【同步讲义】高中化学（鲁科版2019）必修第二册--微项目+研究车用燃料与安全气囊（练）

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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

可能用到的相对原子质量：H-1 C-12 N-14 O-16 Na-23 Mg-24 S-32 Cl-35.5
一、选择题(本题含16小题，每题3分，共48分。每题只有一个选项符合题意)
1. 下表为某汽车在不同速率时所产生的空气污染物质量(按汽车平均行驶1公里计算)。

根据上表,下列说法不正确的是(　　)
A.汽车行驶时,污染物中CO含量最高
B.汽车速率为120 km·h-1时,污染最严重
C.从环保角度考虑,最合适的汽车速率为50 km·h-1
D.汽车速率增大时,产生的氮的氧化物也随之增多
【答案】C
【解析】根据表中信息可知汽车行驶时,污染物中CO含量最高,A项正确;汽车行驶速率为120 km·h-1时,三种污染物排放量都最多,污染最严重,B项正确;从环保角度考虑,最合适的汽车速率为80 km·h-1,C项错误;汽车行驶速率越大,产生的氮氧化物越多,D项正确。
2．（2021·全国·高一课时练习）汽车尾气中产生的反应为。一定条件下，等物质的量的和在恒容密闭容器中反应，如图曲线a、b均表示该反应在温度T下的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是

A．曲线b达到化学平衡比曲线a快
B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小
C．曲线a可能加入了催化剂
D．反应达到平衡时，曲线a中的转化率更大
【答案】A
【详解】A．反应开始至达到平衡时，曲线b的斜率更大，反应速率更快，更快达到平衡状态，A正确；
B．反应物和产物都是气体，当容器保持恒容时，混合气体的密度始终保持不变，B错误；
C．曲线b的斜率更大，反应速率更快，可能加入了催化剂，C错误；
D．反应达到平衡时，曲线b中更大，、的转化率更大，D错误；
故选A。
3．（2021·甘肃·金昌市第一中学高一期中）研究人员发现某种物质在催化剂的作用下适于作汽车燃料，其特点是来源广泛、环境污染小。下列有关该物质燃烧的能量变化示意图正确的是
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】A．其反应物能量大于生成物能量，燃烧的反应为放热反应，该物质适于作汽车燃料，A正确；
B．反应物能量小于生成物能量，是个吸热反应，不适合作汽车燃料，B错误；
C．反应物能量等于生成物能量，不适合作汽车燃料，C错误；
D．反应物能量小于生成物能量，是个吸热反应，而且用了催化剂以后活化能更高，不适合作汽车燃料，D错误；
故选Ａ。
4．（2021·全国·高一课时练习）和都是汽车尾气中的有害气体，它们在催化转化器中能反应生成氮气和，对此反应，下列说法中错误的是
A．改变压强不可以改变反应速率
B．使用催化剂能同时增大正、逆反应的速率
C．缩小体积能增大反应速率
D．升高温度能增大吸热方向的反应速率
【答案】A
【详解】A． 改变压强，如果改变容器的容积，能改变物质的浓度，则可以改变反应速率，A错误；
B． 使用催化剂可同时增大正、逆反应的速率，B正确；
C． 缩小体积相当于增大压强，能增大反应速率，C正确；
D． 升高温度，吸热方向、放热方向的反应速率均增大，只是吸热方向的速率增大的程度更大，D正确；
5．（2020·全国·高一课时练习）近年来，多地公共汽车大部分采用天然气作为汽车的燃料，其主要目的是
A．防止石油短缺 B．降低成本
C．减少对大气的污染 D．加大发动机的动力
【答案】C
【详解】因为石油中含较多杂质如硫元素的杂质，燃烧后硫被氧化，生成大气污染物二氧化硫，杂质较多时，碳不完全燃烧产生一氧化碳多；而天然气含有杂质少，天然气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧的化学方程式为：CH4+2O2 CO2+2H2O，所以采用天然气作为汽车的燃料，燃烧充分，燃烧时产生的一氧化碳少对空气污染小，答案选C。
6. 氮化钠（Na3N）是科学家制备的一种重要的化合物，它与水作用可产生NH3，主要用于制造炸药及用作分析试剂等。下列分析不正确的是（　　）
A．化合物Na3N是由离子键形成的
B．比较Na3N中两种粒子的半径：r（Na+）＞r（N3﹣）
C．Na3N与水反应的化学方程式为Na3N+3H2O═3NaOH+NH3↑
D．Na3N与过量的HCl（aq）反应，生成两种盐
【答案】B
【解析】A．化合物Na3N是由Na+和N3﹣通过离子键形成的，故A正确；B．Na+和N3﹣的电子层结构相同，半径取决于质子数；质子数越多，半径越小，所以半径：r（Na+）＜r（N3﹣），故B错误；C．Na3N是由Na+和N3﹣通过离子键形成，与水反应可产生NH3和NaOH，化学方程式为Na3N+3H2O＝3NaOH+NH3↑，故C正确；D．Na3N是由Na+和N3﹣通过离子键形成，与过量的HCl（aq）反应，生成NaCl和NH4Cl两种盐，故D正确；
7.（2021·甘肃·金昌市第一中学高一期中）研究人员发现某种物质在催化剂的作用下适于作汽车燃料，其特点是来源广泛、环境污染小。下列有关该物质燃烧的能量变化示意图正确的是
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】A．其反应物能量大于生成物能量，燃烧的反应为放热反应，该物质适于作汽车燃料，A正确；
B．反应物能量小于生成物能量，是个吸热反应，不适合作汽车燃料，B错误；
C．反应物能量等于生成物能量，不适合作汽车燃料，C错误；
D．反应物能量小于生成物能量，是个吸热反应，而且用了催化剂以后活化能更高，不适合作汽车燃料，D错误；
8.汽车尾气在光照下分解时,即开始光化学烟雾的循环,它的形成过程可用下列化学方程式表示:NO2=NO+O,2NO+O2=2NO2,O2+O=O3。下列有关叙述不正确的是(　　)
A.此过程中,NO2是催化剂
B.在此过程中,NO是中间产物
C.此过程的总方程式为2O3=3O2
D.光化学烟雾能引起人的外呼吸功能严重障碍
【答案】C
【解析】NO2在反应前后质量和化学性质均没发生变化,只是加快了O2变成O3的反应速率,因此NO2是O2变成O3的催化剂。将三个方程式相加得到的总反应方程式为3O2=2O3。
9．（2023·全国·高一课时练习）汽车剧烈碰撞时，安全气囊中发生反应。若有2 mol N2生成，则下列判断正确的是
A．N2的体积为44. 8 L
B．有 0. 125 mol KNO3被氧化
C．N2既是氧化产物又是还原产物
D．转移电子的物质的量为10 mol
【答案】C
【详解】A. 题干中没有说明是标准状况下，无法计算氮气体积，故A错误；
B.该反应中N元素化合价由 、+5变为0， 所以N2既是氧化产物也是还原产物，假设有16 mol N2生成，氧化产物是15 mol、还原产物是1 mol，若有2 mol N2 生成，则被还原的KNO3的物质的量，故B错误；
C. 反应中N元素化合价由 、+5变为0， 所以N2既是氧化产物也是还原产物，故C正确；
D.生成2 mol N2转移电子的物质的量，故D 错误；
故选C。
10.目前使用的气体发生剂主要由叠氮化钠、三氧化二铁、硝酸铵等物质按一定比例混合而成。
变式训练：Na3N是离子化合物,它和水作用可产生NH3。下列叙述正确的是(　　)
A.Na+和N3-的电子层结构都与氖原子相同
B.Na+的半径大于N3-的半径
C.Na3N与足量的盐酸反应后生成一种盐
D.在Na3N与水的反应中,Na3N做还原剂
【答案】A
【解析】Na+和N3-核外电子数相同,电子层结构都与氖原子相同,故A正确;Na+的半径小于N3-的半径,故B错误;Na3N与盐酸发生反应Na3N+4HCl=3NaCl+NH4Cl,生成两种盐,故C错误;Na3N与水的反应中各元素化合价均不变,不属于氧化还原反应,故D错误。
11. “E85”是含乙醇85%的乙醇汽油．美国科学家最近的一项研究表明，大量使用“E85”可能导致大气中O3含量上升，将会对人体造成更直接的伤害．下列说法中正确的是（　　）
A．“E85”是由两种物质组成一种燃料，属新能源
B．乙醇属可再生性能源
C．等质量的“E85”和汽油充分燃烧后放出的能量相等
D．推广使用乙醇汽油是为了减少温室气体排放
【答案】B
【解析】A、汽油和乙醇不是新能源，A错误；B、乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源，属于可再生能源,B正确；C、等质量的“E85”和汽油充分燃烧后放出的能量不等；D、乙醇汽油是在汽油中加入适量乙醇作为汽车燃料，可节省石油资源，减少汽车尾气对空气的污染，还可促进农业的生产，乙醇燃烧后生成CO2，并不能减少温室气体排放，D错误。
12. 汽油是多种烃类的混合物，汽车的发动机中，汽油进入气缸的空气按一定比例混合，在引擎的电火花点燃下燃烧，产生大量的热能，但进入气缸的空气过少或过多都将在汽车尾气中产生有害的大气污染物。目前正在研究和开发一种催化式排气净化器，以Pt-Rh及CuO-Cr2O3作主体催化剂，它可将80%以上的有害尾气转化成无毒气体，但汽油中为增强其抗震性的添加剂（C2H5)4Pb会使这种转化严重降低。下列有关说法中正确的是（ ）
A.汽油的来源是石油的分馏
B.机动车必须使用无铅汽油是因为它可使催化剂中毒，制约了催化剂的研究和开发
C.NO等氮的氧化物对空气污染十分严重，它们是形成光化学烟雾的主要因素
D.如改用柴油作为汽车的燃料，则可以相对减小汽车尾气对大气的污染
【答案】C
【解析】A.汽油的来源主要是石油的裂化，A错误；B.机动车使用无铅汽油是为了防止生成有毒的含铅化合物污染环境，B错误；NO等含氮化合物可形成酸雨、光化学烟雾等环境污染，C正确；柴油含碳量高，改用柴油作为汽车的燃料，会造成不完全燃烧加剧环境污染，D错误。答案选C。
13．（2021·福建·厦门英才学校高一期中）下列不符合节能减排要求的是
A．将煤块粉碎提高燃料的燃烧效率
B．在汽车上安装汽车尾气催化转化装置，可使汽车尾气中的和发生反应：
C．在大力推广乙醇汽油的同时，研究开发太阳能汽车和氢燃料电池汽车
D．在水力发电、火力发电、核能发电和风力发电中，要大力发展火力发电
【答案】D
【详解】A.将煤块粉碎可以增大与空气的接触面积，从而提高燃料的燃烧效率，故不选A；
B.在汽车上安装汽车尾气催化转化装置，可使汽车尾气中的CO和NO发生反应，生成无污染的和，故不选B；
C.乙醇汽油、太阳能、氢燃料电池使用时污染较小或无污染，故不选C；
D.火力发电是利用煤、石油、天然气等燃料燃烧时产生的热能进行发电，煤、石油的使用均污染环境，故选D。
14．作为车用燃料，随着科技的发展越来越多元化，已知完全燃烧1 mol氢气(H2)、一氧化碳(CO)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)分别释放出285.8 kJ、283.0 kJ、5 518.0 kJ、890.3 kJ热量，下列有关车用燃料的说法正确的是(　　)
A．辛烷C8H18(g)来自于石油，是一种可再生能源
B．相同质量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃烧时，放出热量最多的是C8H18
C．氢气可作为未来车用能源的主要燃料
D．甲烷是一种清洁能源，燃烧时不产生任何污染
【答案】C
【解析】辛烷来自于石油，是一种不可再生能源，A项错误；根据题给信息，每克物质完全燃烧时放出的热量分别为H2 142.9 kJ，CO 10.1 kJ，C8H18 48.4 kJ，CH4 55.6 kJ，则相同质量的H2、CO、CH4、C8H18完全燃烧时，放出热量最多的是H2，B项错误；燃烧等质量的氢气放出的热量最多，而且其燃烧产物为水，对环境没任何污染，因此可作为未来车用能源的主要燃料，C项正确；甲烷为一种清洁能源，但如果不完全燃烧，可产生一氧化碳等污染性气体，D项错误。答案选C。
15.随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法错误的是（ ）

