2020学年新教材高中化学研究车用燃料及安全气囊——利用化学反应解决实际问题教案鲁科版必修二.pdf

微项目研究车用燃料及安全气囊一一利用化学反应解决实际问题核心素养发展目标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，体会化学科学对社会发展的贡献，培养“科学态度与社会责任”的学科素养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实际问题的思路和方法，培养“科学探究”的精神项目活动1选择车用燃料1 .车用燃料发展史(1)1769年，法国人居纽最早使用煤住汽车燃料，这种汽车行驶速度慢，笨重而且不能长时间行驶2)1885年，德国工程师卡尔? 本茨制造了用汽油作燃料的汽车, 这种燃料汽车行驶速度快、轻便，便于长时间、长距离行驶3)现代汽车燃料仍在不断优化，现已广泛使用电能为能源的汽车，氢能源汽车也逐步走进现实生活2 .车用燃料能量变化的本质探究一、 一. . . . . 点燃庚烷(C7H6)是汽油的王要成分之一，已知庚烷在汽缸会发生C7Hi6(g) + 1102(g) 7CO(g) + 8HaO(g)1)试从化学键的角度计算1mol庚烷燃烧产生CO和水蒸气所释放的能量。

1 式折健断会 - , r? - 7 C能第H.c 阳卜小黄一1O 1L mn *22 mcH O曦财 : 引力u GE It共/ *3 giro ： ! HI II我1；用用M |_w nwl 能中HKXg则：1mol庚烷燃烧产生CO和水蒸气所释放能量为3820.4kJ2)试用能量变化图像表示庚烷燃烧释放能量过程能t 丁丁、 . . . y 后 ( 110 a7,fi kJ/ 7 17更用LJ I mol 1日必4 kJ ?了mulCXyII mul Oi Hmol H/CM?反应过良3.车用燃料的选择(1)选择依据化学键角度：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2)下图为三种可燃物在空气中燃烧的能量变化图，试分析哪种作汽车燃料较好？为什么? 可燃物R达到燃点所需能员达到燃总 所需能靖生成物提示 选用A燃料较好，因为该燃料在燃烧时，断裂旧化学键和形成新化学键吸收和释放的能量相差较大，能量效率高，而且燃料达到燃点时需要吸收的能量少4.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Q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、氢能源等下图为汽车尾气处理系统中“三元催化”的工作原理，试从氧化还原反应的角度，书写NO 生成构“燃物A遇到燃式所需傩可熄物和CO 催化剂作用下生成无污染性物质的方程式2N? 2CO=Nb+ 2CO港糖化分物+C0H传唔器蝶母% 本催化制I村理 壳体随时供乳场上M的一河CO.+H2O: 元他化Bl版买工作原理示意图? 归纳总结选择车用燃料注意问题(1)燃料的热效应，单位质量的燃料放热越多越好2)燃料的稳定性，在气缸内燃烧应当可控，能量转化率高3)燃料的价格要便宜，来源广泛，生成物对环境的污染小等，既经济实惠又趋利避害跟踪 强化1. (2018 ? 重庆巴蜀中学月考) 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(C8Hl犷甲烷(CH)分别释放出285.8 kJ、283 kJ、5 518.0 kJ、890.3kJ热量，下列有关车用燃料的说法正确的是( ) A.辛烷C8Hw(g)来自于石油，是一种可再生能源B.相同质量的H2、CO CH、GH8完全燃烧时，放出热量最多的是QHw 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答案C 解析 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H2142.9kJ , CO10.1kJ, GH848.4kJ , CH55.6kJ ,则相同质量的H、CO CH、GM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。

2. “环境保护，以人为本济南空气质量指标中指出，影响济南空气质量的一组主要污染物是( ) A. C3 N2、Q B. SQ、N可吸入颗粒物C. CO Q、SQ D. NO、N2、可吸入颗粒物答案B 解析A项中CO、N2、Q都不是污染性气体；B项是大气的主要污染物；C项中CO、Q不是污染性气体；D项中N2不是污染性气体3.机动车的尾气是造成大气污染的主要来源，设立大气监测点，可以了解大气污染的发生时间、危害程度等情况关于空气污染，下列说法正确的是( ) A.二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和二氧化碳是大气主要污染物B.正常雨水的pH等于7 C.氮氧化合物是引起酸雨的主要气体，主要来源于汽车尾气D.汽车燃料改用天然气，可彻底杜绝大气污染答案C 解析 二氧化碳不属于大气污染物，它是引起温室效应的主要气体，A选项错误；正常雨水中因为溶有二氧化碳而显酸性，pH为5.6, B选项错误；二氧化硫可以形成硫酸型酸雨，氮氧化物可以形成硝酸型酸雨，C选项正确；汽车燃料改为天然气，可减少尾气对大气的污染，但仍然会排放出一氧化碳等污染物，无法从根本上杜绝污染物排放，D选项错误4 .厄尔尼诺现象产生的原因之一是大气中二氧化碳的含量剧增，要想减缓这一现象的发生，最理想的燃料是( ) A.天然气B.氢气C.无烟煤D.汽油答案B 解析氢气燃烧只生成水。

