化学必修 第一册微项目 论证重污染天气“汽车限行”的合理性——探讨社会性科学议题导学案及答案

微项目3  论证重污染天气“汽车限行”的合理性

考点精讲

考点1：重要的含氯消毒剂

一、科学认识社会性科学议题，寻找利与弊

1．“汽车限行”议题的科学问题：

（1）汽车尾气中含有氮的化合物：NO、NO2、NH3；

（2）雾霾中含有：硝酸盐（NO3－）、铵盐（NH4+）；

2．氮及其化合物之间的转化关系：

N2NONO2HNO3

（1）化合价角度：如N2转化为NO，氮元素化合价升高，应加化合价降低的氧化剂。

（2）物质类别角度：如单质转化为氧化物，根据元素守恒，应加含氧元素的物质。

二、学习科学论证，论证利与弊

1．科学议题中各种观点论证的方法

2．科学论证，水平分析

3．最终观点：“汽车限行”措施能够减轻空气污染。

三、权衡利弊，做出决策

【典例1】垃圾焚烧发电产生的烟气中含烟尘、二氧化硫、氮氧化物、氯化氢等有害物质，某处理流程如下：

（1）麻石洗涤塔中设置多层格栅，上面放置大量耐酸碱塑料小球，塔内设置多层上喷下淋水嘴，“烟气”从塔底进入，目的是__________________________。

（2）若NO2和NO气体以物质的量之比1∶1混合通入石灰水中，发生氧化还原反应生成一种正盐和水，请写出该反应的化学方程式：________________________。

（3）废液在沉淀池中慢慢沉降，沉淀主要含________________；在回收再生池中加入NaOH固体的作用是________________。

（4）环境检测部门测量处理前后烟气中烟尘的含量见下表：

简述其获得监测结果中的数据使用的测定方法为________________。

【举一反三】（1）该过程产生的沉淀经过适当处理后，可用于制备石膏（CaSO4·2H2O），其处理方式是什么？

（2）检验处理后的烟气中是否含有SO2的简单方法是什么？

【技巧与方法】常见的环境污染问题

【针对训练】

1．以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是（     ）。

    A．氧化物：CO，环境问题：煤气中毒，主要来源：含碳燃料的不完全燃烧

    B．氧化物：SO2，环境问题：光化学烟雾，主要来源：汽车尾气的排放

    C．氧化物：NO2，环境问题：温室效应，主要来源：工厂废气的排放

    D．氧化物：CO2，环境问题：酸雨，主要来源：化石燃料的燃烧

2．（2021·安康高一检测）空气质量指数（AirQualityIndex，AQI）是定量描述空气质量状况的非线性无量纲指数。参与评价的污染物为SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO等六项。下列措施不能有效改善空气质量的是（     ）。

    A．调整产业结构，淘汰落后产能

    B．改善能源结构，使用清洁能源

    C．控制工业源污染，对钢铁、水泥等行业实行限产、限污

    D．及时发布AQI指数，提示公众应对污染的措施

3．（2021·泸州高一检测）大气中氮氧化物和碳氢化合物受紫外线作用可产生二次污染物光化学烟雾，其中某些反应过程如图所示。下列说法不正确的是（     ）。

    A．NO2不是酸性氧化物

    B．O2和O3是氧的两种同素异形体

    C．反应I属于氧化还原反应

    D．烟雾是一种固溶胶，其分散剂是空气

4．当前，汽车尾气已成为许多城市空气污染的主要污染源。研究表明，含TiO2的混凝土或沥青可以部分消除汽车尾气中的氮氧化物，其原理如图所示：

下列关于该“消除”过程的叙述不正确的是（     ）。

    A．部分光能转变为化学能

    B．消除总变化为NOx+O2+H2O→HNO3

    C．消除反应能全天候发生

    D．使用纳米TiO2时消除效率更高

5．轿车进入家庭，给人们带来了极大方便，但排出的尾气给环境带来了污染。现在已经研制出了汽车尾气处理装置并已投入使用，它可将汽车尾气中的有害成分转化为对环境无害的物质。某研究小组利用如下装置模拟汽车尾气的处理过程，试回答下列问题：

