Il test comprende 15 compiti. Per completare il lavoro di chimica è prevista 1 ora e 30 minuti (90 minuti).
Dal tuo corso di chimica, conosci i seguenti metodi per separare le miscele: sedimentazione, filtrazione, distillazione (distillazione), azione magnetica, evaporazione, cristallizzazione.
Le Figure 1-3 presentano situazioni in cui vengono applicati questi metodi di cognizione.
Quale dei metodi indicati nelle figure NON PUÒ essere utilizzato per separare la miscela:
1) acetone e butanolo-1;
2) argilla e sabbia fluviale;
3) solfato di bario e acetone?
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La figura mostra un modello della struttura elettronica di un atomo di un determinato elemento chimico.
Sulla base dell’analisi del modello proposto:
1) Identificare l'elemento chimico il cui atomo ha tale struttura elettronica.
2) Indicare il numero del periodo e il numero del gruppo nella Tavola Periodica degli Elementi Chimici D.I. Mendeleev, in cui si trova questo elemento.
3) Determinare se la sostanza semplice formata da questo elemento chimico è un metallo o un non metallo.
Mostra risposta
Li; 2; 1 (o I); metallo
Tavola periodica degli elementi chimici D.I. Mendeleev è un ricco archivio di informazioni sugli elementi chimici, sulle loro proprietà e sulle proprietà dei loro composti, sui modelli di cambiamento di queste proprietà, sui metodi per ottenere le sostanze, nonché sulla loro posizione in natura. Ad esempio, è noto che con un aumento del numero atomico di un elemento chimico nei periodi, l'elettronegatività degli atomi aumenta e nei gruppi diminuisce.
Considerando questi schemi, disponi i seguenti elementi in ordine di elettronegatività decrescente: B, C, N, Al. Annotare le designazioni degli elementi nella sequenza richiesta.
Mostra risposta
N → C → B → Al
Di seguito sono elencate le proprietà caratteristiche delle sostanze che hanno una struttura molecolare e atomica.
Proprietà caratteristiche delle sostanze
struttura molecolare
fragile;
Refrattario;
Non volatile;
Soluzioni e fusioni conducono corrente elettrica.
struttura ionica
Solido in condizioni normali;
fragile;
Refrattario;
Non volatile;
Insolubile in acqua, non conduce corrente elettrica.
Utilizzando queste informazioni, determinare quale struttura hanno le sostanze: diamante C e idrossido di potassio KOH. Scrivi la tua risposta nello spazio apposito.
1. Diamante S
2. Idrossido di potassio KOH
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Il diamante C ha una struttura atomica, l'idrossido di potassio KOH ha una struttura ionica
Gli ossidi sono convenzionalmente divisi in quattro gruppi, come mostrato nel diagramma. In questo schema, per ciascuno dei quattro gruppi, inserire i nomi mancanti dei gruppi o le formule chimiche degli ossidi (un esempio di formule) appartenenti a questo gruppo.
Mostra risposta
Elementi di risposta:
I nomi dei gruppi sono scritti: anfoteri, basici; Le formule delle sostanze dei gruppi corrispondenti vengono scritte.
(Sono consentite altre formulazioni della risposta senza distorcerne il significato.)
Leggi il testo seguente e completa le attività 6-8
Il carbonato di sodio (carbonato di sodio, Na 2 CO 3) viene utilizzato nella produzione del vetro, nella fabbricazione del sapone e nella produzione di detersivi e polveri detergenti, smalti, per ottenere la tintura oltremare. Viene utilizzato anche per addolcire l'acqua delle caldaie a vapore e in generale per ridurre la durezza dell'acqua. Nell'industria alimentare, i carbonati di sodio sono registrati come additivo alimentare E500: regolatore di acidità, agente lievitante e agente antiagglomerante.
Il carbonato di sodio può essere ottenuto facendo reagire alcali e anidride carbonica. Nel 1861, l'ingegnere chimico belga Ernest Solvay brevettò un metodo per produrre la soda che è utilizzato ancora oggi. Quantità equimolari di gas di ammoniaca e anidride carbonica vengono fatte passare in una soluzione satura di cloruro di sodio. Il residuo precipitato di bicarbonato di sodio leggermente solubile viene filtrato e calcinato (calcinato) mediante riscaldamento a 140-160 ° C, durante il quale si trasforma in carbonato di sodio.
Il medico romano Dioscoride Pedanius scrisse della soda come di una sostanza che sibilava con il rilascio di gas quando esposta agli acidi conosciuti a quel tempo: acetico CH 3 COOH e solforico H 2 SO 4.
1) Annotare l'equazione molecolare specificata nel testo per la reazione di produzione del carbonato di sodio mediante l'interazione di alcali e anidride carbonica.
