2020年高中化學(xué)新教材同步必修第二冊研究與實踐匯編

研究與實踐測定雨水的pH研究目的酸雨對環(huán)境危害巨大，人們已經(jīng)采取多種措施來防治酸雨。通過以下活動了解測定雨水pH的方法，認(rèn)識酸雨的危害，激發(fā)保護環(huán)境的緊迫感。材料閱讀材料一酸雨的概念酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水，其酸度可能高出正常雨水100倍以上。常溫下二氧化硫溶于水生成亞硫酸，其酸性強于碳酸。材料二酸雨的形成酸雨形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和物理現(xiàn)象。酸雨中含有多種無機酸和有機酸，絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下以硫酸為主。造成酸雨的罪魁禍?zhǔn)资怯捎诨剂先紵a(chǎn)生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、工業(yè)加工和礦石冶煉過程產(chǎn)生的二氧化硫轉(zhuǎn)化而成的。其形成的化學(xué)反應(yīng)可以隨雨雪的形成或降落而發(fā)生，也可以在空氣中發(fā)生反應(yīng)被降水吸收形成酸雨，可以是當(dāng)?shù)嘏欧诺?，也可以是從遠(yuǎn)處遷移來的。煤和石油燃燒以及金屬冶煉等釋放到大氣中的SO2通過氣相或液相反應(yīng)生成硫酸。高溫燃燒生成一氧化氮(NO)，排入大氣后大部分轉(zhuǎn)化為二氧化氮(NO2)，遇水生成硝酸和亞硝酸。概括起來，酸雨的形成必須具備以下幾個條件：可產(chǎn)生污染源；有利的氣候條件，使其發(fā)生反應(yīng)和變化；大氣中的堿性物質(zhì)濃度較低，對酸性降水的緩沖能力很弱；容易受到酸雨影響或損害的接受體。材料三酸雨的危害進害有：(1)酸雨可導(dǎo)致土壤酸化。(2)酸雨能誘發(fā)植物病蟲害，使農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量下降。(3)酸雨能使非金屬建筑材料(混凝土、砂漿和灰砂磚)表面硬化水泥溶解，出現(xiàn)空洞和裂縫，導(dǎo)致強度降低，從而損壞建筑物。實驗器材pH試紙，標(biāo)準(zhǔn)比色卡，pH計，收集的雨水，自來水，燒杯，玻璃棒實驗步驟(1)分別收集甲、乙兩地剛下雨和下雨快結(jié)束時的雨水備用(2)用pH試紙粗略測定雨水的pH用玻璃棒蘸取收集的雨水并涂在pH試紙上，觀察試紙顏色的變化，并與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對比，記錄數(shù)據(jù)。(3)精確測定收集的雨水放置過程中pH的變化將收集的雨水倒入燒杯，把pH計的電極端浸入燒杯內(nèi)，讀取pH計所顯示的示數(shù)，用水清洗玻璃電極，重復(fù)3次，求其平均值。雨樣剛開始下雨時雨樣的pH雨快結(jié)束時雨樣的pH時間/小時02460246測試點甲5.224.914.734.725.365.084.924.90測試點乙4.814.624.534.525.064.874.644.62結(jié)論與討論(1)通過上述數(shù)據(jù)判斷此次降雨甲、乙兩地是否為酸雨，哪個地區(qū)酸雨更嚴(yán)重。(2)分析放置過程中雨水pH變化的原因。(3)分析開始下雨，和雨快結(jié)束時pH不同的原因。答案(1)均為酸雨，乙更嚴(yán)重。因為兩地pH均小于5.6，乙地pH更小。(2)酸雨的酸性隨放置時間的增長而增強。(SO2＋H2O=H2SO3,2H2SO3＋O2=2H2SO4)(3)雨快結(jié)束時收集的雨水pH略大于剛開始下雨時收集的雨水pH。因為剛開始下雨時會溶解較多也相應(yīng)較大。理解應(yīng)用1.如圖為某城市某日空氣質(zhì)量報告內(nèi)容。(1)該日空氣首要污染物是什么？對人體健康是否有影響？(2)該日空氣質(zhì)量屬于哪個等級？(3)該市的污染物NO2、CO主要來源于哪里？主要的危害有哪些？(4)該市SO2的指數(shù)很小，他們是如何減少燃煤中SO2的排放的？答案(1)PM10；PM10會影響人體健康。(2)該日空氣質(zhì)量指數(shù)為79，空氣質(zhì)量等級屬于良。(3)機動車尾氣中含有NO2、CO；NO2、CO直接影響人體健康，會引起光化學(xué)煙霧、酸雨等。(4)向燃煤中加入石灰石或生石灰。