化学自习室移动版

第五章化工生产中的重要非金属元素

1、几种硫酸盐

(1)硫酸钙：自然界中的硫酸钙常以石膏(CaSO₄·2H₂O)的形式存在。石膏被加热到150°C时，会失去所含大部分结晶水而变成熟石膏(2CaSO₄·H₂O)。熟石膏与水混合成糊状物后会很快凝固，重新变成石膏。利用这种性质，石膏可被用来制作各种模型和医疗用的石膏绷带。

在工业上，石膏还被用来调节水泥的硬化速率。

(2)硫酸钡：自然界中的硫酸钡以重晶石(BaSO₄)的形式存在。

重晶石是生产其他钡盐的原料。起始反应为：BaSO₄＋4C=高温=BaS＋4CO↑，然后BaS通过水解制Ba(OH)₂，通过与酸反应得到BaCl₂、Ba(NO₃)₂等。

硫酸钡不溶于水和酸，且不容易被X射线透过，因此在医疗上可被用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐”。

Ba(OH)₂、BaCl₂、Ba(NO₃)₂、BaCO₃等都有毒。

(3)硫酸铜：硫酸铜(CuSO₄)是白色的粉末，结合水后会变成蓝色晶体，俗称胆矾(CuSO₄·5H₂O)。

硫酸铜的这一性质可以用来检验酒精中是否含少量水。

胆矾可以和石灰乳混合制成一种常用的农药——波尔多液。

2、自然界中硫的存在及转化

硫元素广泛存在于自然界中，是植物生长不可缺少的元素，组成生命体的蛋白质中就含有硫。

(1)游离态的硫：存在于火山口附近或地壳的岩层中。

(2)硫化物：在岩层深处和海底的无氧环境下，硫元素与铁、铜等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在，如黄铁矿(FeS₂)、黄铜矿(CuFeS₂)等。

(3)硫酸盐：在地表附近，由于受氧气和水的长期作用，硫化物会转化为硫酸盐，如石膏(CaSO₄·2H₂O)、芒硝(Na₂SO₄·10H₂O)等。

(4)二氧化硫、三氧化硫、亚硫酸、硫酸：火山口附近的硫单质会被大气中亚硫酸和硫酸的氧气氧化成二氧化硫，二氧化硫可被进一步氧化生成三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫遇水分别形成亚硫酸和硫酸。

3、1909年，德国化学家哈伯发现，在500~600°C、17.5MPa~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可超过6%，具备工业化生产的可能性。

德国工程师博施在把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产作出了重要贡献。

4、王水：浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1：3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。

Au＋HNO₃＋4HCl=H[AuCl₄]＋NO↑＋2H₂O

3Pt＋4HNO₃＋18HCl=3H₂[PtCl₆]＋4NO↑＋8H₂O

5、硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

6、传统无机非金属材料的制作

(1)陶瓷以黏土(主要成分是含水的铝硅酸盐)为原料高温烧结而成。

(2)玻璃的主要成分是Na₂SiO₃、CaSiO₃、SiO₂，它是以纯碱、石灰石、石英砂为原料，在玻璃窑中熔融，然后制成。

加铅元素后透光性好，折射率高。加硼酸盐后耐化学腐蚀，耐温度急剧变化。加一些金属氧化物或盐得到彩色玻璃。

(3)水泥用黏土、石灰石为主要原料在水泥回转窑中煅烧，加入适量石膏，磨成细粉制成。

水泥、沙子、碎石与水混合得到混凝土。

7、新型陶瓷：

高温结构陶瓷(碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成)。

压电陶瓷(钛酸盐和锆酸盐等)。

透明陶瓷(氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷)。

超导陶瓷。

8、碳纳米材料

富勒烯：由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。

碳纳米管：石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。

石墨烯：只有一个碳原子直径厚度的单层石墨。

9、Na₂SiO₃的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可用作黏合剂和防火剂。

实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞。

10、氮化硅(Si₃N₄)熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，是一种性能优异的无机非金属材料。

由石英、焦炭在高温的氮气流中制备。化学反应方程式为：3SiO₂＋6C＋2N₂=高温=Si₃N₄＋6CO。

第六章化学反应与能量

1、冰敷袋常见的三种成分：

(1)冰(2)NH₄NO₃与水(3)NH₄NO₃与Na₂CO₃·10H₂O

第七章有机化合物

1、苯的历史

(1)19世纪初，英国科学家法拉第发现了苯，并称为“氢的重碳化合物”。

(2)法国化学家热拉尔等人又确定了苯的相对分子质量为78，分子式为C₆H₆。

(3)奥地利化学家洛施密特曾提出苯具有环状结构。

(4)德国化学家凯库勒认为，苯分子中6个碳原子形成闭合的环状结构，由碳原子以单、双键相互交替结合而成(凯库勒式)。

(5)实际上，苯分子具有平面正六边形结构，相邻碳原子之间的键完全相同，其键长介于碳碳单键长之间。

2、蛋白质在工业上的应用

从动物皮、骨中提取的明胶可用作食品增稠剂，生产医药用胶囊和摄影用感光材料。

驴皮制的阿胶还是还是一种中药材。

从牛奶和大豆中提取的酪素可用来制作食品和涂料。

3、食用油中含不饱和脂肪酸的甘油酯，有碳碳双键，在空气中会被氧化，产生过氧化物和醛类等。有一种难闻的“哈喇”味，不能食用。市售的食用油中也普遍加入叔丁基对苯二酚(TBHQ)等抗氧化剂，以确保食品安全。