2) Cos'è il sapone dal punto di vista chimico?
Mostra risposta
1) 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
2) Il sapone dal punto di vista chimico è un sale sodico o potassico di uno degli acidi carbossilici superiori (palmitico, stearico...)
1) Annotare in forma molecolare l'equazione specificata nel testo per la decomposizione del bicarbonato di sodio, che porta alla formazione di carbonato di sodio.
2) Cos'è la “durezza dell'acqua”?
Mostra risposta
1) Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓ + H2O
2) Segno di reazione è la formazione di un precipitato bianco di carbonato di calcio
1) Annotare in forma ionica abbreviata l'equazione per l'interazione della soda con l'acido acetico specificata nel testo.
2) A quali elettroliti, forti o deboli, appartiene il carbonato di sodio?
Mostra risposta
1) Ca(OH)2 + FeSO4 = Fe(OH)2 ↓ + CaSO4 ↓
2) Come risultato della reazione, l'idrossido di ferro precipita e il contenuto di ferro nell'acqua diminuisce significativamente
Lo schema della reazione redox è dato:
HIO3 + H2O2 → I2 + O2 + H2O
1) Creare una bilancia elettronica per questa reazione.
2) Specificare l'agente ossidante e l'agente riducente.
3) Disporre i coefficienti nell'equazione di reazione.
Mostra risposta
1) È stato compilato un bilancio elettronico:
2) È indicato che l'agente ossidante è I +5 (o acido iodico), l'agente riducente è O -1 (o perossido di idrogeno);
3) È stata elaborata l'equazione di reazione:
2ÍIO 3 + 5Ý 2 O 2 = I 2 + 5O 2 + 6Í 2 O
Lo schema di trasformazione è dato:
P → P 2 O 5 → Ca 3 (PO 4) 2 → Ca (H 2 PO 4) 2
Scrivi le equazioni delle reazioni molecolari che possono essere utilizzate per effettuare queste trasformazioni.
Mostra risposta
1) 4P + 5O2 = 2P2O5
2) P2O5 + ZCaO = Ca3 (PO4) 2
3) Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 = ZCa (H 2 PO 4) 2
Stabilire una corrispondenza tra la classe delle sostanze organiche e la formula del suo rappresentante: per ogni posizione indicata da una lettera, selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero.
CLASSI DI SOSTANZE
A) 1,2-dimetilbenzene
Prova n. 1 11a elementare
Opzione 1.
Dal tuo corso di chimica sai quanto segue:modi separazione delle miscele:
.
modi.
Fig.1 Fig.2 Fig.3
1) farina dalla limatura di ferro che vi è entrata;
2) acqua da sali inorganici disciolti in essa?
miscele. (
Farina e quelli intrappolati in essalimatura di ferro
Acqua con sali inorganici disciolti in essa
elemento.
questo elemento chimico.
Scrivi le tue risposte nella tabella
Simbolochimico
elemento
Periodo n.
Numero del gruppo
Metallo/non metallo
3. Tavola periodica degli elementi chimici D.I. Mendeleev: un ricco archivio
sulla loro presenza in natura. Ad esempio, è noto che con l'aumento del numero di serie
di un elemento chimico, nei periodi i raggi degli atomi diminuiscono e nei gruppi aumentano.
Considerando questi schemi, disponili in ordine crescente di raggio atomico
i seguenti elementi:C, Si, Al, N.
sequenze.
4.
stato;
ebollizione e fusione;
non conduttore;
fragile;
refrattario;
non volatile;
elettricità
Utilizzando queste informazioni, determinare quale struttura hanno le sostanze azoto N 2
e sale da cucina NaCl. (dare una risposta dettagliata).
2
prodotti e dolci.
di
CO2
anidride carbonica nell'aria.
contiene sostanze (ad esempio,acidi
menzionato nel testo .
6.
.
9. Sebbene le piante e gli animali abbiano bisogno dei composti del fosforo come elemento che fa parte delle sostanze vitali, l'inquinamento delle acque naturali con fosfati ha un effetto estremamente negativo sullo stato dei corpi idrici. Lo scarico dei fosfati nelle acque reflue provoca il rapido sviluppo delle alghe blu-verdi e l'attività vitale di tutti gli altri organismi viene inibita. Determinare il numero di cationi e anioni formati durante la dissociazione di 25 mol di ortofosfato di sodio.
10. Dai una spiegazione:A volte nelle zone rurali, le donne combinano la colorazione dei capelli all'henné con il lavaggio in un bagno russo. Perché il colore diventa più intenso?
11.
H 2 S + Fe 2 O 3 → FeS + S + H 2 O.
