课件66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。化学热煤汽油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、
硫化氢,以及微量的醛、酚、过氧化物等,能引起光化
学烟雾等。碳氢氮氧(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。
采用催化剂:将CO氧化成___,碳氢化合物氧化成___
和___,NOx被还原成__等。CO2CO2H2ON23.汽车安全气囊气体发生剂
(1)特点
汽车安全气囊用的气体发生剂一般具有生成物_____、
低_____、有毒组分含量___、产气量___、产气速度___
等特点。清洁腐蚀低大快(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_____。叠氮化钠三氧化二铁硝酸铵Fe2O3②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__________
_________。2NaN32Na+3N2↑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_______________________。NH4NO3 N2O↑+ 2H2O↑Fe2O3+6Na 2Fe+3Na2O【情境·思考】
随着汽车应用的日益广泛,汽车尾气产生的污染越来越严重,汽车尾气的主要成分中包含的主要污染物有氮氧化物、一氧化碳、含铅化合物等。你知道这些污染物是如何产生的吗?提示:氮氧化物是火花塞放电时空气中的氮气和氧气反应产生的;一氧化碳是汽油中碳元素不完全燃烧产生的;含铅化合物是汽油添加剂防爆剂燃烧后产生的。 项目活动1:选择车用燃料
目前汽车所使用的燃料主要是汽油和柴油。而
随着汽车保有量的逐年增加,汽车尾气排放造成的环境
污染以及石油资源逐渐匮乏的问题已不容忽视,因此各
种代用燃料也得到了越来越广泛的应用。目前国内开
发使用的发动机代用燃料包括天然气、液化石油气、
甲醇、乙醇、生物质燃料、氢气以及二甲基醚等。(1)燃料燃烧是放热反应还是吸热反应?试用图象分析燃料燃烧过程中发生能量变化的本质原因。
提示:燃烧是放热反应,所以反应物能量大于生成物能量,图示如下:(2) 请根据图示判断哪种燃料更适合作车用燃油?为什么?提示:选择燃料A。因为A达到燃点所需要的能量少且放出的热量多。(3)如何减少汽车污染对城市环境的危害?提示:要减少汽车污染对城市环境的危害,最有效的办
法是调整城市交通政策,大幅减少私家车数量,优先发
展公交,提倡自行车交通;同时,还应加速发展、普及环
保型汽车,减少对化石燃料的依赖。使用先进的汽车尾
气处理技术,对不符合尾气排放标准的汽车进行淘汰或
改造。定期清洗三元催化器,保持机动车尾气净化性能。汽车尾气中氮氧化物治理的方法之一是在汽车的
排气管上装一个“催化转换器”。它的特点是使CO与
NO反应,生成无毒气体。反应方程式:2CO+2NO
2CO2+N2。【探究总结】
1.化学反应选择应遵循的原则
(1)从反应物的角度主要考虑:性质、状态、价格、安全性和原料的利用率的高低。
(2)从生成物的角度主要考虑:生成物是否有污染的副产物,与产物是否易分离。(3)从反应条件的角度考虑:条件是否简便、节能。
(4)从操作的角度考虑:操作是否简便、易行。2.六大工业尾气的主要成分【迁移应用】
NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式:
______________________________________。?(2)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如图:该反应是________(填“放热反应”或“吸热反应”)。?(3)在汽车尾气系统中安装催化转化器,可有效降低NOx的排放。
当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式:____________。?【解析】(1)NO2与H2O反应生成HNO3与NO;
(2)反应能量变化=945 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1+2×
(-630) kJ·mol-1=+183 kJ·mol-1,反应为吸热反应。
(3)NO被CO还原为N2,CO被氧化为CO2。答案:(1)3NO2+H2O====2HNO3+NO (2)吸热反应
(3)2NO+2CO N2+2CO2 项目活动2:设计安全气囊
安全气囊作为车身被动安全
性辅助配置,越来越受到人们的
重视。现代安全气囊系统由碰
撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及其控制系统等组
成。请查阅相关资料,尝试思考解决下列问题。
1.气体发生器中的物质应具有哪些性质?你能找到哪些符合要求的物质?
