第13讲 研究车用燃料及安全气囊——利用化学反应解决实际问题-【寒假自学课】2023年高一化学寒假精品课（鲁科版2019必修第二册）

第13讲 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 ( 知识导航 ) ( 知识预习 ) 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 项目学习内容 1. 燃料提供发动机的能量，甲烷、汽油、乙醇等可燃物燃烧放热,可以作为汽车燃料。 2. 化学反应中既有物质变化又有能量变化。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,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 3.庚烷(C7H16)燃烧的化学方程式:C7H16+11O2 =7CO2+8H2O。庚烷燃烧反应的能量变化与物质内部能量的关系 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物质变化、能量变化和反应的化学反应速率。 5.NaN3常温下较稳定,受撞击时可迅速分解,产生氮气和金属钠,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学方程式。每消耗1 mol硫酸转移电子的物质的量是多少? 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。 一、项目活动1 选择车用燃料 庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一，已知庚烷在汽缸会发生C7H16(g)＋11O2(g) = 7CO2(g)＋8H2O(g)。 (1)试从化学键的角度计算1 mol庚烷燃烧产生CO2和水蒸气所释放的能量。 可得1 mol庚烷燃烧产生CO2和水蒸气所释放能量为3820.4KJ。试用能量变化图像表示庚烷燃烧释放能量过程。 （2）汽车尾气的成分及防治 ①尾气成分：汽车尾气中含有150～200种化合物，主要对环境不利的成分为碳氢化合物、氮氧化合物、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。 ②主要污染物来源：CO来自燃料不完全燃烧。NOx来自高温或放电条件下N2和O2反应，SO2来自于含硫化合物的燃烧，碳氢化合物来自燃料未燃烧或未完全燃烧的燃油、润滑油及其产物等。 ③汽车尾气的防治 汽车尾气的防治，从根本上是开发新能源，如太阳能、氢能源等。 汽车尾气处理即汽车尾气由有毒气体变成无毒气体，再排放到大气中，从而可减少对大气环境的污染。 比如，将CO和CxHy转化为二氧化碳，将NOx转化为氮气。 试从氧化还原反应的角度，分析NO和CO生成无污染性物质的化学方程式 2NO＋2CON2＋2CO2 总结：从化学反应中能量变化的角度选择汽车燃料时，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。 【知识归纳1】 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，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主要有天然气、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 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三种气体的活性，促使其进行一定的氧化还原化学反应,其中CO在高温下被氧化成为无色、无毒的CO2气体,碳氢化物在高温下氧化成H2O和CO2,NOx转化为N2和O2。三种有害气体氧化还原反应都变成无害气体，汽车尾气得以净化。 。 项目活动2——设计安全气囊 现代安全气囊组成：碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及其控制系统等组成。 问题探究 1. 实用性角度出发，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? ________________________________________________________________________。 2.功能性需求出发，气体发生器中的物质应具有哪些性质？ _________________________________________________________________________。 3.通过为安全气囊选择气体发生剂，你对化学反应的利用有了哪些新的认识？ _________________________________________________________________________。 【知识归纳2】 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,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。 2.叠氮化钠作为气体发生剂的优缺点 叠氮化钠作为气体发生剂的优点：受撞击时释放大量的无毒、无味气体——氮气，可以满足安全气囊的功能需求。 缺点：生成活泼