第八章 化学与可持续发展知识串讲学生版.docx

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第八章化学与可持续发展知识串讲学生版

第八章化学与可持续发展（知识串讲）

【网络构建】

【知识梳理】

一.自然资源的开发利用

（一）金属的冶炼

大多数金属的化学性质活泼，在自然界中主要以化合态形式存在（金、铂等少数金属例外），使用的金属大多数是人工制得的。

金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。

金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。

金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。

金属冶炼的方法主要有：

（1）热分解法：

对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：

　　2HgO

2Hg+O2↑　　2Ag2O

4Ag+O2↑

（2）热还原法：

在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：

　　Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2WO3+3H2

W+3H2O

（3）电解法：

活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：

　　2NaCl（熔融）

 2Na+Cl2↑　　4NaOH（熔融）

 4Na+O2↑+2H2O

附：

金属活动性与冶炼方法的关系

金属的活动顺序：

KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg

金属原子失电子能力

强 → 弱

金属离子得电子能力

弱 → 强

主要冶炼方法

电解法

热还原法

热分解法

2、铝热反应

（1）原理：

Al是还原剂，另一种氧化物是氧化剂。

（2）铝热反应的实质是铝将氧化物中的化合态金属还原为金属单质。

（3）反应特点是在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。

（4）铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物组成的混合物。

（5）应用：

冶炼难熔金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。

3、回收金属的意义

（1）节约矿物资源；

（2）节约能源；

（3）减少环境污染。

（二）海水资源的开发利用

1、从海水中提取淡水——海水淡化

　　海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法、冷冻法等。

2、从海水中提取溴的主要工艺流程

①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。

②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：

2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl

③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：

Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4

④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：

2HBr+Cl2=2HCl+Br2

⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。

3、进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题

①反应原理：

海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。

　　　如用H2O2作氧化剂，反应的离子方程式是：

2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O

②实验注意事项：

海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带更易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。

4、海水提取镁的原理

　　海水的镁主要以Mg2＋形式存在，最终转化为Mg的途径有：

①加入石灰乳生成Mg（OH）2：

MgCl2＋Ca（OH）2＝Mg（OH）2↓＋CaCl2

②盐酸酸化：

Mg（OH）2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O

③电解熔融的MgCl2：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

（三）煤、石油、天然气的综合利用

1．煤的综合利用

（1）煤的干馏、气化、液化都是化学变化。

（2）化学“三馏”

名称

定义

适用范围

变化类型

蒸馏

把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作

被蒸馏混合物中至少有一种组分为液体，各组分沸点差别越大，挥发出的物质（馏分）越纯

物理变化

分馏

对多组分混合物在控温下先后、连续进行的两次或多次蒸馏

多组分沸点不同的混合物在一个完整操作中分离出多种馏分

物理变化

干馏

把固态混合物（如煤、木材）隔绝空气加强热使它分解的过程

化学变化

2．石油的综合利用

（1）石油的分馏为物理变化，裂化、裂解为化学变化，得到的产物均为混合物。

（2）烷烃裂化（裂解）后得到烷烃和烯烃。

（3）烷烃不论以哪种形式裂化（裂解），都遵循质量守恒定律。

石油的

炼制方法

石油的分馏

石油的裂化

石油的裂解

原理

用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物

在催化剂存在的条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃

在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃

主要原料

原油

重油

石油分馏产品（包括石油气）

主要产品

汽油、煤油、柴油、重油

汽油、甲烷、乙烷、丁烷、乙烯、丙烯等

乙烯、丙烯等

主要变化类型

物理变化

化学变化

化学变化

石油炼制方法的比较

3．天然气的综合利用

天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成氨和生产甲醇等。

天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。

实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。

4．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料

以煤、石油、天然气为原料，通过聚合反应原理合成的材料的相对分子质量很大，属于高分子化合物。

塑料、合成纤维、合成橡胶为三大合成材料。

二.化学品的合理使用

（一）化学品的分类

（1）大宗化学品：

如乙烯、硫酸、纯碱和化肥等。

（2）精细化学品：

如医药、农药、日用化学品、食品添加剂等。

（二）化肥、农药的合理使用

1.合理使用化肥

（1）考虑因素:

