2020年高中化学新教材同步必修第二册研究与实践汇编

研究与实践测定雨水的pH研究目的酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。材料阅读材料一酸雨的概念酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水，其酸度可能高出正常雨水100倍以上。常温下二氧化硫溶于水生成亚硫酸，其酸性强于碳酸。材料二酸雨的形成酸雨形成是一种复杂的大气化学和物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。造成酸雨的罪魁祸首是由于化石燃料燃烧所产生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、工业加工和矿石冶炼过程产生的二氧化硫转化而成的。其形成的化学反应可以随雨雪的形成或降落而发生，也可以在空气中发生反应被降水吸收形成酸雨，可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的SO2通过气相或液相反应生成硫酸。高温燃烧生成一氧化氮(NO)，排入大气后大部分转化为二氧化氮(NO2)，遇水生成硝酸和亚硝酸。概括起来，酸雨的形成必须具备以下几个条件：可产生污染源；有利的气候条件，使其发生反应和变化；大气中的碱性物质浓度较低，对酸性降水的缓冲能力很弱；容易受到酸雨影响或损害的接受体。材料三酸雨的危害进害有：(1)酸雨可导致土壤酸化。(2)酸雨能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。(3)酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。实验器材pH试纸，标准比色卡，pH计，收集的雨水，自来水，烧杯，玻璃棒实验步骤(1)分别收集甲、乙两地刚下雨和下雨快结束时的雨水备用(2)用pH试纸粗略测定雨水的pH用玻璃棒蘸取收集的雨水并涂在pH试纸上，观察试纸颜色的变化，并与标准比色卡对比，记录数据。(3)精确测定收集的雨水放置过程中pH的变化将收集的雨水倒入烧杯，把pH计的电极端浸入烧杯内，读取pH计所显示的示数，用水清洗玻璃电极，重复3次，求其平均值。雨样刚开始下雨时雨样的pH雨快结束时雨样的pH时间/小时02460246测试点甲5.224.914.734.725.365.084.924.90测试点乙4.814.624.534.525.064.874.644.62结论与讨论(1)通过上述数据判断此次降雨甲、乙两地是否为酸雨，哪个地区酸雨更严重。(2)分析放置过程中雨水pH变化的原因。(3)分析开始下雨，和雨快结束时pH不同的原因。答案(1)均为酸雨，乙更严重。因为两地pH均小于5.6，乙地pH更小。(2)酸雨的酸性随放置时间的增长而增强。(SO2＋H2O=H2SO3,2H2SO3＋O2=2H2SO4)(3)雨快结束时收集的雨水pH略大于刚开始下雨时收集的雨水pH。因为刚开始下雨时会溶解较多也相应较大。理解应用1.如图为某城市某日空气质量报告内容。(1)该日空气首要污染物是什么？对人体健康是否有影响？(2)该日空气质量属于哪个等级？(3)该市的污染物NO2、CO主要来源于哪里？主要的危害有哪些？(4)该市SO2的指数很小，他们是如何减少燃煤中SO2的排放的？答案(1)PM10；PM10会影响人体健康。(2)该日空气质量指数为79，空气质量等级属于良。(3)机动车尾气中含有NO2、CO；NO2、CO直接影响人体健康，会引起光化学烟雾、酸雨等。(4)向燃煤中加入石灰石或生石灰。解析(1)首要污染物是指污染最重的污染物，根据空气质量报告，PM10数值最大，所以该日空气首要污染物是PM10；PM10指的是环境空气中尘埃在10微米以下的颗粒物，PM10会影响人体健康。(2)该日空气质量指数为79，空气质量等级属于良。(3)机动车尾气中含有NO2、CO；NO2、CO直接影响人体健康，会引起光化学烟雾、酸雨等。(4)向燃煤中加入石灰石或生石灰可以有效控制SO2的排放。2.某地区经常有酸雨降落，为粗略测定空气中SO2的含量，某学习小组设计了如图所示的实验装置进行实验。资料①室温下，碘的溶解度为0.029g。②我国空气质量标准中SO2浓度限值(mg·m－3)如表。一级标准二级标准三级标准≤0.15≤0.50≤0.70③SO2＋I2＋2H2O=H2SO4＋2HI。实验步骤①检查装置气密性。②向C装置中加入1.0mL溶质质量分数为1.27×10－6g·mL－1的碘水(ρ≈1.0g·mL－1)，滴入2～3滴淀粉溶液。③打开弹簧夹________(填“a”或“b”)，关闭另一个弹簧夹，抽拉注射器吸取500mL空气，再开、闭相应弹簧夹，缓缓推气体进入C装置，重复上述操作多次。当C中溶液颜色________时，停止推动注射器的活塞。④实验数据处理。(1)完善步骤③的内容。(2)如何检查装置气密性？(3)实验时，C装置中原有蒸馏水对实验有无影响？(4)实验中哪些因素会使测定结果偏低？(5)可以采用什么试剂代替C装置中碘的淀粉溶液？(6)该小组在同一地点进行了3次实验，推动活塞次数记录如表(每次抽气为500mL)。进行3次实验的目的是什么？实验序号123推动次数192021答案(1)b由蓝色变成无色(2)关闭弹簧夹b，打开弹簧夹a，将注射器活塞从右向左推，如果A中得到水的体积等于注射器活塞推动的体积，说明装置的气密性良好。(3)无影响。(4)推动注射器活塞速率太快、抽取空气时，未抽满500mL(答案合理即可)。(5)酸性KMnO4溶液、溴水(答案合理即可)。(6)取平均值，使测定结果更准确。解析(4)推动注射器活塞速率太快，会导致二氧化硫不能完全反应，从而导致计算的结果偏低；结果偏低。(5)二氧化硫能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色，因此能用酸性KMnO4溶液、溴水代替碘水。