12. Il propano brucia con bassi livelli di emissioni tossiche nell'atmosfera, quindi viene utilizzato come fonte di energia in molte applicazioni, come il gas
Quale volume di anidride carbonica (CO) si forma durante la combustione completa di 4,4 g di propano?
13. In medicina, una soluzione salina è una soluzione allo 0,9% di cloruro di sodio in acqua. Calcolare la massa di cloruro di sodio e la massa di acqua necessarie per preparare 500 g di soluzione salina.
Annotare una soluzione dettagliata al problema .
Prova n. 1 11a elementare
Opzione 2.
1. Dal corso di chimica sai quanto seguemodi separazione delle miscele:
sedimentazione, filtrazione, distillazione (distillazione), azione magnetica, evaporazione, cristallizzazione .
Le figure 1–3 mostrano esempi di utilizzo di alcuni degli strumenti elencati
modi.
Fig.1 Fig.2 Fig.3
Quale dei seguenti metodi di separazione delle miscele può essere utilizzato per la purificazione:
1) zolfo dalla limatura di ferro che vi è penetrata;
2) acqua da particelle di argilla e sabbia?
Annotare nella tabella il numero della figura e il nome del metodo di divisione corrispondente
miscele. (copia la tabella sul tuo quaderno)
2. La figura mostra un modello della struttura elettronica di un atomo di qualche sostanza chimica
elemento.
Sulla base dell'analisi del modello proposto, completare le seguenti attività:
1) identificare l'elemento chimico il cui atomo ha tale struttura elettronica;
2) indicare il numero del periodo e il numero del gruppo nella tavola periodica delle sostanze chimiche
elementi D.I. Mendeleev, in cui si trova questo elemento;
3) determinare se la sostanza semplice che si forma è un metallo o un non metallo
questo elemento chimico.
Scrivi le tue risposte nella tabella(disegna la tabella sul tuo quaderno)
Simbolochimico
elemento
Periodo n.
Numero del gruppo
Metallo/non metallo
3. Tavola periodica degli elementi chimici D.I. Mendeleev: un ricco archivio
informazioni sugli elementi chimici, sulle loro proprietà e sulle proprietà dei loro composti,
sui modelli di cambiamento di queste proprietà, sui metodi per ottenere sostanze, nonché
sulla loro presenza in natura. Ad esempio, è noto che l'elettronegatività di un elemento chimico aumenta nei periodi e diminuisce nei gruppi.
Dati questi schemi, disponi in ordine crescente di elettronegatività
i seguenti elementi:F, Na, N, Mg. Annotare le designazioni degli elementi nel richiesto
sequenze.
4. La tabella seguente elenca le proprietà caratteristiche delle sostanze che hanno una struttura molecolare e ionica.
in condizioni normali sono liquidi,aggregato gassoso e solido
stato;
hanno temperature basse
ebollizione e fusione;
non conduttore;
hanno una bassa conduttività termica
solido in condizioni normali;
fragile;
refrattario;
non volatile;
effettuata in fusioni e soluzioni
elettricità
Utilizzando queste informazioni, determinare quale struttura hanno le sostanze ossigeno O 2
e soda Na 2 CO 3 . (dare una risposta dettagliata).
L'industria alimentare utilizza l'additivo alimentare E526, che
è l'idrossido di calcio Ca(OH)2 . Trova applicazione in produzione:
succhi di frutta, alimenti per l'infanzia, cetrioli sottaceto, sale da cucina, dolciumi
prodotti e dolci.
È possibile produrre idrossido di calcio su scala industrialedi
mescolando l'ossido di calcio con acqua , questo processo è chiamato quenching.
L'idrossido di calcio è ampiamente utilizzato nella produzione di tali materiali da costruzione.
materiali come calce, intonaco e malte di gesso. Ciò è dovuto alla sua abilità
interagiscono con l'anidride carbonica CO2 contenuto nell'aria. Questa è la stessa proprietà
La soluzione di idrossido di calcio viene utilizzata per misurare il contenuto quantitativo
anidride carbonica nell'aria.
Una proprietà utile dell'idrossido di calcio è la sua capacità di agire come
flocculante che purifica le acque reflue dalle particelle sospese e colloidali (compresi
sali di ferro). Viene utilizzato anche per aumentare il pH dell'acqua, essendo acqua naturale
contiene sostanze (ad esempio,acidi ), provocando la corrosione dei tubi idraulici.
5. Scrivi un'equazione molecolare per la reazione per produrre idrossido di calcio, che
menzionato nel testo .
