資源簡介

(共30張PPT)
微項目　研究車用燃料及安全氣囊
——利用化學反應解決實際問題
第二章 化學鍵 化學反應規律
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，體會化學科學對社會發展的貢獻，培養“科學態度與社會責任”
的學科素養。
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
率的視角科學解決實際問題的思路和方法，培養“科學探究”的精神。
核心素養
發展目標
選擇車用燃料
項目活動1
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。
煤
汽油
2.車用燃料的反應原理
庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一，已知庚烷在汽缸中會發生反應：
。
【思考1】　(1)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和水蒸氣所釋放的能量為 。
3 820.4 kJ
(2)試用能量變化圖像表示庚烷燃燒的過程。
答案　
3.車用燃料的選擇
(1)能量角度
燃料發生的化學反應所釋放能量的多少，燃料達到燃點所吸收能量的多少。
(2)經濟角度
燃料的來源和價格滿足價廉易得。
(3)環境角度等
燃料和產物對環境無污染或污染小。
【思考2】　如圖為三種可燃物在空氣中燃燒的能量變化圖，試分析哪種作汽車燃料較好？為什么？
提示　選用A燃料較好，因為該燃料在燃燒時，達到燃點所需要吸收的能量少，且可燃物燃燒反應所釋放的能量多。
4.汽車尾氣的成分及防治
(1)尾氣成分：汽車尾氣中含有150～200種化合物，其中對環境不利的成分主要為 、 、 、 、
、 ，以及微量的醛、酚、過氧化物等。
(2)主要污染物來源：一氧化碳來自燃料的不完全燃燒，一氧化氮來自高溫或放電條件下N2和O2的反應，二氧化硫來源于含硫化合物的燃燒，碳氫化合物來源于燃料未燃燒或未完全燃燒的燃油、潤滑油及其產物等。
碳氫化合物
氮氧化物
一氧化碳
二氧化碳
二氧化硫
硫化氫
(3)尾氣的防治
汽車尾氣的防治，從根本上是開發新能源，如太陽能、氫能源等。
下圖為汽車尾氣處理系統中“三元催化器”的工作原理，試從氧化還原反應的角度，書寫NO和CO在催化劑作用下生成無害物質的化學方
程式： 。
2NO＋2CO N2＋2CO2
應用體驗
1.判斷正誤
(1)車用燃料達到燃點所需能量越高越好
(2)柴油中碳的含量比汽油高，若改用柴油作為汽車的燃料，則可以相對減少污染
(3)三元催化器能將汽車尾氣轉化為無害物質
(4)開發新能源是控制城市空氣污染源的方法之一
×
×
√
√
應用體驗
2.近年來，我國許多城市禁止汽車使用含鉛汽油的主要原因是
A.提高汽油燃燒效率 B.降低汽油成本
C.避免鉛污染大氣 D.鉛資源短缺
為了防止震動，常在汽油中加入抗震劑，四乙基鉛有很好的抗震作用，被廣泛采用。后來發現加入的四乙基鉛只有20%起了作用，其余80%隨尾氣排入大氣，含鉛化合物對人體有很大的危害，可通過呼吸或皮膚吸收進入人體，影響神經系統，造成意識障礙，引起幻聽、幻視、抽搐、昏迷直至死亡，尤其影響兒童智力發育，因此當前各國都采用其他抗震劑而不采用鉛制劑。
√
應用體驗
3.近年來，多地公共汽車大部分采用天然氣作為汽車的燃料，其主要目的是
A.防止石油短缺 B.降低成本
C.減少對大氣的污染 D.加大發動機的動力
√
因為石油中含較多雜質如硫元素，燃燒后硫被氧化，生成大氣污染物二氧化硫，雜質較多時，碳不完全燃燒產生一氧化碳多；而天然氣含有雜質少，天然氣的主要成分是甲烷，甲烷燃燒的化學方程式為CH4＋2O2 CO2＋2H2O，所以采用天然氣作為汽車的燃料，燃燒充分，燃燒時產生的一氧化碳少，對空氣污染小。
應用體驗
4.汽車尾氣(含有烴類、CO、NOx、SO2等)是城市空氣的主要污染源，治理方法之一是在汽車排氣管上安裝“催化轉化裝置器”。它能使CO和NOx反應生成可參與大氣生態環境循環的無毒氣體，并使烴類充分燃燒，使SO2轉化。下列說法正確的是
A.CO和NOx反應的化學方程式為2xCO＋2NOx===2xCO2＋N2
B.上述方法的缺點是導致空氣中CO2的含量增大，從而大大提高空氣的酸度
C.植樹造林，增大綠化面積，可有效控制城市的各種污染源
D.汽車改用天然氣或氫氣作為燃料，會減少對空氣的污染
√
√
空氣中CO2的含量增大，不會大大提高空氣的酸度；植樹造林，增大綠化面積，并不能有效控制城市的各種污染源；汽車改用天然氣或氫氣作為燃料，會減少對空氣的污染。
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設計安全氣囊
項目活動2
1.現代安全氣囊系統的組成： 、 、_________
及其控制系統等。
2.氣體發生器中的物質
(1)特點：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___________、_______、_______________、__________、_______等特點。
