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高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第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一课一练
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第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一课一练，共5页。
【素养解读】
1．能够综合应用氮及其化合物的性质及转化关系探讨相关的社会性科学议题。
2．在寻求证据支持观点的过程中，能够综合运用信息查找、问卷调查、访谈等多种方法获得必要资料；能够对资料进行加工分析，依据观点、证据和结论之间的逻辑关系进行有条理的阐述。
3．能够从科学、环境、经济、社会等多个方面，权衡不同观点的利与弊，有依据地作出决策，逐步培养“科学态度与社会责任”的能力。
[项目情境]
人们越来越关心环境问题。我们在享受科学技术迅速发展带来物质文明的同时，也因以牺牲环境为代价，而受到大自然的一次次报复，如雾霾天气等。为了应对重污染天气把空气污染指数控制在合理范围内，北京、广州等多个城市采取了“汽车限行”措施，以期降低机动车尾气排放量。人们逐渐意识到：保护环境，就是保护人类赖以生存的空间。
[探究问题]
1．目前大气中氮氧化物的主要来源是什么？它们对人类健康的危害表现在哪些方面？氮氧化物还会引起哪些环境问题？
[提示] 大气中氮氧化物主要来自汽车尾气，硝酸生产、金属的冶炼等工业排放的尾气。氮氧化物中NO和NO2的毒性较强，NO2作用于深部呼吸道，对肺组织产生强烈刺激和腐蚀作用，可引发肺水肿、支气管炎等肺部疾病，NO可与血红蛋白结合，使其失去携带氧气的能力，致组织缺氧，中枢神经系统受损等。以NO和NO2为主的氮氧化物还是形成光化学烟雾、酸雨和雾霾的一个重要原因。
2．汽车尾气中含有氮氧化物是如何产生的？汽车尾气中还有哪些有害物质？
[提示] 汽车汽缸中N2和O2在电火花放电时反应生成NO，继而转化成其他种类的氮氧化物。汽车尾气中还含有多种有害气体，主要有烃的不完全燃烧产物一氧化碳，汽油中的硫元素被氧化生成的SO2等。
3．调查目前治理汽车尾气污染的方法有哪些？各方法有什么优缺点？
[提示] 方法一：在汽车排气管装上催化转化器，使NO或NO2与CO反应生成N2和CO2，原理：2CO＋2NO eq \(⥫==⥬,\s\up7(催化剂))2CO2＋N2、4CO＋2NO2 eq \(⥫==⥬,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2。
优点：使有害气体在通常状况下，转化为可参与大气循环的无毒气体。
缺点：(1)不能使有害气体全部转化为无害物质；(2)加速尾气中SO2向SO3的转化，使排出的废气酸度升高；(3)使用的催化剂容易中毒，失去作用。
方法二：汽车限行
优点：(1)减少有害气体的排放；(2)缓解道路交通压力；
(3)促使人们购买第二辆汽车，促进经济发展。
缺点：(1)增加公共交通压力；(2)导致人们出行不便；(3)导致汽车保有量增加。
4．金属的冶炼、硝酸的生产、煤和石油的燃烧等排放的尾气中均含有大量的氮氧化物，请从物质类别和化合价的视角思考消除污染、保护环境的方法。
[提示] 方法一：碱液吸收法
NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
方法二：NH3还原法
6NO＋4NH3 催化剂 △ 5N2＋6H2O；
6NO2＋8NH3 催化剂 △ 7N2＋12H2O。
[反思归纳]
科学分析议题，厘清议题中相关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(NO3-)、铵盐(NH4+)。
2．氮及其化合物之间的转化关系
N2 O2 NO O2 NO2 H2O HNO3
(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，根据原子守恒，应加含氧元素的物质。
[能力达成]
1．研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氮有关(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
C [雾和霾的分散剂均为空气，A项正确；根据题目信息，硝酸铵和硫酸铵均为无机颗粒物，是形成雾霾的因素之一，B项正确；氨气分别和硝酸、硫酸生成硝酸铵和硫酸铵，是形成无机颗粒物的反应物，C项错误；过度施用化肥会导致空气中氨气含量增加，促进了无机颗粒物中硝酸铵、硫酸铵含量的增加，D项正确。]
2．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只起催化剂作用
B．NO起催化剂作用
C．NO2只起氧化剂作用
D．O3与O2互为同素异形体
D [由反应过程①＋②得O2―→2O，反应③为O＋O2―→O3，则NO2起催化剂作用，由反应①知，NO2还作氧化剂和还原剂，A、C项错误；由反应知NO作为中间产物不起催化作用，B项错误；O3与O2互为同素异形体，D项正确。]
3．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被氧化为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
