資源簡介

化學　必修 第二冊（魯科）
研究車用燃料及安全氣囊——利用化學反應解決實際問題
1.了解汽車燃料，嘗試選擇、優化車用燃料，建立化學反應中物質變化與能量變化的關聯，初步形成利用化學反應中的物質變化和能量變化指導生產實踐的基本思路。
2.通過設計安全氣囊，初步形成從化學反應中的物質變化和能量變化及反應速率的視角解決問題的思路。
【項目活動1】　選擇車用燃料
1.車用燃料發展史
(1)1769年，法國人居紐最早使用 作汽車燃料，這種汽車行駛速度慢，笨重而且不能長時間行駛。
(2)1885年，德國工程師卡爾·本茨制造了用 作燃料的汽車，這種燃料汽車行駛速度快、輕便，便于長時間、長距離行駛。
(3)現代汽車燃料仍在不斷優化，現已廣泛使用電能為能源的汽車，氫能源汽車也逐步走進現實生活。
2.車用燃料的反應原理
庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一，庚烷在汽缸發生的反應為 。
3.車用燃料的選擇
(1)選擇依據
化學鍵角度：斷裂舊化學鍵吸收能量低，形成新化學鍵釋放能量高。
(2)燃料在汽缸工作環境：燃料燃燒易控制，不爆燃，能完全燃燒。
(3)其他因素：要參考燃料的來源、價格，生成物對環境的影響等因素。
4.汽車尾氣的處理
(1)尾氣成分：汽車排放的尾氣中含有多種污染空氣的有害氣體，主要有烴的不完全氧化產物一氧化碳、電火花放電使進入汽缸中的氮氣與氧氣反應生成的氮氧化物，以及汽油中的硫氧化生成的二氧化硫等，它們對人體健康和植物生長都有嚴重的危害。
(2)防治方法：解決汽車尾氣對環境污染的辦法之一就是在汽車的排氣管上安裝填充有催化劑的催化轉化器。國外普遍采用鉑等貴金屬做催化劑，我國則用稀土元素代替部分貴金屬做催化劑。催化劑的作用是加速有害氣體的轉化。例如，在催化劑作用下一氧化氮將一氧化碳氧化成二氧化碳，而本身被還原成氮氣：2CO＋2NO2CO2＋N2。同時未燃燒的碳氫化合物和未反應的CO在催化劑作用下被氧化，生成CO2和H2O。但是，這些催化劑也會加速尾氣中二氧化硫向三氧化硫的轉化，使排出的廢氣的酸度升高，即這些催化劑無法消除硫的氧化物對環境的污染。
1.作為車用燃料，隨著科技的發展越來越多元化，已知完全燃燒1 mol氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)分別釋放出285.8 kJ、283 kJ、5518.0 kJ、890.3 kJ熱量，下列有關車用燃料的說法正確的是(　　)
A.辛烷C8H18(g)來自于石油，是一種可再生能源
B.相同質量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃燒時，放出熱量最多的是C8H18
C.氫氣可作為未來車用能源的主要燃料
D.甲烷是一種清潔能源，燃燒時不產生任何污染
2.隨著我國汽車年銷量的大幅增加，空氣環境受到了很大的污染。汽車尾氣裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.反應中NO為氧化劑，N2為氧化產物
B.汽車尾氣的主要污染成分包括CO、NO和N2
C.NO和O2必須在催化劑表面才能反應
D.催化轉化總化學方程式為2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
3.試從化學鍵的角度計算1 mol庚烷(C7H16)燃燒產生CO2和水蒸氣所釋放的能量。
則：1 mol庚烷燃燒產生CO2和水蒸氣所釋放能量為________。
4.汽車的發明與使用是人類智慧的杰出體現，它為人們的生活和生產帶來了極大的方便，但同時由此引發的環境污染問題也越來越引起人們的關注，人們開始研究新的清潔燃料。
(1)新型環保出租車采用LPG＋汽油的雙燃料系統，其尾氣中的有毒氣體成分較普通車型下降80%左右，緩解了汽車尾氣排放給城市環境造成的污染問題。下列物質中不屬于有害氣體的是________。
A.CO2和H2 B.NO2和NO
C.CO和SO2 D.碳粒和含鉛化合物
