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-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学必修第二册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）单选

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 优化探究 第2章　化学键　化学反应规律 [学习目标]　1.了解汽车燃料,体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性,尝试选择、优化车用燃料。2.了解汽车尾气的成分及对环境的影响,了解常见的防护措施。3.了解安全气囊的作用,能够根据物质性质设计安全气囊。 项目一　选择车用燃料 项目二　设计安全气囊 项目一　选择车用燃料 1.车用燃料的反应原理 庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一,已知庚烷在汽缸中会发生反应: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。庚烷燃烧过程中发生能量变化的本质原因:_______________________________ 　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。  C7H16(g)+11O2(g) 7CO2(g)+8H2O(g) 内部能量的关系 庚烷燃烧反应的能量变化与物质 2.选择车用燃料 (1)可燃物A更适合用作车用燃料,可燃物A含有的能量较高,且达到燃点所需要的能量少。 (2)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　　　能量的多少,也要考虑达到燃料燃点时需要　　　能量的多少,还要考虑燃料的　　　、价格以及　　　　　　　　　　　等因素,做到既经济实惠又趋利避害。  释放 吸收 来源 生成物对环境的污染 3.汽车尾气中含有150~200种化合物,其中对环境不利的成分主要为 　　　　　　　　、　　　　　、一氧化碳、二氧化碳、　　　　　、硫化氢,以及微量的醛、酚、过氧化物等;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。  碳氢化合物　 氮氧化物 二氧化硫 4.三元催化器 三元催化器是汽车排气系统重要的机外净化装置,其催化剂通常由陶瓷载体、氧化铝涂层、活性组分(含有铂、铑、钯等贵重金属及其氧化物)和助催化剂(稀土材料)组成。所谓三元,是指这种装置可同时将碳氢化合物、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)三种主要污染物通过氧化或还原反应转化为无害物质。 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,促使其进行一定的氧化还原反应。其中,一氧化碳在高温下被氧化成无色、无毒的二氧化碳气体,碳氢化合物在高温下被氧化成水和二氧化碳,氮氧化物转化为氮气和氧气。因此,这三种对人体健康有害的气体都变成了无害气体,汽车尾气得以净化。 1.汽车燃料经历了从煤油到汽油的变迁。至今,人们依然在探索、优化车用燃料。根据以下三种可燃物在空气中的燃烧反应的能量变化示意图,从能量角度考虑,最适合做汽车燃料的是(　　) A.可燃物A B.可燃物B C.可燃物C D.可燃物A、B、C一样 A 2.(2024·山东日照开学考)下列关于车用燃料及安全气囊的说法正确的是 (　　) A.选择车用燃料时,应选择热值高且燃点非常低的燃料 B.汽车排气系统使用三元催化器可使氮氧化物完全转化为无害气体 C.已知氮气分子的键能非常大,所以2NaN3===2Na+3N2↑为吸热反应 D.甲醇可作新能源汽车燃料,完全燃烧等质量的甲醇和乙醇,甲醇的耗氧量低 D 解析:燃点越低,越易燃烧,不安全,所以选择车用燃料时,不应选择燃点非常低的燃料,A项错误;汽车排气系统使用三元催化器可使氮氧化物转化为无害气体,但是由于是可逆反应,不能完全转化,B项错误;一个反应是吸热反应还是放热反应,取决于反应物和生成物总键能相对大小,并不能单纯看某物质的键能大小,C项错误;+ 2CO2+4H2O、+ 2CO2+3H2O,由方程式可知,完全燃烧等质量的甲醇和乙醇,甲醇的耗氧量低,D项正确。 