B [由题目的信息可知，CO被氧化为CO2所需的氧来源于氮的氧化物，A项正确；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，但不能避免铅污染，B项错误；PtRh催化剂在化学反应前后质量和化学性质都不变，C项正确；氮的氧化物也会造成酸雨，因此使用该净化器能减少酸雨的发生，D项正确。]
【素养解读】
1．能够综合应用氮及其化合物的性质及转化关系探讨相关的社会性科学议题。
2．在寻求证据支持观点的过程中，能够综合运用信息查找、问卷调查、访谈等多种方法获得必要资料；能够对资料进行加工分析，依据观点、证据和结论之间的逻辑关系进行有条理的阐述。
3．能够从科学、环境、经济、社会等多个方面，权衡不同观点的利与弊，有依据地作出决策，逐步培养“科学态度与社会责任”的能力。
[项目情境]
人们越来越关心环境问题。我们在享受科学技术迅速发展带来物质文明的同时，也因以牺牲环境为代价，而受到大自然的一次次报复，如雾霾天气等。为了应对重污染天气把空气污染指数控制在合理范围内，北京、广州等多个城市采取了“汽车限行”措施，以期降低机动车尾气排放量。人们逐渐意识到：保护环境，就是保护人类赖以生存的空间。
[探究问题]
1．目前大气中氮氧化物的主要来源是什么？它们对人类健康的危害表现在哪些方面？氮氧化物还会引起哪些环境问题？
[提示] 大气中氮氧化物主要来自汽车尾气，硝酸生产、金属的冶炼等工业排放的尾气。氮氧化物中NO和NO2的毒性较强，NO2作用于深部呼吸道，对肺组织产生强烈刺激和腐蚀作用，可引发肺水肿、支气管炎等肺部疾病，NO可与血红蛋白结合，使其失去携带氧气的能力，致组织缺氧，中枢神经系统受损等。以NO和NO2为主的氮氧化物还是形成光化学烟雾、酸雨和雾霾的一个重要原因。
2．汽车尾气中含有氮氧化物是如何产生的？汽车尾气中还有哪些有害物质？
[提示] 汽车汽缸中N2和O2在电火花放电时反应生成NO，继而转化成其他种类的氮氧化物。汽车尾气中还含有多种有害气体，主要有烃的不完全燃烧产物一氧化碳，汽油中的硫元素被氧化生成的SO2等。
3．调查目前治理汽车尾气污染的方法有哪些？各方法有什么优缺点？
[提示] 方法一：在汽车排气管装上催化转化器，使NO或NO2与CO反应生成N2和CO2，原理：2CO＋2NO eq \(⥫==⥬,\s\up7(催化剂))2CO2＋N2、4CO＋2NO2 eq \(⥫==⥬,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2。
优点：使有害气体在通常状况下，转化为可参与大气循环的无毒气体。
缺点：(1)不能使有害气体全部转化为无害物质；(2)加速尾气中SO2向SO3的转化，使排出的废气酸度升高；(3)使用的催化剂容易中毒，失去作用。
方法二：汽车限行
优点：(1)减少有害气体的排放；(2)缓解道路交通压力；
(3)促使人们购买第二辆汽车，促进经济发展。
缺点：(1)增加公共交通压力；(2)导致人们出行不便；(3)导致汽车保有量增加。
4．金属的冶炼、硝酸的生产、煤和石油的燃烧等排放的尾气中均含有大量的氮氧化物，请从物质类别和化合价的视角思考消除污染、保护环境的方法。
[提示] 方法一：碱液吸收法
NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
方法二：NH3还原法
6NO＋4NH3 催化剂 △ 5N2＋6H2O；
6NO2＋8NH3 催化剂 △ 7N2＋12H2O。
[反思归纳]
科学分析议题，厘清议题中相关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(NO3-)、铵盐(NH4+)。
2．氮及其化合物之间的转化关系
N2 O2 NO O2 NO2 H2O HNO3
(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，根据原子守恒，应加含氧元素的物质。
[能力达成]
1．研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氮有关(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
C [雾和霾的分散剂均为空气，A项正确；根据题目信息，硝酸铵和硫酸铵均为无机颗粒物，是形成雾霾的因素之一，B项正确；氨气分别和硝酸、硫酸生成硝酸铵和硫酸铵，是形成无机颗粒物的反应物，C项错误；过度施用化肥会导致空气中氨气含量增加，促进了无机颗粒物中硝酸铵、硫酸铵含量的增加，D项正确。]
2．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只起催化剂作用
B．NO起催化剂作用
C．NO2只起氧化剂作用
D．O3与O2互为同素异形体
D [由反应过程①＋②得O2―→2O，反应③为O＋O2―→O3，则NO2起催化剂作用，由反应①知，NO2还作氧化剂和还原剂，A、C项错误；由反应知NO作为中间产物不起催化作用，B项错误；O3与O2互为同素异形体，D项正确。]
3．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被氧化为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
B [由题目的信息可知，CO被氧化为CO2所需的氧来源于氮的氧化物，A项正确；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，但不能避免铅污染，B项错误；PtRh催化剂在化学反应前后质量和化学性质都不变，C项正确；氮的氧化物也会造成酸雨，因此使用该净化器能减少酸雨的发生，D项正确。]
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