土壤酸碱性、作物营养状况、化肥本身性质。

（2）应用实例:

硝酸铵是一种高效氮肥,但受热或经撞击易发生爆炸,必须作改性处理后才能施用。

（3）过量施用化肥的危害

①很多化肥易溶于水,过量施用造成浪费。

②部分化肥随着雨水流入河流和湖泊,造成水体富营养化，产生水华等污染。

③不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和土壤结构。

2.合理使用农药

（1）农药的发展:

①第一代农药：

天然植物艾蒿、烟草（药效低），有机氯农药：

六六六和DDT（难代谢，污染环境）。

②第二代农药：

元素有机农药，如含磷有机物马拉硫磷、甲肿钠、氨基甲酸酯，一般都具有较强的毒副作用。

③第三代农药：

对人无毒或毒性甚小的天然分子或模拟天然分子。

如拟除虫菊酯（俗称除虫菊）和特异性农药都属于第三代农药。

（2）农药的发展方向高效、低毒和低残留。

（3）不合理施用农药的危害

①农药对生态系统和自然环境造成广泛而复杂的影响。

②农药会造成土壤和作物的农药残留超标。

③农药会造成大气、地表水和地下水的污染。

注:

化肥、农药的利与弊

利

弊

（1）提高农产品产量。

（2）与有机肥料和天然农药相比,化肥和合成农药用量少、见效快。

（3）降低生产成本,促进农业机械化发展。

（1）滥用药物会破坏生态环境。

（2）研究和施用杀虫剂等农药已经进入了恶性循环。

（3）影响食品品质。

（三）合理用药

1.药物的分类:

药物按来源分为天然药物与合成药物。

2.药物的作用机理

（1）有的药物通过改变机体细胞周围的物理、化学环境而发挥药效,如抗酸药。

（2）更多药物通过药物分子与机体生物大分子的功能基团结合而发挥药效,其分子结构与生物活性密切相关。

3.阿司匹林

（1）阿司匹林化学名称是阿斯匹林具有解热镇痛作用,用于发热、头痛、关节痛的治疗，防心血管老化等。

（2）以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式为

（3）不良反应:

长期服用阿司匹林会导致胃痛、头痛、眩晕、恶心等不适症状。

4.合理使用药物

（1）药物的两面性：

一方面能促进人体健康，另一方面可能会对机体产生有害作用

（2）合理用药的原则：

在医生、药师的指导下，遵循安全、有效、经济和适当等原则。

（3）合理用药主要考虑的两个方面问题

①药物方面：

剂量、剂型、给药途径与时间等因素。

②机体方面：

患者年龄、性别、症状、心理与遗传等因素。

（4）拒绝毒品。

（5）滥用药物的表现：

无处方长期服用安眠药或镇静剂；滥用抗生素；运动员服用兴奋剂等等。

（四）安全使用食品添加剂

1.类别、功能、品种

类别

功能

品种

着色剂

改善食品色泽 

天然色素如红曲红等;合成色素如柠檬黄等

增味剂

增加食品鲜味

味精等

膨松剂

使食品膨松或酥脆

碳酸氢铵、碳酸氢钠

凝固剂

改善食品形态

盐卤、葡萄糖酸-δ-内酯

防腐剂

防止食品腐败变质

亚硝酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐

抗氧化剂

防止食品因氧化而变质

抗坏血酸（维生素C）

营养强化剂

补充必要的营养成分

碘酸钾、维生素、碳酸钙、硫酸亚铁、硫酸锌

2.合理使用食品添加剂应符合以下五点基本要求

（1）不应对人体产生任何健康危害。

（2）不应掩盖食品腐败变质。

（3）不应掩盖食品本身或加工过程中的质量缺陷，或以掺杂、掺假、伪造为目的而使用食品添加剂。

（4）不应降低食品本身的营养价值。

（5）在达到预期效果的前提下尽可能降低在食品中的使用量。

3.食品添加剂的利与弊

食品添加剂是用于改善食品品质、延长食品保存期、增加食品营养成分的一类化学合成或天然物质。

食品添加剂的作用有以下四点:

