汽车尾气成分的检验

汽车尾气成分的检验和消除【实验背景】：汽车尾气排放物不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人的身体健康。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解汽车排出的毒素。但随着汽车数量的急剧增加，交通拥堵成了家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、高效的优势逐渐被过多的车辆所抵消。“汽车灾难”已经形成，由此带来的汽车尾气更是害人不浅。【基础准备】一、汽车尾气污染物的成分和危害1、一氧化碳CO一氧化碳是汽油烃类成分燃烧的中间产物，理论上，当混合气空燃比≥14.7∶1时，即在氧气充足的情况下，排气中将不含CO而代之产生CO2和未参加燃烧的O2。但现实中由于混合气的分布并不均匀，总会出现局部缺氧的情况。当空气量不足，即混合气空燃比≤14.7∶1时，必然会有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。一氧化碳是一种无色、无刺激的气体，是汽车及内燃机排气中有害浓度最大的成分。一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物，主要是在局部缺氧或低温条件下，由于烃不能完全燃烧而产生，混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时，燃料不能充分燃烧，废气中一氧化碳含量会明显增加。一氧化碳是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，对空气的相对密度为0.9670，它的溶解度很小。一氧化碳由呼吸道进入人体的血液后，会和血液里的红血蛋白Hb结合，形成碳氧血红蛋白，导致携氧能力下降，使人体出现反应，如听力会因为耳内的耳蜗神经细胞缺氧而受损害等。吸入过量的一氧化碳会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。研究证明，人对一氧化碳的承受能力相当高，一个健康的人能短时间承受血液中含量为20%~40%的一氧化碳的侵袭。2、碳氢化合物HC排气中的碳氢化合物是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成的。单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大，但它却是产生光化学烟雾的重要成分。汽车尾气的碳氢化合物来自三种排放源。对一般汽油发动机来说，约60%的碳氢化合物来自内燃机废气排放20%～25%来自曲轴箱（PCV系统）的泄漏，其余的15%～20%来自燃料系统（碳罐）的蒸发。甲烷是窒息性气体，其嗅觉阈值是142.8mg，只有高浓度时才对人体健康造成危害。乙烯、丙烯和乙炔则主要是对植物造成伤害，使路边的树木不能正常生长。苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕、头痛、呕吐、失眠、粘膜出血等症状，也可引起血液变化，红血球减少，出现贫血，还可导致白血病。其嗅觉阈值16.29mg，对人体健康有影响的阈值34.8mg。汽车尾气中还含有多环芳烃，虽然含量很低，但由于多环芳烃含有多种致癌物质（如苯丙芘）而引起人们的关注。3、氮氧化合物NOx氮氧化合物主要是指一氧化氮NO和二氧化氮NO2，由排气管排出。发动机排气中的NOx是由于燃烧室内高温燃烧而产生的，空气中的氮经过氧化首先生成NO，然后与大气中的氧相遇又成为NO2。高浓度的NO能引起神经中枢的障碍，并且容易氧化成剧毒的NO2，NO2有特殊的刺激性臭味，严重时会引起肺气肿。在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。HC与NOx的混合物在紫外线作用下进行光化学反应，由光化学过氧化物而形成的黄色烟雾，该现象称为“光化学烟雾”。其主要成分是臭氧（O3）、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。1952年12月，伦敦发生光化学烟雾，4天中死亡人数较常年同期多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。氮氧化合物是在内燃机气缸内大部分气体中生成的，氮氧化合物的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。氮氧化合物的生成原因主要是高温富氧环境，比如燃烧室积碳等因素。从燃烧过程看，排放的氮氧化物95%以上可能是一氧化氮，其余的是二氧化氮。人受一氧化氮毒害的事例尚未发现，但二氧化氮是一种红棕色呼吸道刺激性气体，气味阈值约为空气质量的1.5倍，对人体影响甚大。4、硫化物SO2汽车尾气中的硫化物的主要成分是二氧化硫。