A．NO2是该过程的中间产物
B．汽车尾气的主要污染成分包括CO和NO
催化剂
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．催化转化总反应为2NO+O2+4CO === 4CO2+N2
【答案】 D
【解析】A．通入空气的量过大、空气的量过多会带走热量，所以一般是通入适当过量的空气，故A错误； B．比如金属镁（Mg）和二氧化碳（CO2）反应生成氧化镁（MgO）和碳（C），该反应没有氧气参加，但是剧烈的发光发热的化学反应，同样属于燃烧范畴，故B错误；C．煤、石油、天然气是我国最主要的化石燃料，它们都是不可再生能源，故C错误；D．将煤粉碎了再燃烧，可以增大与空气的接触面积，使燃烧充分，从而提高煤燃烧效率，故D正确。
16．“环境保护，以人为本。”济南空气质量指标中指出，影响济南空气质量的一组主要污染物是(　　)
A．CO2、N2、O2 B．SO2、NO2、可吸入颗粒物
C．CO2、O2、SO2 D．NO2、N2、可吸入颗粒物
【答案】B
【解析】A项中CO2、N2、O2都不是污染性气体；B项是大气的主要污染物；C项中CO2、O2不是污染性气体；D项中N2不是污染性气体。
二、非选择题 (本题共5小题，1-3题每题10分，4-5题每题11分，共52分)
17．某汽车安全气囊的产气药剂主要含有、、、等物质。当汽车发生碰撞时，产气药剂产生大量气体使气囊迅速膨胀，从而起到保护作用。
(1)是气体发生剂，受热分解产生和，的电子式为___________。
(2)是氧化剂，与反应生成的还原产物为___________(已知该反应为置换反应)。
(3)是助氧化剂，反应过程中与作用生成和，含有化学键的类型为___________。
(4)是冷却剂，吸收产气过程中释放的热量而发生分解，其化学方程式为___________。
(5)100g上述产气药剂产生的气体通过碱石灰后得到33.6L(标准状况)。
①用碱石灰除去的物质为___________。
②该产气药剂中的质量分数为___________。
【答案】               离子键、共价键          、     65%
【详解】(1)由8电子结构可知，分子中N原子之间形成3对共用电子，其电子式为，故答案为。
(2)是氧化剂，与发生置换反应，元素发生还原反应，则还原产物为。故答案：。
(3)由钾离子与高氯酸根离子构成，高氯酸根离子中与O之间形成共价键，故含有离子键、共价键。故答案：离子键、共价键。
(4)碳酸氢钠分解成碳酸钠、二氧化碳与水，反应方程式为。故答案：。
(5)①碱石灰可以吸收二氧化碳、水蒸气，用碱石灰除去的物质为、；故答案：、。
②氮气的物质的量=，根据氮元素守恒，则，故的质量分数为。故答案：65。
18．解决汽车尾气污染，效果最好的办法是在汽车发动机和排气管之间装一个净化装置，该装置与抽烟用的过滤嘴非常相似，其外形是一个椭圆形的筒，筒内有许多规则的蜂窝状细孔，在孔壁上涂有用特殊工艺制备的催化剂，当汽车尾气经过这些小孔时，尾气中的和在催化剂作用下发生氧化还原反应，生成两种无害的物质，然后排到大气中。
试回答下列问题：
(1)写出在催化剂作用下一氧化碳和一氧化氮反应的化学方程式：___________。
(2)请你判断该反应在无催化剂的作用下能否发生？___________(填“能”或“否”)。
(3)催化剂对该反应的作用是___________。
【答案】          能     加快反应速率
【详解】(1)一氧化氮与一氧化碳在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳，反应的化学方程式：。答案为：；
(2)催化剂只能改变反应速率，从而改变反应到达平衡的时间，而不能改变反应的可能性，不能改变反应物的平衡转化率，所以该反应在无催化剂的作用下也能发生。答案为：能；
(3)为促进反应的进行，反应速率需要加快，所以此时加入催化剂，对该反应的作用是加快反应速率。答案为：加快反应速率。
19．（2021·福建省南安市柳城中学高一期中）断裂化学键所需要的能量如表所示，肼()的有关化学反应的能量变化如图所示。
化学键

