第一章 绿色化学的兴起与历史沿革Word文档格式.docx
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可以隔断空气；
吸收热量，降低温度，这就是“水火不容”的道理。
信口雌黄：
“雌黄”是天然的硫化物（As2S3），俗名鸡冠石，橙黄色，可作黄色颜料用。
古代写字多用黄纸，写错了就用雌黄抹后再写。
由此沿用的成语“信口雌黄”意即不顾事实，随口乱说。
炉火纯青：
人们很早就知道从燃烧火焰的颜色变化来观察温度的变化，炉火温度在500℃以下呈暗黑色，升700℃时，火焰变为紫红色，也就是俗称的“炉火通红”，再上升到800~900℃后，火焰由红变黄，1200℃时，火焰发亮，逐渐变白，继续升到接近3000℃后，呈白热化，相当于灯泡钨丝发亮的温度，如果超过3000℃，火焰由白转蓝，这就是“炉火纯青”了，是燃烧温度的最高阶段。
②诗词中的化学
明代民族英雄于谦作《咏石灰》一首：
千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。
粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。
这首诗不但是于谦忠烈清白一生的真实写照，还精辟阐述了生石灰的生产过程。
CaCO3=CaO+CO2↑
CaO＋H2O=Ca（OH）2
Ca（OH）2＋CO2=CaCO3↓＋H2O
③谜语中的化学
1、丰衣足食。
2、完壁归赵。
3、引火烧身。
4、手工作坊。
5、怒发冲冠。
6、六十秒。
7、考卷。
8、三天。
9、十月怀胎一朝分娩。
10、来自海洋地下，炼得洁白无暇，长期为人服务，调味离不开它。
11、大哥平易近人，表面明朗似镜；
二哥喜欢高温，常在空间飞腾；
三弟生在冬天，性情比较生硬；
虽然性格不同，但是属一家人。
（一物三态）12、双手抓不起，一刀劈不开；
煮饭和洗衣，都要请它来。
谜底：
1、饱和。
2、还原。
3、自燃。
4、无机。
5、气态。
6、分解。
7、试纸。
8、结晶。
9、离子。
10、食盐。
11、水，汽，冰。
12、水。
3、化学与军事
①火药
军事上用的黑火药成分：
KNO375％，S10％，C15％。
黑火药极易剧烈燃烧，反应式为：
2KNO3＋S＋3C=K2S＋N2＋3CO2
燃烧时放出大量热，使生成的气体体积瞬间膨胀2000倍。
如果反应是在很小的密闭容器中进行，就会导致大爆炸。
②烟幕弹
当装有白磷的烟雾弹引爆后，白磷会迅速在空气中燃烧：
4P＋5O2=2P2O5
与空气中水分反应又生成：
P2O5＋H2O=2HPO3
P2O5＋H2O=2H3PO4
这些酸液微滴与一部分未反应的白色小颗粒P2O5悬浮在空中，便构成“云海”，使敌人看不清目标。
SiCl4极易水解成硅酸盐和盐酸;
液态SnCl4在空气中也会“冒烟”。
因此它们在军事上都用来制造烟幕弹。
海面空气潮湿，海战中使用这种烟幕弹能形成更迷人的白烟。
在第一次世界大战期间，英国就曾用飞机向自己军舰投下含SiCl4和SnCl4的烟幕弹，巧妙地把军舰隐蔽起来，从而避免了敌机的轰炸。
现代烟幕弹不仅能释放五彩缤纷的烟幕，而且有些新式坦克里所施放的烟幕不仅能隐蔽自己，而且这种烟幕还具有躲避红外、激光、微波等侦察功能。
③催泪弹
催泪弹装有易挥发的液溴。
溴具有奇臭的气味，毒性很大，溴蒸汽能剧烈刺激人的敏感部位——眼、鼻和气官的粘膜，催人泪下，使人浑身难受。
④密写墨水
密写墨水的原理是利用了化学显色反应。
在解放战争期间，上海的地下党组织曾用普通的淘米水（米泔水）来写密信。
米泔水含有淀粉，淀粉遇到碘酒后，白色的密写信纸上会显出清晰的蓝色字迹。
表1常见几种化学显色反应
综上所述,我们可以深刻认识到化学已渗透到军事的各个领域之中，为了保卫祖国，巩固国防，在战争的危险还没有消除的今天，学好化学无疑是十分重要的。
4、化学与材料
材料的演变经历了以下几个时代：
①石器时代
在几百万年以前，人类过着极其简单的原始生活。
野果、野兽是当时的主要食物。
天然的石、竹、木、骨等材料，都是当时的狩猎工具。
而石是其中的主要工具。
天然的石或对石头经过简单处理（碎石或打磨）而得到的石器，是人类最早开发和使用的材料。
②陶器时代
公元前6000年，人类发明了火，掌握了钻木取火的技术，也学会了烧制陶器。
烧制陶器的原料是粘土，其成分主要是二氧化硅，还有氧化镁、三氧化二铝和碳酸钙。
在900℃时，发生反应生成碳酸钙和硅酸铝。
融合在一起，形成坚硬的陶。
药罐、兵马俑都是陶器。
③青铜器时代
青铜器是人类社会最早出现的金属材料。
是人们利用烧制陶瓷的技术来烧炼矿石，冶炼出铜及其合金——青铜。
青铜和锡的合金。
铜和锡的比值不同，则青铜的性质不同，用途也不同。
