第2章 微专题讲座系列 研究车用燃料及安全气囊-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（鲁科版，双选）

本讲义聚焦“利用化学反应解决实际问题”，核心知识点包括车用燃料的选择与优化（关联物质变化与能量变化）、汽车尾气污染及处理（催化剂氧化还原、水洗过滤）、安全气囊气体发生剂原理（叠氮化钠等分解反应及物质转化），构建从化学原理到实际应用的学习支架。 该资料以项目式学习为特色，通过“选择车用燃料”“设计安全气囊”活动探究，培养科学探究与实践能力，结合判断正误、问题讨论提升科学思维（如反应类型分析、物质选择原则），联系新能源与环保体现科学态度与责任。课中辅助教师引导学生主动建构知识，课后通过课时精练帮助学生巩固应用，查漏补缺。

研究车用燃料及安全气囊 ——利用化学反应解决实际问题 项目学习目标 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．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．汽车尾气污染及处理 (1)汽车尾气污染 是指由汽车排放的废气造成的环境污染。主要污染物为碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物等，能引起光化学烟雾等灾害。 (2)汽车尾气处理 即汽车尾气由原有毒气体，变成无毒气体，再排放到大气中。从而可减少对大气环境的污染。 ①采用催化剂：将CO氧化成CO2，碳氢化合物氧化成CO2和H2O，NOx被还原为N2等。 ②水洗：通过水箱，使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋浴，可将粘在碳粒上的有毒物质洗去，使碳粒子胀大而给予去除。 3．汽车安全气囊气体发生剂 (1)特点 汽车安全气囊使用的气体发生剂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)常见气体发生剂种类 ①成分：目前，用于汽车安全气囊的气体发生剂主要由叠氮化钠、三氧化二铁、硝酸铵等物质按一定比例混合而成。其氧化剂主要是Fe2O3。 ②原理 Ⅰ．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↑。 Ⅱ．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NH4NO3N2O↑＋2H2O。 Ⅲ．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。 [判断正误](正确的打“√”，错误的打“×”) (1)柴油中碳的含量比汽油高，若改用柴油作为汽车的燃料，则可以相对减少污染。(×) (2)车用燃料达到燃点所需能量越高越好。(×) 学生用书第72页 (3)开发新能源是控制城市空气污染源的方法之一。(√) (4)三元催化器能将汽车尾气转化为无害物质。(√) (5)安全气囊系统是一种被动安全性的保护系统。(√) (6)安全气囊从技术上讲其实是一种化学反应，能够生成气体来填充囊袋。(√) (7)开车时必须系上安全带，否则的话安全气囊会对人体造成伤害。(√) (8)可以用水去直接冲洗安全气囊位置。(×) 项目活动1　选择车用燃料 [活动探究] 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。 问题1　燃料燃烧是放热反应还是吸热反应？试用图像分析燃料燃烧过程中发生能量变化的本质原因。 提示：　燃烧是放热反应，所以反应物能量大于生成物能量，如图： 问题2　请根据下图判断哪种燃料更适合作车用燃油？为什么？ 提示：　选择燃料A。因为A达到燃点所需要的能量少且放出的热量多。 问题3　随着汽车应用的日益广泛，汽车尾气产生的污染越来越严重。 如何减少汽车污染对城市环境的危害？ 提示：　要减少汽车污染对城市环境的危害，最有效的办法是调整城市交通政策，大幅减少私家车数量，优先发展公交，提倡自行车交通；同时，还应加速发展、普及环保型汽车，减少对化石燃料的依赖。先进的汽车尾气处理技术，对不符合尾气排放标准的汽车进行淘汰或改造。定期清洗三元催化器，保持机动车尾气净化性能。汽车尾气中氮的氧化物治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”。它的特点是使CO与NO反应，生成无毒气体。反应方程式为2CO＋2NO===2CO2＋N2。 问题4　选择汽车燃料主要考虑哪些因素？ 提示：　从化学反应能量变化的角度选择汽车燃料时，既要考虑燃料发生化学变化时释放能量的多少，也要考虑达到燃料燃点需要吸收能量的多少，还要考虑燃料的来源、价格、生成物对环境的污染等因素。 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 六大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 焦炉气 H2、CH4、C2H4、CO等，可用作燃料、化工原料 氯碱工业 Cl2，一般用NaOH溶液吸收 　　 学生用书第73页 1．党的十九大报告指出：“坚持人与自然和谐共生，坚定走生态良好的文明发展道路，建设美丽中国，为人民创造良好的生活环境”。下列行为与该主题不相吻合的是(　　) A．发展农村沼气，将废弃的农作物秸秆转化为清洁高效的能源 B．实施矿物燃料的脱硫脱硝技术，可以减少氮氧化物的排放 C．开着大排量的家用汽车直播声讨雾霾天气 D．在推广乙醇汽油的同时，研究开发太阳能电池和氢燃料电池汽车 C　[A项，将废弃的农作物秸秆制沼气供家庭取暖和做饭时使用，不但充分利用农村资源，而且沼气是清洁能源，燃烧产生的污染物少，A不符合题意；B项，含硫、氮的矿物燃料直接燃烧，会产生二氧化硫和氮氧化物，造成酸雨和光化学烟雾等环境问题，脱硫脱硝后，可以减少二氧化硫和氮氧化物的排放，B不符合题意；C项，大排量汽车耗油高，会生成大量的空气污染物，造成环境污染，C符合题意；D项，太阳能电池和氢燃料电池是对环境友好的电池，不产生污染，D不符合题意。] 2．