第二章 微项目二 研究车用燃料及安全气囊-【创新教程】2025-2026学年高中化学必修第二册五维课堂教师用书word（鲁科版）

本高中化学讲义聚焦化学反应中物质变化与能量变化的实际应用，系统梳理车用燃料选择（含能量转化、尾气处理）和安全气囊设计（气体发生剂性质、反应原理），构建“理论-应用-实践”的学习支架。 资料通过项目活动（如燃料选择讨论、气囊方案设计）和典题训练，培养科学探究与实践能力，结合环保与安全案例渗透科学态度与责任。课中辅助教师引导学生探究，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

——利用化学反应解决实际问题 课程标准 核心素养 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问题的思路 1.能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究；勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新 2．深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献；具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式；能对与化学有关的社会热点问题作出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践活动 [知识梳理] 一、选择车用燃料 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。 (3)汽油的主要成分之一为　庚烷(C7H16)　，该物质充分燃烧的化学方程式为　C7H16＋11O27CO2＋8H2O　，其燃烧过程能量变化如图，该过程发生能量变化的本质原因是　破坏旧化学键吸收的能量小于形成新化学键释放的能量　。 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)汽车尾气中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。 (3)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　。 二、设计安全气囊 1．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。 2．汽车安全气囊气体发生剂工作原理 (1)汽车受到强烈撞击时，点火器点火引发叠氮化钠分解为氮气和金属钠。反应的化学方程式为　2NaN32Na＋3N2↑　。 (2)硝酸铵吸收叠氮化钠放出的热量，生成一氧化二氮气体和水蒸气，反应的化学方程式为　NH3NO3N2O↑＋2H2O↑　。 3．三氧化二铁和钠反应，生成铁和氧化钠，反应的化学方程式为　Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O。　 [教材解读] 一、教材P66[项目活动1] 讨论： 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 放热反应 能量角度 (宏观) 图示 变化 E(反应物)＞E(生成物) 化学键角度 (微观) 断键吸收的总能量小于成键 释放的总能量 2.某同学根据所查阅的资料，绘制了三种可燃物在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图。根据示意图，你认为哪种物质更适合用作车用燃料？为什么？ 提示：A　图显示反应物转化为生成物时放出的能量较多，且反应达到燃点需要吸收的能量较少。 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；对人体健康造成危害的主要是有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等。 目前解决汽车尾气污染问题所采取的措施主要有哪些？汽车尾气中的氮氧化物通常是如何除去的？ 提示：汽车尾气治理的主要措施：(1)采用无铅汽油，以代替有铅汽油，可减少汽车尾气毒性物质的排放量。(2)掺入添加剂，改变燃料成分，提升燃油品质等。(3)采用绿色燃料同样可减少汽车尾气有毒气体的排放量。(4)节约能源，有利环境，大力推广车用乙醇汽油。 除去氮氧化物的方法：在催化剂作用下，用CO将NOx还原为N2。 4．从化学反应中能量变化的角度分析，选择车用燃烧时主要应考虑哪些因素？除此之外，还需要考虑哪些问题？ 提示：选择车用燃料时需要考虑：热值高、污染小、原料易得等因素。除了考虑上述因素，还需要考虑价格是否廉价。 5．通过研讨，你认为利用化学反应指导生产实践时应该从哪些角度考虑问题？ 提示：通过研讨，利用化学反应指导生产实践时应该考虑：操作的安全性、原理的科学性、原料的经济以及对环境是否友好等。 二、教材P67[项目活动] 　请查阅相关资料，尝试思考解决下列问题。 1．气体发生器中的物质应具有哪些性质？