我国古代的镜子，就是用青铜制作的。
故有“以铜为鉴（镜子），可以正衣冠”的说法。
著名的青铜器：
1993年河南南阳出土的司母戊大鼎（含Cu84.77％、Sn11.64％、Pb2.79％），重875Kg。
④铁器时代
人类最早使用的铁源于天外来客——陨石（吉林省吉林市陨石博物馆）。
铁陨石含铁可达90％。
最早的铁器是用陨铁打造的---陨铁宝剑。
生铁的炼制：
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
⑤高分子材料时代
随着科学技术的不断发展，人类迈入了一个崭新的时代——高分子时代。
合成高分子材料，主要有塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、胶粘剂等。
具有较高的强度；
优良的可塑性；
耐腐蚀；
不导电等优良性能，已部分取代金属材料。
塑料：
聚乙烯（PE）：
食品、药物包装材料，绝缘材料；
聚氯乙烯（PVC）：
管道、电线外皮、软管、薄膜、雨衣；
聚苯乙烯（PS）：
电视雷达天线、汽车、飞机零件；
环氧树脂（EP）：
粘合剂、宇航领域。
合成纤维：
聚已内酰胺（尼龙）：
绳索、渔网、袜子；
睛纶：
衣料、毛毯、幕布；
的确良：
针织器、帆布、渔网。
合成橡胶：
顺丁橡胶：
飞机轮胎；
丁苯橡胶：
皮带、地板；
氯丁橡胶：
电线外皮、运输带；
丁睛橡胶：
机械垫圈、飞机、汽车耐油零件；
天然橡胶：
轮胎、胶管、胶鞋。
⑥纳米材料
纳米（nm）和米、微米等单位一样，是一种长度单位，1nm=10-9m，约比化学键长大一个数量级。
纳米科技是研究由尺寸在0.1至100纳米之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题，可衍生出纳米电子学、机械学、生物学、材料学和加工学等。
材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础。
没有半导体材料，就不可能有目前的计算机技术；
没有耐高温、高强度的特殊结构材料，就不可能有今天的航天技术；
没有光导纤维，不可能有现代的光通讯；
没有有机高分子材料，人类的生活就不可能象今天这样丰富多彩。
5、20世纪化学工业的三大贡献
20世纪人类对物质需求的日益增加以及科学技术的迅猛发展，极大的推动了化学学科自身的发展。
化学不仅形成了完整的理论体系，而且在理论的指导下，化学实践为人类创造了丰富的物质。
最初，化学对人类贡献可以从三个大方面概括：
表220世纪化学工业的三大贡献
年代
产品名称
作用
1928
青霉素
人均寿命大大延长
1913
合成氨
粮食、果蔬产量提高
1941
杀虫剂DDT
1921
乙烯（天然气裂解）
遍及人类的生产、生活的各个方面
1930
聚氯乙烯
1938
尼龙
1939
顺丁橡胶
①化学导致了19世纪的医疗革命，由此发明的抗生素药物已被用来治疗危害人类几千年的疾病。
这些由化学引起的医学发展使人类的平均寿命从1900年的47岁上升到20世纪90年代的75岁。
②发展了能够控制病虫害及提高产量的农用化学品，世界的食物供应在20世纪有了爆炸性的增长。
科学家认为如果立即停止施用氮肥，全世界农作物将会减产40%~50%，也就是说20世纪全世界所增加的作物产量中一半是来自化肥的施用。
③聚氯乙烯是由Baumann在1872年合成的。
但是直到19世纪20年代才在美国生产出了第一个聚氯乙烯的商业产品。
聚氯乙稀具有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气）、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。
其主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品，也可生产板材、门窗、管道和阀门等塑料硬制品。
试想一下，如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口中的30亿就会饿死。
没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类平均寿命要缩短25年。
没有发明合成纤维、合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大影响。
化学对目前生活在地球上的几十亿人口物质生活的几乎每一个方面和每一个角落都有所改善，这些方面包括了交通、通信、穿戴和起居等（图1），这些改善不仅是在表面上而且是在生活的质量上，可以说化学对人类的贡献是巨大的。
图1化学涉足的工业领域