3.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上安装“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+N2 B.上述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 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。 4.“E85”是含乙醇85%的乙醇汽油,下列说法中正确的是(　　) A.“E85”是由两种物质组成一种燃料,属于新能源 B.推广使用乙醇汽油是为了减少温室气体排放 C.等质量的“E85”和汽油充分燃烧后放出的能量相等 D.乙醇属可再生能源 D 解析:A.汽油和乙醇不是新能源;B.乙醇汽油是在汽油中加入适量乙醇作为汽车燃料,乙醇在燃烧时,也产生CO2,加入乙醇的目的是节省石油资源,减少汽车尾气对空气的污染;C.等质量的“E85”和汽油充分燃烧后放出的能量不等;D.乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。 项目二　设计安全气囊 1.现代安全气囊系统的组成:　　　　　　　、缓冲气囊、 　　　　　　及其控制系统等。  碰撞传感器　 气体发生器　 2.安全气囊的工作原理 安全气囊是车身被动安全性辅助配置,某种安全气囊的工作原理如图所示: 已知NaN3受到撞击时,会发生反应:2NaN3===2Na+3N2↑,同时放出大量的热,结合已有知识设计安全气囊中所加入的物质及作用。 方案 选择化学试剂的思路 选择的化学药品 化学药品的作用 1 试剂发生反应放出大量气体将气囊迅速胀开,辅助试剂吸收热量及腐蚀性物质,防止二次伤害 NaN3、Fe2O3、NH4NO3 NaN3分解产生大量气体;Fe2O3吸收NaN3产生的Na;NH4NO3吸收产生的热量,同时释放大量气体 方案 选择化学试剂的思路 选择的化学药品 化学药品的作用 2 试剂发生反应放出大量气体将气囊迅速胀开,辅助试剂吸收热量及腐蚀性物质,防止二次伤害 NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3 NaN3分解产生大量气体; Fe2O3吸收Na生成Na2O和Fe,KClO4作助氧化剂,吸收Na生成KCl和Na2O;NaHCO3吸收热量,同时释放CO2 方案 选择化学试剂的思路 选择的化学药品 化学药品的作用 3 试剂反应放出大量气体,辅助试剂吸收热量及腐蚀性物质 NaN3、KNO3、SiO2 NaN3分解产生大量气体; KNO3吸收Na生成K2O、Na2O和N2;SiO2和生成的K2O及Na2O反应生成K2SiO3、Na2SiO3 三个方案中相关反应的化学方程式: (1)Fe2O3和Na反应:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。   (2)NH4NO3分解生成N2O和H2O:　　　　　　　　　　　　　　　。   (3)KClO4和Na反应生成Na2O和KCl:　　　　　　　　　　　　　。  (4)SiO2和Na2O反应生成Na2SiO3:　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)SiO2和K2O反应生成K2SiO3:　　　　　　　　　　　　　　　。  Fe2O3+6Na3Na2O+2Fe NH4NO3N2O↑+2H2O↑ KClO4+8Na===KCl+4Na2O Na2O+SiO2===Na2SiO3　 K2O+SiO2===K2SiO3 3.安全气囊的选择 在选择安全气囊的气体发生剂时,不仅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,科学、合理地利用化学反应。 1.(2024·山东青岛高一检测)汽车安全气囊可充入叠氮化钠(NaN3)、硝酸钾、SiO2、NaHCO3等物质,主要反应为10NaN3+2KNO3=== K2O+5Na2O+16N2↑,下列说法错误的是(　　) A.