化学与可持续发展

高中化学：①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。点燃洒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却。

高一化学必修 第二册 第八章 化学与可持续发展

• 化学与可持续发展
  • 自然资源的开发利用
    • 金属矿物的 开发利用
      • 金属的冶炼
        • 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
        • 金属的活 动性不同
          • 冶炼的方法不同
          • 热分解法
            • 不活泼金属（Hg及Hg以后）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
            • ：2HgO₂=Hg+O₂↑
            • 2Ag₂O=4Ag+O₂↑
          • 热还原法
            • 一般活泼的金属（Zn~Cu），通常是在高温下用还原剂（C、CO、H₂、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来
            • Fe₂O₃+3CO=2Fe + CO₂↑
            • ZnO+C=Zn+CO↑
            • Fe₂O₃+ 2Al=2Fe+Al₂O₃（铝热反应）
          • 电解法
            • 非常活泼的金属（K~Al）用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法治炼活泼金属
            • 2NaCl=熔融=2Na +Cl₂↑
          • 有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来
            • Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂
        • 铝热反应
          • 操作
            • 把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起（内层滤纸底部剪一小孔，用水湿润）架在铁架台上，下面放置一盛沙子的蒸发皿
            • 将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条
            • 用燃着的小木条点燃镁条，观察现象
          • 现象
            • 镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光
            • 引起混合物剧烈燃烧，发光发热
            • 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣（Al₂O₃），可以发现落下的是铁珠
          • 反应
            • Fe₂O₃+ 2Al=2Fe+Al₂O₃（铝热反应）
          • 铝热剂 及应用
            • 铝热剂
              • 铝粉与某些金属（比铝不活泼的金属）氧化物的混合物。在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应
            • 铝热反 应的应用
              • 焊接钢轨
              • 冶炼高熔点金属：V、Cr、Mn、W等
            • 铝热反 应的特点
              • 在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。体现铝的还原性、氧化铝高熔点的性质
      • 金属的利用、 回收和资源的保护
        • 矿产资源是有限的
        • 合理开发、有效利用、金属的 回收和资源保护
          • 提高金属矿物的利用率
          • 减少金属的使用量
          • 加强金属资源的回收和再利用，使用代用材料节约矿产资源、保护矿产资源
        • 回收金属
          • 废旧金属的最好处理方法是回收利用
          • 意义
            • 节约矿物资源，节约能源，减少环境污染
          • 实例
            • 废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐
            • 从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
    • 海水资源的 开发利用
      • 海水水资源的利用
        • 海水中水的储量约占全球总水量的97%
        • 海水中水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却
        • 海水淡化的方法
          • 蒸馏法、电渗析法、离子交换法等
      • 海水中的化学资源的开发利用
        • 海水中含有的各种元素的特点
          • 种类多，总储量大，富集程度低
      • 从海水中提 取物质的方法
        • 从海水中提取食盐
          • 主要方法
            • 盐田法、电渗析法和冷冻法
        • 从海水中提取镁
          • 海水→试剂①→沉淀Mg(OH)₂→试剂②→MgCl₂溶液→无水MgCl₂→熔融电解→Mg
          • 为了使MgSO₄转化为Mg(OH)₂，试剂①可以选用NaOH，要使MgSO₄完全转化为沉淀，加入试剂①的量应过量
          • 验证MgSO₄，已完全转化为Mg(OH)₂的方法是取上层清液，加入NaOH溶液，不生成沉淀
          • 加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)₂沉淀的方法是过滤
          • 试剂②可以选用HCl
          • 无水MgCl₂在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl₂
            • MgCl₂=熔融=Mg+Cl₂↑
        • 从海水中提取溴
          • 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汽，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，得到产品溴
        • 从海带中 提取碘
          • 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（H₂O₂）将其氧化成I₂，再用有机溶剂将I₂萃取出来
            • 用H₂O₂做氧化剂
              • 2I⁻+H₂O₂+2H⁺=I₂+2H₂O
          • 操作步骤
            • ①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。点燃洒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却
