Question

18．汽车尾气污染已成为一大公害，汽车内燃机中，汽油气化后与空气按一定比例混合进入气缸，引擎用电火花引燃，汽油燃烧使气缸内温度迅速升高，气体体积急剧膨胀，产生压力推动活塞，燃烧时产生的有害气体通过尾气排出，从而污染大气，为简化讨论，假设汽油的成分全部为辛烷，并假设空气中氧气的体积分数为20%，其余为氦气，请回答下列问题：
（1）设辛烷气体与空气的体积比为a，要使辛烷完全燃烧，则a的最大值为0.016；
（2）若辛烷与空气的体积比大于a的最大值时，污染大气的有害气体相对增多的是CO；
（3）若辛烷与空气的体积比小于a的最大值时，则尾气中所含污染大气的有害气体增多的是NO、NO₂，产生此气体的化学方程式是N₂+O₂$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO，2NO+O₂═2NO₂；
（4）当辛烷与空气的体积比小于a的最大值时，从能量角度来分析，有利也有弊，如其有利的因素是氧气过量，有利于汽油完全燃烧，提高能源利用率，请你举出一个不利的因素：空气量相对增大，排走时带走的热量较多，利用率有所降低．

Answer 1

分析 （1）根据方程式计算出辛烷与氧气恰好反应时，辛烷与空气的体积比．
（2）辛烷与空气的体积比＞a的最大值时，氧气不足，会产生CO有毒气体；
（3）辛烷与空气体积比＜a的最大值时，氧气过量，会产生NO、NO₂；
（4）当空气用量过大时，排出空气时会带走较多热量，从而降低了能量的利用率．

解答 解：（1）辛烷完全燃烧的反应为：2C₈H₁₈+25O₂$\stackrel{点燃}{→}$16CO₂+18H₂O，则：$\frac{V（{C}_{8}{H}_{18}）}{\frac{1}{5}V（空气）}$=$\frac{2}{25}$，整理可得：a=$\frac{V（{C}_{18}{H}_{18}）}{V（空气）}$=$\frac{2}{25}$×$\frac{1}{5}$=0.016，
故答案为：0.016；
（2）若辛烷与氧气的体积比大于0．016时，氧气不足，除生成CO₂和H₂O外，还会产生CO有毒气体，污染大气，
故答案为：CO；
（3）若辛烷与氧气的体积比大于0．016时，氧气过量，在放电条件下，发生反应：N₂+O₂$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO，2NO+O₂═2NO₂，会产生NO、NO₂有毒气体，污染大气，
故答案为：NO、NO₂；N₂+O₂$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO，2NO+O₂═2NO₂；
（4）当辛烷与空气的体积比小于a的最大值时，从能量角度来分析，有利也有弊，如其有利的因素是氧气过量，有利于汽油完全燃烧，提高能源利用率，但是也有弊端，如：空气量相对增大，排走时带走的热量较多，利用率有所降低，
故答案为：空气量相对增大，排走时带走的热量较多，利用率有所降低．

点评 本题考查有关范围讨论的计算，题目难度中等，试题以环境污染及其防治为出发点进行命题，立意较高，同时要求的思维强度也较大，但其知识的立足点却较为基本，充分考查学生灵活应用基础知识的能力．