6. Spiega perché questo processo è chiamato quenching.
7. Scrivi un'equazione molecolare per la reazione tra idrossido di calcio e anidride carbonica
gas, menzionato nel testo. Spiega quali caratteristiche di questa reazione rendono possibile utilizzarla per rilevare l'anidride carbonica nell'aria.
8. Scrivi un'equazione ionica abbreviata per la reazione menzionata nel testo in mezzo
idrossido di calcio e acido cloridrico .
9. Sebbene le piante e gli animali abbiano bisogno dei composti del fosforo come elemento che fa parte delle sostanze vitali, l'inquinamento delle acque naturali con fosfati ha un effetto estremamente negativo sullo stato dei corpi idrici. Lo scarico dei fosfati nelle acque reflue provoca il rapido sviluppo delle alghe blu-verdi e l'attività vitale di tutti gli altri organismi viene inibita. Determinare il numero di cationi e anioni formati durante la dissociazione di 15 mol di ortofosfato di potassio.
10. Fornisci una spiegazione:Perché tutti i tipi di styling dei capelli vengono solitamente eseguiti utilizzando il calore?
11. Viene fornito lo schema della reazione redox
Disporre i coefficienti. Registra il tuo saldo elettronico.
Specificare l'agente ossidante e l'agente riducente.
12. Il propano brucia con bassi livelli di emissioni tossiche nell’atmosfera, quindi viene utilizzato come fonte di energia in molti settori, come il gas
accendini e quando si riscaldano case di campagna.
Quale volume di anidride carbonica (CO) si forma durante la combustione completa di 5 g di propano?
Annotare una soluzione dettagliata al problema.
13. Il farmacista deve preparare una soluzione di iodio al 5%, che viene utilizzata per trattare le ferite.
Quale volume di soluzione può preparare un farmacista da 10 g di iodio cristallino se la densità della soluzione deve essere 0,950 g/ml?
La crescente motorizzazione porta con sé la necessità di misure di protezione ambientale. L'aria nelle città è sempre più inquinata da sostanze dannose per la salute umana, in particolare monossido di carbonio, idrocarburi incombusti, ossidi di azoto, composti di piombo, composti di zolfo, ecc. Si tratta in larga misura di prodotti della combustione incompleta di combustibili utilizzati nelle imprese, in vita di tutti i giorni e anche nei motori delle automobili.
Oltre alle sostanze tossiche durante il funzionamento delle automobili, anche il loro rumore ha un effetto dannoso sulla popolazione. Recentemente, nelle città, il livello di rumore è aumentato di 1 dB all'anno, quindi è necessario non solo fermare l'aumento del livello di rumore complessivo, ma anche ridurlo. L'esposizione costante al rumore provoca malattie nervose e riduce la capacità lavorativa delle persone, soprattutto di quelle impegnate in attività mentali. La motorizzazione porta il rumore in luoghi precedentemente silenziosi e remoti. Purtroppo non è stata ancora prestata la dovuta attenzione alla riduzione del rumore generato dalle macchine per la lavorazione del legno e agricole. Una motosega crea rumore in gran parte della foresta, il che provoca cambiamenti nelle condizioni di vita degli animali e spesso causa l'estinzione di alcune specie.
La fonte di critica più comune, tuttavia, è l’inquinamento atmosferico dovuto ai gas di scarico dei veicoli.
Durante il traffico intenso i gas di scarico si accumulano in prossimità della superficie del suolo e in presenza della radiazione solare, soprattutto nelle città industriali situate in bacini poco ventilati, si forma il cosiddetto smog. L'atmosfera è a tal punto inquinata che soggiornarvi è dannoso per la salute. Gli agenti del traffico di stanza in alcuni incroci trafficati usano maschere di ossigeno per mantenersi in salute. Particolarmente dannoso è il monossido di carbonio, relativamente pesante, che si trova vicino alla superficie terrestre, che penetra nei piani inferiori degli edifici e dei garage e più di una volta ha causato la morte.
Le normative legislative limitano il contenuto di sostanze nocive nei gas di scarico dei veicoli e stanno diventando sempre più rigorose (Tabella 1).
Le normative rappresentano una grande preoccupazione per le case automobilistiche; influiscono indirettamente anche sull'efficienza del trasporto stradale.
Per una combustione completa del carburante è possibile lasciare un po' d'aria in eccesso per garantire un buon movimento del carburante con esso. L'eccesso d'aria richiesto dipende dal grado di miscelazione del carburante con l'aria. Nei motori a carburatore, viene dedicato molto tempo a questo processo, poiché il percorso del carburante dal dispositivo di formazione della miscela alla candela è piuttosto lungo.
