汽车尾气系统中的化学知识：净化之路的化学反应

汽车尾气的成分与危害​
汽车尾气主要由一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、固体悬浮颗粒等组成。这些成分对环境和人类健康的危害不容小觑。​
一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，它与血液中血红蛋白的亲和力比氧气大 200 - 300 倍。一旦吸入，一氧化碳迅速与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，使血液的输氧能力大幅下降，导致人体各器官严重缺氧，引发头晕、恶心、头痛等症状，严重时甚至危及生命。​
碳氢化合物包含未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物等 200 多种复杂成分。其中，饱和烃危害相对较小，不饱和烃则危害性较大。像甲醛、丙烯醛等醛类气体，当浓度超过一定限度，会对眼、呼吸道和皮肤产生强烈刺激；而带多环的多芳香烃，如苯丙芘及硝基烯，更是强烈致癌物质。此外，烃类成分还是引发光化学烟雾的重要因素。​
氮氧化物是燃烧过程中形成的多种氮氧化物的总称，在内燃机中主要是 NO（约占 95%），其次是 NO₂（占 5%）。NO 本身毒性不大，但高浓度时会造成中枢神经系统轻度障碍，且易被氧化成毒性更大的 NO₂。NO₂是一种棕红色强烈刺激性的有毒气体，它会与血液中的血红素蛋白结合，降低血液输氧能力，对心、肝、肾等器官产生影响，还会使植物枯黄。​
固体悬浮颗粒的成分复杂，且具有较强的吸附能力，可吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。这些颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道不同部位，引发呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到一定程度，甚至可能激发形成恶性肿瘤。​
汽车尾气系统的核心 —— 三元催化器​
为了减少汽车尾气的危害，汽车尾气系统中安装了三元催化器，它堪称尾气净化系统的 “心脏”。​
“三元” 的含义​
所谓 “三元”，指的是三元催化器能够同时处理汽车尾气中的三种主要有害物质：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）。​
工作原理 —— 神奇的催化转化​
三元催化器的工作原理基于催化剂的作用。催化剂本身不参与化学反应，但能极大地加速反应速率，降低反应所需的能量，使原本在常规条件下难以发生的化学反应在较低温度下就能顺利进行。​
当汽车尾气通过三元催化器时，内部发生了一系列氧化还原反应。在氧化反应方面，一氧化碳被氧化成二氧化碳（2CO + O₂ → 2CO₂），二氧化碳虽然是温室气体，但相较于一氧化碳，毒性大大降低；碳氢化合物被氧化成二氧化碳和水（HC + O₂ → CO₂ + H₂O），二氧化碳和水对环境无害。在还原反应中，氮氧化物被还原成氮气和氧气或氮气和水（2NOx → N₂ + O₂ 或 2NOx + H₂ → N₂ + H₂O），氮气是空气的主要成分，对环境没有危害。