1.1.2化学使人类面临着环境危机
化学在给人类谋福利的同时，也使人类面临着严重的危机。
从20世纪50年代起，由于化学品产量的剧增，化学产品种类的增多，其对人类健康的危害性和对环境、生态的破坏也逐渐暴露出来，特别是几件重大事故的发生，更引起政府和社会的警觉。
1961年，在欧洲引起了对一起药物反应停（Thalidomide）的恐慌，妇女在孕期为了减轻恶心和呕吐而服用这一药物，却发现所生的小孩带有严重的缺陷，最严重的情况，会产生缺胳膊少腿或严重畸形，估计由此生下的小孩全世界有10000人，其中德国就有5000人。
后来才发现，只有它的R-异构体有镇静作用，而其S-异构体则是致畸的。
惨痛的教训使人们对药物的手性有了深刻的认识，很多对映异构体都表现出不同的生物活性。
这一悲剧导致在新药上市时，政府部门要对新药进行严格的致畸性药理试验，同时引起社会关注合成化学品作为药物时对人类产生的影响。
图2药物反应停的异构体结构
1962年女海洋生物学家RachaelCarson（卡逊）所著的《寂静的春天》出版，书中详细地叙述了DDT和其它杀虫剂使鸟类数量急剧减少，使原本花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。
在非洲，农民使用DDT等杀虫剂后，消灭了虫害，拯救了非洲几百万人的性命，农民的收成剧增。
但不久以后，人们发现有些昆虫对DDT产生了抗药性，药效不如从前那样明显了，动物在吃了喷过DDT的植物后，DDT能在其体内积累，这使人担心它会通过食物链传递下去。
对DDT积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。
卡逊发现鸟类从吃下的昆虫那里吸收了DDT，从而使产下的蛋壳变薄、易碎，致使幼鸟死去。
既然DDT能影响鸟类，难道它不会影响人类吗？
《寂静的春天》这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号——“向大自然宣战”、“征服大自然”的绝对正确性提出了质疑。
她指出，化学杀虫剂的生产和应用，会殃及很多有益生物，连人类自己也不能幸免。
当时的工业界特别是化学工业界对她发起了猛烈的抨击，而当时的美国政府也没有及时给予卡逊应有的支持，使卡逊在《寂静的春天》出版两年后，因癌症和遭受空前的诋毁而与世长辞。
在地球大气循环的作用下，甚至在北极的海豹和南极的企鹅体中也发现了DDT。
科学家和生态学家得出结论，使用DDT弊多利少。
DDT于1941年上市，至1972年美国环保署禁止使用，期间长达50余年，这一事例也说明认识一种化学物质对生态的危害性要有一个漫长的过程。
RachelCarson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。
由于人口的大量增加，资源消耗日益扩大，人口与资源的矛盾越来越尖锐。
大量排放的工业污染物和生活污染物使我们的生存环境日益恶化。
人类目前面临着十大危机，全球变暖（温室效应）、臭氧层破坏、大气污染、酸雨蔓延、水体污染（水资源不足）、海洋污染（海洋生态危机）、固体废物（垃圾越来越多），生物多样性减少（物种濒危）、森林锐减、土地荒漠化。
其中有七项与化学污染密切相关。
1、大气污染
在漫长的人类历史中，大气是人类生存的根本要素。
就像鱼类生活在水中一样，我们一刻也离不开大气。
大气污染有自然因素（如森林火灾、火山爆发等）和人为因素（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气、核爆炸等）两种，且以后者为主。
随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气。
另外，大气中还有由于刮风扬起的土壤、花粉，火山爆发产生的粉尘，工业粉碎、喷雾引起的粉尘，燃烧过程中产生的废气、灰尘和煤灰，汽车卷起的粉尘及其尾气中的粉尘类等物质。
由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象称为大气污染。
凡是能使空气质量变坏的物质都是大气污染物。
大气污染物目前已知约有100多种，主要分为有害气体（二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化物、光化学烟雾和卤族元素等）及颗粒物（粉尘、酸雾和气溶胶等）。
大气污染对人体的危害主要表现为呼吸道疾病；
对植物可使其生理机制受抑制，生长不良，抗病抗虫能力减弱，甚至死亡；
大气污染还能对气候产生不良影响，如降低能见度，减少太阳的辐射（据资料表明，城市太阳辐射强度和紫外线强度要分别比农村减少10~30%和10~25%）而导致城市佝偻发病率的增加；