Un moderno carburatore consente la formazione di vari tipi di miscele. Per l'avviamento a freddo del motore è necessaria la miscela più ricca, poiché una parte significativa del carburante si condensa sulle pareti del collettore di aspirazione e non entra immediatamente nel cilindro. In questo caso evapora solo una piccola parte delle frazioni leggere del carburante. Quando il motore si riscalda, è necessaria anche una miscela ricca.
Quando il veicolo è in movimento, la composizione della miscela aria-carburante dovrebbe essere scarsa, il che garantirà una buona efficienza e un basso consumo specifico di carburante. Per ottenere la massima potenza del motore è necessario avere una miscela ricca in modo da sfruttare appieno tutta la massa d'aria che entra nel cilindro. Per garantire buone qualità dinamiche del motore quando la valvola a farfalla viene aperta rapidamente, è necessario fornire inoltre una certa quantità di carburante nella tubazione di aspirazione, che compensi il carburante che si è depositato e condensato sulle pareti della tubazione come un conseguenza dell'aumento della pressione al suo interno.
Per garantire una buona miscelazione del carburante con l'aria, è necessario creare un'elevata velocità dell'aria e una rotazione elevata. Se la sezione trasversale del diffusore del carburatore è costante, quindi a bassi regimi del motore, per una buona formazione della miscela, la velocità dell'aria al suo interno è bassa e ad alte velocità la resistenza del diffusore porta ad una diminuzione della massa d'aria entrando nel motore. Questo svantaggio può essere eliminato utilizzando un carburatore con sezione trasversale del diffusore variabile o l'iniezione di carburante nel collettore di aspirazione.
Esistono diversi tipi di sistemi di iniezione della benzina nel collettore di aspirazione. Nei sistemi più comunemente utilizzati, l'alimentazione del carburante avviene attraverso un ugello separato per ciascun cilindro, che garantisce una distribuzione uniforme del carburante tra i cilindri ed elimina la sedimentazione e la condensa del carburante sulle pareti fredde del collettore di aspirazione. È più semplice avvicinare la quantità di carburante iniettato alla quantità ottimale richiesta dal motore in questo momento. Non è necessario un diffusore e le perdite di energia che si verificano quando l'aria lo attraversa vengono eliminate. Un esempio di tale sistema di alimentazione del carburante è il sistema di iniezione Bosch K-Jetronic, utilizzato frequentemente su.
Lo schema di questo sistema è mostrato in Fig. 1. Il tubo conico 1, in cui si muove la valvola 3 oscillante sulla leva 2, è progettato in modo tale che l'alzata della valvola sia proporzionale al flusso d'aria di massa. Le finestre 5 per il passaggio del carburante vengono aperte dalla bobina 6 nel corpo del regolatore quando la leva si muove sotto l'influenza del flusso d'aria in entrata. Le modifiche necessarie nella composizione della miscela in base alle caratteristiche individuali del motore si ottengono grazie alla forma del tubo conico. La leva con la valvola è bilanciata da un contrappeso; le forze d'inerzia durante le vibrazioni del veicolo non influenzano la valvola.
 |
| Riso. 1. Sistema di iniezione benzina Bosch K-Jetronic: |
|---|
| 1 - tubo di ingresso; 2 - leva della valvola della piastra dell'aria; 3 - valvola della piastra dell'aria; 4 - valvola a farfalla; 5 - finestre; 6 - bobina dosatrice; 7 - vite di regolazione; 8 - iniettore di carburante; 9 - camera inferiore del regolatore; 10 - valvola di distribuzione; 11 - membrana in acciaio; 12 - sede della valvola; 13 - molla valvola di distribuzione; 14 - valvola riduttrice di pressione; 15 - pompa del carburante; 16 - serbatoio del carburante; 17 - filtro del carburante; 18 - regolatore di pressione del carburante; 19 - regolatore di alimentazione aria aggiuntivo; 20 - valvola di bypass del carburante; 21 - iniettore di carburante con avviamento a freddo; 22 - sensore temperatura acqua termostato. |
Il flusso d'aria che entra nel motore è controllato dalla valvola a farfalla 4. Lo smorzamento delle vibrazioni delle valvole e con esse della bobina, che si verificano a bassi regimi del motore a causa delle pulsazioni della pressione dell'aria nel collettore di aspirazione, viene ottenuto mediante getti nel sistema di alimentazione. Per regolare la quantità di carburante erogato viene utilizzata anche la vite 7 situata nella leva della valvola.
Tra la finestra 5 e l'ugello 8 è posta una valvola di distribuzione 10 che, utilizzando una molla 13 ed una sede 12 appoggiata su una membrana 11, mantiene una pressione di iniezione costante nell'ugello dell'ugello di 0,33 MPa ad una pressione davanti alla valvola di 0,47MPa.
