资源简介

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
学业要求
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。
学业基础——自学·思记·尝试
1.常见的汽车燃料
(1)燃料通常指能够将自身存储的________能通过化学反应(燃烧)转变为________能的物质。
(2)自从汽车问世，汽车燃料经历了从________到________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________化合物、________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。
(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________，碳氢化合物氧化成________和________，NOx被还原为________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________、低________、有毒组分含量________、产气量________、产气________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______、________、________等物质按一定比例混合而成。其氧化剂主要是________________________________。
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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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
________________________________________________________________________。
学考评价——夯实·测控·演练
1．已知汽车尾气无害化处理的反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。下列说法不正确的是(　　)
A．升高温度可使该反应的逆反应速率减小
B．使用高效催化剂可增大正反应速率
C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定
D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡
2．汽车剧烈碰撞时，安全气囊中发生反应：10NaN3＋2KNO3===K2O＋5Na2O＋16N2↑。下列说法不正确的是(　　)
A．还原性：NaN3>N2
B．若有65 g NaN3参加反应，则生成的N2的物质的量为1.6 mol
C.每转移1 mol电子，可生成标准状况下N2的体积为35.84 L
D.被还原的N与被氧化的N的质量比为15∶1
3．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
4．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
5．给汽车安装尾气净化装置，汽车尾气通过净化装置(内有钯等过渡金属元素做催化剂)后，其中的有害气体CO、NO转化为无害气体N2、CO2，则下列说法正确的是(　　)
A．NO为还原剂 B．CO为还原剂
C．N2为还原剂 D．CO2为氧化剂
6．经过多方努力，某市的空气质量有了明显改善。造成雾霾的重要原因之一是汽车尾气的排放，汽车加装尾气处理装置可以减少有害尾气的排放。在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．NO2是该过程的中间产物
B．汽车尾气的主要污染成分为CO和NO
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
7．钠是一种非常活泼、具有广泛应用的金属。
(1)钠的原子结构示意图为，钠原子在反应中容易________(填“得到”或“失去”)电子。
(2)金属钠非常活泼，在实验室中通常将其保存在________中，以隔绝空气。
(3)汽车安全气囊的气体发生剂NaN3可由金属钠生产。某汽车安全气囊内含NaN3、Fe2O3和NaHCO3等物质。
ⅰ.当汽车发生较严重的碰撞时，点火器点火引发NaN3分解：2NaN32Na＋3N2↑，从而为气囊充气。N2的电子式为________。
ⅱ.产生的Na立即与Fe2O3发生置换反应生成Na2O，化学方程式是________________________________。
ⅲ.NaHCO3是冷却剂，吸收产气过程释放的热量。NaHCO3起冷却作用时发生反应的化学方程式为________________________________________。
ⅳ.一个安全气囊通常装有50 g NaN3，其完全分解所产生的N2为________mol。
(4)工业通过电解熔融的NaCl生产金属钠：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。具体过程如图：
已知：电解时需要将NaCl加热至熔融状态。NaCl的熔点为801 ℃，为降低能耗，通常加入CaCl2从而把熔点降至约580 ℃。
①把NaCl固体加热至熔融状态，目的是________________________。
②电解时，要避免产生的Na与Cl2接触而重新生成NaCl。用电子式表示NaCl的形成过程：________________________________。
③粗钠中含有少量杂质Ca，过程Ⅱ除去Ca的化学方程式是________________________(不用写反应条件)。
④过程Ⅰ中，CaCl2能发生像NaCl那样的电解反应而被消耗，但在过程Ⅰ中CaCl2却不断地重新生成，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
8．汽车安全气囊的主要成分为叠氮化钠(NaN3)，它易溶于水，微溶于乙醇。可用亚硝酸叔丁酯(t BuNO2，以t Bu表示叔丁基)与N2H4、氢氧化钠溶液混合反应制备叠氮化钠。
(1)制备叠氮化钠(NaN3)：按如图所示组装仪器(加热和夹持装置略)和投料进行反应，反应中还有叔丁醇(t BuOH)和H2O生成。
①仪器a的名称是________________。
②写出装置中反应的化学方程式：____________________________。