你能找到哪些符合要求的物质？ 提示：安全气囊气体发生器中的物质应该具有易分解，且分解时产生大量气体。NH4NO3撞击时易分解。 2．目前，叠氮化钠(NaN3)是在汽车安全气囊系统中普遍使用的物质之一。汽车受到猛烈碰撞时，点火器点火引发叠氮化钠迅速分解，产生氮气和金属钠，同时释放大量的热。如果你是设计师，你会同时在安全气囊系统中加入哪些其他物质？为什么？ 方案设计 方案 选择的化学 药品 选择化学药品的 思路 每种化学药 品的作用 1 2 3 提示：安全气囊中还应该加入Fe2O3、KClO4、NH4NO3等物质。这些药品用来处理叠氮化钠分解产生的具有较强腐蚀性的金属，同时吸收放出的大量热量。 方案 选择的化 学药品 选择化学药品的思路 每种化学药品 的作用 1 Fe2O3 铁的活泼性比钠弱，铁没有腐蚀性 金属钠置换出氧化铁中的铁 2 KClO4 分解产生氧气，可以将金属钠转换为氧化钠 利用KClO4分解产生的氧气将金属钠转化为氧化钠 3 NH4NO3 分解吸收热量 吸收叠氮化钠分解放出的大量热量，防止气囊爆炸。 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？ 提示：化学反应广泛应用到人们的生活中。 [活动项目1]　选用车用燃料 [核心突破] 1．车用燃料能量变化的本质探究 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)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。 则：1 mol庚烷燃烧产生CO2和水蒸气所释放能量为3 815.4 kJ。 (2)用能量变化图像表示庚烷燃烧释放能量过程。 2．车用燃料的选择 化学键角度：断裂旧化学键吸收能量低，形成新化学键释放能量高。 燃料在汽缸工作环境：燃料燃烧易控制，不爆燃，能完全燃烧。 其他因素：要参考燃料的来源、价格，生成物对环境的影响等因素。 3．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：一氧化碳来自燃料不完全燃烧，一氧化氮来自高温或放电条件下N2和O2反应，二氧化硫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)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。 [素养探究] 1．为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气(CNG)，另一类是液化石油气(LPG)。这两类燃料的主要成分是什么？ 提示：天然气的主要成分是CH4，液化石油气的主要成分是C3H8和C4H10，二者均是碳氢化合物。 2．在汽车尾气系统中安装催化转化器，可有效降低NOx的排放。当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式。 提示：2NO＋2CON2＋2CO2。 [典题示范] [典例1]　下表为某汽车在不同速率时所产生的空气污染物质量(按汽车平均行驶1公里计算)。 速率/(km·h－1) 50 80 120 一氧化碳 8.7 5.4 9.6 氮的氧化物 0.6 1.5 3.8 碳氢化合物 0.7 0.6 0.8 根据上表，下列说法不正确的是(　　) A．汽车行驶时，污染物中CO含量最高 B．汽车速率为120 km·h－1时，污染最严重 C．从环保角度考虑，最合适的汽车速率为50 km·h－1 D．汽车速率增大时，产生的氮的氧化物也随之增多 解析：C　[根据表中信息可知汽车行驶时，污染物中CO含量最高，A项正确；汽车行驶速率为120 km·h－1时，三种污染物排放量都最多，污染最严重，B项正确；从环保角度考虑，最合适的汽车速率为80 km·h－1，C项错误；汽车行驶速率越大，产生的氮氧化物越多，D项正确。] [针对训练] 1．汽车尾气是城市主要污染之一，治理的一种办法是在汽车排气管上安装催化转化器，它使一氧化氮与一氧化碳反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及二氧化硫的转化，下列说法错误的是(　　) A．一氧化氮与一氧化碳反应的化学方程式为2CO＋2NO2CO2＋N2 B．此方法的缺点是使二氧化碳的量增多，会大大提高空气的酸度 C．为减少城市污染应开发新能源 D．汽车尾气中有两种气体与血红蛋白结合而使人中毒 解析：B　[A项，由题给信息可知，NO和CO反应生成无毒的氮气和二氧化碳，化学方程式为2CO＋2NO2CO2＋N2；B项，二氧化碳增多不会提高空气的酸度；C项，NO、CO均为空气污染物，新能源燃烧不生成有毒物质，则为减少城市污染应开发新能源；D项，汽车尾气中的NO、CO均极易与血红蛋白结合而使人中毒。] 2．作为车用燃料，随着科技的发展越来越多元化，已知完全燃烧1 mol氢气(H2)、一氧化碳(CO)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)分别释放出285.8 kJ、283 kJ、5 518.0 kJ、890.3 kJ热量，下列有关车用燃料的说法正确的是(　　) A．