【重点推荐】最新高中化学 主题3 合理利用化学能源 课题3 汽车燃料清洁化学案 鲁科版选修1(精品设计)

课题3 汽车燃料清洁化

学习目标：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)

[自 主 预 习·探 新 知]

一、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：

C 5H 12＋8O 2――→点燃5CO 2＋6H 2O 。

②不完全燃烧：

2C 5H 12＋11O 2――→点燃10CO ＋12H 2O ；

C 5H 12＋3O 2――→点燃5C ＋6H 2O 。

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，产生强大的压力脉冲，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。

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、SO 2、烃类等。造成的危害主要是形成酸雨和光化学烟雾。

二、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。

[基础自测]

1．判断对错(对的在括号内打√，错的在括号内打×)

(1)汽油是分子中含有5～11个碳原子的烃的混合物。( )

(2)辛烷值越小，抗爆震程度越高。( )

(3)汽车最理想的清洁燃料是氢气。( )

(4)汽车尾气催化装置能从根本上杜绝有害气体的产生。( )

【答案】(1)√(2)×(3)√(4)×

2．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

C[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。]

3．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( )

【导学号：72572112】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

C [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。]

[合 作 探 究·攻 重 难]

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。

[思考交流]

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？

【提示】 汽车尾气中的有害成分主要是CO 、NO x 和SO 2。CO 对人体健康造成直接危害，NO x 能引起光化学烟雾和酸雨，SO 2可形成酸雨。

2．怎样防止或消除汽车尾气带来的危害？

【提示】 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。

汽车尾气的来源和处理

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NO x ，如

N 2＋O 2===2NO,2NO ＋O 2===2NO 2，其中CO 、NO x 都是空气污染物。

(3)另外汽油中的硫氧化生成SO 2。

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 ＋2NO =====催化剂2CO 2＋N 2。

(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。

[当堂达标·固双基]

题组1 从汽油谈起

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

B[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。]

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( )

【导学号：72572113】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

B[无铅汽油是指不人为添加四乙基铅等做抗震剂的汽油。]

3．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。

【导学号：72572114】

(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

题组2 汽车燃料的清洁化

4．下列物质中，可作为汽车最理想的清洁燃料的是( )

A．汽油B．煤

C．氢气D．沼气

C[氢气燃烧不会污染环境，我国已研制成功液氢环保汽车。]

5．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( )

【导学号：72572115】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

C[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。]

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。