4、四氯乙烯是一种衣物干洗剂，聚四氟乙烯是家用不粘锅内侧涂层的主要成分。氟利昂－12(CF₂Cl₂)用于空调制冷。

第八章化学与可持续发展

1、海水中含量最多的O、H两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其他元素为微量。

2、石油经过常压蒸馏后得到石油气，汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油。

经过减压蒸馏后得到润滑油、石蜡、燃料油、沥青等重油。

通过催化裂化过程将重油裂化为汽油等，再进一步裂解获得乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。

石油在加热和催化剂的作用下，通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃，如苯或甲苯等。

3、SnO₂＋C=高温=Sn＋2CO↑

2PbS＋3O₂=高温=2PbO ＋2SO₂

UF₄＋Mg=高温=U＋MgF₂

4、铜绿(碱式碳酸铜)：Cu₂(OH)₂CO₃。孔雀石的主要成分为CuCO₃·Cu(OH)₂。蓝铜矿的主要成分为2CuCO₃·Cu(OH)₂。

5、化学品可以分为大宗化学品和精细化学品两大类。乙烯、硫酸、纯碱和化肥等属于大宗化学品，医药、农药、日用化学品、食品添加剂等属于精细化学品。

6、人类早期使用的农药有除虫菊、烟草等植物和波尔多液、石灰硫黄合剂等无机物。后来，人们研制出了有机氯农药、有机磷农药、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯类农药等有机合成农药，使农药向着高效、低毒和低残留的方向发展。

7、水杨酸和乙酰水杨酸

8、青蒿素类药物：抗疟疾。

9、食品添加剂

(1)着色剂、增味剂

天然色素常见的有红曲红、β－胡萝卜素、姜黄、叶绿素铜钠盐、焦糖色等。

合成色素常见的有苋菜红、柠檬黄、靛蓝等。

味精是一种常用的增味剂，其主要成分为谷氨酸钠：NaOOCCH₂CH₂CH(NH₂)COOH。

(2)膨松剂、凝固剂

膨松剂有碳酸氢铵、碳酸氢钠等。

制作豆腐用的氯化镁、硫酸钙、葡萄糖酸－δ－内酯。

(3)防腐剂、抗氧化剂

苯甲酸及其钠盐(用于果汁、酱油、醋、酱、腌菜)、山梨酸及其钾盐(用于糕点、熟肉、半成水产品)是防腐剂。

亚硝酸钠(用于腊肉、香肠)是一种防腐剂和护色剂。

抗坏血酸(即维生素C，用于果汁或水果)、丁基羟基茴香醚(用于油脂)是抗氧化剂。

(4)营养强化剂

食盐中加碘酸钾，在奶粉中添加维生素、碳酸钙、硫酸亚铁、硫酸锌等。

10、食品添加剂使用时应符合以下基本要求：

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。

在下列情况下可使用食品添加剂：

①保持或提高食品本身的营养价值；

②作为某些特殊膳食用食品的必要配料或成分；

③提高食品的质量和稳定性，改进其感官特性；

④便于食品的生产、加工、包装、运输或者储藏。

11、污水的三级处理：

(1)一级处理通常采用物理方法，即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。经过一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常将一级处理作为预处理。

(2)二级处理采用生物方法(又称微生物法)及某些化学方法，除去水中的可降解有机物等污染物。经过二级处理后的水一般可达到国家规定的排放标准。

(3)三级处理主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。经过三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。

12、甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体。

旧的合成方法是：

(CH₃)₂C=O＋HCN→(CH₃)₂C(OH)CN

(CH₃)₂C(OH)CN＋CH₃OH＋H₂SO₄→CH₂=C(CH₃)COOCH₃＋NH₄HSO₄

新的合成方法是：

CH₃C≡CH＋CO＋CH₃OH→CH₂=C(CH₃)COOCH₃

13、腈纶是由丙烯腈(CH₂=CHCN)聚合而成。

丙烯主要来自石油的裂解，例如：C₁₀H₂₂→2C₃H₆＋C₄H₁₀。

丙烯腈可以由丙烯与氨和氧气反应制得，化学方程式为

2CH₂=CHCH₃＋2NH₃＋6O₂→2CH₂=CHCN＋6H₂O。

14、用金红石(主要成分为TiO₂)为原料生产钛的步骤主要有：

①在高温下，向金红石与焦炭的混合物中通入Cl₂，得到TiCl₄和一种可燃性气体；

化学方程式为TiO₂＋2C＋2Cl₂=高温= TiCl₄＋2CO。

②在稀有气体(如氩)氛围和加热的条件下，用镁与TiCl₄反应可得到钛。

化学方程式为TiO₂＋2Mg=Δ/Ar= 2MgCl₂＋Ti。

15、乙烯生成环氧乙烷