5 .下列有关酸雨的说法中不正确的是( ) A.汽车尾气可导致城市酸雨，用天然气代替汽油做燃料，可有效控制城市酸雨的形成B.二氧化碳是形成酸雨的主要物质C.氢气是一种绿色新型能源，可从根本上解决城市酸雨问题D.酸雨能直接破坏农作物，使土壤酸性增强，腐蚀建筑物及工业设备答案B 解析 汽车尾气中含有大量的氮氧化合物及二氧化硫等，是导致城市酸雨的主要原因，若用天然气或氢气代替汽油做燃料，可大大降低酸雨的形成，A、C项正确；形成酸雨的主要物质是SO和NO, B项错误；酸雨对农作物、土壤、建筑物及工业设备均有较强的破坏性，D项正确项目活动2设计安全气囊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 .已知NaM在碰击时，会发生2NaN=2N升3N4 ,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。

力杀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NaN、Fe2c3、NHNQ NaN分解产生大量气体Fe2O3吸收NaN产生的Na NHNQ吸收产生的热量，同时及腐蚀性物质，防止二次伤害释放大量气体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NaM、FezQ、KCQ、NaHCO NaN分解产生大量气体Fe2c3吸收Na生成的NaO和Fe, KCIO4做助氧化剂 , 吸收Na生成KCl和N&O NaHC觎收热量，同时释放CO 3 试剂反应放热并放出大量气体，辅助试剂吸收热量及腐蚀性物质NaM、KNQ SiO2 NaN分解产生大量气体，KNO 吸收Na生成K2O. Ns2O和电SiO2和生成的&O及NaO生成K2SiO3、NaSiO3 写出上述三方案中相关的反应方程式：(1)Fe 0 和Na反应：Fe2Q+ 6Na=3N6 2Fe2)NH4NO分解生成N2O和H2O NHNO=NaOT + 2H2O3)KClO4和Na生成N&O和KCl: KC1Q+8Na=KC+4NaO4)SiO 2 和Na2O生成N&SiO3：N&O+ SiO2=NaSiO3。

5)SiO 2 和K2O 生成K2SiO3： K2O+ SiO2=KSQ跟踪强化1 .汽车安全气囊中的填充物主要为NaN、KNO和SiO2当汽车发生猛烈碰撞时，NaN可在0.03s内发生迅速分解生成甲、乙两种单质，该反应化学方程式为：,KNO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 高压. 答案2NaN=2Na+ 3N2 T 2KNO+ 10Na=KO+ 5Ns2O+ IM 36 ： 65 ，一一心，一一一，、一 、 高压?一一 一解析NaN在局压撞击下，反应生成Na和 电 方程式为2NaN=2Na+ 3N2 TKNO和Na反 应生成&Q NaO和N2,反应方程式为2KNO+ 10Na=bO+ 5N&O+ NdSiO2的作用是将生成的有害的NaO反应掉，反应方程式为SiO2+ K2O=KSiO3, SM+N&O=N2SiO3,据物质守恒，反应的总方程式可以写成：10NaN+2KNO+ 6SiO2=5NaSiO3+&SQ3+16NJ故SiO2和NaN 的质量比为(6X60) ： (10 X65) = 36： 65。

2 .某品牌安全气囊的气体发生剂主要有NaN、FezQ、KClQ、NaHC酒物质1)NaN3是气体发生剂，受热或撞击产生Nk和Na,并释放大量的热，Fe?Q作用为吸收产生的Na生成一种单质和一种氧化物，反应方程式为2)KClO4为助氧化剂，在反应过程中与金属Na反应生成KCl和N*O,反应方程式为KC1O4中含有的化学键类型为3)NaHCQ的作用为，反应方程式为答案(1)Fe 2Q+ 6Na=Fe+ 3N&O (2)KClO 4+ 8Na=KCl+ 4N&O 离子键和共价键(3)吸收反应释放的热，并吸收反应生成的强腐蚀性的Ns20,防止造成人的二次伤害2NaHC ? =NaC0+ COT + H20, C0+ NaO=N2CO 解析NaN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，KC1O4做助氧化剂也可以吸收Na,生成KCl和N&Q NaHC混热分解生成大量气体，并吸收大量热量，同时生成的CO可以和N&O反应生成无腐蚀性的N&CO3.汽车安全气囊是行车安全的重要保障当车辆发生碰撞的瞬间，安全装置通电点火使其中的粉末分解释放出大量的氮气形成气囊，从而保护司机及乘客免受伤害。

为研究安全气囊工作的化学原理，取安全装置中的粉末进行实验经组成分析，确定该粉末仅含Na、Fe、M O 四种元素水溶性试验表明，固体粉末部分溶解经检测，可溶物为化合物甲；不溶物为红棕色固体，可溶于盐酸取13.0g化合物甲，加热使其完全分解，生成氮气和单质乙，生成的氮气折合成标准状况下的体积为6.72L单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另外一种单质化合物丙置于空气中可转化为可溶性盐，该盐的溶液呈碱性请回答下列问题：(1)甲的化学式为，丙的电子式为2)若丙在空气中转化为碳酸盐，则反应的化学方程式为3)单质乙与红棕色粉末发生反应的化学方程式为，安全气囊中红棕色粉末的作用是4)以下物质中，有可能作为安全气囊中红棕色粉末替代品的是(填字母 ) A. KClB. KNG。