福建专用2021_2022学年新教材高中化学第3章物质的性质与转化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学案鲁科版必修1

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

科学认识社会性科学议题，寻找利与弊

汽车尾气有什么危害？

提示：汽车尾气中的NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾，光化学烟雾中含甲醛、乙醛等刺激性有毒物质，会刺激人的呼吸道。

科学分析议题，理清议题中的科学问题和科学知识

1．“汽车限行”议题的科学问题：

汽车尾气中含有氮的化合物：NO、NO2、NH3；雾霾中含有：硝酸盐(NO)、铵盐(NH)；

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。

【典例】对含有氮氧化物的废气进行处理。

(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O①

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O②

在反应①中，氧化剂是____________，还原剂是________________。在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。 

(2)汽车尾气中含有CO和NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成N2和CO2，该反应的化学方程式为_______。

(3)在一定条件下，氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨气与二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：______________________________。

【解析】(1)反应①中NO2中氮元素化合价降低作氧化剂，NO中氮元素化合价升高作还原剂；反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。

(2)根据质量守恒定律，结合题目信息可知，一氧化氮与一氧化碳反应后生成对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳：2CO＋2NO 2CO2＋N2。

(3)根据质量守恒定律，结合题目信息可知，氨气和二氧化氮反应后生成的无污染的物质应该是氮气和水：6NO2＋8NH37N2＋12H2O。

答案：(1)NO2　NO　1∶1

(2)2NO＋2CON2＋2CO2

(3)6NO2＋8NH37N2＋12H2O

学习科学论证，论证利与弊

原机动车尾气排放成为城市空气污染问题的一个备受指责的因素，特别是柴油车和某些重型小轿车。

汽车尾气的污染物是什么？有什么危害？

提示：汽车尾气中的化学污染物包括悬浮微粒(PM)和氮氧化物(NOx)。悬浮微粒是一种烟尘，能够侵入肺部并引起心血管疾病，氮氧化物则会加剧呼吸困难。

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。

【典例】汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。反应过程为①2NO2→2NO＋2O，②2NO＋O2→2NO2，③O＋O2→O3。下列对该反应过程及生成物叙述正确的是(　　)

A．NO2起催化剂作用

B．NO是反应产物之一

C．①②③反应都是氧化还原反应

D．O3与O2都不会造成空气污染

【解析】选A。反应过程①＋②得O2→2O，③O＋O2→O3，NO2起催化剂作用，NO不是反应产物而是中间产物，A项正确、B项错误；①②③中③反应不是氧化还原反应，C错误；O3与O2中O3会污染空气，D项错误。

【补偿训练】

下列现象的产生，与氮循环无关的是(　　)

A．光化学烟雾   B．白色污染

C．水体富营养化     D．酸雨

【解析】选B。光化学烟雾是氮的氧化物和有机烃类在光作用下的一系列复杂变化，与氮循环有关；白色污染是指难降解的塑料垃圾(多指塑料袋)对环境的污染；水体富营养化是指水中的氮、磷等元素浓度过大造成的水污染，会导致藻类疯长，从而引起水中缺氧，导致水生生物大量死亡，与氮循环有关；酸雨是二氧化硫和氮氧化物与雨水作用的结果，与氮循环有关。

权衡利弊，做出决策

汽车限行应经过充分的论证分析后，分清主次，权衡利弊，做出决策。

1．权衡利弊

(1)你认为重污染天气实行“汽车限行”的措施有利的方面有哪些？

提示：①缓解交通压力；

②减少氮氧化物的排放量；

③减轻空气污染等。

(2)重污染天气实行“汽车限行”的弊端有哪些？

提示：①使人们出行不便；

②导致汽车保有量增加；

③公共交通压力增大等。

2．做出决策

提示：“汽车限行”措施能够减轻空气污染，减少氮氧化物的排放量，有利于社会的可持续发展，有利于未来人类的生存和发展。出行不便是个人问题，汽车保有量是局部问题，增加公共交通压力，恰恰可以促进政府改善公共设施。因此，应该支持为应对重污染天气而采取的“汽车限行”的措施。