（1）仪器的连接顺序如下，请把装置代号填入下列括号中：

（2）C中的化学反应方程式_________________________________________。

（3）E中的化学反应方程式_________________________________________。

（4）D装置的作用是：①______________，②通过观察气泡数目调节气体流速。

（5）有同学认为，按上述方案两种气体的体积比例不易得到很好的控制，提出改变装置连接顺序为_____________________。

但D中的液体需改成_____________________。即便如此，该实验还存在明显缺陷，你认为它是__________________________________________。

（6）科学研究的最终目的是应用于生产与生活实际，造福人类。你认为汽车尾气处理研究的方向是_______（填代号）。

    A．选择适宜的氧化剂，适宜的温度，高效催化剂

    B．选择适宜的还原剂，适宜的温度，高效催化剂

    C．选择适宜的还原剂，高温，高效催化剂

合格考达标练

1．（2021·长沙高一检测）下列不属于汽车尾气排放的主要污染物的是（     ）。

    A．氮氧化合物    B．一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物

    C．含铅化合物    D．氨气

2．光化学烟雾是一次污染物（如氮氧化物、碳氢化合物等）发生光化学反应后生成的二次污染物，主要含有臭氧、过氧硝酸酯等。下列有关光化学烟雾的说法不正确的是（     ）。

    A．光化学烟雾具有氧化性

    B．汽车尾气是造成光化学烟雾的主要原因之一

    C．光化学烟雾对人体没有危害

    D．光化学烟雾一般出现在强日照条件下

3．（2021·上海崇明高一检测）为使天更蓝，空气质量更好，上海所有的电厂都采用了脱硫技术，现在又在考虑脱硝（氮），脱硝是除去煤燃烧过程中产生的（     ）。

    A．N2    B．NOx    C．NH3    D．NH4NO3

4．（2021·厦门学考模拟）燃煤锅炉的烟囱冒出的浓烟中含有SO2气体，污染空气，消除污染的方法一般是将浓烟通入（     ）。

    A．盐酸    B．碱溶液    C．盐溶液    D．水

5．NO因污染空气而“臭名昭著”，而其奇妙作用也使其成为“明星分子”，如制HNO3肥料、炸药、促进血管扩张、促进免疫功能、增强记忆等。其工业主要来源可能是（     ）。

    A．Cu+HNO3→    B．N2+O2→

    C．NH3+O2→      D．NO2+H2O→

6．研究表明，燃料燃烧产生的氮氧化物、二氧化硫等气体物也与雾霾的形成有关（如图所示）。下列措施不利于减少雾霾形成的是（     ）。

    A．减少煤炭供热    B．增加植被面积

    C．推广燃料电池    D．露天焚烧秸秆

7．（2021·张家口高一检测）NO2是导致光化学烟雾的“罪魁祸首”之一。NO2可以用氢氧化钠溶液吸收，或在一定条件下用氨气（NH3）与其反应使之转化为无污染的物质，发生反应的化学方程式分别是：2NO2+2NaOH＝M+NaNO3+H2O，8NH3+6NO2＝7X+12H2O。则M和X代表的物质的化学式是（     ）。

    A．NaNO2、N2    B．HNO2、N2

    C．NO、HNO3    D．Na3NO4、NO

8．（2018·全国卷Ⅱ）研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关（如下图所示）。下列叙述错误的是（     ）。

    A．雾和霾的分散剂相同

    B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵

    C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂

    D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关

9．回答下列有关环境的问题：

（1）造成水体富营养化的元素是______和________，水体富营养化的后果是导致水生藻类“疯长”，并迅速覆盖在水面上，在海水中形成________现象，而这种现象在淡水中称为____________。 

（2）大气中的下列氧化物的存在既不能形成酸雨，也不能形成光化学污染的是________。

    A．二氧化硫    B．二氧化碳    C．二氧化氮    D．一氧化氮

（3）目前，大城市内的光化学污染是大气主要污染形式之一，该污染的现象是形成烟雾，故又叫光化学烟雾，形成光化学烟雾的过程属于________________（填“化学变化”或“物理变化”）。 

（4）汽车尾气中氮的氧化物来源除因为燃油中含有氮元素（燃烧时，氮转化为氮的氧化物）外，还有一个原因。请你用化学方程式表示这个原因：_______________________。