氧氧键


能量/()
a
498
946
391


回答下列问题：
(1)与反应生成和放出的能量为____________________。
(2)与断键吸收的能量为____________。
(3)________________________。
(4)当有(1)生成时，放出的能量__________________________(填“>”“<”或“=”)。
【答案】     523     2255     193     >
【详解】(1)由题图可知，与反应生成和放出的能量为，故答案为：523；
(2)与断键吸收的能量为，故答案为：2255；
(3)化学键断裂吸收能量，化学键生成释放能量，断裂键所需的能量为，则化学键断裂吸收的能量为，解得，故答案为：193；
(4)据图可知，与反应生成和放出的能量。(1)放出能量，因此当有(1)生成时，放出的能量大于，故答案为：>。
20．（2023·全国·高一课时练习）Ⅰ.汽车尾气是城市空气的污染源之一。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”。它可以使CO与NO反应，生成可参与大气循环的无毒气体。
(1)下列与汽车尾气的排放密切相关的是___________(填序号)。
A．光化学烟雾      B．水体富营养化与赤潮
C．白色污染       D．雾霾
(2)写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：________________
Ⅱ.减少交通事故除遵守交通法规正确驾驶外，安全措施也极为重要。汽车的安全气囊内有叠氮化钠(NaN) I 与硝酸钱(NH4NO3)等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊，从而保护驾驶员和乘客的安全。
(3)下列判断正确的是____________填序号)。
A．道路起雾与H2O分子中的化学键断裂有关
B．NH4NO3中只含有极性共价键
C．NaN3受到猛烈撞击时有化学键的断裂
D．NaN3、NH4NO3均属于离子化合物
(4)汽车的安全气囊内叠氮化钠爆炸过程中的能量变化如图所示：