【典例】“保护环境就是保护人类自己。”下列环境问题与产生的主要原因不相符的是(　　)

①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的；②“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的；③“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的；④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的

A．①②   B．②③  C．①②③④    D．②

【解析】选D。“酸雨”主要是空气中的SO2或NOx的浓度增大引起的。

【补偿训练】

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：_____________。 

【解析】(1)水体中过量的氮、磷造成了水体的富营养化，温度适宜则会导致近海水域的赤潮现象，在江河湖泊等淡水中爆发性生长藻类则叫水华。

(2)酸雨是指pH小于5.6的雨、雪、霜或其他形式的大气降水。二氧化碳溶解于水，尽管也可以使水显酸性，但大气中的二氧化碳在水中溶解后pH不可能小于5.6，故二氧化碳不是酸雨形成的原因。

(3)光化学烟雾的形成是一个复杂的氧化还原反应过程。

(4)机动车在工作时，其汽缸内的温度和压力非常高，故吸入其中的空气(氮气与氧气)会相互反应，生成氮的氧化物。

答案：(1)氮　磷　赤潮　水华

(2)B　(3)化学变化 　(4)N2＋O22NO

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

【解析】选C。光化学烟雾中氮氧化物化合价可以降低，作氧化剂，A正确；汽车尾气中含CO和氮氧化物，二者在阳光的作用下发生化学反应产生光化学烟雾，故B、D正确；光化学烟雾对人眼睛、鼻、咽喉、气管和肺等有刺激作用，对人体有危害，故C错误。

【拔高题组】

　　1.地球外层空间存在臭氧和氧原子,该臭氧层的存在能吸收和阻挡对人体有害的强烈紫外线辐射,可是人为的大气污染物会破坏臭氧层,如超音速飞机排放物中的氮氧化物(NO和NO2),它们和O3及O发生反应:O3+NO===NO2+O2,O+NO2===NO+O2。这两个反应反复循环,其总反应: 

　　　　　　　　。由此可见,氮氧化物在破坏臭氧层的过程中起了　　　　作用。 

【解析】O3+NO===NO2+O2,O+NO2===NO+O2,将上述两反应叠加,消去相同物质后得O3+O===2O2,由方程式可知NO和NO2都参加了反应,但最后又生成了它们,说明它们是催化剂。

答案:O3+O2O2　催化

2.稀薄燃烧是指汽油在较大空/燃比(空气与燃油气的体积比)条件下的燃烧。随着全球能源危机的加剧,稀薄燃烧技术的研究受到了人们的重视,但稀薄燃烧时,常用的汽车尾气净化装置不能有效地将NOx转化为N2。不同空/燃比时汽车尾气中主要污染物的含量变化如图所示。

(1)稀薄燃烧技术除能节约能源外,还具有的优点是_________(填一项)。 

排放到大气中的NOx会导致酸雨、________________等环境问题(填一项)。

(2)某校化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下,按下列流程探究不同催化剂对NH3还原NO反应的催化性能。

若控制其他实验条件均相同,在催化反应器中装载不同的催化剂,将经催化反应后的混合气体通入滴有酚酞的稀硫酸溶液(溶液的体积、浓度均相同)。为比较不同催化剂的催化性能,需要测量并记录的数据是　　　　。 

【解析】(1)因燃油燃烧过程中可产生对空气有污染的CO、NOx、碳氢化合物等大气污染物,结合“空/燃比”的含义和题图可以推知,增大“空/燃比”可以减少CO、碳氢化合物的排放从而减少污染,根据课本知识可推出排放到大气中的NOx可导致酸雨及光化学烟雾(或破坏臭氧层),从而引起环境污染。