10．NO分子因污染空气而臭名昭著。近年来，发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆的功能，而成为当前生命科学的研究热点，NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题：

（1）NO对环境的危害在于______（填编号）。

    A．破坏臭氧层

    B．高温下能使一些金属被氧化

    C．造成酸雨

（2）下列关于NO的说法不正确的是______。

    A．NO为无色气体

    B．实验室制备NO时不能用排空气法收集

    C．NO是汽车尾气的有害成分之一

    D．NO分子所含电子总数为偶数

（3）在含Cu+离子的酶的活化中，亚硝酸根（NO2－）离子可转化为NO，写出Cu+和亚硝酸根离子在酸性水溶液中反应的离子方程式________________________。

等级考提升练

1．（2020·唐山高一检测）某日的某地空气质量指数如图所示，下列说法中正确的是（     ）。

    A．O3属于非电解质

    B．SO2和CO均属于酸性氧化物

    C．机动车限行可减少雾霾的产生，雾霾不能产生丁达尔效应

    D．反应2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O中，NO2既是氧化剂又是还原剂

2．酸雨的形成是一种复杂的大气化学和光学化学过程，在清洁空气、污染空气中形成硫酸型酸雨的过程如下：

下列有关说法错误的是（     ）。

    A．光照能引发酸雨的形成

    B．所涉及的变化均为氧化还原反应

    C．污染空气能加快酸雨的形成

    D．优化能源结构能有效遏制酸雨污染

3．下列关于资源综合利用和环境保护的化学方程式不正确的是（     ）。

    A．海水提溴时用SO2吸收Br2蒸气：SO2+Br2+2H2O＝2HBr+H2SO4

    B．将煤气化为可燃性气体：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）

    C．用过量NaOH溶液吸收烟气中的SO2：SO2+NaOH＝NaHSO3

    D．燃煤时加入CaCO3脱硫：2CaCO3+2SO2+O22CaSO4+2CO2

4．如图表示汽车尾气净化器处理汽车尾气的过程。有关叙述不正确的是（     ）。

    A．CO氧化为CO2所需氧来源于NOx

    B．汽车安装这种净化器后，能避免铅污染

    C．Pt­Rh催化剂化学反应前后质量不变

    D．使用该净化器能减少酸雨的发生

5．（2021·河北石家庄高一检测）汽车尾气中的氮氧化物（NOx）与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。

NOxN2O5HNO3烟（一种雾霾）

有关该雾霾的叙述错误的是（     ）。

    A．该雾霾中含硝酸铵固体

    B．反应②是非氧化还原反应

    C．NH3是形成该雾霾的催化剂

    D．NH3可能来自过度使用氮肥

6．（2021·东营高一检测）香烟烟雾中含有CO、CO2、SO2、H2O等气体，用①无水CuSO4；②澄清石灰水；③红热CuO；④生石灰；⑤品红溶液；⑥酸性高锰酸钾溶液等药品可将其一一检出。检测时香烟烟雾通入药品的正确顺序是（     ）。

    A．①⑤②①④③    B．①⑤⑥②④③

    C．③④②⑥⑤①    D．②⑤①④③⑥

7．（2021年1月·浙江选考真题）关于反应8NH3+6NO2＝7N2+12H2O，下列说法正确的是（     ）。

    A．NH3中H元素被氧化

    B．NO2在反应过程中失去电子

    C．还原剂与氧化剂的物质的量之比为3∶4

    D．氧化产物与还原产物的质量之比为4∶3

8．（2021•石景山区高一检测）己知汽车尾气中的氮氧化物（以NOx表示）是氮气与氧气在高温下反应产生的。氮氧化物（NOx）等气体破坏人类生存的环境。稀薄燃烧发动机具有高效、经济、环保等优点，和普通汽车发动机对比如下：

汽车尾气净化装置里装有Pd等催化剂，气体在催化剂表面作用的机理如图所示。结合以上信息得出的下列结论中，不正确的是（     ）。

    A．“稀薄”的含义是指发动机混合气中的汽油含量低

    B．稀薄燃烧发动机尾气中NOx含量减少可能是因为温度低

    C．稀薄燃烧发动机产生的尾气中CO含量减少是因为燃烧不充分

    D．尾气净化装置中发生总反应的化学方程式为2NO+O2+4CON2+4CO2

9．（2021·温州高一检测）根据国家废气排放标准，1m3烟气最高允许含0.4gNOx（可以看作NO和NO2的混合物）。已知：NO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2；2NO2+Na2CO3→NaNO2+NaNO3+CO2；现有1m3含2gNOx的烟气用质量分数为0.150的碳酸钠溶液吸收。若吸收率为80%，吸收后的烟气是否符合排放标准的是（     ）。