Il carburante dal serbatoio 16 viene fornito da una pompa elettrica del carburante 15 attraverso un regolatore di pressione 18 e un filtro del carburante 17 nella camera inferiore 9 dell'alloggiamento del regolatore. La pressione costante del carburante nel regolatore viene mantenuta dalla valvola riduttrice di pressione 14. Il regolatore a membrana 18 è progettato per mantenere la pressione del carburante quando il motore non è in funzione. Ciò impedisce la formazione di sacche d'aria e garantisce un buon avviamento del motore caldo. Il regolatore rallenta inoltre l'aumento della pressione del carburante all'avvio del motore e ne smorza le fluttuazioni nella tubazione.
L'avviamento a freddo del motore è facilitato da diversi dispositivi. La valvola di bypass 20, controllata da una molla bimetallica, apre la linea di scarico nel serbatoio del carburante durante l'avviamento a freddo, riducendo la pressione del carburante all'estremità della bobina. Ciò sconvolge l'equilibrio della leva e alla stessa quantità di aria in entrata corrisponderà un volume maggiore di carburante iniettato. Un altro dispositivo è il regolatore aggiuntivo di alimentazione dell'aria 19, la cui membrana viene anch'essa aperta da una molla bimetallica. È necessaria aria aggiuntiva per superare la maggiore resistenza all'attrito di un motore freddo. Il terzo dispositivo è l'iniettore di carburante con avviamento a freddo 21, controllato da un termostato 22 nella camicia d'acqua del motore, che mantiene l'iniettore aperto finché il liquido di raffreddamento del motore non raggiunge una temperatura impostata.
La dotazione elettronica del sistema di iniezione benzina considerato è limitata al minimo. Quando il motore viene spento, la pompa elettrica del carburante viene spenta e c'è meno aria in eccesso rispetto all'iniezione diretta del carburante, tuttavia, l'ampia superficie di raffreddamento delle pareti porta a grandi perdite di calore, che provocano un calo.
Formazione di monossido di carbonio CO e idrocarburi CH x
Quando viene bruciata una miscela di composizione stechiometrica, si dovrebbero formare anidride carbonica innocua CO 2 e vapore acqueo e, in caso di mancanza d'aria a causa del fatto che parte del carburante brucia in modo incompleto, si dovrebbe formare ulteriore monossido di carbonio tossico CO e idrocarburi incombusti CH dovrebbe essere formato x.
Questi componenti nocivi dei gas di scarico possono essere bruciati e resi innocui. A tale scopo è necessario fornire aria fresca con uno speciale compressore K (Fig. 2) in un punto della tubazione di scarico dove possono essere bruciati i prodotti nocivi della combustione incompleta. A volte questo viene fatto soffiando aria direttamente sulla valvola di scarico calda.
Di norma, immediatamente dietro il motore, direttamente all'uscita dei gas di scarico, si trova un reattore termico per la postcombustione di CO e CH x. I gas di scarico M vengono forniti al centro del reattore e rimossi dalla sua periferia nella tubazione di scarico V. La superficie esterna del reattore ha un isolamento termico I.
Nella parte centrale più calda del reattore è presente una camera di combustione, riscaldata dai gas di scarico, dove vengono bruciati i prodotti della combustione incompleta del combustibile. Questo rilascia calore, che mantiene l'elevata temperatura del reattore.
I componenti incombusti nei gas di scarico possono essere ossidati senza combustione utilizzando un catalizzatore. Per fare ciò è necessario aggiungere aria secondaria ai gas di scarico, necessaria per l'ossidazione, la cui reazione chimica sarà effettuata dal catalizzatore. Questo rilascia anche calore. Il catalizzatore è solitamente costituito da metalli rari e preziosi, quindi è molto costoso.
I catalizzatori possono essere utilizzati in qualsiasi tipo di motore, ma hanno una durata relativamente breve. Se nel carburante è presente piombo, la superficie del catalizzatore si avvelena rapidamente e diventa inutilizzabile. La produzione di benzina ad alto numero di ottano senza agenti antidetonanti al piombo è un processo piuttosto complesso che consuma molto petrolio, il che non è economicamente fattibile in caso di carenza di petrolio. È chiaro che la postcombustione del combustibile in un reattore termico porta a perdite di energia, sebbene la combustione rilasci calore che può essere utilizzato. Pertanto, è consigliabile organizzare il processo nel motore in modo tale che quando il carburante brucia al suo interno si formi una quantità minima di sostanze nocive. Allo stesso tempo, va notato che per soddisfare i futuri requisiti legislativi, l’uso di catalizzatori sarà inevitabile.
