第二章 第二节 研究与实践 了解汽车尾气的治理(教师用书独具)（课件PPT）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（人教版）

该高中化学课件聚焦化学反应速率与化学平衡在汽车尾气治理中的应用，从尾气成分、危害及排放标准切入，结合三元催化、SCR技术等治理原理，通过跟踪训练题衔接理论与实践，构建学习支架。 其亮点是以真实情境为载体，融合科学态度与责任、科学思维和科学探究与实践，如通过国六标准数据对比培养环保意识，借助三段式计算训练平衡分析能力，帮助学生将化学原理与生活结合，提升应用能力，也为教师提供落实核心素养的教学素材。

研究与实践　了解汽车尾气的治理 (教师用书独具) 第二章　第二节 【研究目的】 让学生通过了解汽车尾气的治理，关注化学反应速率与化学平衡的知识在生产、生活中的应用，培养学生利用化学知识分析身边问题的能力，增强保护环境的意识和责任感。 【材料阅读】 1.尾气的成分及其危害 (1)空气燃油比、温度等因素对燃烧及其尾气排放的影响 [以汽油的成分之一——辛烷(C8H18)为例] ①空燃比与化学当量比：影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的空燃比， 理论上一公斤燃料完全燃烧时需要14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。 空燃比与化学当量比关系 优点 缺点 空燃比小于化学当量比 供给浓混合气，此时发动机的功率大 燃烧不完全，生成的CO、HC(碳氢化合物)多 空燃比略大于化学当量比 燃烧效率高，燃油消耗量低 生成的NOx多 ②发动机的温度：发动机的工作温度应保持在80～90 ℃范围内，温度过高、过低均会对汽油的燃烧过程产生不利影响。 ③燃料燃烧产物：还容易使燃烧中产生的氧化物与水蒸气结合成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加，汽油雾化蒸发不良，进而使燃烧形成的积炭和污染物的排放增加。 (2)汽车尾气中有害物质的成因及危害 汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾。汽车尾气中一氧化碳的含量较高，可引起CO中毒。 2.尾气的治理 (1)我国汽车尾气的排放标准和治理现状。 ① 我国汽车尾气的排放标准 2016年12月23日，环境保护部、国家质检总局发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》，自2020年7月1日起实施。国六b将会在2023年7月1日实施。 “国六”与“国五”排放物限值差异 排放物 国五(汽油车) 国六a 国六b 一氧化碳CO 1 000(mg·km－1) 700(mg·km－1) 500(mg·km－1) 碳氢化合物HC 100(mg·km－1) 100(mg·km－1) 50(mg·km－1) 非甲烷总烃NMHC 68(mg·km－1) 68(mg·km－1) 35(mg·km－1) 氮氧化物NOx 60(mg·km－1) 60(mg·km－1) 35(mg·km－1) PM颗粒 4.5(mg·km－1) 4.5(mg·km－1) 3(mg·km－1) ②治理现状 (2)汽车尾气三元催化转化中涉及的化学原理 三元催化转化器由一个金属外壳、一个网底架和一个催化层(含有铂、铑等贵重金属)组成，可除去HC、CO和NOx三种主要污染物质的90%(所谓三元是指除去这三种化合物时所发生的化学反应)。 (3)选择性催化还原(SCR) 技术在柴油车尾气治理中的应用 选择性催化还原技术(SCR)是针对柴油车尾气排放中NOx的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N2。 SCR(选择性催化还原)工作原理： CO(NH2)2＋H2O===2NH3↑＋CO2↑， 4NO＋4NH3＋O2===4N2＋6H2O。 该技术也被广泛应用于柴油机尾气处理，从而达到既节能又减排的目的。 【结果与讨论】 通过调查和分析，你得到什么启示？ 提示　通过调查和分析，了解到汽车尾气的成分和危害，还有我国面临的严峻形势以及国家在治理方面所采取的措施，了解了化学在治理汽车尾气新技术中所起到的巨大作用，体会到化学独特的魅力。 1 2 3 1.(2023·日照检测)治理汽车尾气中NO和CO污染的一种方法是将其转化为无害的CO2和N2，反应原理为2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)　ΔH<0。某研究小组在三个容积均为5 L的恒容密闭容器中，分别充入0.4 mol NO和0.4 mol CO，在三种不同实验条件下进行上述反应(体系各自保持温度不变)，反应体系总压强随时间的 变化如图所示。 跟踪训练 (1)实验Ⅱ从开始至达到平衡时的平均反应速率v(NO)＝_________________________。 1.75×10－3 mol·L－1·min－1 1 2 3 设参加反应的NO为x mol，则： 　　2NO(g)＋2CO(g)　　2CO2(g)＋N2(g) 起始/mol　0.4　 0.4　　　 0　　　　0 转化/mol　x　　 x　　　　 x　　　　0.5x 平衡/mol　0.4－x 0.4－x　　 x　　　　0.5x 恒温恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，则(0.4＋0.4)∶(0.4－x＋0.4－x＋x＋0.5x)＝320∶250，解得x＝0.35， 跟踪训练 1 2 3 (2)与实验Ⅱ相比，实验Ⅰ和实验Ⅲ 分别仅改变一种反应条件，所改变的条件和判断的理由分别为 实验Ⅰ：__________________________________ ____________________。 跟踪训练 升高温度，达到平衡的时间比实验Ⅱ 短，且起始压强增大 加催化剂，达到平衡的时间比实验Ⅱ短，平衡没有移动 实验Ⅲ：_________________________________________________。 