解析(1)首要污染物是指污染最重的污染物，根據(jù)空氣質(zhì)量報告，PM10數(shù)值最大，所以該日空氣首要污染物是PM10；PM10指的是環(huán)境空氣中塵埃在10微米以下的顆粒物，PM10會影響人體健康。(2)該日空氣質(zhì)量指數(shù)為79，空氣質(zhì)量等級屬于良。(3)機動車尾氣中含有NO2、CO；NO2、CO直接影響人體健康，會引起光化學(xué)煙霧、酸雨等。(4)向燃煤中加入石灰石或生石灰可以有效控制SO2的排放。2.某地區(qū)經(jīng)常有酸雨降落，為粗略測定空氣中SO2的含量，某學(xué)習(xí)小組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置進行實驗。資料①室溫下，碘的溶解度為0.029g。②我國空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中SO2濃度限值(mg·m－3)如表。一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)≤0.15≤0.50≤0.70③SO2＋I2＋2H2O=H2SO4＋2HI。實驗步驟①檢查裝置氣密性。②向C裝置中加入1.0mL溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.27×10－6g·mL－1的碘水(ρ≈1.0g·mL－1)，滴入2～3滴淀粉溶液。③打開彈簧夾________(填“a”或“b”)，關(guān)閉另一個彈簧夾，抽拉注射器吸取500mL空氣，再開、閉相應(yīng)彈簧夾，緩緩?fù)茪怏w進入C裝置，重復(fù)上述操作多次。當(dāng)C中溶液顏色________時，停止推動注射器的活塞。④實驗數(shù)據(jù)處理。(1)完善步驟③的內(nèi)容。(2)如何檢查裝置氣密性？(3)實驗時，C裝置中原有蒸餾水對實驗有無影響？(4)實驗中哪些因素會使測定結(jié)果偏低？(5)可以采用什么試劑代替C裝置中碘的淀粉溶液？(6)該小組在同一地點進行了3次實驗，推動活塞次數(shù)記錄如表(每次抽氣為500mL)。進行3次實驗的目的是什么？實驗序號123推動次數(shù)192021答案(1)b由藍(lán)色變成無色(2)關(guān)閉彈簧夾b，打開彈簧夾a，將注射器活塞從右向左推，如果A中得到水的體積等于注射器活塞推動的體積，說明裝置的氣密性良好。(3)無影響。(4)推動注射器活塞速率太快、抽取空氣時，未抽滿500mL(答案合理即可)。(5)酸性KMnO4溶液、溴水(答案合理即可)。(6)取平均值，使測定結(jié)果更準(zhǔn)確。解析(4)推動注射器活塞速率太快，會導(dǎo)致二氧化硫不能完全反應(yīng)，從而導(dǎo)致計算的結(jié)果偏低；結(jié)果偏低。(5)二氧化硫能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色，因此能用酸性KMnO4溶液、溴水代替碘水。

研究與實踐了解車用能源研究目的1.了解汽車動力的變遷。2.從給汽車提供動力，提高能源利用率，減小環(huán)境污染等不同角度，分析和比較不同燃料與能量的轉(zhuǎn)化方式的優(yōu)劣，體會開發(fā)新的車用能源的重要意義。閱讀材料，了解汽車動力、燃料(能源)使用的歷史1765年，英國人瓦特發(fā)明蒸汽機；1770年，法國人古諾研制出了世界上第一輛蒸汽機驅(qū)動的三輪車，車的前部裝有一個鍋爐，利用煤燃燒產(chǎn)生的蒸汽，推動氣缸中的活塞來驅(qū)動前輪運行。1860年法國人萊諾以煤氣作為燃料，研制出世界上最早的氣體燃料發(fā)動機，1876年德國人奧托又對萊諾的發(fā)明進行了改進提高，使得氣體燃料與空氣的混合更為充分，進而提高了氣體發(fā)動機的熱效率。但無論是蒸汽機還是氣體燃料發(fā)動機，由于龐大的體積、復(fù)雜的管道系統(tǒng)以及偏低的熱效率，使得其在汽車上的應(yīng)用無法實現(xiàn)。直到19世紀(jì)下半葉，隨著全球石油工業(yè)的興起，汽油、柴油等液體燃料的出現(xiàn)才徹底改變了這一局面。液體燃料較之氣體燃料便于儲存和攜帶的優(yōu)點，使得汽車進入20世紀(jì)后迅速得到普及并快速發(fā)展，以石油為原料的液體燃料目前依然是汽車的主要燃料。歸納總結(jié)1.汽車動力的變遷：近二三百年來，人類相繼發(fā)明了蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機等動力機械。(1)蒸汽機是先用燃料將鍋爐里的水加熱，利用水產(chǎn)生的蒸汽頂起活塞，產(chǎn)生動力。