研究与实践了解车用能源研究目的1.了解汽车动力的变迁。2.从给汽车提供动力，提高能源利用率，减小环境污染等不同角度，分析和比较不同燃料与能量的转化方式的优劣，体会开发新的车用能源的重要意义。阅读材料，了解汽车动力、燃料(能源)使用的历史1765年，英国人瓦特发明蒸汽机；1770年，法国人古诺研制出了世界上第一辆蒸汽机驱动的三轮车，车的前部装有一个锅炉，利用煤燃烧产生的蒸汽，推动气缸中的活塞来驱动前轮运行。1860年法国人莱诺以煤气作为燃料，研制出世界上最早的气体燃料发动机，1876年德国人奥托又对莱诺的发明进行了改进提高，使得气体燃料与空气的混合更为充分，进而提高了气体发动机的热效率。但无论是蒸汽机还是气体燃料发动机，由于庞大的体积、复杂的管道系统以及偏低的热效率，使得其在汽车上的应用无法实现。直到19世纪下半叶，随着全球石油工业的兴起，汽油、柴油等液体燃料的出现才彻底改变了这一局面。液体燃料较之气体燃料便于储存和携带的优点，使得汽车进入20世纪后迅速得到普及并快速发展，以石油为原料的液体燃料目前依然是汽车的主要燃料。归纳总结1.汽车动力的变迁：近二三百年来，人类相继发明了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械。(1)蒸汽机是先用燃料将锅炉里的水加热，利用水产生的蒸汽顶起活塞，产生动力。能量转化环节多，利用率低。(2)内燃机(燃料发动机)，是一种通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力。燃料主要是石油燃料，排出的废气中含有害气体的成分较高。(3)电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，产生动力。2.汽车燃料、能源的变迁自汽车问世以来，它使用的燃料经历了从煤到汽油的变迁。煤、石油短时间内不可再生，大量消耗煤、石油还带来了一些环境问题，如温室效应、酸雨、雾霾等。燃料电池电动汽车替代内燃机动力汽车将是发展趋势。燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。从理论上来讲，只要连续供给燃料，燃料电池便能连续发电，能量转化效率高，且比能量高、无噪音，无污染，正在成为理想的能源利用方式。燃料电池的主要构成组件为：电极(Electrode)、电解质隔膜(ElectrolyteMembrane)与集电器。现在需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性。问题讨论1.下表列出1mol常用燃料完全燃烧生成CO2(g)及H2O(l)时放出的热量，结合燃烧反应，解答下列问题：燃料①氢气②煤的主要成分碳(C)③天然气的主要成分甲烷④乙醇⑤汽油的主要成分之一辛烷(C8H18)放出热量/kJ286393.589013665500序。(2)从燃烧产物分析，最环保的燃料是________。(3)一般来说，与氧气接触面积大，耗氧量小，含碳燃料燃烧越充分，表中四种含碳燃料燃烧时产生污染物最少的是________。(4)分别计算1g上述五种燃料完全燃烧，放出的热量。(5)从资源、污染、热值的角度你选用哪种车用燃料？提示(1)①2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O②C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2③CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O④C2H6O＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2＋3H2O⑤C8H18＋eq\f(25,2)O2eq\o(=,\s\up7(点燃))8CO2＋9H2O辛烷＞乙醇＞甲烷＞碳＞氢气。(2)氢气(3)甲烷(4)①H2：286kJ×eq\f(1,2)＝143kJ②C：393.5kJ×eq\f(1,12)≈32.8kJ③CH4：890kJ×eq\f(1,16)≈55.6kJ④C2H6O：1366kJ×eq\f(1,46)≈29.7kJ⑤C8H18：5500kJ×eq\f(1,114)≈48.2kJ(5)天然气或乙醇、汽油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，你认为可燃物________(填“A”“B”或“C”)更适合用作车用燃料，选择的理由是_______________________________________________________________________。提示A可燃物A、B燃烧放出的能量差不多，比可燃物C多，但A点燃所需能量低，更容易点火。3.汽车尾气中含有150～200种化合物，其中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措施主要有哪些？提示发展新能源汽车(纯电动汽车，燃料电池汽车等)；将汽车尾气通过净化装置，转化后再排放。当高温的汽车尾气通过净化装置时，催化剂将增强一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物三种气体的活性，促使其进行一定的