Formazione di ossidi di azoto NO x
Gli ossidi di azoto, dannosi per la salute, si formano a temperature di combustione elevate in condizioni di composizione stechiometrica della miscela. La riduzione dell'emissione di composti azotati è associata ad alcune difficoltà, poiché le condizioni per la loro riduzione coincidono con le condizioni per la formazione di prodotti nocivi di combustione incompleta e viceversa. Allo stesso tempo, la temperatura di combustione può essere ridotta introducendo nella miscela gas inerte o vapore acqueo.
A questo scopo si consiglia di ricircolare i gas di scarico raffreddati nel collettore di aspirazione. La conseguente diminuzione di potenza richiede una miscela più ricca, una maggiore apertura della valvola a farfalla, che aumenta l'emissione complessiva di CO e CH x nocivi dai gas di scarico.
Il ricircolo dei gas di scarico, combinato con una riduzione del rapporto di compressione, una fasatura variabile delle valvole e un'accensione ritardata, può ridurre gli NOx fino all'80%.
Gli ossidi di azoto vengono rimossi dai gas di scarico utilizzando anche metodi catalitici. In questo caso i gas di scarico vengono fatti passare prima attraverso un catalizzatore di riduzione, nel quale viene ridotto il contenuto di NOx, e poi, insieme all'aria aggiuntiva, attraverso un catalizzatore di ossidazione, dove vengono eliminati CO e CHx. Uno schema di tale sistema a due componenti è mostrato in Fig. 3.
Per ridurre il contenuto di sostanze nocive nei gas di scarico vengono utilizzate le cosiddette sonde α, che possono essere utilizzate anche in combinazione con un catalizzatore bicomponente. La particolarità del sistema con sonda α è che al catalizzatore non viene fornita aria aggiuntiva per l'ossidazione, ma la sonda α monitora costantemente il contenuto di ossigeno nei gas di scarico e controlla l'alimentazione del carburante in modo che la composizione della miscela corrisponda sempre a quello stechiometrico. In questo caso, CO, CH x e NO x saranno presenti nei gas di scarico in quantità minime.
Il principio di funzionamento della sonda α è che in un intervallo ristretto vicino alla composizione stechiometrica della miscela α = 1, la tensione tra le superfici interna ed esterna della sonda cambia bruscamente, il che funge da impulso di controllo per il dispositivo che regola l'alimentazione del carburante. L'elemento sensibile 1 della sonda è realizzato in biossido di zirconio e le sue superfici 2 sono rivestite da uno strato di platino. Le caratteristiche di tensione U tra le superfici interna ed esterna dell'elemento sensibile sono mostrate in Fig. 4.
Altre sostanze tossiche
Gli agenti antidetonanti, come il piombo tetraetile, vengono solitamente utilizzati per aumentare il numero di ottano del carburante. Per evitare che i composti del piombo si depositino sulle pareti della camera di combustione e sulle valvole vengono utilizzati i cosiddetti scavenger, in particolare il dibromoetile.
Questi composti entrano nell'atmosfera con i gas di scarico e inquinano la vegetazione lungo le strade. Quando i composti di piombo entrano nel corpo umano con il cibo, hanno un effetto dannoso sulla salute umana. Si è già parlato della deposizione di piombo nei catalizzatori dei gas di scarico. A questo proposito, un compito importante attualmente è la rimozione del piombo dalla benzina.
L'olio che entra nella camera di combustione non brucia completamente e aumenta il contenuto di CO e CH x nei gas di scarico. Per eliminare questo fenomeno è necessaria un'elevata tenuta delle fasce elastiche e il mantenimento di buone condizioni tecniche del motore.
Particolarmente tipica dei motori a due tempi è la combustione di grandi quantità di olio, nei quali viene aggiunto al carburante. Le conseguenze negative dell'utilizzo di miscele benzina-olio sono parzialmente mitigate dosando l'olio con una pompa speciale in base al carico del motore. Difficoltà simili esistono quando si utilizza il motore Wankel.
I vapori di benzina hanno anche un effetto dannoso sulla salute umana. Pertanto, la ventilazione del basamento deve essere effettuata in modo tale che i gas e i vapori che penetrano nel basamento a causa della scarsa tenuta non entrino nell'atmosfera. La fuoriuscita di vapori di benzina dal serbatoio del carburante può essere prevenuta mediante l'assorbimento e l'aspirazione dei vapori nel sistema di aspirazione. Sono inoltre vietate le perdite di olio dal motore e dal cambio e la conseguente contaminazione del veicolo con oli, al fine di mantenere un ambiente pulito.