叠氮化钠和硝酸钾均为含有共价键的离子化合物 B.NaHCO3粉末可作冷却剂吸收产气过程中释放的热量 C.标准状况下产生8.96 L N2时转移0.5 mol e- D.SiO2可与产物K2O、Na2O反应生成无腐蚀性的硅酸盐,减少对人体的伤害 C 解析:叠氮化钠和硝酸钾均是含有离子键和共价键的离子化合物,故A正确;碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水,所以汽车安全气囊中的碳酸氢钠粉末可作冷却剂吸收产气过程中释放的热量,故B正确;由方程式可知,反应生成16 mol氮气,反应转移10 mol电子,则标准状况下生成8.96 L氮气时,转移电子的物质的量为×=0.25 mol,故C错误;氧化钾、氧化钠都是碱性氧化物,都能与酸性氧化物二氧化硅反应生成硅酸钾、硅酸钠,所以汽车安全气囊中的SiO2可与产物氧化钾、氧化钠反应生成无腐蚀性的硅酸盐,减少对人体的伤害,故D正确。 2.(2024·福建龙岩高一检测)目前汽车安全气囊的气体发生剂主要由叠氮化钠、三氧化二铁、硝酸铵等物质组成,下列说法正确的是(　　) A.安全气囊打开时,产生的气体只有氮气 B.硝酸铵的作用只是吸收叠氮化钠分解产生的热量 C.三氧化二铁的作用是与金属钠反应,防止钠造成二次伤害 D.硝酸铵性质很稳定 C 解析:根据分析,产生的气体为N2、N2O和水蒸气,A错误;硝酸铵的作用是吸收叠氮化钠分解产生的热量,同时分解产生气体,B错误;三氧化二铁的作用是与金属钠反应,生成铁和较为安全的氧化钠,防止钠造成二次伤害,C正确;硝酸铵受热或撞击时发生分解,性质不稳定,D错误。 3.为了驾乘人员的安全,在汽车中设置了安全气囊。当剧烈碰撞时,安全气囊中发生反应为10NaN3+2KNO3===K2O+5Na2O+16N2↑。下列判断正确的是(　　) A.反应中NaN3是氧化剂 B.反应过程中转移1 mol电子,则产生35.84 L气体 C.氧化产物与还原产物分子个数之比为1∶15 D.若还原产物为0.1 mol,反应生成N2的总物质的量为1.6 mol D 解析:反应中NaN3中N元素化合价升高被氧化,NaN3是还原剂,硝酸钾中N元素化合价降低被还原,硝酸钾是氧化剂,A错误;反应过程中每2 mol KNO3反应转移10 mol电子产生16 mol N2,则转移1 mol电子,生成1.6 mol N2,则产生标准状况下的气体体积为35.84 L,B错误;氧化产物、还原产物都是N2,根据得失电子守恒,氧化产物、还原产物分子个数之比为15∶1,C错误;每生成15 mol氧化产物,生成1 mol还原产物,因此还原产物为0.1 mol时,生成N2的物质的量为0.1 mol×16=1.6 mol,D正确。 4.(2024·广东佛山高一检测)叠氮化钠(NaN3),是一种用于汽车安全气囊的气体发生剂,汽车受到撞击后,NaN3发生反应的化学方程式为2NaN32Na+3N2↑。下列说法错误的是(　　) A.N2可用作食品的保护气 B.NaN3中Na元素的化合价为+3价 C.不能直接用手接触金属钠 D.该反应属于分解反应 B 解析:N2化学性质稳定,可用作食品的保护气,A正确; 钠原子最外层有1个电子,容易失去1个电子,NaN3中Na元素的化合价为+1,B错误;钠和水生成强腐蚀性氢氧化钠,不能直接用手接触金属钠,C正确;反应是由一种物质反应生成两种物质,一变多,为分解反应,D正确。 5.(2024·广东佛山高一检测)某种安全气囊装置如图所示,其气体发生剂主要含有NaN3、KClO4、NH4NO3等。已知产气时发生的反应为2NaN32Na+3N2↑,该反应放出大量的热。下列说法错误的是(　　) A.KClO4含有离子键和极性共价键 B.65 g NaN3反应生成22.4 L N2(标准状况) C.NH4NO3分解吸热,可吸收产气过程释放的热量 D.汽车受到猛烈碰撞时,传感器将信号传递给气体发生器,引发反应 B 解析:KClO4是由钾离子和高氯酸根离子构成的,含有离子键,在高氯酸根离子中存在氯氧极性共价键,A正确;65 g NaN3为1 mol,由化学方程式可 知,反应生成1.5 mol氮气,为33.6 L N2(标准状况),B错误;产气时反应放热, NH4NO3分解吸热,可吸收产气过程释放的热量,C正确;汽车受到猛烈碰撞时,传感器将信号传递给气体发生器,引发反应使得气囊工作,D正确。 $$