(2)分類：目前使用的氣體發生劑主要由__________、____________、________等物質按一定比例混合而成。
碰撞傳感器
緩沖氣囊
氣體發
生器
生成物清潔
低腐蝕
有毒組分含量低
產氣量大
產氣快
疊氮化鈉
三氧化二鐵
硝酸銨
3.已知NaN3受到撞擊時，會發生反應：2NaN3===2Na＋3N2↑，同時放出大量的熱，結合已有知識設計安全氣囊中所加入的物質及作用。
方案 選擇化學試劑的思路 選擇的化學藥品 化學藥品的作用
1 試劑發生反應放出大量氣體將氣囊迅速脹開，輔助試劑吸收熱量及腐蝕性物質，防止二次傷害 NaN3、Fe2O3、 NH4NO3 NaN3分解產生大量氣體；Fe2O3吸收NaN3產生的Na；NH4NO3吸收產生的熱量，同時釋放大量氣體
2 試劑發生反應放出大量氣體將氣囊迅速脹開，輔助試劑吸收熱量及腐蝕性物質，防止二次傷害 NaN3、Fe2O3、 KClO4、NaHCO3 NaN3分解產生大量氣體；Fe2O3吸收Na生成Na2O和Fe，KClO4作助氧化劑，吸收Na生成KCl和Na2O；NaHCO3吸收熱量，同時釋放CO2
3 試劑反應放出大量氣體，輔助試劑吸收熱量及腐蝕性物質 NaN3、KNO3、SiO2 NaN3分解產生大量氣體；KNO3吸收Na生成K2O、Na2O和N2；SiO2和生成的K2O及Na2O反應生成K2SiO3、Na2SiO3
寫出上述三個方案中相關反應的化學方程式：
(1)Fe2O3和Na反應： 。
(2)NH4NO3分解生成N2O和H2O： 。
(3)KClO4和Na反應生成Na2O和KCl： 。
(4)SiO2和Na2O反應生成Na2SiO3： 。
(5)SiO2和K2O反應生成K2SiO3： 。
KClO4＋8Na===KCl＋4Na2O
Na2O＋SiO2===Na2SiO3
K2O＋SiO2===K2SiO3
【思考】　通過為安全氣囊選擇氣體發生劑，你對化學反應的利用有了哪些新的認識？
提示　從化學反應速率的角度考慮，安全氣囊產生氣體的速率要快。
從化學反應中能量變化的角度考慮，NH4NO3可以吸收NaN3分解放出的熱量，同時考慮到NH4NO3自身的性質，其吸熱發生分解反應生成更多的氣體，符合安全氣囊產氣量大的要求。
從化學反應中物質變化的角度考慮，NaN3受到撞擊后生成有潛在危險的Na，因此應選擇Fe2O3消耗生成的Na，將其轉化成較為安全的Na2O。
應用體驗
1.判斷正誤
(1)安全氣囊系統是一種被動安全性的保護系統
(2)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
(3)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
(4)可以用水去直接沖洗安全氣囊位置
×
√
√
√
應用體驗
2.(2023·濟南高二檢測)目前汽車安全氣囊的氣體發生劑主要由疊氮化鈉、三氧化二鐵、硝酸銨等物質組成，下列說法正確的是
A.安全氣囊打開時，產生的氣體只有氮氣
B.硝酸銨的作用只是吸收疊氮化鈉分解產生的熱量
C.三氧化二鐵的作用是與金屬鈉反應，防止鈉造成二次傷害
D.硝酸銨性質很穩定
√
由題述物質組成的氣體發生劑在安全氣囊打開時，產生的氣體有氮氣、N2O和水蒸氣，A項錯誤；
硝酸銨的作用是吸收疊氮化鈉分解產生的熱量，同時分解產生氣體，B項錯誤；
三氧化二鐵的作用是與金屬鈉反應，生成鐵和較為安全的氧化鈉，C項正確；
硝酸銨受熱或撞擊時發生分解，性質不穩定，D項錯誤。
應用體驗
3.某汽車安全氣囊的氣體發生劑含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物質。當汽車發生碰撞時，氣體發生劑產生大量氣體使氣囊迅速膨脹，從而起到保護作用。
(1)NaN3是產氣劑，受到撞擊后分解產生N2和Na，N2的電子式為_____________。
(2)Fe2O3是主氧化劑，與Na反應生成的還原產物為__________(已知該反應為置換反應)。
Fe(或鐵)
根據置換反應的通式：一種單質＋一種化合物===另一種單質＋另一種化合物，可知生成物為鐵和鈉的氧化物。
應用體驗
(3)KClO4是助氧化劑，反應過程中與Na作用生成KCl和Na2O。KClO4含
有化學鍵的類型為_______________，K的原子結構示意圖為_________。
(4)NaHCO3是冷卻劑，通過吸收產氣過程中釋放的熱量而發生分解，
其化學方程式為_____________________________________。
離子鍵和共價鍵
應用體驗
(5)100 g上述產氣藥劑產生的氣體通過堿石灰后得到N2 33.6 L(標準狀況)。
①用堿石灰除去的物質為__________。
CO2、H2O
產氣過程中會產生N2、CO2和水蒸氣，堿石灰可以吸收CO2和水蒸氣。
應用體驗
②該產氣藥劑中NaN3的質量分數為______。
65%
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