（1）控制食品的化学变化、物理变化、微生物变化,以减少因食品变质而引起的损耗,降低微生物的危害,保证食品的质量;

（2）延长食品的有效保存期;（3）便于食品加工,有利于加工工艺（4）改善食品的色、香、味和营养价值。

但是如果使用不当也会对人体造成危害,如过量使用防腐剂亚硝酸钠会有致癌的可能。

三.环境保护与绿色化学

（一）环境保护

1.环境污染：

主要包括大气污染、水污染、土壤污染等，还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。

2.工业三废：

废液、废气、废渣。

3.空气质量检测：

空气质量日报的主要内容包括“空气污染指数”、“空气质量级别”、“首要污染”等。

目前计入空气污染指数的项目暂定为：

二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物等。

4.常见的环境污染及其危害

环境问题

主要污染物

主要危害

温室效应

主要是CO2，此外还包括甲烷等气体

全球气候变暖，破坏生态环境

酸雨

SO2、NOx

土壤酸化、水源污染、建筑物腐蚀

光化学烟雾

NOx、碳氢化合物

破坏人体呼吸系统，严重可导致死亡

臭氧层空洞

氟氯代烷、NOx

到达地面紫外线增多，危害环境和健康

赤潮和水华

含氮磷元素的营养物质排入水体

水体富营养化，水中藻类疯长，使水体浑浊、水质恶化

白色污染

废弃塑料制品

难降解、难回收，对土壤有极大危害

PM2.5

颗粒物

污染空气、形成雾霾，危害健康

（二）绿色化学

1.绿色化学的核心思想

（1）核心:

改变“先污染后治理”的观念和做法。

又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。

（2）从学科观点看：

是化学基础内容的更新。

即利用化学原理和技术手段，减少或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质。

（改变反应历程）

（3）从环境观点看：

强调从源头上减少或消除污染。

（从一开始就避免污染物的产生）

（4）从经济观点看：

它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。

（尽可能提高原子利用率）

2.原子经济性反应：

反应物的原子全部转化为期望的最终产物，原子利用率为100%。

3.绿色化学对化学反应的要求

【重难点讲解】

一、金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

金属的活

动性顺序

KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg

PtAu

金属原子失电子能力

强→弱

金属离子得电子能力

弱→强

主要冶方法

电解法

热还原法

热分解法

物理方法

特别提醒　

（1）熟记金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系，对解决该部分题目非常关键。

同时，利用好规律“单强离弱”，即金属单质的还原性越强，其离子的氧化性越弱。

（2）金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，金属阳离子的氧化性越强，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属离子还原，人们开发利用的时间就较早。

同理，金属的位置越靠前，人们开发利用的时间就较晚。

二、化学“七气”

名称

来源

主要成分

用途

高炉煤气

炼铁高炉

CO2、CO等

燃料

水煤气

水煤气炉

CO、H2等

燃料、化工原料

炼厂气

石油炼制厂

低级烷烃

燃料、化工原料

油田气

油田

低级烷烃

燃料、化工原料

天然气

天然气田、油田

CH4

燃料、化工原料

裂解气

裂解炉

“三烯二烷”

石油化工原料

焦炉气

炼焦炉

H2、CH4、C2H4等

燃料、化工原料

三、化工生产工艺流程类试题解答方法

（1）抓首尾，看中间：

从原料到产品为一条龙的生产工序试题，其关键点是认真分析对比原材料与产品的组成，从中得出将原料转化为产品和除去原材料中所含杂质的基本原理和所用工艺。

（2）用交叉，看分流：

有些化工生产选用多组原料，解题关键在于找准中间产品和相互交叉的流水生产线，在分析过程中，抓住中间产品的关联作用，逐一破解。

（3）明目的，读流程：

化工工艺流程综合题目一般是关于物质制备，首先明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质，并结合基本概念和反应原理分析流程图试题中的元素及化合物知识，从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。

