资源简介

(共30张PPT)
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
第二章 化学键 化学反应规律
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。
核心素养
发展目标
选择车用燃料
项目活动1
1.车用燃料发展史
(1)1769年，法国人居纽最早使用 作汽车燃料，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 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。
煤
汽油
2.车用燃料的反应原理
庚烷(C7H16)是汽油的主要成分之一，已知庚烷在汽缸中会发生反应：
。
【思考1】　(1)试从化学键的角度计算1 mol庚烷(C7H16)燃烧产生CO2和水蒸气所释放的能量。
则：1 mol庚烷燃烧产生CO2和水蒸气所释放的能量为 。
3 820.4 kJ
(2)试用能量变化图像表示庚烷燃烧的过程。
答案　
3.车用燃料的选择
(1)能量角度
燃料发生的化学反应所释放能量的多少，燃料达到燃点所吸收能量的多少。
(2)经济角度
燃料的来源和价格满足价廉易得。
(3)环境角度等
燃料和产物对环境无污染或污染小。
【思考2】　如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？
提示　选用A燃料较好，因为该燃料在燃烧时，达到燃点所需要吸收的能量少，且可燃物燃烧反应所释放的能量多。
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，其中对环境不利的成分主要为 、 、 、 、
、 ，以及微量的醛、酚、过氧化物等。
(2)主要污染物来源：一氧化碳来自燃料的不完全燃烧，一氧化氮来自高温或放电条件下N2和O2的反应，二氧化硫来源于含硫化合物的燃烧，碳氢化合物来源于燃料未燃烧或未完全燃烧的燃油、润滑油及其产物等。
碳氢化合物
氮氧化物
一氧化碳
二氧化碳
二氧化硫
硫化氢
(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“三元催化器”的工作原理，试从氧化还原反应的角度，书写NO和CO在催化剂作用下生成无害物质的化学方
程式： 。
2NO＋2CO N2＋2CO2
应用体验
1.判断正误
(1)车用燃料达到燃点所需能量越高越好
(2)柴油中碳的含量比汽油高，若改用柴油作为汽车的燃料，则可以相对减少污染
(3)三元催化器能将汽车尾气转化为无害物质
(4)开发新能源是控制城市空气污染源的方法之一
×
×
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√
应用体验
2.近年来，我国许多城市禁止汽车使用含铅汽油的主要原因是
A.提高汽油燃烧效率 B.降低汽油成本
C.避免铅污染大气 D.铅资源短缺
为了防止震动，常在汽油中加入抗震剂，四乙基铅有很好的抗震作用，被广泛采用。后来发现加入的四乙基铅只有20%起了作用，其余80%随尾气排入大气，含铅化合物对人体有很大的危害，可通过呼吸或皮肤吸收进入人体，影响神经系统，造成意识障碍，引起幻听、幻视、抽搐、昏迷直至死亡，尤其影响儿童智力发育，因此当前各国都采用其他抗震剂而不采用铅制剂。
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应用体验
3.近年来，多地公共汽车大部分采用天然气作为汽车的燃料，其主要目的是
A.防止石油短缺 B.降低成本
C.减少对大气的污染 D.加大发动机的动力
√
因为石油中含较多杂质如硫元素，燃烧后硫被氧化，生成大气污染物二氧化硫，杂质较多时，碳不完全燃烧产生一氧化碳多；而天然气含有杂质少，天然气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2 CO2＋2H2O，所以采用天然气作为汽车的燃料，燃烧充分，燃烧时产生的一氧化碳少，对空气污染小。
应用体验
4.汽车尾气(含有烃类、CO、NOx、SO2等)是城市空气的主要污染源，治理方法之一是在汽车排气管上安装“催化转化装置器”。它能使CO和NOx反应生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并使烃类充分燃烧，使SO2转化。下列说法正确的是
A.CO和NOx反应的化学方程式为2xCO＋2NOx===2xCO2＋N2
B.上述方法的缺点是导致空气中CO2的含量增大，从而大大提高空气的酸度
C.植树造林，增大绿化面积，可有效控制城市的各种污染源
D.汽车改用天然气或氢气作为燃料，会减少对空气的污染
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空气中CO2的含量增大，不会大大提高空气的酸度；植树造林，增大绿化面积，并不能有效控制城市的各种污染源；汽车改用天然气或氢气作为燃料，会减少对空气的污染。
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设计安全气囊
项目活动2