辛烷C8H18(g)来自于石油，是一种可再生能源 B．相同质量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃烧时，放出热量最多的是C8H18 C．氢气可作为未来车用能源的主要燃料 D．甲烷是一种清洁能源，燃烧时不产生任何污染 解析：C　[辛烷来自于石油，是一种不可再生能源，A项错误；根据题给信息，每克物质完全燃烧时放出的热量分别为H2 142.9 kJ，CO 10.1 kJ，C8H1848.4 kJ，CH455.6 kJ，则相同质量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃烧时，放出热量最多的是H2，B项错误；燃烧等质量的氢气放出的热量最多，而且其燃烧产物为水，对环境没任何污染，因此可作为未来车用能源的主要燃料，C项正确；甲烷为一种清洁能源。但如果不完全燃烧，可产生一氧化碳等污染性气体，D项错误。] [活动项目2]　设计安全气囊 [核心突破] 1．气体发生器中的物质应有的性质： (1)气囊中物质常温下稳定，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)发生器中另外物质能快速吸收热量，防止人被烧伤或灼伤。 (3)发生器中的物质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。 2．汽车安全气囊中的成分、作用及原理 化学药品 作用 原理 叠氮化钠 产生保护气 2NaN32Na＋3N2↑ 硝酸铵 吸收反应产生的热量，同时产生气体 NH4NO3N2O↑＋2H2O↑ 氧化铁 除去生成的腐蚀性强的物质 Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O [素养探究] 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：安全气囊中通常装入的是叠氮化钠(NaN3)，受到剧烈撞击时迅速分解生成大量氮气，所以气囊中产生的是氮气。 2．NaHCO3的作用为吸收反应释放的热，并吸收反应生成的强腐蚀性的Na2O，防止造成人的二次伤害。写出该过程中所发生反应的化学反应方程式_________________。 提示：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，CO2＋Na2O===Na2CO3。 [典题示范] [典例2]　某品牌安全气囊的气体发生剂主要有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物质。 (1)NaN3是气体发生剂，受热或撞击产生N2和Na，并释放大量的热，Fe2O3作用为吸收产生的Na生成一种单质和一种氧化物，反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________。 (2)KClO4为助氧化剂，在反应过程中与金属Na反应生成KCl和Na2O，反应的化学方程式为________________________________________________________________________； (3)NaHCO3的作用为　________　，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。 解析：NaN3受撞击分解生成Na和N2，Fe2O3做氧化剂可吸收金属钠，防止Na对人体的伤害，KClO4做助氧化剂也可以吸收Na，生成KCl和Na2O，NaHCO3受热分解生成大量气体，并吸收大量热量，同时生成的CO2可以和Na2O反应生成无腐蚀性的Na2CO3。 答案：(1)Fe2O3＋6Na===2Fe＋3Na2O (2)KClO4＋8Na===KCl＋4Na2O (3)冷却剂，吸收产气过程中释放的热量，并吸收反应生成的强腐蚀性的Na2O，防止造成人的二次伤害 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，CO2＋Na2O===Na2CO3 [针对训练] 3．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 解析：C　[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。] 4．Na3N是离子化合物，它和水作用可产生NH3。下列叙述正确的是 (　　) A．Na＋和N3－的电子层结构都与氖原子相同 B．Na＋的半径大于N3－的半径 C．Na3N与足量的盐酸反应后生成一种盐 D．在Na3N与水的反应中，Na3N做还原剂 解析：A　[Na＋和N3－核外电子数相同，电子层结构都与氖原子相同，故A正确；Na＋的半径小于N3－的半径，故B错误；Na3N与盐酸发生反应Na3N＋4HCl===3NaCl＋NH4Cl，生成两种盐，故C错误；Na3N与水的反应中各元素化合价均不变，不属于氧化还原反应，故D错误。] 