③该反应需控制温度在65 ℃，可采用的实验加热措施是
________________________________________________________________________。
④反应后溶液在0 ℃下冷却至有大量晶体析出后过滤，所得晶体使用无水乙醇洗涤。解释低温下过滤和使用无水乙醇洗涤晶体的原因：__________________________。
(2)叠氮化钠有毒，可用次氯酸钠溶液处理含有叠氮化钠的溶液，反应后溶液碱性明显增强，且产生无色无味的无毒气体，试写出反应的离子方程式：______________________。
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 业 基 础
1．(1)化学　热　(2)煤　汽油
2．(1)碳氢　氮氧　(2)CO2　CO2　H2O　N2
3．(1)清洁　腐蚀　低　大　快
(2)①叠氮化钠　三氧化二铁　硝酸铵　Fe2O3　②Ⅰ.2NaN32Na＋3N2↑　Ⅱ.NH4NO3N2O↑＋2H2O↑　Ⅲ.Fe2O3＋6Na△2Fe＋3Na2O
学 考 评 价
1．解析：升高温度正、逆反应速率都增大，故A不正确；使用高效催化剂可同等程度地增大正、逆反应速率，故B正确；反应达到平衡后，正、逆反应速率相等且保持恒定，故C正确；单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，即正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确。
答案：A
2．解析：KNO3是氧化剂，NaN3是还原剂，氮气既是氧化产物又是还原产物，根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性可知，还原性：NaN3>N2，故A正确；根据化学方程式可知，当65 g(即1 mol)NaN3参加反应时，生成的N2的物质的量为1.6 mol，故B正确；根据化学方程式可知，当转移1 mol电子时即1 mol NaN3参加反应，生成1.6 mol N2，1.6 mol N2在标准状况下的体积为1.6 mol×22.4 L·mol－1＝35.84 L，故C正确；被还原的N与被氧化的N的质量之比为1∶15，故D不正确。
答案：D
3．解析：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；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；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；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。
答案：C
4．解析：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。
答案：B
5．解析：反应的化学方程式为2CO＋2NON2＋2CO2，NO中N元素的化合价降低，被还原，NO为氧化剂，N2为还原产物，CO中C元素的化合价升高，被氧化，CO为还原剂，CO2为氧化产物。
答案：B
6．解析：A项，由题图可知，2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4CO4CO2＋N2，NO2是该过程的中间产物；B项，汽油不完全燃烧可生成CO，空气中的氮气在汽缸中放电条件下可生成NO，汽车尾气的主要污染成分是CO、NO等；C项，NO和O2在常温下就能反应生成NO2；D项，该反应的反应物是NO、O2、CO，生成物是CO2、N2，反应条件是催化剂，所以该催化转化的总反应方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。
答案：C
7．解析：(1)钠原子最外层有1个电子，在反应中容易失去最外层的电子。(2)金属钠非常活泼，与空气中的氧气、水蒸气等发生反应，在实验室中通常将其保存在煤油中以隔绝空气。(3)ⅰ.N2的电子式为∶N N∶。ⅱ.置换反应的反应物和产物均为单质和化合物，所以Fe2O3与Na发生置换反应的产物是Fe和Na2O，反应的化学方程式为Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O。ⅲ.NaHCO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。ⅳ.NaN3分解的化学方程式为2NaN32Na＋3N2↑，设50 g NaN3完全分解所产生的N2的物质的量为n，则：
2NaN32Na＋3N2↑
2×65 g 3 mol
50 g n
＝，解得n≈1.15 mol。
(4)①把NaCl固体加热至熔融状态，目的是电离出自由移动的钠离子和氯离子。②氯化钠为离子化合物，用电子式表示NaCl的形成过程为。③粗钠中含有少量杂质Ca，过程Ⅱ除去Ca的化学方程式为2Ca＋Na2O2===2Na＋2CaO。④过程Ⅰ中，CaCl2不断地重新生成，原因是钙的金属性强于钠，更易和氯气反应生成氯化钙。
答案：(1)失去　(2)煤油
(3)ⅰ.∶N N∶
ⅱ.Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O
ⅲ.2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
ⅳ.1.15
(4)①电离出钠离子和氯离子
②
③2Ca＋Na2O2===2Na＋2CaO　④钙的金属性强于钠，更易和氯气反应生成氯化钙
8．解析：(1)①仪器a为恒压滴液漏斗；②根据题意可知反应物有t BuNO2、NaOH和N2H4，生成物是NaN3、H2O和t BuOH，反应的化学方程式为t BuNO2＋NaOH＋N2H4NaN3＋2H2O＋t BuOH；③加热温度低于100 ℃，可以用水浴加热；④叠氮化钠易溶于水，微溶于乙醇，低温下在水中溶解度小，用无水乙醇洗涤溶质损失更少。(2)反应后溶液碱性明显增强，说明生成了氢氧化钠，且产生无色无味的无毒气体，说明生成了氮气，所以叠氮化钠为还原剂，次氯酸钠为氧化剂，反应的离子方程式为ClO－+2＋H2O===Cl－＋2OH－＋3N2↑。
答案：(1)①恒压滴液漏斗　②t BuNO2＋NaOH＋N2H4△NaN3＋2H2O＋t BuOH　③水浴加热　④减少叠氮化钠的溶解，防止产物的损失
(2) ClO－+2＋H2O===Cl－＋2OH－＋3N2↑

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