大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量。
因此，目前人们主要在改善城市交通结构、改进汽车燃料、安装汽车排气系统催化装置等方面做着积极的努力，以防患于未然。
2、臭氧层破坏
人类大量使用空调制冷剂、泡沫灭火剂、气雾剂、发胶、蓬松剂等化学性质稳定的氟氯烃（氯氟烃取英文名称Chlorofluorocarbon的字头CFC表示）、溴氟氯烃等化合物，这类化合物虽然在地表面时性质稳定，在大气中可以存在60~130年，不易燃烧，易于贮存，对人和其他生物也没有毒性，但当它们上升到平流层中后，在强烈的紫外线作用下，会与大气平流层中的臭氧发生化学反应对臭氧层具有破坏作用。
1975年美国学者提出，含氯的氟利昂中的氯原子会破坏臭氧层。
1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞。
氟利昂中的氯原子会破坏臭氧层的理论到九十年代被广泛接受，该理论于1995年得到了诺贝尔化学奖。
另一方面，汽车尾气、火力发电厂的烟气等中所含的NOx类化合物进人平流层后，会加速臭氧的分解反应，从而破坏臭氧层。
科学家估计，由CFCs所释出的1个氯原子，只要数个月的时间，就能使大约10万个臭氧分子消失，反应过程可以用化学方程式表示如下：
CFCs在平流层受强烈紫外线照射而分解产生氯，氯会与臭氧反应，生成氧化氯自由基（ClO）：
氯氟烃分解（以CF2Cl2为例）
CF2Cl•+Cl•
Cl•+O3→ClO•+O2
带有自由基的ClO非常活泼，若与同样活泼的氧原子反应，便生成氯和较安定的氧分子：
ClO•+O→Cl•+O2
而这个被释出的氯，又可以再与臭氧反应，因此氯一方面能够不断消耗臭氧，另一方面却又能在反应中再生。
臭氧层遭到破坏后，太阳光中的紫外线长驱直入，其后果是皮肤癌和眼病增加，人体的免疫系统性能下降、海洋生物的食物链被破坏、一些植物生长受影响（包括农作物减产）。
研究表明，臭氧层的臭氧每减少1%，则有害辐射增加2%。
据不完全统计，仅美国的皮肤癌患者目前就达50万人之多，且每年死亡5000人，澳大利亚因距南极较近，人口仅1700万的该国每年死于皮肤癌的人数就与美国相当，也达5000人。
据分析，平流层臭氧减少万分之一，全球白内障的发病率将增加0.6~0.8%，即意味着因此引起失明的人数将增加1万到1.5万人。
有人提出，当臭氧层余下1/5时，是地球生命的临界点。
由于破坏臭氧层的物质均为人造化学品，那么完全禁止生产和应用这些物质就可保护臭氧层免遭破坏。
但是，由于氟里昂等破坏臭氧层的物质在工农业生产上的重要地位，立即禁止生产和使用这些物质并不现实。
因此，国际上采用的办法是逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质。
3、温室效应
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能，它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果使地球表面变热起来。
因此，二氧化碳也被称为温室气体。
由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造导致了温室效应。
温室效应有两个特点：
温度较室外高，不散热。
生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。
温室效应使两极冰雪融化，海平面上升,
影响农业和自然生态系统，威胁人类生存。
科学家预测：
如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2~4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：
纽约，上海，东京和悉尼。
意大利的威尼斯，是闻名于世的水城，风光秀美，别有一番情趣，吸引着世界各地的游人。
目前，威尼斯的常住人口已经从20世纪50年代的15万人减少到现在的5.8万人。
科学家们经过调查后表示，如果拿不出任何有效办法来遏制洪水袭击和海平面上升的话，由于海平面不断上升和洪水泛滥，这座美丽的城市到2100年，威尼斯将成为一个人们再也无法居住的地方。
当然，在大气温室效应这个问题上，也有不同意见。
例如，过去有些科学家认为目前数值模式还不成熟，计算结果过于夸大，百年升高0.3℃~0.6℃属于正常气候变化，不能证明是大气温室效应所造成等等，当然这是少数人的意见。