1．近年来，我国许多城市禁止汽车使用含铅汽油的主要原因是(　　) A．提高汽油燃烧效率 B．降低汽油成本 C．避免铅污染大气 D．铅资源短缺 解析：C　[为了防止震动，常在汽油中加入抗震剂，四乙基铅有很好的抗震作用，被广泛采用。后来发现加入的四乙基铅只有20%起了作用，其余80%随尾气排入大气，含铅化合物对人体有很大的危害，可通过呼吸或皮肤吸收进入人体，影响神经系统，造成意识障碍，引起幻听、幻视、抽搐、昏迷、直至死亡，尤其影响儿童智力发育，因此当前各国都采用其他抗震剂而不采用铅制剂。] 2．汽车尾气在光照下分解时，即开始光化学烟雾的循环，它的形成过程可用下列化学方程式表示：NO2===NO＋O,2NO＋O2===2NO2，O2＋O===O3。下列有关叙述不正确的是 (　　) A．此过程中，NO2是催化剂 B．在此过程中，NO是中间产物 C．此过程的总方程式为2O3===3O2 D．光化学烟雾能引起人的外呼吸功能严重障碍 解析C　[NO2在反应前后质量和化学性质均没发生变化，只是加快了O2变成O3的反应速率，因此NO2是O2变成O3的催化剂。将三个方程式相加得到的总反应方程式为3O2===2O3。] 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 解析：A　[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．“三效催化转化器”可将汽车尾气中的有毒气体(CO、NO)转化为无污染的气体，下图为该反应的微观示意图(未配平)，其中不同符号的球代表不同种原子，下列说法不正确的是(　　) A．该反应属于氧化还原反应 B．配平后甲、乙、丙的系数均为2 C．甲和丙中同种元素化合价不可能相同 D．丁物质一定是非金属单质 解析：C　[由题意和题图可知，甲为NO，乙为CO，丙为CO2，丁为N2。A项，该反应中氮元素的化合价由＋2价降低到0价，碳元素的化合价由＋2价升高到＋4价，元素化合价发生了变化，所以该反应为氧化还原反应；B项，配平后反应为2NO＋2CO2CO2＋N2，NO、CO、CO2的系数均为2；C项，一氧化氮和二氧化碳中氧元素的化合价都为－2价；D项M丁物质为氮气，只含有N元素，属于非金属单质。] 5．经过多方努力，某市的空气质量有明显改善。造成雾霾的重要原因之一是汽车尾气的排放，汽车加装尾气处理装置可以减少有害尾气的排放。在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．NO2是该过程的中间产物 B．汽车尾气的主要污染成分为CO和NO C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D．该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 解析：C　[A项，由题图可知，2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO4CO2＋N2，NO2是该过程的中间产物；B项，汽油不完全燃烧可生成CO，空气中的氮气在汽缸中放电条件下可生成NO，汽车尾气的主要污染成分是CO、NO等；C项，NO和O2在常温下就能反应生成NO2；D项，该反应的反应物是NO、O2、CO，生成物是CO2、N2，反应条件是催化剂，所以该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。] 6．汽车安全气囊中的填充物主要为NaN3、KNO3和SiO2。当汽车发生猛烈碰撞时，NaN3可在0.03 s内发生迅速分解生成甲、乙两种单质，该反应化学方程式为 ________________________________________________________________________， KNO3的作用是与强腐蚀性的单质反应生成两种氧化物和一种非金属单质，相关的化学方程式为： ________________________________________________________________________。 从理论上计算可知SiO2和NaN3的质量比应大于　________　。 解析：NaN3在高压撞击下，反应生成Na和N2，方程式为2NaN32Na＋3N2↑。KNO3和Na反应生成K2O、Na2O和N2，反应的化学方程式为2KNO3＋10Na===K2O＋5Na2O＋N2↑。SiO2的作用是将生成的有害的K2O、Na2O反应掉，反应的化学方程式为SiO2＋K2O===K2SiO3，SiO2＋Na2O===Na2SiO3，据物质守恒，反应的总化学方程式可以写成：10NaN3＋2KNO3＋6SiO2===5Na2SiO3＋K2SiO3＋16N2↑。故SiO2和NaN3的质量比为(6×60)∶(10×65)＝36∶65。 答案：2NaN32Na＋3N2↑ 2KNO3＋10Na===K2O＋5Na2O＋N2↑　36∶65 学科网（北京）股份有限公司 $