(讲义)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-【提分教练】2023-2024学年新教材高中化学必修第二册(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 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，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。 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的思路。 3．勇于进行科学探究，逐步形成“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。 [项目活动1]　选择车用燃料 [必备知识] 1．常见的汽车燃料 (1)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。 (2)自从汽车问世，汽车燃料经历了从煤到汽油的变迁。 2．汽车尾气的处理 (1)汽车尾气中对环境不利的成分主要为碳氢化合物、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。 (2)目前解决汽车尾气污染问题所采取的主要措施是使用三元催化器净化尾气，把一氧化碳、碳氢化合物转化为CO2、H2O，把氮氧化物转化为N2和O2。 [项目情境] 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。 [合作探究] 1．庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一。请利用图示的方法说明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键吸收的能量E1远小于新形成CO、O—H键释放的能量E2，故此反应会放出大量的能量。 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，主要有烃不完全氧化产物CO，电火花放电使气缸中的N2与O2反应生成的氮氧化物，以及汽油中的硫氧发生化合反应生成的SO2等。 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，实现了低消耗和低排放。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。 [归纳总结] 1．化学反应选择应遵循的原则 (1)从反应物的角度主要考虑：性质、状态、价格、安全性和原料的利用率的高低。 (2)从生成物的角度主要考虑：生成物中是否有污染的副产物，与产物是否易分离。 (3)从反应条件的角度考虑：条件是否简便、节能。 (4)从操作的角度考虑：操作是否简便、易行。 2．环境污染 工业尾气的主要成分 硫酸工厂尾气 SO2、O2、N2等，一般用氨水吸收 硝酸工厂尾气 NO、NO2、N2、O2等，一般用NaOH溶液吸收 高炉煤气 CO、CO2、N2等，一般回收利用 炼钢烟气 Fe2O3烟尘、CO等，一般回收利用 氯碱工业 Cl2，一般用NaOH溶液吸收 [项目活动2]　设计安全气囊 [必备知识] 汽车安全气囊气体发生剂 1．特点：汽车安全气囊系统中使用的作为气体发生剂的物质一般具有生成物清洁、低腐蚀、有毒组分含量低、产气量大、产气快等特点。 2．分类：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。 [项目情境] 安全气囊作为车身被动安全性辅助配置，越来越受到人们的重视。现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及其控制系统等组成。 请查阅相关资料，尝试思考解决下列问题。 [合作探究] 1．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：安全气囊中通常加入的是叠氮化钠(NaN3)，受到剧烈撞击时迅速分解生成大量氮气，所以气囊中产生的气体是氮气。 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，为什么？ 提示：金属钠具有腐蚀性，可加入Fe2O3与其反应生成铁和较为安全的氧化钠；此反应放出大量的热量，可加入NH4NO3吸收这些热量，发生分解反应，生成N2O和水蒸气。 3．通过为安全气囊系统选择气体发生剂，你对化学反应的利用有了哪些新的认识？ 提示：研究化学反应时要关注所发生反应的物质变化、能量变化和化学反应速率等，科学、合理地利用化学反应。 [归纳总结] 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。发生反应的原理如下： 1．2NaN32Na＋3N2↑ 2．NH4NO3N2O↑＋2H2O↑ 3．Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O 1．汽车安全气囊系统中使用的作为气体发生剂的物质一般不具有的特点是(　　) A．生成物清洁　 B．低腐蚀 C．释放能量 D．产气快 C　[