2.目前,叠氮化钠(NaN3)是在汽车安全气囊系统中普遍使用的物质之一。汽车受到猛烈碰撞时,点火器点火引发叠氮化钠迅速分解,产生氮气和金属钠,同时释放大量的热,如果你是设计师,你会同时在安全气囊系统中加入哪些其他物质?为什么?【活动探究】
方案设计:【思考·讨论】
(1)安全气囊中发生的三个反应分别是什么反应类型?提示:2NaN3 2Na+3N2↑ (分解反应、氧化还原反
应);NH4NO3 N2O↑+2H2O↑ (分解反应、氧化还原
反应);Fe2O3+6Na 2Fe+3Na2O(置换反应、氧化还原
反应)。(2)选取安全气囊中的气体发生剂应遵循什么原则?
提示:气体发生剂一般具有生成物清洁、低腐蚀、有毒组分含量低、产气量大、产气速率快等特点。【探究总结】
叠氮化钠型安全气囊撞击时发生的反应
1.2NaN3 2Na +3N2↑
2.NH4NO3 N2O↑+2H2O↑
3.Fe2O3+6Na 2Fe+3Na2O【迁移应用】
汽车常装有安全气囊,当发生强烈碰撞时,瞬间引发以
下反应:2NaN3 2Na+3N2↑,所产生的气体快速充
满气囊,可以达到保护车内人员的目的。
(1)若气囊中装有65 g NaN3,则其物质的量为______;?(2)若2 mol NaN3完全分解,在标准状况下,气囊膨胀的体积约为________。?【解析】(1)65 g NaN3的物质的量= =1 mol;(2)设生成氮气的物质的量为n,则:
2NaN3 2Na+3N2↑
2 3
2 mol n
n= =3 mol,故标准状况下生成氮气的体积=
3 mol×22.4 L·mol-1=67.2 L。答案:(1)1 mol (2)67.2 L课题任务:从反应速率和反应限度两方面研究合成氨条
件的选择
【情境创设】
弗里茨·哈伯是合成氨工业的创造者,1909年,成
为第一个从空气中制造出氨的科学家,使人类从此摆脱
了依靠天然氮肥的被动局面,加速世界农业的发展,因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。但他的另
外一面使他的获奖变得很不光彩:第一次世界大战中,
哈伯担任德国化学兵工厂厂长时负责研制生产氯气、
芥子气等毒气,并使用于战争之中,造成近百万人伤亡,
是第一个把化学武器应用于战争的人。但是合成氨以
廉价的方式大规模的生产了氨气,为工业、农业提供了稳定而充足的氨以及非游离氮,使人类摆脱了从矿石中获得非游离氮的状态,对于人类现代化有不可估量的贡献。【素养解读】
1.核心素养:
(1)证据推理与模型认知:建立认知模型,并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。(2)科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发,依据研究目的,设计探究方案。
(3)科学态度与社会责任:具有探索未知、崇尚真理的意识;具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。2.素养目标:
通过课题的探究学习,了解可逆反应概念及影响可逆反应速率和限度的因素。【素养探究】
【探究一】从化学反应速率角度考虑合成氨条件的选择
1.合成氨工业的简要流程可用方框图表示为(1)原料气的制取:合成氨的原料氮气和氢气一般通过什么途径获取?提示:N2:将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的
O2与碳作用生成CO2,除去CO2后得N2。
H2:用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下
制取。用煤和水制H2的主要反应为C+H2O(g) CO+H2,
CO+H2O(g) CO2+H2。(2)合成氨反应的方程式是N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),反应为放热反应,请从反应速率的角度讨论应
采取什么样的条件更有利于氨气的快速生成??提示:影响化学反应的因素有浓度、温度、压强和催化剂,速率越大越有利于氨气的快速生成,所以从速率的角度考虑应该采取高温、高压、加大氢气和氮气的浓度、加入催化剂提高反应速率。【探究二】从化学反应限度角度考虑合成氨条件的选
择
2.根据合成氨反应的方程式特点(N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),反应为放热反应),试从反应限度的角度讨论
以下问题:?(1)试从放热反应和吸热反应的角度讨论,高温还是低温有利于氨气的生成?
提示:反应是放热反应,低温时平衡正向移动,有利于氨气的生成。(2)试从浓度的角度讨论如何改变能有利于氨气的生成?从经济性上考虑,应该让氢气的浓度大一点还是氮气的浓度大一点?
提示:增加反应物的浓度有利于平衡正向移动,减少生成物有利于氨气的生成,所以反应中应减少氨气的浓度。从经济性上考虑,氢气的价格比氮气贵,所以应适当增大氮气的浓度,增大氢气的转化率。(3)从压强角度考虑,高压还是低压有利于氨气的生成?从技术和经济角度考虑,是不是压强越高越好?
