第2章 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-【导与练】2022-2023学年新教材高中化学必修第二册同步全程学习全书word（鲁科版2019）

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 学习目标 1.通过汽车燃料的选择,建立化学反应中物质变化与能量变化的关联,初步形成利用化学反应中的物质变化和能量变化指导生产实践的基本思路,体会化学科学对社会发展的贡献。 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解决实际问题的思路和方法。 项目活动1　选择车用燃料 1.车用燃料发展史 (1)1769年,法国人居纽最早使用煤作汽车燃料,这种汽车行驶速度慢、笨重而且不能长时间行驶。 (2)1885年,德国工程师卡尔·本茨制造了用汽油作燃料的汽车,这种燃料汽车行驶速度快、轻便,便于长时间、长距离行驶。 (3)现代汽车燃料仍在不断优化,现已广泛使用以电能为能源的汽车,氢能源汽车也逐步走进现实生活。 2.车用燃料能量变化的本质 庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一,已知庚烷在汽缸中燃烧会发生反应C7H16(g)+11O2(g)7CO2(g)+8H2O(g)。 (1)从化学键变化角度计算1 mol庚烷燃烧产生CO2和水蒸气所释放的能量。 则:1 mol庚烷燃烧产生CO2和水蒸气所释放的能量为 3 820.4 kJ。 (2)用能量变化图像表示庚烷燃烧释放能量的过程。 3.车用燃料的选择 (1)燃料燃烧反应能量变化的角度:放出热量多的燃料;断裂旧化学键吸收能量适中。 (2)燃料的成本以及对环境影响:燃料成本低,燃烧后产物对环境影响小。 汽油,是从石油里分馏、裂化出来的具有挥发性、可燃性的烃类混合物液体,可用作燃料。外观为透明液体,主要成分为C5～C12脂肪烃和环烷烃以及一定量芳香烃,汽油按辛烷值的高低分为89号、90号、92号、93号、95号、97号、98号等牌号。汽油是用量最大的轻质石油产品之一,是内燃机的一种重要燃料。根据制造过程,汽油组分可分为直馏汽油、热裂化汽油、催化裂化汽油、催化重整汽油、加氢裂化汽油、烷基化汽油和合成汽油等。 探究　汽油的燃烧及尾气的处理 问题1:庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一。其燃烧过程的能量变化如图,试用所学知识解释庚烷燃烧过程中发生能量变化的本质原因。 提示:C7H16+11O27CO2+8H2O。因为庚烷燃烧过程中断裂C—H、C—C、OO吸收的能量E1远小于新形成CO、O—H释放的能量E2,故此反应会放出大量的能量。 问题2:汽车尾气中都含有哪些污染物?分别是如何产生的? 提示:汽车排放的尾气中含有多种污染空气的有害气体,主要有烃及不完全氧化产物CO,电火花放电使汽缸中的N2与O2反应生成的氮氧化物,以及汽油中的硫氧化生成的SO2等。 问题3:如何解决汽车尾气带来的环境污染问题? 提示:①在汽车排气管上安装填充有催化剂的催化转化器,加速有害气体的转化。②使用汽油发动机和电动机驱动的混合动力汽车,实现低消耗和低排放。③使用以天然气、液化石油气、氢气为燃料的机动车,从根本上大大降低汽车尾气对环境的污染。 1.车用燃料的选择原则 (1)燃料的热效应,单位质量的燃料放热越多越好。 (2)燃料的稳定性,在汽缸内燃烧应当可控,能量转化率高。 (3)燃料的价格要便宜,来源广泛,生成物对环境的污染小等,既经济实惠又趋利避害。 2.车用燃料的发展 (1)目前汽车所使用的燃料主要是汽油和柴油。 (2)汽车尾气排放造成环境污染,石油资源逐渐匮乏。 (3)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。 3.三元催化器 (1)作用:将汽车尾气中的CO、碳氢化合物和NOx等有害气体通过氧化或还原反应转化为无害物质。 (2)原理:CO在高温下被氧化成二氧化碳;碳氢化合物在高温下被氧化成水和二氧化碳;NOx转化为氮气和氧气。 项目活动2　设计安全气囊 1.现代安全气囊系统的组成:碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及其控制系统等。 2.气体发生器中的物质的性质要求: (1)常温下稳定,但在一定条件下可以迅速分解,产生大量气体,放出大量的热,将气囊弹开。 (2)其他物质能快速吸收热量,防止人被烧伤或灼伤;可以迅速吸收生成的有害的腐蚀性物质,防止对人造成二次伤害。 3.目前广泛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。 汽车的安全气囊内有叠氮化钠(NaN3)和硝酸铵(NH4NO3)等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时,这些物质会迅速发生分解反应,产生大量气体,充满气囊。叠氮化钠分解产生氮气和固态钠;硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮(N2O)气体和水蒸气。 探究　安全气囊气体发生剂的性质与选择 问题1:NaN3受到撞击,立即产生大量气体,放出大量的热,试写出其化学方程式。 提示:2NaN32Na+3N2↑。 问题2:如果你是设计师,你会同时在安全气囊中加入哪些其他物质?为什