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(学用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中化学必修第二册（鲁科版）

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 项目活动一 探究活动 1.提示：庚烷燃烧反应的能量变化与物质内部能量的关系。 2.提示：可燃物A更适合用作车用燃料，因为A含有的能量较高，且达到燃点所需要的能量少。 3.提示：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释放能量的多少，也要考虑达到燃料燃点时需要吸收能量的多少，还要考虑燃料的来源、价格以及生成物对环境的影响等因素，做到既经济实惠又趋利避害。 4.提示：主要有害成分为碳氢化合物、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。 解决汽车尾气对环境污染的办法之一就是在汽车的排气管上安装填充有催化剂的催化转化器。国外普遍采用铂等贵金属做催化剂，我国则用稀土元素代替部分贵金属做催化剂。催化剂的作用是加速有害气体的转化。例如，在催化剂作用下一氧化氮将一氧化碳氧化成二氧化碳，而本身被还原成氮气：2CO＋2NO2CO2＋N2。同时未燃烧的碳氢化合物和未反应的CO在催化剂作用下被氧化，生成CO2和H2O。 对点训练 1.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；汽车行驶速度为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，最合适的汽车行驶速度为 80 km·h－1 ，C项错误；汽车行驶速度越大，产生的氮氧化物越多，D项正确。 2.C　如题图，Pd、Rh、Pt作为催化剂，能加快反应速率，A正确；在三元催化剂的作用下，汽车尾气被转化为氮气、二氧化碳和水，可以降低光化学烟雾，B正确；催化转化反应中，NOx中的N元素化合价降低，做氧化剂，CO、碳氢化合物中C元素化合价升高，做还原剂，C错误；NOx可能为NO，所以该催化转化器中可能发生反应：2NO＋2CON2＋2CO2，D正确。 3.（1）2CO＋2NON2＋2CO2 （2）该催化器可促进SO2的转化，发生反应：2SO2＋O22SO3，然后发生反应：SO3＋H2OH2SO4 （3）AB 解析：酸雨主要是由于SO2、氮氧化物的大量排放引起的，光化学烟雾主要是由于碳氢化合物、氮氧化物的排放引起的。题中信息有CO和NO反应，生成可参与大气循环的无害气体，并促使SO2转化。由CO、NO的组成元素及有关物质的性质知，生成的无害气体只能是CO2和N2，即2CO＋2NON2＋2CO2。根据接触法制硫酸的反应原理可知，SO2可催化氧化成SO3，所以SO2经“催化转化器”被转化（氧化）为SO3，最后形成硫酸酸雾。（3）要控制城市空气污染源，采取的方法只能是使用不能产生污染的清洁能源，选A、B。 项目活动二 探究活动 1.提示：安全气囊中有固态的叠氮化钠（NaN3）。受到猛烈碰撞时，点火器点火引发叠氮化钠迅速分解生成大量氮气，所以气囊中产生的是氮气。 2.提示：2NaN32Na＋3N2↑。 3.提示：研究化学反应时不仅要关注所发生反应的物质变化，还要关注反应中的能量变化和化学反应速率等，科学合理地利用化学反应。 对点训练 1.D　Fe2O3中O元素位于周期表ⅥA族、Fe元素属于Ⅷ族元素，D错误。 2.D　Na＋和N3－核外电子数相同，电子层结构都与氖原子相同，A正确；Na＋的半径小于N3－的半径，B正确；Na3N与盐酸发生反应：Na3N＋4HCl3NaCl＋NH4Cl，生成两种盐，C正确；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，D错误。 3.（1）2NaN32Na＋3N2↑　65 （2）Cu（N3）2 解析：（1）叠氮化钠（NaN3）在受到猛烈撞击下会分解成两种单质，其中一种是空气中体积分数最大的气体，则该气体是氮气，根据质量守恒定律，生成的另一种物质是钠，反应的化学方程式为2NaN32Na＋3N2↑。设理论上需要叠氮化钠的质量为x。 2NaN32Na＋3N2↑ 130 84 x 42 g 130∶84＝x∶42 g，解得x＝65 g。（2）叠氮化钠（NaN3）是由钠离子和叠氮根离子构成的，叠氮根离子为－1价，则叠氮化铜的化学式为Cu（N3）2。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 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问题的思路。 项目活动一　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，庚烷在汽缸中发生的反应为C7H16（g）＋11O2（g）7CO2（g）＋8H2O（g）。 2.车用燃料的选择 （1）选择依据 燃点不能太高或太低；热值大，释放的能量多。 （2）燃料在汽缸工作环境 燃料燃烧易控制，不爆燃，能完全燃烧。 （3）其他因素 要参考燃料的来源、价格以及生成物对环境的影响等因素。 3.汽车尾气及其危害 主要有害成分 产生原因 主要危害 一氧化碳（CO） 燃料燃烧不充分造成 一氧化碳使血红蛋白携带氧气的能力降低 碳氢化合物 混合气过浓或过稀出现断火时产生 碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要参与者 氮氧化物（主要为NO和NO2） 混合气在高温、富氧下燃烧时产生 氮氧化物在一定条件下能形成光化学烟雾和酸雨 【探究活动】 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。 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？ 3.如何根据燃料的能量变化选择车用燃料？ 4.汽车尾气中有哪些有害成分？如何除去其中的氮氧化物？ 1.下表为某汽车在不同行驶速度时所产生的空气污染物质量（按汽车平均行驶1公里计算）。 污染物/ （g·km－1） 行驶速度/（km·h－1） 50 80 120 一氧化碳 8.7 5.4 9.6 氮氧化物 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.汽车行驶速度为120 km·h－1时，污染最严重 C.从环保角度考虑，最合适的汽车行驶速度为50 km·h－1 D.汽车速率增大时，产生的氮氧化物也随之增多 2.三元催化器是重要的汽车尾气净化装置，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（　　） A.Pd、Rh、Pt能加快反应速率 B.三元催化器的使用可以降低光化学烟雾 C.催化转化反应中，NOx、CO、碳氢化合物均做还原剂 D.该催化转化器中可能发生反应：2NO＋2CON2＋2CO2 3.汽车尾气（含有烃类、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂钯合金做催化剂）。它的特点是使CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无害气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。 （1）写出CO与NO反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。 （2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。 （3）控制城市空气污染源的方法有　　　　（填字母）。 A.开发氢能源 B.使用电动车 C.植树造林 D.戴上呼吸面具 项目活动二　设计安全气囊 　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。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。叠氮化钠受到撞击后放出的热量被硝酸铵吸收，发生分解反应，生成一氧化二氮气体和水蒸气。同时，金属钠会与铁的氧化物反应，生成铁和较为安全的氧化钠。 安全气囊爆炸的化学反应原理：2NaN32Na＋3N2↑、NH4NO3N2O↑＋2H2O，产生大量的气体充满气囊，保护成员的头部安全。 【探究活动】 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： 【交流讨论】 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？ 2.NaN3受到撞击，立即会产生大量气体，并放出大量的热，安全气囊被弹出，其化学原理是什么？（用化学方程式表示） 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？ 1.汽车安全气囊内的气体发生剂主要是叠氮化钠（NaN3）、Fe2O3等物质。下列说法错误的是（　　） A.强烈碰撞时，NaN3受热分解产生N2和Na的化学方程式是2NaN32Na＋3N2↑ B.叠氮化钠中含有离子键和共价键 C.N2的电子式为︰N︙︙N︰ D.Fe2O3中O元素位于周期表ⅥA族、Fe元素位于ⅦB族 2.Na3N是离子化合物，它和水作用可产生NH3。下列叙述不正确的是（　　） A.Na＋和N3－的电子层结构都与氖原子相同 B.Na＋的半径小于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做还原剂 3.如图是汽车安全气囊打开时的情境。安全气囊中含有叠氮化钠（NaN3）等物质。 （1）叠氮化钠（NaN3）在受到猛烈撞击下会分解成两种单质，其中一种是空气中体积分数最大的气体。请写出该反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，要产生42 g氮气，理论上需要　　　　　 g叠氮化钠分解。 （2）叠氮化钠（NaN3）是由钠离子和叠氮根离子构成的，叠氮根离子还能跟铜、铅等金属离子形成叠氮化物，写出叠氮化铜的化学式：　　　　　　。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $