参考高中化学主题3合理利用化学能源课题3汽车燃料清洁化.docx

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参考高中化学主题3合理利用化学能源课题3汽车燃料清洁化

（参考）2019年高中化学主题3合理利用化学能源课题3汽车燃料清洁化

1．了解汽油燃烧的原理及抗爆震性。

（难点）

2．认识汽车尾气的成分、危害及治理。

（重点）

3．了解清洁燃料汽车所用燃料及理想的清洁燃料氢气。

（重点）

从汽油谈起

1.汽油的组成

汽油是分子中含有5～11个碳原子的烃的混合物，含有的烷烃主要是己烷、庚烷、辛烷和壬烷。

2．汽油的作用原理

汽油进入汽缸后，经电火花点燃迅速燃烧，产生的热气体做功推动活塞往复运动产生动力，使汽车前进。

3．汽油的燃烧特点

以分子中含有5个碳原子的戊烷为例：

①完全燃烧：

C5H12＋8O25CO2＋6H2O。

②不完全燃烧：

2C5H12＋11O210CO＋12H2O；

C5H12＋3O25C＋6H2O。

4．汽油的抗震性

汽油抗爆震的程度以“辛烷值”的大小来衡量。

辛烷值越高，抗爆震程度越高。

为提高汽油的抗爆震性，可向汽油中添加四乙基铅或甲基叔丁基醚做抗震剂。

5．汽车尾气及危害

汽车尾气中含有的有害物质有CO、氮氧化物、SO2、烃类等。

造成的危害主要是形成酸雨和光化学烟雾。

1．怎样提高汽油的品质？

【提示】　

（1）向汽油中加抗震剂。

（2）增加汽油中支链烷烃、芳香烃、环烷烃的比例。

（3）催化重整：

在催化剂的作用下，使汽油中烃分子的结构进行重新排列形成新的分子结构。

汽车燃料的清洁化

1.清洁燃料车

①所用燃料：

压缩天然气和液化石油气

②

2．氢气——汽车最理想的清洁燃料

（1）优点

①释放能量多：

燃烧相同质量的氢气和汽油，前者放出的热量约是后者的3倍。

②环境污染小：

氢气燃烧生成水，没有灰渣和废气。

（2）不足：

当前制取氢气成本高，氢气贮存困难。

（3）发展方向：

研究新的制氢技术和氢气贮存方法，如光电解水制氢气和研制贮氢合金。

3．燃料电池汽车

从电池的正极输进O2，负极输进H2或甲醇等，通过化学反应将化学能转变成电能，能量转换效率显著提高，且不会产生污染。

2．你知道怎样制备乙醇汽油吗？

乙醇汽油与汽油相比，有何优点？

【提示】　以玉米及其他农副产品、含糖类废物等为原料，经发酵、蒸馏制得乙醇，再以乙醇、汽油为原料，辅以少量添加剂，可以制成乙醇汽油。

使用乙醇汽油既可节能降耗，又能改善大气环境的质量。

汽油的成分及燃烧原理

【问题导思】　

①汽油的主要成分是什么？

不完全燃烧有什么现象？

②汽油在发动机中燃烧产生爆震的原因是什么？

③汽油的抗爆震程度用什么来衡量？

怎样才能提高汽油的抗爆震程度？

【提示】　①汽油是含有5～11个碳原子的烃的混合物，不完全燃烧时会在汽缸内产生积炭现象。

②汽油燃烧时产生爆震的原因是在未燃烧的混合气体中出现许多燃烧中心，产生强大的冲击波。

③汽油的抗爆震程度用“辛烷值”来衡量，提高汽油的抗爆震程度可通过增加支链多的链烃、芳香烃、环烷烃的比例，或添加四乙基铅、甲基叔丁基醚等。

1．成分：

含有5～11个碳原子的烃的混合物。

2．沸点：

介于70℃～150℃之间。

3．发生的主要反应

（1）汽油发动机的点火方式为电打火。

（2）汽油完全燃烧生成水蒸气和二氧化碳，不完全燃烧有CO和单质碳生成，使汽缸中出现积炭。

4．汽油的爆震

（1）汽油在发动机中燃烧产生爆震的原因，是汽油燃烧到一定程度时，未燃烧的混合气中会出现许多燃烧中心，使燃烧速度猛增，产生强大的冲击波，导致出现清脆的金属敲击声。

（2）汽油的抗爆震的程度用“辛烷值”的大小来衡量。

辛烷值就是我们常说的汽油标号。

汽油的辛烷值越高，抗爆震程度越高。

（3）汽油所含分子支链多的链烃、芳香烃、环烷烃的比例越高，汽油的抗爆震性越好；所含直链烃分子越多，它的抗爆震性越差。

（4）在汽油中添加四乙基铅、甲基叔丁基醚可以提高汽油的抗爆震程度。

　阅读下列材料，回答有关问题。

以汽油和柴油为燃料的机动车所排放的尾气，是当今城市大气污染物的主要来源。

要治理城市大气污染，改用新型燃料是有效途径之一。

（1）大气中的烃及一氧化碳是由于汽车燃料与空气中的氧气反应不完全而造成的。

很多机动车（特别是以柴油为燃料的汽车）在行驶过程中不仅噪音巨大，而且还排放大量黑烟。

若某机动车燃料为CxHy，写出它不完全燃烧分别生成“黑烟”和一氧化碳的两个反应的化学方程式：

_____________________________；

______________________________________________________________。

进一步说明为什么柴油机车排放的尾气比汽油机车排放的尾气更加浓黑？

______________________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）若改用新型燃料作为机动车的动力来源，以此减轻城市的大气污染，可选用________。

A．无烟煤　　　　　　　　B．压缩天然气

C．电池D．液化石油气

【解析】　

（1）一般来说，含碳量高的烃更易产生黑烟，如C2H2燃烧现象为“火焰明亮，有浓烈的黑烟”；C2H4燃烧现象为“火焰明亮，有黑烟”；CH4燃烧现象为“火焰呈淡蓝色，几乎看不到烟”。

（2）“无烟煤”不能用于一般机动车的燃料（老式火车除外），且煤的燃烧仍会污染大气；“电池”不能算作“新型燃料”，而压缩天然气和液化石油气属于清洁燃料，它们燃烧时生成的CO、NOx比汽油少许多，且发动机汽缸几乎不产生积炭现象，可延长发动机的使用寿命。

【答案】　

（1）4CxHy＋yO24xC＋2yH2O（或其他形式）

4CxHy＋（2x＋y）O24xCO＋2yH2O

由于柴油中含有的烃的相对分子质量大，单位物质的量的柴油完全燃烧比汽油所需要的氧气（空气）多，因此若供空气不足，极易造成柴油的不完全燃烧，加之柴油中所含烃类的含碳量比汽油中烃类的含碳量高，故燃烧时柴油更易产生黑烟（碳粒）

（2）BD

1．下列有关汽油抗爆震程度的说法不正确的是（　　）

A．汽油的抗爆震程度以“辛烷值”来衡量

B．辛烷值即汽油标号，辛烷值越高，抗爆震程度越高

C．汽油中所含直链烃分子越多，它的抗爆震性越好

D．汽油中加入四乙基铅可提高其抗爆震性

【解析】　汽油所含分子支链多的链烃、芳香烃、环烷烃的比例越高，它的抗爆震性越好，所含直链烃分子越多，抗爆震性越差。

【答案】　C

汽车尾气的来源和处理

【问题导思】　

①汽车尾气中通常含有哪些有害气体，它们分别有什么危害？

②怎样防止或消除汽车尾气带来的危害？

【提示】　①汽车尾气中的有害成分主要是CO、NOx和SO2。

CO对人体健康造成直接危害，NOx能引起光化学烟雾和酸雨，SO2可形成酸雨。

②汽车尾气的治理可有以下措施：

a.汽车排气管上安装催化转化装置。

b.推广清洁燃料。

c.推广节能技术。

d.加强环境执法力度

1．来源

（1）若空气不足，则会产生CO有害气体。

（2）若空气过量则产生氮氧化合物NOx，如

N2＋O2===2NO,2NO＋O2===2NO2，其中CO、NOx都是空气污染物。

（3）另外汽油中的硫氧化生成SO2。

2．危害

（1）一氧化碳导致低氧血症，引起组织缺氧，甚至导致人体死亡。

（2）二氧化硫和空气中的氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫又和空气中的水反应生成硫酸，硫酸随雨水降下，成为酸雨。

（3）氮的氧化物能引起酸雨和光化学烟雾。

3．处理方法

（1）汽车排气管上安装填充有催化剂的催化装置，可加速有害气体的转化，如2CO＋2NO2CO2＋N2。

（2）推广使用乙醇、甲醇等清洁能源。

（3）节能技术的推广使用。

（4）加大环境立法和执法的力度，把高污染、超标排放尾气的汽车淘汰。

使用汽车尾气的催化装置无法消除硫的氧化物对环境的污染，还加速了SO2向SO3的转化，使排出的废气酸度升高。

只能减少，无法从根本上杜绝有害气体产生。

　硝酸工业产生的尾气（NO、NO2等）对环境造成污染，同时汽车尾气（含烃类、CO、SO2与NO等）是城市空气的污染源。

（1）汽车以汽油作为发动机燃料，在不断启动打火的过程中产生了CO、NO等有毒气体，若供氧不足，主要产生的污染物是________，若供氧充足，主要产生的有毒气体是________________。