(2)因实验目的是探究催化剂的催化性能,而从所给的探究步骤中,有滴有酚酞的稀硫酸(该溶液为无色),所以肯定是利用NH3与滴有酚酞的稀硫酸溶液作用显红色的快慢来检测催化性能。只要记录显色所需时间即可。

答案:(1)减少CO和碳氢化合物的排放　光化学烟雾(或破坏臭氧层)

(2)溶液显色所需要的时间

1．(水平1)2021年第31届世界大学生夏季运动会将在成都举办。“绿色”是成都的城市发展理念，也是这次运动会的组织理念。下面有关说法不正确的是(　　)

A．成都市目前推广使用的清洁燃料压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)的主要成分均是烃类

B．建造运动会场馆所用到的金属材料中可能含有非金属元素

C．“绿色化学”的核心是应用化学原理对环境污染进行治理

D．新能源汽车的使用有助于减少氮氧化物的排放

【解析】选C。压缩天然气(CNG)的主要成分是甲烷，液化石油气(LPG)的成分是丙烷、丁烷等，所以这两类燃料的主要成分都是烃类，故A正确；合金中可能含有非金属元素，故B正确；“绿色化学”的核心是从源头上控制污染，而不是治理污染，故C错误；新能源汽车的使用可减少化石燃料的使用，可减少常规汽车的使用，能减少氮氧化物的排放，故D正确。

【补偿训练】

(水平1)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

【解析】选C。在TiO2的催化作用下紫外线提供能量，部分光能转变为化学能，故A项正确，不符合题意；题中示意图表明，在TiO2的催化作用下紫外线提供能量，发生反应：NOx＋O2＋H2O→HNO3，故B项正确，不符合题意；没有紫外线时上述反应不能发生，故C项错误，符合题意；纳米TiO2与紫外线接触面积更大，将产生更多的光生电子和光生空穴，从而消除更多的NOx，故D项正确，不符合题意。

2．(水平1)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

【解析】选B。由题目的信息可知：CO氧化为CO2所需氧来源于氮的氧化物，汽车安装这种净化器后，能避免一氧化碳、氮的氧化物造成的空气污染，不是铅污染； Pt­Rh催化剂在化学反应前后质量和化学性质都不变；氮的氧化物会造成酸雨，因此使用该净化器能减少酸雨的发生。

3．(水平2)酸雨给人类带来了种种危害，严重地威胁着地球生命生存的生态环境，下列有关减少或者防止酸雨形成的措施中可行的是(　　)

①对燃煤进行脱硫

②对含SO2、NO2的工业废气进行无害处理后，再排放到大气中

③人工收集雷电作用所产生的氮的氧化物

④飞机、汽车等交通工具采用清洁燃料，如天然气、甲醇等

A．①②③④　　  B．①②③

C．①②④       D．①③④

【解析】选C。无法实现人工收集雷电作用所产生的氮的氧化物。

【补偿训练】

(水平2)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

【解析】选C。雾和霾的分散剂都是空气，A项正确；雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵，B项正确；NH3参与反应生成铵盐，是反应物，不是催化剂，C项错误；过度施用氮肥会增加大气中氨的含量，D项正确。

4．(水平2)机动车尾气净化器可以有效缓解汽车尾气污染，它的特色之一是使一氧化碳与一氧化氮在催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氮气。

(1)写出尾气净化器中所发生反应的文字表达式_________。

(2)下列不属于大气污染物的是________(填序号)。

①CO　②CO2　③SO2　④O2　⑤可吸入颗粒物

【解析】(1)一氧化碳和一氧化氮在催化剂的作用下能生成二氧化碳和氮气，反应的文字表达式：一氧化碳＋一氧化氮二氧化碳＋氮气。(2)空气的污染物包括有害气体和粉尘，有害气体主要为二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳，二氧化碳和氧气不属于大气污染物。

答案：(1)一氧化碳＋一氧化氮二氧化碳＋氮气

(2)②④