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 C　[辛烷来自石油，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约为H2 142．9 kJ，CO 10．1 kJ，C8H18 48．4 kJ，CH4 55．6 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；等质量的可燃物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。] 3．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 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。] 项目活动2　设计安全气囊 [活动探究] 汽车安全气囊是自动为乘员提供碰撞保护的系统。所谓“自动”是指车上乘员不需要做任何动作，一旦发生碰撞事故时，就会受到该系统的保护。可见，安全气囊已经成为决定一款车安全性的重要指标之一。当车辆发生碰撞时，碰撞传感器和电脑会判断出撞击的力度，并及时向气囊发出指令。不过气囊弹出的冲击力在保护驾乘者安全的同时，也可能造成危险隐患，所以并不是安全气囊打开就一定安全。而且车速越快，碰撞的时间也就越短，一旦碰撞时间比气囊的爆发时间还短时，气囊的作用就非常微小了。 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 叠氮化钠 产生保护气 产生氮气 2 硝酸铵 吸收反应产生的热量同时产生气体 生成一氧化二氮和水蒸气 3 氧化铁 除去反应生成的腐蚀性强的物质 与钠反应生成铁和氧化钠 学生用书第74页 问题1　安全气囊中发生的三个反应分别是什么反应类型？ 提示：　2NaN32Na＋3N2↑(分解反应、氧化还原反应)；NH4NO3N2O↑＋2H2O↑(分解反应、氧化还原反应)；Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O(置换反应、氧化还原反应)。 问题2　选取安全气囊中的气体发生剂应遵循什么原则？ 提示：　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。 问题3　通过为安全气囊选择气体发生剂，你对化学反应的利用还有哪些新的认识？ 提示：　选择物质时不仅要考虑所选物质的性质，还需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、合理的利用化学反应。 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。　　 3．设计安全气囊 已知NaN3在碰击时，会发生2NaN32Na＋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物质及作用。 方案 选择化学试剂的思路 选择化学药品 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 ② 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 ③ 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 　　 1．(双选)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的特点是(　　) A．生成物清洁 B．低腐蚀 C．释放能量 D．有无毒性无所谓 AB　[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．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，反应方程式为SiO2＋K2O===K2SiO3，SiO2＋Na2O===Na2SiO3，据物质守恒，反应的总方程式可以写成：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 课时精练(十四)　研究车用燃料及安全气囊 (本栏目内容在学生用书中以活页形式分册装订！)　　　　　　　　　　　　　　　　 1．近年来，多地公共汽车大部分采用天然气作为汽车的燃料，其主要目的是(　　) A．防止石油短缺 B．降低成本 C．减少对大气的污染 D．加大发动机的动力 C　[与汽油相比，用天然气作燃料，产生的有害气体及颗粒物少，对空气的污染小。] 2．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，并使烃类充分燃烧为水和二氧化碳。下列说法中正确的是(　　) A．CO和NOx反应的化学方程式为2xCO＋2NOx2xCO2＋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　[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，只能减轻污染，不能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。] 3．能源与人类的生活和社会发展密切相关。下列关于能源开发和利用的说法错误的是(　　) A．用酒精代替汽油作汽车燃料 B．随着科技的发展，氢气将会成为主要能源 C．在农村提倡利用沼气作生活燃料 D．人类利用的能源都是通过化学反应获得的 D　[A项，用酒精代替汽油作汽车燃料，可以减少化石燃料的使用，降低空气中CO2及固体小颗粒等的含量，提高燃料的利用率，正确。B项，氢气的燃烧产物是水，无污染，随着科技的发展，研制开发新型催化剂，使用廉价能源使水发生分解产生氢气，研制新的储氢材料来储存氢气，氢气将会成为主要能源，正确。C项，在农村提倡利用将植物的秸秆、动物的粪便等经过发酵处理得到的沼气作生活燃料，不仅可以提高能量的利用率，而且更环保，正确。D项，人类利用的能源绝大多数都是直接或间接来自太阳能，并不都是通过化学反应获得的，错误。] 4．(双选)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两种盐 D．