在《可持续发展动态》第十期登了文章中，对全球变暖是否是温室气体所致的温室效应得出了新的观点，认为首先是气候变化自身规律，其次才是人类生活的影响，也有观点认为是太阳黑子增加原因，太阳是元凶。
尽管如此，但对于目前大气中CO2浓度和全球温度正迅速增加，以及温室气体增加会造成全球变暖的原理，都是没有争论的事实。
我们如果等到问题发展到了人类可以明显感知的水平，这时候往往已经难以逆转，为时已晚了。
因此现在就必须引起高度重视，以便采取对策，保护好人类赖以生存的大气环境。
为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤），少开汽车。
另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。
这主要是由于地球上可以吸收大量CO2的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林。
我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材），不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
4、酸雨成灾
酸雨，人称“空中死神”，将成为21世纪最大的环境问题之一，正在危及人类的生存，它与温室效应、臭氧层破坏一起被称为全球的三大环境危机。
酸雨中绝大部分是硫酸和硝酸，人类在生产和生活过程中，排放大量的SOx、NOx降水过程中将大气中的SO2和NOx以及其他杂质，通过化学反应生成亚硫酸、硫酸、硝酸等，因而使雨水酸化。
其危害包括森林退化，由于酸雨使土壤肥力降低，造成大面积森林衰退；
湖泊酸化导致鱼类死亡，水生生物种群减少；
农田土壤酸化导致土壤中钾、钙、磷等一类碱性营养物质被冲走，使土壤肥力下降，影响作物生长，粮食、蔬菜、瓜果将大面积减产；
酸雨还严重腐蚀建筑物、车辆、电线和市政设施等，加快设施的老化，缩短使用寿命甚至造成严重的事故等等。
在温度为25℃，一个大气压下,纯净的降水pH大约是5.65，呈弱酸性。
雨水的pH小于5.6即为酸雨。
形成酸雨排放源之一是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧，如交通运输、发电、家庭生活化石燃料燃烧过程等；
之二是工业过程,如金属冶炼、化工生产，诸如金属硫化物矿石的冶炼，硫酸和硝酸的生产等。
减少和防止酸雨的形成有许多措施，主要应从消除污染源着手，尽量减少工业污染，综合治理废气、污水等，使大气污染减少到最低程度而达到消灭酸雨、创造出人类美好的生存环境的目的。
5、水资源污染和紧缺
同学们都知道地球的淡水资源非常紧缺，但到底缺到什么程度呢？
地球上淡水的量是相对固定的。
全球水资源的97%是海洋咸水，仅有3%为淡水；
而2%的淡水为极地冰川，只有1%可供人类使用。
其中可使用淡水的50%以上来源于山上和发源于高山地区的江河。
20世纪，世界人口增加了2倍，而人类用水增加了5倍。
图3全球水资源构成
据2003年8月9日瑞典首都斯德哥尔摩召开一年一度的世界水资源大会公布的统计报告称，全球约有14亿人喝不到安全的饮用水，有23亿人没有起码的卫生条件，每天有6000名儿童死于卫生不良引起的疾病。
由于滥用水资源以及环境污染使得水资源紧张的状况进一步加剧。
水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。
鉴于全球淡水资源短缺、许多国家将很快陷入缺水的困境，经济发展受到限制，1993年1月18日，第47届联合国大会作出决议，确定每年的3月22日为“世界水日”。
缺了水，人类和地球将不能存活，森林将不复存在，植物将灭亡，地球上将出现无边的沙漠，生命的迹象将消失。
“地球上最后一滴水将是人类的眼泪。
”这句提醒人们节约用水的广告语，相信许多人都听说过。
但有多少人能真正做到从此节约每一滴水，真正做到用水“斤斤计较”？
6、海洋污染
人类活动是引起海洋污染的原因。
引起海洋严重污染的人类行为主要有：
装载原油或其它有毒化工原料的大型船只的泄漏；
将有毒有害工业废料或核废料向海洋倾倒；
把大量的工业污水和生活污水直接排入海洋；
把海洋作为垃圾倾倒场。
洗涤剂废水的大量排放，致使浮游生物爆发性繁殖，助长了水华、赤潮现象的频频发生。
赤潮又称红潮或有害藻水华，通常是指水体中某些微小的浮游藻类、原生动物或更小的细菌爆发性繁殖或突然性聚集，引起水体变色的一种有害自然生态现象。
这种现象发生在海域称为“赤潮”，发生在江河湖泊叫“水华”。
这是个历史概念的定义，不是所有赤潮发生时水面都呈现红色
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