“→”前是投料（反应物），“→”后是生成物。

（4）看控制，找分离：

物质制备工艺都涉及物质的分离提纯，注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择（如过滤、萃取分液、蒸馏等），尽可能写出主要的化学反应方程式或制备原理。

若出现工艺评价内容，从成本、环保、现实等多角度考虑分析即可。

【典题例析】

考点1、考查金属的冶炼

例1、下列化工生产原理错误的是（）

①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠；②可以将钠加入MgCl2饱和溶液中制取镁；③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝；④冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂

A．②③B．①②C．①②③D．②③④

考点2、考查海水资源的综合利用

例2、海水是一个巨大的化学资源宝库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（　　）

A．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2

B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化

C．从海水中提取溴，只需经过物理变化就可以得到溴单质

D．工业上常用电解熔融的氯化镁、氯化铝得到单质镁、铝

考点3、煤、石油、天然气的组成和综合利用

例3、下列说法错误的是（）

A．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来

B．含C20以上烷烃的重油经过可以分馏得到汽油

C．燃烧天然气比较清洁，产生的有害废气比燃烧氢气少

D．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

考点4、考查化肥的合理施用

例4、某班同学就施用化肥的“利与弊”为题进行辩论，正方观点是施用化肥有利，正方的下列观点中不科学的是（　　）

A．施用化肥可使农作物增产B．化肥的肥效快

C．施用化肥不会造成环境污染D．复合肥能给农作物提供几种营养元素

考点5、考查农药的合理使用

例5、DDT是瑞士化学家米勒合成的，他因此于1948年获得诺贝尔医学奖。

（1）早期人们使用DDT的主要目的在于消灭蚊、蝇等害虫，现在国际上已禁止使用，其原因可能是________。

A．蚊、蝇已产生抗药性，DDT对它们不再具有杀灭效果

B．容易降解，毒性太小

C．它很难降解，在体内聚集后引起人中毒

D．制造DDT的成本太高，价格太贵

（2）在过去，施用农药DDT的地区，虽然占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极，在动物体内也发现了DDT；在喜马拉雅山的积雪中也发现了DDT。

这些现象说明________。

A．DDT是挥发性物质

B．DDT已加入全球性的生物循环

C．考察队将DDT带到了南极

D．南极动物也偶尔到施用农药的地区寻食

考点6、考查药物的正确使用

例6、下列关于药物的说法不正确的是（）

A．包装上印有“OTC”标识的为非处方药

B．氢氧化铝可作为治疗胃酸药的主要成分

C．阿司匹林具有解热镇痛的作用

D．青霉素是重要的抗生素，可以放心大量使用

考点7、考查食品添加剂的正确使用

例7、下列说法正确的是（　　）

A．使用食品添加剂与提倡“绿色食品”相违背

B．含有食品添加剂的食品尽量少食用，以防中毒

C．天然食品添加剂对人体健康无害，故不限量使用

D．食品添加剂在合理的限量范围内使用不影响人体健康点5、考查食品添加剂的正确使用

考点8、考查环境污染

例8、环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，下列名词与环境污染有关的是（　　）

①酸雨　②臭氧空洞　③白色污染　④温室效应　⑤赤潮⑥光化学烟雾　　　　　　　　　　　　　　　

A．①③④⑤B．①②③④⑥C．③④⑤⑥D．①②③④⑤⑥

考点9、考查绿色化学

例9、在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。

①置换反应，②化合反应，③分解反应，④取代反应，⑤加成反应，⑥消去反应，⑦加聚反应，⑧缩聚反应等反应类型中能体现这一原子最经济原则的是（）

A．①②⑤B．②⑤⑦C．⑦⑧D．⑦

考点10、考查工业生产中工艺流程

例10、为了从海带浸取液中提取碘某同学设计了如下实验方案：

（1）操作Z的名称_______。

步骤②需要的主要玻璃仪器有_______

（2）步骤②中分液时含

的

溶液从分液漏斗_______口出。

（3）步骤③使用的是反萃取法得到的上层溶液中阴离子除

外还有_______。

（4）步骤①中反应的离子方程式为_______。