资源简介

微项目:论证重污染天气“汽车限行”的合理性
——探讨社会性科学议题
【必备知识】
一、社会性科学议题
1.含义:社会性科学议题是指由利用当代科学技术研究开发所引起的一系列与社会伦理道德、经济发展及自然生态环境等紧密相关的社会性问题。
2.社会性科学议题的分析框架
二、社会性科学议题中利与弊分析的视角
三、科学论证的水平
水平 标准
水平1 有笼统的观点,缺少必要的资料
水平2 有观点和资料,缺少从资料到观点的推理过程或推理过程不合理,或者资料不充分
水平3 有观点、资料以及从资料到观点的推理过程;资料充分,推理过程合理
水平4 有观点、资料以及从资料到观点的推理过程;资料充分,推理过程合理;考虑了可能的反驳及其证据
情景思考
1.在冬季,各地会根据雾霾天气情况,采取汽车单双号限行的措施。限行的原因与汽车尾气有关。汽车尾气中有害气体有哪些 与雾霾的形成有哪些关联
【答案】汽车尾气的主要成分有氮氧化物(NOx)等;雾霾中的化学成分有硝酸盐、铵盐等,汽车尾气与大气中的氨在一定条件下可以转化为雾霾的成分。
2.汽车尾气有什么危害
【答案】汽车尾气中的NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾,光化学烟雾中含甲醛、乙醛等刺激性有毒物质,会刺激人的呼吸道。
【关键能力】
项目活动：科学认识社会性科学议题,寻找利与弊
【活动探究】
1.科学分析议题,理清议题中的科学问题和科学知识
(1)“汽车限行”议题的科学问题
汽车尾气中含有氮的化合物:NO、NO2和NH3;雾霾中含有硝酸盐和铵盐。
(2)氮及其化合物的转化关系图:
涉及的化学方程式:
N2+O22NO
2NO+O22NO2
3NO2+H2O2HNO3+NO
NH3+HNO3NH4NO3
2.“汽车限行”措施的利与弊
视角 利 弊
环境 减少有害气体排放,减轻空气污染和温室效应 —
经济 促使人们购买第二辆汽车,汽车销量增加,促进经济发展 导致汽车保有量增加
社会 缓解道路交通压力 增加公共交通压力,导致人们出行不便
问题生成
如何治理汽车尾气
【答案】NOx尾气处理方法:
①碱液吸收法
2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适用于工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体N2;NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体N2和CO2(一般适用于汽车尾气的处理)。
迁移应用
1.研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氮有关(如图所示)。下列叙述错误的是(　　)。
A.雾和霾的分散剂相同
B.雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C.NH3是形成无机颗粒物的催化剂
D.雾霾的形成与过度施用氮肥有关
【答案】C
【解析】雾和霾的分散剂均为空气,A项正确;根据题目信息,硝酸铵和硫酸铵均为无机颗粒物,是形成雾霾的因素之一,B项正确;氨气分别和硝酸、硫酸反应生成硝酸铵和硫酸铵,是形成无机颗粒物的反应物,C项错误;过度施用氮肥会导致空气中氨气含量增加,促进了无机颗粒物中硝酸铵、硫酸铵含量的增加,D项正确。
2.当前,汽车尾气已成为许多城市空气的主要污染源。研究表明,含TiO2的混凝土或沥青可以部分消除汽车尾气中的氮氧化物,其原理如下:
下列关于该“消除”过程的叙述不正确的是(　　)。
A.部分光能转变为化学能
B.消除总变化为NOx+O2+H2OHNO3
C.消除反应能全天候发生
D.使用纳米TiO2的消除效率更高
【答案】C
【解析】在TiO2的催化作用下紫外线提供能量,部分光能转变为化学能,故A项正确;题中示意图表明,在TiO2的催化作用下紫外线提供能量,发生反应NOx+O2+H2OHNO3,故B项正确;没有紫外线时上述反应不能发生,故C项错误;纳米TiO2与紫外线的接触面积更大,将产生更多的光生电子和光生空穴,从而消除更多的NOx,故D项正确。
【课堂检测】
1.对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程式如下:
NO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O　①
2NO2+2NaOH NaNO2+NaNO3+H2O　②
在反应①中,氧化剂是　　　　,还原剂是　　　　　。在反应②中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
(2)汽车尾气中含有CO和NO,消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成N2和CO2,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在一定条件下,氨气也可将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨气与二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)NO2　NO　1∶1
(2)2CO+2NON2+2CO2
(3)6NO2+8NH37N2+12H2O
【解析】(1)反应①中,NO2中氮元素化合价降低,作氧化剂,NO中氮元素化合价升高,作还原剂;反应②中氧化剂和还原剂都是NO2,它们的物质的量之比为1∶1。
(2)根据质量守恒定律,结合题目信息可知,一氧化氮与一氧化碳反应的化学方程式为2CO+2NON2+2CO2。
(3)根据质量守恒定律,结合题目信息可知,氨气与二氧化氮反应生成的对大气无污染的物质应为氮气和水,6NO2+8NH37N2+12H2O。
2.汽车尾气中主要含有CO2、CO、SO2、NO及汽油、柴油等物质,汽车尾气已成为城市空气污染的主要来源,必须予以治理。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、钯合金作催化剂)。它能使CO与NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使汽油、柴油等物质充分燃烧及SO2的转化。已知汽油和柴油的主要成分是碳氢化合物。请回答下列问题:
(1)汽车尾气中NO的主要来源是　　　　。
A.汽油、柴油中的含氮物质的燃烧产物
B.空气中的N2与汽油、柴油的反应产物
C.空气中的N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应产物
D.汽车高温尾气导致空气中N2与O2发生化合反应
(2)写出CO与NO反应的化学方程式:　 。
(3)控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有　　　(多选)。
A.开发氢能源　　　　　 B.使用电动车
C.限制车辆行驶 D.使用乙醇汽油
(4)氨气可用来处理氮氧化物。例如,氨气与二氧化氮可发生反应生成无毒的物质,该反应的产物是　　　　,氨气在反应中表现　　　　(填“氧化性”或“还原性”)。
(5)在氮氧化物混合气体中,当NO和NO2的物质的量之比为1∶1时,则该混合气体的组成相当于另一种氮氧化物,该氮氧化物的化学式为　　　　。
【答案】(1)C　(2)2CO+2NO2CO2+N2
(3)ABD　(4)N2和H2O　还原性　(5)N2O3
【解析】汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气的量不足时,汽油燃烧不完全,会产生CO;当空气过量时,空气中的N2和过量的O2在高温下反应生成NO。NH3与氮氧化物反应生成无毒的N2和水,反应中NH3中氮元素的化合价升高,是还原剂,表现了还原性。
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