在Na3N与水的反应中，Na3N作还原剂 AC　[Na＋和N3－离子核外电子数相同，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与盐酸反应：Na3N＋4HCl===3NaCl＋NH4Cl，生成氯化钠和氯化铵，故C正确；Na3N与水的反应中各元素化合价不变，不属于氧化还原反应，故D错误。] 5．下列不符合节能减排要求的是(　　) A．将煤块粉碎，提高燃料的燃烧效率 B．在汽车上安装汽车尾气催化转化装置，可使汽车尾气中的CO和NO发生反应：2CO＋2NO2CO2＋N2 C．在大力推广乙醇汽油的同时，研究开发太阳能汽车和氢燃料电池汽车 D．在水力发电、火力发电、核能发电和风力发电中，要大力发展火力发电 D　[A项，将煤块粉碎，可以增大与空气的接触面积，从而提高燃料的燃烧效率，不符合题意；B项，在汽车上安装汽车尾气催化转化装置，可使汽车尾气中的CO和NO发生反应，生成无污染的CO2和N2，不符合题意；C项，乙醇汽油、太阳能、氢燃料电池使用时污染较小或无污染，不符合题意；D项，火力发电是利用煤、石油、天然气等燃料燃烧时产生的热能进行发电，煤、石油的使用均污染环境，不符合节能减排的要求，符合题意。] 6．为保护环境，减少汽车尾气中污染物的排放量，汽车上需要安装三元催化器。 (1)三元催化器是利用催化剂将汽车尾气中的三种主要污染物转化为无害物质。这三种主要污染物是：NOx、____________和________________。试写出在催化剂作用下，氨气还原NO2的化学方程式：__________________________________________，在该反应中氧化产物和还原产物的物质的量之比为________。 (2)北京市拟用甲醇替代液化石油气作为公交车的燃料，甲醇作为公交车燃料的好处是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：　(1)汽车尾气中三种主要大气污染物是NOx、CO和碳氢化合物。在催化剂作用下，氨气还原NO2生成氮气和水，反应的化学方程式为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，在该反应中氧化产物和还原产物均是氮气，由于还原剂和氧化剂的物质的量之比是4∶3，则氧化产物和还原产物的物质的量之比为4∶3。(2)甲醇燃烧充分，生成物是水和CO2，污染少。 答案：　(1)CO　碳氢化合物　8NH3＋6NO27N2＋12H2O　4∶3 (2)燃烧充分，污染少 7．某汽车安全气囊的气体发生剂含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物质。当汽车发生碰撞时，气体发生剂产生大量气体使气囊迅速膨胀，从而起到保护作用。 (1)NaN3是产气剂，受到撞击后分解产生N2和Na，N2的电子式为________。 (2)Fe2O3是主氧化剂，与Na反应生成的还原产物为________(已知该反应为置换反应)。 (3)KClO4是助氧化剂，反应过程中与Na作用生成KCl和Na2O，KClO4中含有的化学键类型为________，K原子的结构示意图为________。 (4)NaHCO3是冷却剂，通过吸收产气过程中释放的热量发生分解，其化学方程式为________________________________________________________________________。 (5)100 g上述气体发生剂产生的气体通过碱石灰后得到N2 33．6 L(标准状况)。 ①用碱石灰除去的物质为________(填化学式)； ②该气体发生剂中NaN3的质量分数为________。 解析：　(2)Fe2O3与Na发生反应Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O，还原产物为Fe。(5)①产气过程中会产生N2、CO2和水蒸气，碱石灰可以吸收CO2和水蒸气。②2NaN3～3N2，则n(NaN3)＝×＝1 mol，则m(NaN3)＝1 mol×65 g/mol＝65 g，故w(NaN3)＝×100%＝65%。 答案：　(1) 　(2)Fe(或铁) (3)离子键和共价键　 (4)2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O (5)①CO2、H2O　②65% 8．氮化钠(Na3N)是科学家制备的一种重要的化合物，它与水作用可产生NH3。回答问题： (1)Na3N的电子式是____________________________________________________，该化合物由________键形成。 (2)Na3N与盐酸反应生成________种盐，其电子式为________。 (3)Na3N与水反应属于________反应。 (4)比较Na3N中两种微粒的半径；r(Na＋)_____________________ _________________ r(N3－)(填“>”、“<”或“＝”)。 (5)写出Na3N与水反应的化学方程式∶___________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：　(1)钠元素和氮元素分别是活泼的金属和活泼的非金属元素，所以二者形成的化学键是离子键，Na3N的电子式为；(2)氮化钠和水反应生成氨气，则根据原子守恒可判断，另外一种生成物应该是氢氧化钠，所以氮化钠和盐酸反应的生成物应该是氯化钠和氯化铵，共计是2种盐，氯化钠和氯化铵都是离子化合物，氯化钠的电子式为，氯化铵的电子式；(3)Na3N电离出Na＋、N3－，H2O电离出H＋、OH－，N3－和H＋结合成为NH3，Na＋与OH－结合成为NaOH，反应的化学方程式是Na3N＋3H2O===3NaOH＋NH3↑，氮化钠和水发生了复分解反应；(4)Na＋与N3－属于电子层结构相同的粒子，核电荷数越大半径越小，故r(Na＋)<r(N3－)；(5)氮化钠和水反应的化学方程式是Na3N＋3H2O===3NaOH＋NH3↑。 答案：　(1) 离子 (2)2　、 (3)复分解　(4)＜　(5)Na3N＋3H2O===3NaOH＋NH3↑ 学科网（北京）股份有限公司 $