提示:反应为气体体积减小的反应,所以加压平衡正向移动,有利于氨气的生成。如从技术和经济角度考虑,压强越高对设备的要求越高,会增加成本,所以并不是压强越高越好,要采取适当的高压。(4)从催化剂角度考虑,是不是增加催化剂有利于氨气的生成?
提示:催化剂只能增加反应的速率,不能影响反应的限度,所以加入催化剂并不利于氨气的生成。【探究三】合成氨实际条件的选择
(1)合成氨实际采取的温度在700 K左右,请综合反应速率、反应限度和催化剂等情况查阅资料说明原因。
提示:温度越高,反应速率越大,但不利于氨的合成,在实际生产中一般控制反应温度在700 K左右(且在此温度时催化剂的活性最大)。(2)高压有利于合成氨反应速率和反应的限度,请讨论实际生产中应根据什么选择反应的压强?
提示:压强越大越有利于合成氨,但在实际生产中,应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强,大致分为低压、中压和高压三种类型,一般采用高压。(3)结合合成氨反应的速率和限度,查阅资料说明合成氨中氮气和氢气的最合适的比例是多少?反应中如何使生成的氨气分离出来?
提示:合成氨通常采用N2和H2物质的量之比为 1∶2.8 的投料比,并且及时将混合气体降低温度使氨气液化从反应混合物中分离出去。(4)从节约原材料和提高平衡转化率的角度分析,反应后的混合气体应该如何处理?
提示:应循环利用,把反应后的气体通入反应容器继续反应。【探究四】【迁移应用】
工业合成硫酸的示意图如下,其中最重要的一步反应是
在接触室中发生的:
2SO2+O2 ? 2SO3(反应为放热反应)。高压有利于三氧
化硫的生成,已知常压下二氧化硫的转化率就在百分之
九十以上,请问反应是否还需要高压?提示:不需要。高压对设备的要求变高,会增加成本。【素养评价】
1.宏观辨识与微观探析—水平1:能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表征。
2.科学探究与创新意识—水平3:具有较强的问题意识,能提出探究的问题和假设,依据假设提出实验方案,独立完成实验。3.证据推理与模型认知—水平4:能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据,能解释证据与结论之间的关系。
4.科学探究与创新意识—水平4:能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题,根据假设提出多种探究方案,评价和优化方案。5.科学态度与社会责任—水平3:具有理论联系实际的观念,有将化学成果应用于生产、生活的意识,能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。
课堂检测·素养达标
1.化学与环境密切相关,下列有关说法正确的是 ( )
A.CO2属于大气污染物
B.酸雨是pH小于7的雨水
C.CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
【解析】选D。
选项
具体分析
结论
A
常见的大气污染物有:可吸入颗粒物、二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物等。二氧化碳不属于大气污染物。
错误
B
酸雨是pH小于5.6的雨水。
错误
C
酸雨是由氮的氧化物和硫的氧化物引起的,二氧化碳不会引起酸雨。
错误
D
导致全球气温变暖的温室效应,城市中的热岛效应,还有海洋中的厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等,都和二氧化碳的排放有关系。
正确
2.为了减少大气污染,许多城市推广汽车使用清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类,一类是压缩天然气(CNG),另一类是液化石油气(LPG)。这两类燃料的主要成分是 ( )
A.碳水化合物 B.碳氢化合物
C.氢气 D.醇类
【解析】选B。天然气的主要成分是CH4,液化石油气的主要成分是C3H8和C4H10,二者均是碳氢化合物。
3.NOx、SO2是主要的大气污染物,能引发雾霾、光化学烟雾及酸雨。
(1)NO2会产生硝酸型酸雨,硝酸型酸雨中主要溶质的化学式为________。?
(2)目前新出厂的汽车均加装尿素[CO(NH2)2]箱,尾气中NO、NO2及尿素以物质的量之比1∶1∶1加热催化生成无害气体的化学方程式为?______________。?
【解析】(1)硝酸型酸雨中主要溶质的化学式为HNO3;(2)NO、NO2与CO(NH2)2反应生成无害气体,则碳元素转换为CO2,氮元素转化为N2,故方程式为NO+NO2+
CO(NH2)22N2+CO2+2H2O。
答案:(1)HNO3 (2)NO+NO2+CO(NH2)22N2+CO2+2H2O
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