（2）简述CO、NO对人体产生的影响是_______________________________。

（3）汽车尾气污染物造成的影响有：

__________________________________。

【解析】　

（1）若供氧不足，汽油中的烃（C5H12等）不完全燃烧，产生CO，若供氧充足，C5H12等烃完全燃烧，但N2、O2在电火花作用下生成NO和NO2。

（2）CO、NO极易与血红蛋白结合，难分离，使血液失去供氧能力，使人体中毒，同时NO在人体中含量不正常，可导致心脑血管病、高血压、中风、糖尿病等疾病。

（3）汽车尾气排放过多，可形成酸雨和光化学烟雾而污染环境，引起呼吸严重障碍，导致心肺衰竭。

【答案】　

（1）CO　NO、NO2等

（2）使血液失去供氧能力，导致心脑血管病等

（3）污染环境，引起呼吸严重障碍，导致心肺衰竭

2．家用煤气主要成分为CO，在实际使用的煤气中都加入了少量硫醇气体，其原因是（　　）

A．当CO的量不足时可以起补充燃料的作用

B．逸失时先逸出硫醇气体，防止CO散失

C．CO与硫醇的混合气燃烧率高

D．CO无味，硫醇有味，在装置漏气时便于嗅到以便采取应急措施

【解析】　CO为无色无味的有毒气体，泄漏时不易被人们察觉，所以填充硫醇。

【答案】　D

1．确定汽油是一种混合物的方法是（　　）

A．测量浓度　　　　　　　B．测量沸点

C．将它燃烧D．闻气味

【解析】　由于混合物没有固定的熔沸点，而纯净物有固定的熔沸点，利用这一性质可以进行鉴别。

【答案】　B

2．近年来，许多城市都禁止使用含铅汽油，无铅汽油的含义是指（　　）

A．汽油中绝不含铅元素

B．汽油中不人为添加含铅元素的物质

C．汽油中含铅元素在一定范围内

D．以上都不正确

【解析】　无铅汽油是指不人为添加四乙基铅做抗震剂的汽油。

【答案】　B

3．我国已经研制成功以燃料电池为动力的电动汽车，下列关于电动汽车说法错误的是（　　）

A．电动汽车的研发是为了节约能源、保护环境

B．电动汽车取代汽油汽车是汽车工业的发展方向

C．电动汽车行驶过程不再需要能量，因此可以节能

D．电动汽车的问世在一定程度上可减少酸雨的形成

【解析】　电池内发生的化学反应是将燃料的化学能直接转化为电能，燃料的转换效率提高了，因此，电动汽车能节约能源，由于电动汽车不产生汽车尾气（NO、SO2、NO2等），因此电动汽车的增多，也保护了环境。

电动汽车取代汽油汽车是汽车工业发展的方向。

【答案】　C

4．雪佛兰燃料电池车，其产物仅为无污染的水，实现了“更环保”的目标。

通常用的清洁燃料是指压缩天然气和液化石油气，有关说法不正确的是（　　）

A．压缩天然气和液化石油气都属于碳氢化合物

B．氢燃料电池车可实现城市污染物的“零排放”

C．使用清洁能源主要是考虑防爆震

D．燃料电池车能量的转化方式是：

化学能→电能→机械能

【解析】　天然气的主要成分为甲烷，液化石油气的主要成分为丙烷和丁烷，它们均属于碳氢化合物；由于氢燃料电池车在运行过程中不排放任何有害气体，所以可以实现城市污染物的“零排放”；使用清洁能源主要是考虑防止有害气体对环境的污染；燃料电池车能量的转化方式为：

贮存在燃料中的化学能→电能→机械能。

【答案】　C

5．汽车作为曾经推动人类文明向前跃进的现代社会的产物，在给人类生活带来便捷舒适的同时，对自然生态环境也带来了害处，它是城市空气的重要污染源之一。

（1）汽车尾气中的大气污染物有（写化学式）________。

（2）治理尾气的方法之一是在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”（用铂、钯合金作催化剂），它的作用是使CO和NO反应，生成两种气体，其中一种可以参与植物的光合作用，另一种是空气中含量最多的气体。

请写出CO与NO反应的化学方程式________________________________________________。

【解析】　

（1）汽车尾气中的污染物主要有一氧化碳、二氧化氮和二氧化硫。

（2）一氧化碳和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳。

【答案】　

（1）CO、NO、NO2和SO2

（2）2CO＋2NO2CO2＋N2