資源簡介

微項目:論證重污染天氣“汽車限行”的合理性
——探討社會性科學議題
【必備知識】
一、社會性科學議題
1.含義:社會性科學議題是指由利用當代科學技術研究開發所引起的一系列與社會倫理道德、經濟發展及自然生態環境等緊密相關的社會性問題。
2.社會性科學議題的分析框架
二、社會性科學議題中利與弊分析的視角
三、科學論證的水平
水平 標準
水平1 有籠統的觀點,缺少必要的資料
水平2 有觀點和資料,缺少從資料到觀點的推理過程或推理過程不合理,或者資料不充分
水平3 有觀點、資料以及從資料到觀點的推理過程;資料充分,推理過程合理
水平4 有觀點、資料以及從資料到觀點的推理過程;資料充分,推理過程合理;考慮了可能的反駁及其證據
情景思考
1.在冬季,各地會根據霧霾天氣情況,采取汽車單雙號限行的措施。限行的原因與汽車尾氣有關。汽車尾氣中有害氣體有哪些 與霧霾的形成有哪些關聯
【答案】汽車尾氣的主要成分有氮氧化物(NOx)等;霧霾中的化學成分有硝酸鹽、銨鹽等,汽車尾氣與大氣中的氨在一定條件下可以轉化為霧霾的成分。
2.汽車尾氣有什么危害
【答案】汽車尾氣中的NOx在紫外線作用下,與碳氫化合物發生一系列光化學反應,產生一種有毒的煙霧——光化學煙霧,光化學煙霧中含甲醛、乙醛等刺激性有毒物質,會刺激人的呼吸道。
【關鍵能力】
項目活動：科學認識社會性科學議題,尋找利與弊
【活動探究】
1.科學分析議題,理清議題中的科學問題和科學知識
(1)“汽車限行”議題的科學問題
汽車尾氣中含有氮的化合物:NO、NO2和NH3;霧霾中含有硝酸鹽和銨鹽。
(2)氮及其化合物的轉化關系圖:
涉及的化學方程式:
N2+O22NO
2NO+O22NO2
3NO2+H2O2HNO3+NO
NH3+HNO3NH4NO3
2.“汽車限行”措施的利與弊
視角 利 弊
環境 減少有害氣體排放,減輕空氣污染和溫室效應 —
經濟 促使人們購買第二輛汽車,汽車銷量增加,促進經濟發展 導致汽車保有量增加
社會 緩解道路交通壓力 增加公共交通壓力,導致人們出行不便
問題生成
如何治理汽車尾氣
【答案】NOx尾氣處理方法:
①堿液吸收法
2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O
NO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2)≥n(NO)。一般適用于工業尾氣中NOx的處理。
②催化轉化法
在催化劑、加熱條件下,氨可將氮氧化物轉化為無毒氣體N2;NOx與CO在一定溫度下催化轉化為無毒氣體N2和CO2(一般適用于汽車尾氣的處理)。
遷移應用
1.研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氮有關(如圖所示)。下列敘述錯誤的是(　　)。
A.霧和霾的分散劑相同
B.霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨
C.NH3是形成無機顆粒物的催化劑
D.霧霾的形成與過度施用氮肥有關
【答案】C
【解析】霧和霾的分散劑均為空氣,A項正確;根據題目信息,硝酸銨和硫酸銨均為無機顆粒物,是形成霧霾的因素之一,B項正確;氨氣分別和硝酸、硫酸反應生成硝酸銨和硫酸銨,是形成無機顆粒物的反應物,C項錯誤;過度施用氮肥會導致空氣中氨氣含量增加,促進了無機顆粒物中硝酸銨、硫酸銨含量的增加,D項正確。
2.當前,汽車尾氣已成為許多城市空氣的主要污染源。研究表明,含TiO2的混凝土或瀝青可以部分消除汽車尾氣中的氮氧化物,其原理如下:
下列關于該“消除”過程的敘述不正確的是(　　)。
A.部分光能轉變為化學能
B.消除總變化為NOx+O2+H2OHNO3
C.消除反應能全天候發生
D.使用納米TiO2的消除效率更高
【答案】C