①叠氮化钠的爆炸反应属于__________(填“吸热”或“放热”)反应。
②若上述爆炸过程中的能量变化为2(a-b)kJ，则消耗叠氮化钠的质量为    __________g。
③若安全气囊的体积为V L，NaN3的爆炸在ts内完成，反应过程中消耗292.5 g NaN3，则用N2表示的反应速率为____________mol • L-1• s-1。
【答案】     AD          CD     放热     260    
【分析】(1)汽车尾气中含有大量的氮氧化物，氮氧化物是形成光化学烟雾和雾霾的主要原因之一；
(2)根据题目提供的信息可知，CO与NO反应生成可参与大气循环的无毒气体，即生成的是CO2和N2；
.(3)A.道路起雾，水由气态变为液态，水分子中的化学键未断裂；
B.NH4NO3中含离子键、共价键；
C.NaN3受到猛烈撞击时，发生化学变化；
D.含离子键的化合物一定为离子化合物；
(4)①由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量；
②由NaN3分解的化学方程式为计算可得；
③由化学反应速率计算公式可得。
【详解】Ⅰ.(1)汽车尾气中含有大量的氮氧化物，氮氧化物是形成光化学烟雾和雾霾的主要原因之一，AD正确，故答案为：AD；
(2)根据题目提供的信息可知，CO与NO反应生成可参与大气循环的无毒气体，即生成的是CO2和N2，反应的化学方程式为，故答案为：；
Ⅱ.(3)A.道路起雾，水由气态变为液态，水分子中的化学键未断裂，故错误；
B.NH4NO3中含离子键、共价键，故错误；
C.NaN3受到猛烈撞击时，发生化学变化，有化学键的断裂和生成，故正确；
D.含离子键的化合物一定为离子化合物，则NaN3、NH4NO3均属于离子化合物，故正确；
CD正确，故答案为：CD；
(4)①由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，故答案为：放热；
②NaN3分解的化学方程式为，氮气中键为非极性键，由反应及题图可知生成3 mol N2(g)时放热(a -b) kJ，当能量变化为2(a-6)kJ时，生成6 mol N2则消耗叠氮化钠的质量为丁 ，故答案为：260；
③，由反应可知生成，则用N2表示的反应速率为 ，故答案为：。

21．汽车安全气囊是行车安全的重要保障。当车辆发生碰撞的瞬间，安全装置通电点火使其中的粉末分解释放出大量的氮气形成气囊，从而保护司机及乘客免受伤害。为研究安全气囊工作的化学原理，取安全装置中的粉末进行实验。经组成分析，确定该粉末仅含Na、Fe、N、O四种元素。水溶性试验表明，固体粉末部分溶解。经检测，可溶物为化合物甲；不溶物为红棕色固体，可溶于盐酸。取13.0 g化合物甲，加热使其完全分解，生成氮气和单质乙，生成的氮气折合成标准状况下的体积为6.72 L。单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另外一种单质。化合物丙置于空气中可转化为可溶性盐，该盐的溶液呈碱性。请回答下列问题：
(1)甲的化学式为，丙的电子式为________________________________________________。
(2)若丙在空气中转化为碳酸盐，则反应的化学方程式为____________________________。
(3)单质乙与红棕色粉末发生反应的化学方程式为，安全气囊中红棕色粉末的作用是_____________________________________________________________________________。
(4)以下物质中，有可能作为安全气囊中红棕色粉末替代品的是(填字母)_______________。
A．KCl B．Na2S C．CuO
【答案】(1)NaN3　
(2)Na2O＋CO2===Na2CO3
(3)6Na＋Fe2O32Fe＋3Na2O　吸收金属钠，防止钠对人体的危害　(4)C
【解析】(1)据题意13.0 g金属化合物甲分解生成N2和单质乙，N2的物质的量为＝0.3 mol。则单质乙的质量为13.0 g－0.3 mol×2×14 g·mol－1＝4.6 g。由信息知，该单质为钠，物质的量为0.2 mol，甲为NaN3。
(2)因为丙是在高温隔绝空气的条件下生成的，再根据丙的性质可知，丙只能是Na2O，故在空气中Na2O和CO2反应的方程式为Na2O＋CO2===Na2CO3。
(3)钠和氧化铁发生的置换反应方程式为：6Na＋Fe2O32Fe＋3Na2O，所以安全气囊中氧化铁粉末的作用是消耗产生的活泼的钠，避免分解产生的金属钠可能产生的危害。
(4)安全气囊中氧化铁粉末的作用是消耗产生的活泼的钠，选项中能和钠反应的是氧化铜。