为。答案 (1) (2)Fe(3)离子键和共价键 (4)2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O(5)CO2、H2O65%解析 (1)氮原子最外层有5个电子,两个氮原子共用三对电子形成氮气,则N2的电子式为 。(2)因为该反应为置换反应,所以Fe2O3作为氧化剂,与Na反应得到电子生成Fe单质。

10、(3)KClO4属于含氧酸盐,所以KClO4含有的化学键类型为离子键和共价键,K是19号元素,其原子结构示意图为 。(4)NaHCO3热稳定性较差,受热时发生分解反应,该反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O。(5)碱石灰的主要成分是NaOH和CaO,所以用碱石灰除去的是二氧化碳和水。标准状况下33.6 L氮气的物质的量为1.5 mol,则根据N原子守恒可知该产气药剂中NaN3的质量分数为 100%=65%。变式训练2(2022全国高一同步练习)汽车剧烈碰撞时,安全气囊中发生反应10NaN3+2KNO3 K2O+5Na2O+16N2。若有2 mol N2生成,则下列判断正

11、确的是()A.N2的体积为44.8 LB.有0.125 mol KNO3被还原C.N2既是氧化产物又是还原产物D.转移电子的物质的量为10 mol答案 C解析 题干中没有说明是否为标准状况下,氮气体积不一定为44.8 L,故A错误;该反应中N元素化合价由- 价、+5价变为0价,所以N2既是氧化产物也是还原产物,假设有16 mol N2生成,氧化产物是15 mol 、还原产物是1 mol,若有2 mol N2生成,则被还原的KNO3的物质的量= =0.25 mol,故B错误,C正确;生成2 mol N2转移电子的物质的量=5n(KNO3)=50.25 mol=1.25 mol,故D错误。学以致用

12、随堂检测全达标 1.下图为某城市某日空气质量报告,下列叙述与报告内容不相符的是()A.该日空气首要污染物是PM10B.该日空气质量等级属于中度污染C.污染物NO2、CO可能主要来源于机动车尾气D.PM2.5、PM10指的是悬浮颗粒物,会影响人体健康答案 B解析 首要污染物是指污染最重的污染物,根据空气质量报告可知,PM10数值最大,所以该日空气首要污染物是PM10,故A正确;首要污染物的污染指数为空气污染指数,该日空气污染指数为79,空气质量等级属于良,故B错误;机动车尾气中含有NO2、CO,故C正确;PM2.5、PM10都是指悬浮颗粒物,都会影响人体健康,故D正确。2.下列说法不正确的是()

13、A.“静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”都能提高空气质量B.化石燃料储量丰富,没必要开发新能源C.开发高效氢能、太阳能等新型电动汽车,以解决城市机动车尾气污染问题D.推广使用燃料电池汽车,可减少颗粒物、CO等有害物质的排放答案 B解析 “静电除尘”“燃煤固硫”“汽车尾气催化净化”能够减少空气污染物的排放,有利于提高空气质量,A正确;化石燃料是不可再生能源,储量越来越少,且使用化石燃料污染较大,因此要开发新能源,一方面能使人类社会持续发展,另一方面也能减少环境污染,B错误;开发高效氢能、太阳能等新型电动汽车,既满足了人类对能源的需要,同时又不会产生大气污染物,故可解决城市机动车尾气污染问

14、题,C正确;研制开发燃料电池汽车,就可以减少机动车化石燃料的燃烧,进而可以减少汽车尾气的排放,因此可以减少固体颗粒物的排放,所以在某种程度上可以减少空气中PM2.5的含量,D正确。3.汽车的发明与使用是人类智慧的杰出体现,它为人们的生活和生产带来了极大的方便,但同时由此引发的环境污染问题也越来越引起人们的关注,人们开始研究新的清洁燃料。(1)新型环保出租车采用LPG+汽油的双燃料系统,其尾气中的有毒气体成分较普通车型下降80%左右,可缓解汽车尾气排放给城市环境造成的污染问题。下列物质中不属于有害物质的是(填字母,下同)。A.CO2和H2B.NO2和NOC.CO和SO2D.碳粒和含铅化合物(2)

15、为了减少大气污染,许多城市推广使用汽车清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类,一类是压缩天然气,另一类是液化石油气。这两类燃料的主要成分都是。A.碳水化合物B.碳氢化合物 C.氢气D.醇类(3)我国推广使用乙醇汽油,它是在汽油中加入适量乙醇形成的混合燃料。下列叙述中正确的是。A.使用乙醇汽油能减少有害气体的排放,是一种改善环境的清洁能源B.燃料中的乙醇可以通过粮食发酵或化工合成等方法制得C.乙醇汽油是一种新型化合物D.燃烧乙醇汽油可以减少对大气的污染是因为它不含硫元素和氮元素(4)氢能是一种既高效又干净的新能源,发展前景良好,用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电

16、池轿车“超越三号”已达到世界先进水平,并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括 。原料来源广易燃烧、热值高储存方便制备工艺廉价易行A.B.C.D.答案 (1)A(2)B(3)AB(4)A解析 (1)汽车尾气主要是NOx、CO、碳粒、含铅化合物和SO2,CO2与H2不属于有害气体。(2)压缩天然气和液化石油气两类燃料的主要成分均为碳原子数较小的烃。(3)乙醇汽油是一种混合物,其含硫、氮量低,故污染少,乙醇可通过淀粉水解或乙烯与水合成制得。(4)氢能作为燃料的优点是:来源丰富(水),单位质量的氢燃烧时放热量大,氢气燃烧的唯一产物是水,不产生污染。其缺点是:现有的制取氢气方法耗能大,制取的成本太

17、高,另外氢气的熔、沸点太低,给储存和运输带来困难。4.硝酸工业产生的尾气(NO、NO2等)对环境造成污染,同时汽车尾气(含烃类、CO、SO2与NO等)是城市空气的污染源。(1)汽车以汽油作为发动机燃料,在不断启动打火的过程中产生了CO、NO等有毒气体,若供氧不足,主要产生的污染物是;若供氧充足,主要产生的有毒气体是。写出CO与NO在催化剂作用下的反应方程式:。(2)“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度,其原因是。(3)谈一谈汽车尾气污染物对环境造成的影响:。(4)你能否应用氮元素的单质和化合物之间的转化关系,设计除去汽车尾气中氮的氧化物(NO、NO2)的理论方案?(5)控制城市空气污染的方法可以有(填字母)。A.开发氢能源B.使用电动车C.植树造林D.戴上呼吸面具答案 (1)CONO、NO22CO+2NO 2CO2+N2(2)SO2转化为SO3,SO3与水形成H2SO4的酸雾(3)汽车尾气排放过多,可形成光化学烟雾而污染环境,引起人类呼吸严重障碍,导致心肺衰竭(4)6NO+4NH3 5N2+6H2O,6NO2+8NH3 7N2+12H2O。(5)AB解析 (1)当供氧不足时,烃(CxHy)不完全燃烧,产生有毒气体CO,当供氧充足时,产生NO、NO2等有毒气体。CO与NO在催化剂作用下反应的化学方程式为2CO+