当汽车使用催化净化装置时，就算很少量的SO2也会逐渐在催化剂表面堆积，造成催化剂中毒，不但影响催化剂的使用寿命，还危害人体健康，而且SO2还是造成酸雨的主要物质。5、微粒汽油机中主要微粒为铅化物、硫酸盐、低分子物质；柴油机中主要微粒为石墨形的含碳物质（炭烟）和高分子量有机物（润滑油的氧化和裂解产物）。柴油机的微粒量比汽油机多30～60倍，成分比较复杂。特别是炭烟，主要由直径为0.1～10m的多孔性碳粒构成，它除了会被人体吸入肺部沉淀下来外，还往往粘附有SO2及致癌物质，严重危害人体健康。6、二氧化碳CO2即使燃烧过程按理想过程进行，也会生成CO2，CO2本身对人体无害，但CO2作为主要的温室气体，其导致地球变暖的全球气候变化的影响正在受到越来越多的关注。1997年12月，在日本京都，55个国家签署了《京都议定书》，对削减温室气体排放，制定了明确的计划。《京都议定书》的签署标志着人类启动了大规模控制CO2排放的进程。由于CO2是含碳燃料燃烧的必然产物，所以对汽车产业界来说，降低CO2排放就是要求降低汽车的油耗。7、含铅化合物汽车尾气排放的含铅颗粒大部分来自内燃机的废气排放。四乙铅是作为抗爆剂加进汽油中的，一般汽油的含铅量在0.08%~0.13%之间，四乙铅燃烧后生成氧化铅排出。铅主要作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官。铅能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟的红细胞。经由呼吸系统进入人体的铅粒，颗粒较大者能吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出；颗粒较小者，便沉积于肺的深部组织，它们几乎全被吸收。铅在人体内各器官中积累到一定程度，会对人的心脏、肺等造成损害，使人贫血，行为呆傻，智力下降，注意力不集中，严重的还可能导致不育症以及高血压。根据进入身体的方式，可以有高达60%的摄入总铅量永久留在人体内，成年人血液中混入0.8mg以上称为铅中毒。上述污染物的排放中，汽油机排放的CO、HC、NOx均比柴油机多，碳烟的排放则柴油机高于汽油机。实验现象分析【操作过程】：实验内容实验现象汽车尾气通入H2S溶液褐色沉淀汽车尾气再通入紫色石蕊试液紫色变红色汽车尾气再通入澄清石灰水和柠檬及血液，白色沉淀汽车尾气再通入柠檬及血液红色变褐色1.取4支具支试管：加入10溶液，加入紫色石蕊试液，加入澄清石灰水，柠檬及血液，并装配单孔胶塞，玻璃导管，橡胶管联通，安装在铁架台上。2.通入汽车尾气3.观察并记录实验现象4.得出结论汽车尾气依次通入H2S溶液、紫色石蕊试液、澄清石灰水和柠檬及血液，观察现象得出结论如下：ABCD现象褐色沉淀紫色变红色白色沉淀红色变褐色结论含Pb2+酸性含NOx、SO2含CO2、SO2含CO成分：碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等。化学式：CxHy、NOx、CO、CO2、SO2、H2S检验与消除CxHy的检验与消除：CxHy的检验：1.准确称取该化合物的质量并记录2.在定量反应器中将该化合物进行燃烧3.收集反应生成物进行分析4.若产物中存在二氧化碳则该化合物中必定含有碳，并确认二氧化碳的质量。否则就不含碳5.若产物中存在水，则化合物中必定含有氢，并确认水的质量。否则就不含氢消除：最简单的方法是完全燃烧。氧气（O2）CxHy+O2→CO2+H2ONOx的检验与消除：1检验：取一部分混合气体通入紫色石蕊试液，变红则有NO2.在取一部分混合气体通入三聚氰酸，则反映除去了NO2，在接着将气体点燃，生成红色气体就证明有NO。2消除：NO2用三聚氰酸，NO点燃后在用三聚氰酸8HNCO+6NO2→7N2+8CO2+4H2O2NO+O2→2NO2CO的检验与消除：1：检验：先将气体通过氧化铜CuO粉末并将最后得到的气体通入澄清石灰水中。粉末变红且澄清石灰水变浑浊则说明有CO。2消除：点燃。CuO+CO→Cu+CO2Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O2CO+O2→2CO2CO2的检测与消除：1：检验：气体通入澄清石灰水中，若产生沉淀则有CO22消除：Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2OSO2的检验与消除：1检验：通入红色石蕊试剂退色2消除：可用碱性物质。例SO2少量时SO2+2NaOH→Na2SO3+H2OSO2足量时SO2+NaOH→NaHSO3H2S的检验和消除：1：检验：通入硫酸铜溶液足生成黑色沉淀，该沉淀不溶于稀硫酸。2消除：可以用强氧化性物质析出S。H2S+CuSO4→CuS+H2SO4参考资料：1.百度文库《汽车尾气的检验》2.《不能轻视汽车尾气的危害》2007-08-13来源：光明日报3.《深圳大气污染七成来自汽车尾气》2015-04-02来源:深圳新闻网