1 2 3 (3)三组实验中CO的平衡转化率αⅠ(CO)、αⅡ(CO)和αⅢ(CO)的大小关系为_______________________。 跟踪训练 αⅡ(CO)＝αⅢ(CO)>αⅠ(CO) 实验Ⅱ、Ⅲ相比平衡不移动，故CO的平衡转化率不变，即αⅡ(CO)＝αⅢ(CO)，实验Ⅰ、Ⅱ相比，实验Ⅰ温度较高，正反应为放热反应，平衡向逆反应方向移动，CO的平衡转化率减小，即αⅠ(CO)<αⅡ(CO)，故αⅡ(CO)＝αⅢ(CO)>αⅠ(CO)。 1 2 3 (4)实验Ⅲ的平衡常数K＝_________。 跟踪训练 17 150 2.汽车尾气是城市的主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，常温常压下其热化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)　　N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－113 kJ·mol－1。 (1)既能加快该反应的反应速率，又能提高NO的转化率，关于上述反应可采取的正确措施为_____(填字母，下同)。 A.升高温度 B.增大压强 C.使用更多的NO D.使用适当的催化剂 1 2 3 跟踪训练 B 1 2 3 跟踪训练 该反应为放热反应，升高温度，化学反应速率加快，平衡逆向移动，NO的转化率会减小，A错误； 增加NO的用量，化学反应速率加快，平衡正向移动，CO的转化率增大，NO的转化率减小，C错误； 使用适当的催化剂，不能改变反应限度，不能提高NO的转化率，D错误。 (2)在一密闭容器中发生上述反应，下列描述能说明反应已达到平衡的是_______。 A.2v正(CO2)＝v逆(N2) B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化 C.某时刻容器中NO与N2的物质的量之比为2∶1 D.容器中气体的分子总数不随时间而变化 1 2 3 跟踪训练 BD 1 2 3 跟踪训练 由反应可知：v正(CO2)＝2v逆(N2)时反应达到平衡状态，A错误； 某时刻NO与N2的物质的量之比为2∶1，不能说明该比例保持不变，C错误。 (3)常温下，在一个容积为2 L的恒容密闭容器中充入0.20 mol NO和　　0.20 mol CO，半分钟后反应达到平衡，测得容器中含N2 0.08 mol。 ①从反应开始至达到平衡时的平均反应速率v(CO2)＝_____mol·L－1·min－1。 1 2 3 跟踪训练 0.16 1 2 3 跟踪训练 容器体积为2 L，反应时间为0.5 min，依据三段式计算， 　　　2NO(g)＋2CO(g)　　N2(g)＋2CO2(g) 起始/mol　 0.20　　 0.20　　　0　　　0 转化/mol　 0.16　　 0.16　　　0.08　 0.16 平衡/mol　 0.04　　 0.04　　　0.08　 0.16 ②常温下，该反应的平衡常数K＝_______，若要使K增大，则改变的条件为_____。 1 2 3 跟踪训练 1 600 降温 ③若继续通入0.20 mol NO和0.20 mol CO，则NO的平衡转化率会_______ (填“增大”“减小”或“不变”)，再次达到平衡后，_____mol<n(N2)< ______mol。 1 2 3 跟踪训练 增大 0.16 0.20 继续通入0.20 mol NO和0.20 mol CO，相当于加压，NO的平衡转化率会增大；反应再次达到平衡后，N2的物质的量比原平衡中的2倍还大，但反应不能完全转化，因此要比0.20 mol小。 3.汽车尾气已成为城市空气的主要污染源，治理汽车尾气的SCR(选择性催化还原)和NSR(NOx储存还原)技术均可有效降低柴油发动机工作过程中排放的NOx。NSR(NOx储存还原)的工作原理如图所示，柴油发 1 2 3 跟踪训练 动机工作时在稀燃(O2充足、柴油较少)和富燃(O2不足、柴油较多)条件下交替进行，通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。 (1)BaO吸收NO2的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是_______。 1 2 3 跟踪训练 1∶4　 根据图示，BaO与NO2、O2反应生成硝酸钡，化学方程式是2BaO＋4NO2＋O2===2Ba(NO3)2，氧化剂(O2)与还原剂(NO2)的物质的量之比是1∶4。 (2)若柴油中硫含量较高，在稀燃过程中，BaO吸收氮氧化物的能力下降至很低水平，结合化学方程式解释原因：_______________________ ______________________________________________________________________________________。 1 2 3 跟踪训练 稀燃过程中，硫被氧化为二氧化硫，发生反应：2BaO＋2SO2＋O2===2BaSO4，硫酸钡稳定，不易分解，也难与NOx反应 (3)研究发现：尾气中的CO2对BaO吸收氮氧化物有影响。一定温度下，测得气体中CO2的体积分数与氮氧化物吸收率的关系如图所示。一定范围内，氮氧化物吸收率随CO2体积分数的增大而下 1 2 3 跟踪训练 降，原因是________________________________________；当CO2体积分数达到10%～20%时，氮氧化物吸收率依然较高，原因可能是________ ________________________。 BaO与CO2反应生成BaCO3，覆盖在BaO表面 在一定程度上也能吸收NOx BaCO3 本课结束 故v(NO)＝＝1.75×10－3 mol·L－1·min－1。 实验Ⅱ、Ⅲ温度相同，平衡常数相同，结合(1)中计算可以知道平衡时：c(NO)＝＝0.01 mol·L－1，c(CO)＝＝0.01 mol·L－1，c(CO2)＝＝0.07 mol·L－1，c(N2)＝＝0.035 mol·L－1，实验Ⅲ的平衡常数K＝＝＝17 150。 v(CO2)＝＝0.16 mol·L－1·min－1。 K＝＝1 600；该反应为放热反应，要使K增大，只能降温。 $