Dal punto di vista economico la riduzione del consumo di petrolio è altrettanto importante quanto il risparmio di carburante, poiché gli oli sono notevolmente più costosi del carburante. L'ispezione e la manutenzione regolari ridurranno il consumo di olio dovuto a malfunzionamenti del motore. Si possono osservare perdite di olio nel motore, ad esempio, a causa della scarsa tenuta del coperchio della testata. A causa della perdita di olio, il motore si sporca e ciò può provocare un incendio.
Anche le perdite d'olio sono pericolose a causa della scarsa tenuta della guarnizione dell'albero motore. In questo caso, il consumo di olio aumenta notevolmente e l'auto lascia tracce sporche sulla strada.
Contaminare un'auto con olio è molto pericoloso e le macchie di olio sotto l'auto sono motivo di divieto del suo funzionamento.
L'olio che fuoriesce dalla guarnizione dell'albero motore può penetrare nella frizione e provocarne lo slittamento. Tuttavia, conseguenze più negative sono causate dall'ingresso di olio nella camera di combustione. E sebbene il consumo di petrolio sia relativamente ridotto, la sua combustione incompleta aumenta l'emissione di componenti nocivi nei gas di scarico. La combustione dell'olio si manifesta con l'eccessivo fumo dell'auto, tipico dei motori a quattro tempi molto usurati.
Nei motori a quattro tempi, l'olio penetra nella camera di combustione attraverso le fasce elastiche, il che è particolarmente evidente quando c'è molta usura su di esse e sul cilindro. Il motivo principale della penetrazione dell'olio nella camera di combustione è l'adattamento non uniforme degli anelli di compressione alla circonferenza del cilindro. L'olio viene scaricato dalle pareti del cilindro attraverso le fessure dell'anello raschiaolio e i fori nella sua scanalatura.
Attraverso lo spazio tra l'asta e la guida della valvola di aspirazione, l'olio penetra facilmente nel collettore di aspirazione, dove è presente il vuoto. Ciò è particolarmente comune quando si utilizzano oli a bassa viscosità. Il consumo di olio attraverso questa unità può essere evitato utilizzando una guarnizione in gomma sull'estremità della guida della valvola.
I gas del basamento del motore, che contengono molte sostanze nocive, vengono solitamente scaricati attraverso una tubazione speciale nel sistema di aspirazione. Entrando nel cilindro da esso, i gas del basamento bruciano insieme alla miscela aria-carburante.
Gli oli a bassa viscosità riducono le perdite per attrito, migliorano le prestazioni del motore e riducono il consumo di carburante. Si sconsiglia tuttavia l'utilizzo di oli con viscosità inferiore a quella prescritta dalle norme. Ciò può causare un aumento del consumo di olio e una maggiore usura del motore.
A causa della necessità di conservare il petrolio, la raccolta e l’utilizzo degli oli usati stanno diventando questioni sempre più importanti. Rigenerando gli oli vecchi è possibile ottenere una quantità significativa di lubrificanti liquidi di alta qualità e allo stesso tempo prevenire l'inquinamento ambientale bloccando lo scarico degli oli usati nei corsi d'acqua.
Determinazione della quantità consentita di sostanze nocive
Rimuovere le sostanze nocive dai gas di scarico è un compito piuttosto difficile. In alte concentrazioni, questi componenti sono molto dannosi per la salute. Naturalmente non è possibile modificare immediatamente la situazione attuale, soprattutto per quanto riguarda il parco veicoli in uso. Pertanto, per i nuovi veicoli prodotti sono previsti requisiti legali per il monitoraggio del contenuto di sostanze nocive nei gas di scarico. Tali normative saranno gradualmente migliorate tenendo conto dei nuovi progressi della scienza e della tecnologia.
La purificazione dei gas di scarico è associata ad un aumento del consumo di carburante di quasi il 10%, una diminuzione della potenza del motore e un aumento del costo del veicolo. Allo stesso tempo aumentano anche i costi di manutenzione dei veicoli. I catalizzatori sono costosi anche perché i loro componenti sono realizzati con metalli rari. La durata dovrebbe essere calcolata per 80.000 km di chilometraggio del veicolo, ma questo obiettivo non è stato ancora raggiunto. I catalizzatori attualmente utilizzati durano circa 40.000 km e utilizzano benzina senza impurità di piombo.
La situazione attuale mette in discussione l'efficacia di norme rigorose sul contenuto di impurità nocive, poiché ciò provoca un aumento significativo del costo dell'auto e del suo funzionamento e, in definitiva, porta ad un aumento del consumo di petrolio.
Con lo stato attuale dei motori a benzina e diesel non è ancora possibile soddisfare i severi requisiti di purezza dei gas di scarico previsti per il futuro. Pertanto, è consigliabile prestare attenzione a un cambiamento radicale nella centrale elettrica dei veicoli meccanici.