能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)多，利用率低。(2)內(nèi)燃機(燃料發(fā)動機)，是一種通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力。燃料主要是石油燃料，排出的廢氣中含有害氣體的成分較高。(3)電動機是一種旋轉(zhuǎn)式電動機器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，產(chǎn)生動力。2.汽車燃料、能源的變遷自汽車問世以來，它使用的燃料經(jīng)歷了從煤到汽油的變遷。煤、石油短時間內(nèi)不可再生，大量消耗煤、石油還帶來了一些環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)、酸雨、霧霾等。燃料電池電動汽車替代內(nèi)燃機動力汽車將是發(fā)展趨勢。燃料電池是一種直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從理論上來講，只要連續(xù)供給燃料，燃料電池便能連續(xù)發(fā)電，能量轉(zhuǎn)化效率高，且比能量高、無噪音，無污染，正在成為理想的能源利用方式。燃料電池的主要構(gòu)成組件為：電極(Electrode)、電解質(zhì)隔膜(ElectrolyteMembrane)與集電器。現(xiàn)在需要研究電極、電解質(zhì)等電池基本構(gòu)成材料的性質(zhì)和材料之間的相容性。問題討論1.下表列出1mol常用燃料完全燃燒生成CO2(g)及H2O(l)時放出的熱量，結(jié)合燃燒反應(yīng)，解答下列問題：燃料①氫氣②煤的主要成分碳(C)③天然氣的主要成分甲烷④乙醇⑤汽油的主要成分之一辛烷(C8H18)放出熱量/kJ286393.589013665500序。(2)從燃燒產(chǎn)物分析，最環(huán)保的燃料是________。(3)一般來說，與氧氣接觸面積大，耗氧量小，含碳燃料燃燒越充分，表中四種含碳燃料燃燒時產(chǎn)生污染物最少的是________。(4)分別計算1g上述五種燃料完全燃燒，放出的熱量。(5)從資源、污染、熱值的角度你選用哪種車用燃料？提示(1)①2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))2H2O②C＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2③CH4＋2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2＋2H2O④C2H6O＋3O2eq\o(=,\s\up7(點燃))2CO2＋3H2O⑤C8H18＋eq\f(25,2)O2eq\o(=,\s\up7(點燃))8CO2＋9H2O辛烷＞乙醇＞甲烷＞碳＞氫氣。(2)氫氣(3)甲烷(4)①H2：286kJ×eq\f(1,2)＝143kJ②C：393.5kJ×eq\f(1,12)≈32.8kJ③CH4：890kJ×eq\f(1,16)≈55.6kJ④C2H6O：1366kJ×eq\f(1,46)≈29.7kJ⑤C8H18：5500kJ×eq\f(1,114)≈48.2kJ(5)天然氣或乙醇、汽油2.某同學(xué)根據(jù)所查閱的資料，繪制了三種可燃物在空氣中發(fā)生燃燒反應(yīng)的能量變化示意圖。根據(jù)示意圖，你認(rèn)為可燃物________(填“A”“B”或“C”)更適合用作車用燃料，選擇的理由是_______________________________________________________________________。提示A可燃物A、B燃燒放出的能量差不多，比可燃物C多，但A點燃所需能量低，更容易點火。3.汽車尾氣中含有150～200種化合物，其中對人體健康造成危害的主要有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等。目前解決汽車尾氣污染問題所采取的措施主要有哪些？提示發(fā)展新能源汽車(純電動汽車，燃料電池汽車等)；將汽車尾氣通過凈化裝置，轉(zhuǎn)化后再排放。當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，催化劑將增強一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锶N氣體的活性，促使其進行一定的