(新教材)【鲁科版】20版必修二微项目2(化学)

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。
=高=温==
催==化=剂==
(2)合成氨反应的方程式是N2(g)+3H2(g) 高温、高压 2NH3(g),反应为放热反应,请从反应速率的催角化度剂 讨论应 采取什么样的条件更有利于氨气的快速生成
焦炉气 氯碱工业
H2、CH4、C2H4、CO等,可用作燃料、 化工原料 Cl2,一般用NaOH溶液吸收
【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: ______________________________________。
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
【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 催==化=剂=N=2+2CO2
(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。CO2
CO2
H2O
N2
3.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_____、
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) 高温、高压 2NH3(g),反应为放热反应),试从反应限度的角度讨催论化剂 以下问题:
【探究总结】 叠氮化钠型安全气囊撞击时发生的反应
3
2Na△+3N2↑
====
4NO3
=N=△2=O=↑+2H2O↑
2O3+6Na
=2=△F=e=+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 下满反气应囊:,2可N以aN达3 =到=△==保2护Na车+3内N2人↑员,所的产目生的的。气体快速充 (1)若气囊中装有65 g NaN3,则其物质的量为______;
【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。
(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
硫酸工厂尾气 硝酸工厂尾气
高炉煤气 炼钢烟气
SO2、O2、N2等,一般用氨水吸收 NO、NO2、N2、O2等,一般用NaOH溶液 吸收 CO、CO2、N2等,一般回收利用 Fe2O3烟尘、CO等,一般回收利用
(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
(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。
低_____、有毒组分含量___、产气量___、产气清速洁度___
等特腐点蚀。
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 叠氮化钠 三氧化二铁 硝酸铵 混合而成。其氧化剂主要是_____。
(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=
65
65 g =1
g mol1
mol;
(2)设生成氮气的物质的量为nNa+3N2↑ 3
2 mol
n
n=
=3 mol,故标准状况下生成氮气的体积=
第2章 化学键 化学反应规律 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_化__学__能通过化学反
应(燃烧)转变为_热__能的物质。 (迁2。)自从汽车问世,汽车燃料经历了从_煤__到_汽__油__的变
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、 硫化碳氢氢,以及微量的氮醛氧、酚、过氧化物等,能引起光化 学烟雾等。
(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。
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、
(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.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
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
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。
催==化=剂==
【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。
【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。
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 mol 3
3 mol×222.4 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,
【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。
Fe2O3
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_2_N_a_N_3_=_=△_=_=_ _2_N_a_+_3_N_2↑__。
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_N_H_4_N_O_3_=_=△_=_=_N_2_O_↑__ _+__2_H_2O_↑__。 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_F_e_2_O_3+_6_N_a__=_=△_=_= _2_F_e_+_3_N_a_2_O_。
(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:____________。
【活动探究】 方案设计:
方案
选择的化学药 选择化学药品的
品
思路
每种化学药品的 作用
1
叠氮化钠
产生保护气
产生氮气
方案 2
选择的化学药 选择化学药品的 每种化学药品的
品
思路
作用
硝酸铵
吸收反应产生的 热量,同时产生气 体
生成一氧化二氮 和水蒸气
3
氧化铁
反应除去生成的 与钠反应生成铁 腐蚀性强的物质 和氧化钠