(2)為了減少大氣污染，許多城市推廣使用汽車清潔燃料。目前使用的清潔燃料主要有兩類，一類是壓縮天然氣，另一類是液化石油氣。這兩類燃料的主要成分都是________。
A.碳水化合物 B.碳氫化合物
C.氫氣 D.醇類
(3)我國推廣使用乙醇汽油，它是在汽油中加入適量乙醇形成的混合燃料。下列敘述中正確的是________。
A.使用乙醇汽油能減少有害氣體的排放，是一種改善環境的清潔能源
B.燃料中的乙醇可以通過糧食發酵或化工合成等方法制得
C.乙醇汽油是一種新型化合物
D.燃燒乙醇汽油可以減少對大氣的污染是因為它不含硫元素和氮元素
(4)氫能是一種既高效又干凈的新能源，發展前景好，用氫作能源的燃料電池汽車備受青睞。我國擁有完全自主知識產權的氫燃料電池轎車“超越三號”已達到世界先進水平，并加快向產業化的目標邁進。氫能具有的優點包括________。
①原料來源廣　②易燃燒，熱值高　③儲存方便　④制備工藝簡單易行
A.①② B.①③
C.③④ D.②④
【項目活動2】　設計安全氣囊
1.現代安全氣囊系統由 、 、 及其控制系統等組成。
2.汽車安全氣囊系統中使用的作為氣體發生劑的物質一般具有生成物 、低腐蝕、有毒組分含量低、產氣量 、產氣速度 等特點。目前使用的氣體發生劑主要由疊氮化鈉、三氧化二鐵、硝酸銨等物質按一定比例混合而成。疊氮化鈉受到撞擊后放出的熱量被硝酸銨吸收，發生分解反應，生成一氧化二氮氣體和水蒸氣。同時，金屬鈉會與鐵的氧化物反應，生成鐵和較為安全的氧化鈉。
反應的方程式為：
(1)2NaN3===2Na＋3N2↑
(2)NH4NO3N2O↑＋2H2O
(3)Fe2O3＋6Na3Na2O＋2Fe
3.在選擇安全氣囊的氣體發生劑時，不僅要考慮所選物質的性質，還需要關注所發生反應中的物質變化、能量變化和反應的化學反應速率，科學、合理地利用化學反應。
5.氮和鈉可形成離子化合物Na3N，它能與水劇烈反應產生NaOH和NH3。下列敘述正確的是(　　)
A.Na3N中鈉離子半徑比氮離子半徑小
B.Na3N含離子鍵和非極性鍵
C.Na3N屬于共價化合物
D.Na3N中兩元素都是ⅠA族元素
6.下列說法錯誤的是(　　)
A.安全氣囊系統是一種被動安全性的保護系統
B.安全氣囊從技術上講其實是一種化學反應，能夠生成氣體來填充囊袋
C.開車時必須系上安全帶，否則的話安全氣囊會對人體造成傷害
D.可以用水去直接沖洗安全氣囊位置
7.某品牌安全氣囊的氣體發生劑主要有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物質。
(1)NaN3是氣體發生劑，受熱或撞擊產生N2和Na，并釋放大量的熱，Fe2O3作用為吸收產生的Na生成一種單質和一種氧化物，反應方程式為____________________________。
(2)KClO4為助氧化劑，在反應過程中與金屬Na反應生成KCl和Na2O，反應方程式為____________________________；KClO4中含有的化學鍵類型為__________________。
(3)NaHCO3的作用為______________________________________________________________，反應方程式為____________________________________________________________________。
5化學　必修 第二冊（魯科）
研究車用燃料及安全氣囊——利用化學反應解決實際問題
1.了解汽車燃料，嘗試選擇、優化車用燃料，建立化學反應中物質變化與能量變化的關聯，初步形成利用化學反應中的物質變化和能量變化指導生產實踐的基本思路。
2.通過設計安全氣囊，初步形成從化學反應中的物質變化和能量變化及反應速率的視角解決問題的思路。
【項目活動1】　選擇車用燃料
1.車用燃料發展史
(1)1769年，法國人居紐最早使用煤作汽車燃料，這種汽車行駛速度慢，笨重而且不能長時間行駛。
(2)1885年，德國工程師卡爾·本茨制造了用汽油作燃料的汽車，這種燃料汽車行駛速度快、輕便，便于長時間、長距離行駛。
(3)現代汽車燃料仍在不斷優化，現已廣泛使用電能為能源的汽車，氫能源汽車也逐步走進現實生活。