            • ②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2~3min，过滤
            • ③在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mo1/1），再加入1mLH₂O₂（3%）
              • 溶液变棕黄色
            • 再加入几滴淀粉溶液
              • 溶液变蓝色
      • 海水资源的开发利用
        • 从海水中提取淡水——海水淡化
        • 海水制盐
        • 从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品
        • 从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料
        • 从海水中获取其他物质和能量
    • 煤石、油和 天然气的综合利用
      • 三大合成材料 （合成有机高分子）
        • 合成塑料
          • 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯
          • 塑料的主要成分
            • 合成树脂+添加剂（增塑剂、防老化剂等）
          • 塑料的性能
            • 热塑性塑料：可以反复加工，多次使用（聚乙烯、聚氯乙烯等）
            • 热固性塑料：一次加工成型，受 热不软化（酚醛塑料）
        • 纤维
          • 天然纤维
            • 植物纤维：棉花、木材、亚麻（成分：纤维素）
            • 动物纤维：羊毛、蚕丝（成分：蛋白质）
          • 化学纤维
            • 人造纤维：人造棉、人造丝、人造毛（成分：纤维素）
            • 合成纤维：六大纶（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶）是利用石油、天然气、煤和农副产品为原料制成的
        • 合成橡胶
          • 顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等
      • 合成有机高分子 的反应
        • 聚合反应
          • 在一定条件下，由小分子（单体）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反应
          • 加成聚合（加聚反应）
            • 由单体生成高分子的反应
          • 缩合聚合（缩聚反应）
            • 由单体生成高分子的同时还有小分子生成
  • 化学品的合理使用
    • 化肥、农药的合理施用
      • 合理施用化肥
        • 考虑因素：土壤酸碱性，作物营养状况，化肥本身的性质
        • 不合理使用化肥的危害：造成水体富营养化、产生水华等污染现象；
        • 影响土壤的酸碱性和土壤结构
      • 合理施用农药
        • 发展方向：高效、低毒和低残留
        • 不合理使用农药的危害：破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生抗药性；引起蜂蜜等传粉昆虫的大量死亡：造成土壤和作物的农药残留超标；造成大气、地表水和地下水的污染
    • 合理用药
      • 药物的分类：药物按来源分为天然药物与合成药物
      • 作用机理：通过改变机体细胞周围的物理、化学环境而发挥药效；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
      • 阿司匹林：化学名称是乙酰水杨酸，具有解热镇痛的作用。长期服用会导致胃痛，头痛，眩晕，恶心等不适症状
      • 合理使用药物：在医生指导下，遵循安全、有效、经济和适当等原则，合理用药；远离毒品
    • 安全使用食品添加剂
      • 常见的食品添加剂：着色剂，增味剂，膨松剂，凝固剂，防腐剂，抗氧化剂，营养强化剂
      • 安全使用：违规使用或者超量使用食品添加剂都会损害人体健康
  • 环境保护与绿色化学
    • 环境保护
      • 环境问题：指不合理的开发和利用自然资源而造成的资源短缺、环境污染和生态破坏
      • 环境污染：包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染和噪声污染等
      • 污染源：主要来自化石燃料燃烧和工业生产的“三废”（废气、废水、废渣）的排放
      • 环境问题的八大公害
        • 酸雨
          • pH小于5.6的雨水叫做酸雨
          • 主要成因：化石燃料燃烧排放到大气中的SO₂/NOx
          • 防治：改变能源结构，硫酸厂的尾气经过处理后再排放
        • 温室效应
          • 大气中的CO₂含量增多引起地表面温度升高
          • 防治：改变能源结构，植树造林
          • 主要成因：NO₂主要来自石油产品和煤的燃烧产物、汽车尾气及硝酸厂的废气
        • 臭氧空洞
          • 大气平流层中的臭氧层被破坏引起“臭氧空洞”
          • 主要成因：氟氯烃（氟里昂）、No₂、NO在破坏臭氧层中起催化剂作用
          • 防治：逐步减少、禁止使用氟氯烃
        • 白色污染
          • 一些塑料制品废弃物对环境的污染
          • 主要成因：聚乙烯等固体废旧塑料随意丢弃引起土壤及水的污染
          • 治理
            • 减少使用加强回收塑料制品
            • 开发可降解塑料（淀粉塑料、水溶性塑料、光解塑料）
        • 光化学烟雾
          • 空气中的NO₂在紫外线照射下，发生一系列的光化学反应产生一种有毒的烟雾
          • 治理
            • 硝酸厂的废气经回收处理后再排放
            • 加强对汽车尾气的治理（汽车排气管上安装转化器）
        • 赤潮（水华）
          • 水体的富营养化污染（水中的藻类超常繁殖，覆盖在水表面）
          • 主要成因：使用含磷洗衣粉的污水的排放。不合理的使用化肥
          • 治理：禁止生产使用含磷洗衣粉
        • 城市大气的铅污染
          • 含铅化合物对大气的污染
          • 主要成因：使用含铅汽油（汽油中加入抗爆震剂四乙基铅）的汽车排放的尾气
          • 治理：禁止使用含铅汽油
        • 环境的新公害
          • 废旧电池对水及土壤的污染
          • 主要成因：废旧电池中含有酸、碱、重金属盐（Pb²⁺、Hg²⁺、Ni²⁺、cd²⁺）等污染物，废旧电池的随意丢弃引起的污染
          • 治理：设立废旧电池回收站
    • 绿色化学
      • 绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染
      • 原子经济
        • 按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物
        • 这时原子的利用率为100%
      • 开发绿色反应，提高原子利用率
      • 经济性的反应有两个显著优点
        • 最大限度地利用了原料
        • 最大限度地减少了废物的排放