1.现代安全气囊系统的组成： 、 、_________
及其控制系统等。
2.气体发生器中的物质
(1)特点：汽车安全气囊系统中使用的作为气体发生剂的物质一般具有___________、_______、_______________、__________、_______等特点。
(2)分类：目前使用的气体发生剂主要由__________、____________、________等物质按一定比例混合而成。
碰撞传感器
缓冲气囊
气体发
生器
生成物清洁
低腐蚀
有毒组分含量低
产气量大
产气快
叠氮化钠
三氧化二铁
硝酸铵
3.已知NaN3受到撞击时，会发生反应：2NaN3===2Na＋3N2↑，同时放出大量的热，结合已有知识设计安全气囊中所加入的物质及作用。
方案 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，辅助试剂吸收热量及腐蚀性物质，防止二次伤害 NaN3、Fe2O3、 NH4NO3 NaN3分解产生大量气体；Fe2O3吸收NaN3产生的Na；NH4NO3吸收产生的热量，同时释放大量气体
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 NaN3、Fe2O3、 KClO4、NaHCO3 NaN3分解产生大量气体；Fe2O3吸收Na生成Na2O和Fe，KClO4作助氧化剂，吸收Na生成KCl和Na2O；NaHCO3吸收热量，同时释放CO2
3 试剂反应放出大量气体，辅助试剂吸收热量及腐蚀性物质 NaN3、KNO3、SiO2 NaN3分解产生大量气体；KNO3吸收Na生成K2O、Na2O和N2；SiO2和生成的K2O及Na2O反应生成K2SiO3、Na2SiO3
写出上述三个方案中相关反应的化学方程式：
(1)Fe2O3和Na反应： 。
(2)NH4NO3分解生成N2O和H2O： 。
(3)KClO4和Na反应生成Na2O和KCl： 。
(4)SiO2和Na2O反应生成Na2SiO3： 。
(5)SiO2和K2O反应生成K2SiO3： 。
KClO4＋8Na===KCl＋4Na2O
Na2O＋SiO2===Na2SiO3
K2O＋SiO2===K2SiO3
【思考】　通过为安全气囊选择气体发生剂，你对化学反应的利用有了哪些新的认识？
提示　从化学反应速率的角度考虑，安全气囊产生气体的速率要快。
从化学反应中能量变化的角度考虑，NH4NO3可以吸收NaN3分解放出的热量，同时考虑到NH4NO3自身的性质，其吸热发生分解反应生成更多的气体，符合安全气囊产气量大的要求。
从化学反应中物质变化的角度考虑，NaN3受到撞击后生成有潜在危险的Na，因此应选择Fe2O3消耗生成的Na，将其转化成较为安全的Na2O。
应用体验
1.判断正误
(1)安全气囊系统是一种被动安全性的保护系统
(2)安全气囊从技术上讲其实是一种化学反应，能够生成气体来填充囊袋
(3)开车时必须系上安全带，否则的话安全气囊会对人体造成伤害
(4)可以用水去直接冲洗安全气囊位置
×
√
√
√
应用体验
2.(2023·济南高二检测)目前汽车安全气囊的气体发生剂主要由叠氮化钠、三氧化二铁、硝酸铵等物质组成，下列说法正确的是
A.安全气囊打开时，产生的气体只有氮气
B.硝酸铵的作用只是吸收叠氮化钠分解产生的热量
C.三氧化二铁的作用是与金属钠反应，防止钠造成二次伤害
D.硝酸铵性质很稳定
√
由题述物质组成的气体发生剂在安全气囊打开时，产生的气体有氮气、N2O和水蒸气，A项错误；
硝酸铵的作用是吸收叠氮化钠分解产生的热量，同时分解产生气体，B项错误；
三氧化二铁的作用是与金属钠反应，生成铁和较为安全的氧化钠，C项正确；
硝酸铵受热或撞击时发生分解，性质不稳定，D项错误。
应用体验
3.某汽车安全气囊的气体发生剂含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物质。当汽车发生碰撞时，气体发生剂产生大量气体使气囊迅速膨胀，从而起到保护作用。
(1)NaN3是产气剂，受到撞击后分解产生N2和Na，N2的电子式为_____________。
(2)Fe2O3是主氧化剂，与Na反应生成的还原产物为__________(已知该反应为置换反应)。
Fe(或铁)
根据置换反应的通式：一种单质＋一种化合物===另一种单质＋另一种化合物，可知生成物为铁和钠的氧化物。
应用体验
(3)KClO4是助氧化剂，反应过程中与Na作用生成KCl和Na2O。KClO4含
有化学键的类型为_______________，K的原子结构示意图为_________。
(4)NaHCO3是冷却剂，通过吸收产气过程中释放的热量而发生分解，
其化学方程式为_____________________________________。
离子键和共价键
应用体验
(5)100 g上述产气药剂产生的气体通过碱石灰后得到N2 33.6 L(标准状况)。
①用碱石灰除去的物质为__________。
CO2、H2O
产气过程中会产生N2、CO2和水蒸气，碱石灰可以吸收CO2和水蒸气。
应用体验
②该产气药剂中NaN3的质量分数为______。
65%
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