2.車用燃料的反應原理
庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一，庚烷在汽缸發生的反應為C7H16(g)＋11O2(g)7CO2(g)＋8H2O(g)。
3.車用燃料的選擇
(1)選擇依據
化學鍵角度：斷裂舊化學鍵吸收能量低，形成新化學鍵釋放能量高。
(2)燃料在汽缸工作環境：燃料燃燒易控制，不爆燃，能完全燃燒。
(3)其他因素：要參考燃料的來源、價格，生成物對環境的影響等因素。
4.汽車尾氣的處理
(1)尾氣成分：汽車排放的尾氣中含有多種污染空氣的有害氣體，主要有烴的不完全氧化產物一氧化碳、電火花放電使進入汽缸中的氮氣與氧氣反應生成的氮氧化物，以及汽油中的硫氧化生成的二氧化硫等，它們對人體健康和植物生長都有嚴重的危害。
(2)防治方法：解決汽車尾氣對環境污染的辦法之一就是在汽車的排氣管上安裝填充有催化劑的催化轉化器。國外普遍采用鉑等貴金屬做催化劑，我國則用稀土元素代替部分貴金屬做催化劑。催化劑的作用是加速有害氣體的轉化。例如，在催化劑作用下一氧化氮將一氧化碳氧化成二氧化碳，而本身被還原成氮氣：2CO＋2NO2CO2＋N2。同時未燃燒的碳氫化合物和未反應的CO在催化劑作用下被氧化，生成CO2和H2O。但是，這些催化劑也會加速尾氣中二氧化硫向三氧化硫的轉化，使排出的廢氣的酸度升高，即這些催化劑無法消除硫的氧化物對環境的污染。
1.作為車用燃料，隨著科技的發展越來越多元化，已知完全燃燒1 mol氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)分別釋放出285.8 kJ、283 kJ、5518.0 kJ、890.3 kJ熱量，下列有關車用燃料的說法正確的是(　　)
A.辛烷C8H18(g)來自于石油，是一種可再生能源
B.相同質量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃燒時，放出熱量最多的是C8H18
C.氫氣可作為未來車用能源的主要燃料
D.甲烷是一種清潔能源，燃燒時不產生任何污染
答案　C
解析　辛烷來自于石油，是一種不可再生能源，A錯誤；根據題給信息，每克物質完全燃燒時放出的熱量分別為H2 142.9 kJ，CO 10.1 kJ，C8H18 48.4 kJ，CH4 55.6 kJ，則相同質量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃燒時，放出熱量最多的是H2，B錯誤；燃燒等質量的題給燃料，氫氣放出的熱量最多，而且其燃燒產物為水，對環境沒任何污染，因此可作為未來車用能源的主要燃料，C正確；甲烷為一種清潔能源，但如果不完全燃燒，可產生一氧化碳等污染性氣體，D錯誤。
2.隨著我國汽車年銷量的大幅增加，空氣環境受到了很大的污染。汽車尾氣裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.反應中NO為氧化劑，N2為氧化產物
B.汽車尾氣的主要污染成分包括CO、NO和N2
C.NO和O2必須在催化劑表面才能反應
D.催化轉化總化學方程式為2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
答案　D
解析　N2是還原產物，A錯誤；N2不是污染物，B錯誤；NO與O2通常狀況下就反應生成NO2，C錯誤。
3.試從化學鍵的角度計算1 mol庚烷(C7H16)燃燒產生CO2和水蒸氣所釋放的能量。
則：1 mol庚烷燃燒產生CO2和水蒸氣所釋放能量為________。
答案　3820.4 kJ
4.汽車的發明與使用是人類智慧的杰出體現，它為人們的生活和生產帶來了極大的方便，但同時由此引發的環境污染問題也越來越引起人們的關注，人們開始研究新的清潔燃料。
(1)新型環保出租車采用LPG＋汽油的雙燃料系統，其尾氣中的有毒氣體成分較普通車型下降80%左右，緩解了汽車尾氣排放給城市環境造成的污染問題。下列物質中不屬于有害氣體的是________。
A.CO2和H2 B.NO2和NO
C.CO和SO2 D.碳粒和含鉛化合物