    A．一定符合             B．一定不符合

    C．两种情况都有可能     D．缺条件无法判断

10．为了除去NO、NO2、N2O4对大气的污染，常采用氢氧化钠溶液进行吸收处理（反应方程式：3NO2+2NaOH2NaNO3+NO+H2O；NO2+NO+2NaOH2NaNO2）。现有由a mol NO、b mol NO2、c mol N2O4组成的混合气体恰好被V L氢氧化钠溶液吸收（无气体剩余），则此氢氧化钠溶液的物质的量浓度最小为（     ）。

    A．mol/L     B．mol/L

    C．mol/L    D．mol/L

11．（2020·南京高一检测）二氧化硫是硫的重要化合物，在生产、生活中有广泛应用。二氧化硫有毒，并且是形成酸雨的主要气体。无论是实验室制备还是工业生产，二氧化硫尾气吸收或烟气脱硫都非常重要。完成下列填空：

（1）实验室可用铜和浓硫酸加热或硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫。

如果用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，并希望能控制反应速度，上图中可选用的发生装置是_________（填写字母）。

（2）若用硫酸和亚硫酸钠反应制取3.36L（标准状况）二氧化硫，至少需要称取亚硫酸钠_________g（保留一位小数）；如果已有4.0%亚硫酸钠（质量分数），被氧化成硫酸钠，则至少需称取该亚硫酸钠_________g（保留一位小数）。

（3）实验室二氧化硫尾气吸收与工业烟气脱硫的化学原理相通。石灰－石膏法和碱法是常用的烟气脱硫法。石灰－石膏法的吸收反应为：SO2+Ca（OH）2＝CaSO3↓+H2O。吸收产物亚硫酸钙由管道输送至氧化塔氧化，反应为2CaSO3+O2+4H2O＝2CaSO4·2H2O。其流程如下图：

碱法的吸收反应为SO2+2NaOH＝Na2SO3+H2O。碱法的特点是氢氧化钠碱性强、吸收快、效率高。其流程如下图：

已知：

石灰－石膏法和碱法吸收二氧化硫的化学原理相同之处是____________________。和碱法相比，石灰－石膏法的优点是_______________，缺点是______________。

（4）在石灰－石膏法和碱法的基础上，设计一个改进的、能实现物料循环的烟气脱硫方案（用流程图表示）。

12．保持洁净安全的生存环境已成为全人类的共识。

（1）为了改善空气质量，必须控制大气中二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物的排放量。为控制大气中二氧化硫的排放，常采取的措施是对化石燃料进行_________处理。为治理汽车尾气中NO和CO的排放，在汽车的排气管上安装催化净化装置，使NO和CO转化为无毒气体，该反应的化学方程式为__________________。

（2）用生物处理方法除去废水中的氮，其过程是先将大多数有机态氮转化为氨态氮（氨态氮以NH4+表示），然后通过进一步转化成N2而消除污染。其中一种方法的部分反应为：

①上述方法中氨态氮元素1g转化为硝酸态氮（硝酸态氮以HNO3表示）时需氧气的质量为_________g。

②荷兰科学家发现了一种新方法：在厌氧条件下，以亚硝酸钠（NaNO2）作为氧化剂，在自养菌作用下将氨态氮氧化为氮气。该反应的离子方程式为_______________。

（3）根据我国废气排放标准，1m3烟气最高允许含400mgNOx（烟气中NOx是NO和NO2的混合物，不含N2O4）。

①若NOx中NO质量分数为0.85，则1m3烟气中最高允许含NO_________L（标准状况，保留2位小数）。

②工业上通常用纯碱溶液作为NOx的吸收剂。现1m3含2000mgNOx的烟气被吸收，若吸收率为80%，吸收后的烟气_________排放标准（填“符合”或“不符合”），理由是：____________________________________。