【解析】在TiO2的催化作用下紫外線提供能量,部分光能轉變為化學能,故A項正確;題中示意圖表明,在TiO2的催化作用下紫外線提供能量,發生反應NOx+O2+H2OHNO3,故B項正確;沒有紫外線時上述反應不能發生,故C項錯誤;納米TiO2與紫外線的接觸面積更大,將產生更多的光生電子和光生空穴,從而消除更多的NOx,故D項正確。
【課堂檢測】
1.對含有氮氧化物的廢氣進行處理。
(1)用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物,反應的化學方程式如下:
NO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O　①
2NO2+2NaOH NaNO2+NaNO3+H2O　②
在反應①中,氧化劑是　　　　,還原劑是　　　　　。在反應②中,氧化劑和還原劑的物質的量之比為　　　　。
(2)汽車尾氣中含有CO和NO,消除這兩種物質對大氣的污染的方法是安裝催化轉化器,使它們發生反應生成N2和CO2,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在一定條件下,氨氣也可將氮氧化物轉化為無污染的物質。寫出氨氣與二氧化氮在一定條件下反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)NO2　NO　1∶1
(2)2CO+2NON2+2CO2
(3)6NO2+8NH37N2+12H2O
【解析】(1)反應①中,NO2中氮元素化合價降低,作氧化劑,NO中氮元素化合價升高,作還原劑;反應②中氧化劑和還原劑都是NO2,它們的物質的量之比為1∶1。
(2)根據質量守恒定律,結合題目信息可知,一氧化氮與一氧化碳反應的化學方程式為2CO+2NON2+2CO2。
(3)根據質量守恒定律,結合題目信息可知,氨氣與二氧化氮反應生成的對大氣無污染的物質應為氮氣和水,6NO2+8NH37N2+12H2O。
2.汽車尾氣中主要含有CO2、CO、SO2、NO及汽油、柴油等物質,汽車尾氣已成為城市空氣污染的主要來源,必須予以治理。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉換器”(用鉑、鈀合金作催化劑)。它能使CO與NO反應,生成可參與大氣生態環境循環的無毒氣體,并促使汽油、柴油等物質充分燃燒及SO2的轉化。已知汽油和柴油的主要成分是碳氫化合物。請回答下列問題:
(1)汽車尾氣中NO的主要來源是　　　　。
A.汽油、柴油中的含氮物質的燃燒產物
B.空氣中的N2與汽油、柴油的反應產物
C.空氣中的N2與O2在汽車汽缸內的高溫環境下的反應產物
D.汽車高溫尾氣導致空氣中N2與O2發生化合反應
(2)寫出CO與NO反應的化學方程式:　 。
(3)控制或者減少城市汽車尾氣污染的方法可以有　　　(多選)。
A.開發氫能源　　　　　 B.使用電動車
C.限制車輛行駛 D.使用乙醇汽油
(4)氨氣可用來處理氮氧化物。例如,氨氣與二氧化氮可發生反應生成無毒的物質,該反應的產物是　　　　,氨氣在反應中表現　　　　(填“氧化性”或“還原性”)。
(5)在氮氧化物混合氣體中,當NO和NO2的物質的量之比為1∶1時,則該混合氣體的組成相當于另一種氮氧化物,該氮氧化物的化學式為　　　　。
【答案】(1)C　(2)2CO+2NO2CO2+N2
(3)ABD　(4)N2和H2O　還原性　(5)N2O3
【解析】汽車汽缸內不斷進行著汽油的燃燒反應,當空氣的量不足時,汽油燃燒不完全,會產生CO;當空氣過量時,空氣中的N2和過量的O2在高溫下反應生成NO。NH3與氮氧化物反應生成無毒的N2和水,反應中NH3中氮元素的化合價升高,是還原劑,表現了還原性。
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