(2)為了減少大氣污染，許多城市推廣使用汽車清潔燃料。目前使用的清潔燃料主要有兩類，一類是壓縮天然氣，另一類是液化石油氣。這兩類燃料的主要成分都是________。
A.碳水化合物 B.碳氫化合物
C.氫氣 D.醇類
(3)我國推廣使用乙醇汽油，它是在汽油中加入適量乙醇形成的混合燃料。下列敘述中正確的是________。
A.使用乙醇汽油能減少有害氣體的排放，是一種改善環境的清潔能源
B.燃料中的乙醇可以通過糧食發酵或化工合成等方法制得
C.乙醇汽油是一種新型化合物
D.燃燒乙醇汽油可以減少對大氣的污染是因為它不含硫元素和氮元素
(4)氫能是一種既高效又干凈的新能源，發展前景好，用氫作能源的燃料電池汽車備受青睞。我國擁有完全自主知識產權的氫燃料電池轎車“超越三號”已達到世界先進水平，并加快向產業化的目標邁進。氫能具有的優點包括________。
①原料來源廣　②易燃燒，熱值高　③儲存方便　④制備工藝簡單易行
A.①② B.①③
C.③④ D.②④
答案　(1)A　(2)B　(3)AB　(4)A
【項目活動2】　設計安全氣囊
1.現代安全氣囊系統由碰撞傳感器、緩沖氣囊、氣體發生器及其控制系統等組成。
2.汽車安全氣囊系統中使用的作為氣體發生劑的物質一般具有生成物清潔、低腐蝕、有毒組分含量低、產氣量大、產氣速度快等特點。目前使用的氣體發生劑主要由疊氮化鈉、三氧化二鐵、硝酸銨等物質按一定比例混合而成。疊氮化鈉受到撞擊后放出的熱量被硝酸銨吸收，發生分解反應，生成一氧化二氮氣體和水蒸氣。同時，金屬鈉會與鐵的氧化物反應，生成鐵和較為安全的氧化鈉。
反應的方程式為：
(1)2NaN3===2Na＋3N2↑
(2)NH4NO3N2O↑＋2H2O
(3)Fe2O3＋6Na3Na2O＋2Fe
3.在選擇安全氣囊的氣體發生劑時，不僅要考慮所選物質的性質，還需要關注所發生反應中的物質變化、能量變化和反應的化學反應速率，科學、合理地利用化學反應。
5.氮和鈉可形成離子化合物Na3N，它能與水劇烈反應產生NaOH和NH3。下列敘述正確的是(　　)
A.Na3N中鈉離子半徑比氮離子半徑小
B.Na3N含離子鍵和非極性鍵
C.Na3N屬于共價化合物
D.Na3N中兩元素都是ⅠA族元素
答案　A
6.下列說法錯誤的是(　　)
A.安全氣囊系統是一種被動安全性的保護系統
B.安全氣囊從技術上講其實是一種化學反應，能夠生成氣體來填充囊袋
C.開車時必須系上安全帶，否則的話安全氣囊會對人體造成傷害
D.可以用水去直接沖洗安全氣囊位置
答案　D
7.某品牌安全氣囊的氣體發生劑主要有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物質。
(1)NaN3是氣體發生劑，受熱或撞擊產生N2和Na，并釋放大量的熱，Fe2O3作用為吸收產生的Na生成一種單質和一種氧化物，反應方程式為____________________________。
(2)KClO4為助氧化劑，在反應過程中與金屬Na反應生成KCl和Na2O，反應方程式為____________________________；KClO4中含有的化學鍵類型為__________________。
(3)NaHCO3的作用為______________________________________________________________，反應方程式為____________________________________________________________________。
答案　(1)Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O
(2)KClO4＋8Na===KCl＋4Na2O　離子鍵和共價鍵
(3)吸收反應釋放的熱，并吸收反應生成的強腐蝕性的Na2O，防止造成人的二次傷害　
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，CO2＋Na2O===Na2CO3
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