化学与人类知识点

一、绪论

1、化学是什么样的学科

（1）早期的实用化学：

对火的认识利用——化学认识的开端，最早最伟大的化学实践

陶器制造——化学方法最早运用，标志着人类制造和使用机械的开始

金属的冶炼——化合态变为游离态

造纸流程——浸润，细碎，去污，蒸煮，洗涤，成浆，脱水

（2）化学是研究物质变化的学科

（3）化学是自然科学中分子层次上的科学

（4）实验科学，中心科学

（5）双刃剑，社会伦理

2、科学家的责任

挑战自身原始创新能力与创造力，勇于承担社会责任

二、化石能源

1、能源分类：

（1）能源定义：可以直接或经转换提供人类所需要光、热、动力等任意形式能量的物质资源

（2）分类

一次能源

常规能源

可再生：水

非可再生：石油、煤、天然气

新能源

可再生：太阳能、风能、生物质能

非可再生：核裂变燃料、油页岩、油砂、页岩气、可燃冰

二次能源

煤制品

煤焦油、焦炭、煤气

石油制品

汽油、煤油、柴油、液化石油气

电力、氢能、沼气、蒸汽

2、能量转化

（1）热力学第一定律（能量守恒定律）：能量可以从一种形式转化为另一种形式，能量既不会减少也不会增加。（体系内能的增加，等于体系从环境吸收的热加上环境对体系做的功）

（2）热力学第二定律：不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其它影响（不可能使热量由低温物体转到高温物体，而不引起其它变化）

3、石油——燃料、照明、石油化工

（1）定义：碳氢化合物的混合物（碳氢化合物：烃类化合物是由碳氢两种元素组成的化合物）

饱和烃：烷烃：H3C-CH3

不饱和烃：烯烃：H2C=CH2

炔烃：HCΞCH

芳香烃：带苯环的烃

（2）分馏

依据：碳链越长（碳原子数多），沸点越高，（沸程：沸点的范围）

外界压力与沸点正相关

（3）使用：内燃机气缸：进气——压缩——点火——排气

爆炸式燃烧：爆震原因：自燃点低的烃在气缸温度下易形成过氧化物

自燃点：直链烷烃< 支链烷烃、环烷烃< 芳香烃

（4）汽油品质评价：辛烷值（抗爆性能相同的混合物中异辛烷的百分比表示，与抗爆性正相关）

提高辛烷值方法：

重整汽油（含催化重整）

将汽油中直链烷烃变成支链烷烃和芳香烃。（产率，30%；辛烷值是100）使用催化

催化裂化

采用热裂解可以把长链烃类裂解成短链，汽油比例提高15－30％；使用催化剂后，

汽油得率高达80％。

烷基化：小分子烯烃+异丁烷——直链烷烃

（5）汽油：通过石油分馏获得；仍是混合物

不同产地品质不一样：同分异构体（分子式相同，结构不同）

重点提高辛烷值方法：

1、加四乙基铅：分解为氧化铅，分解过氧化物（汽油中加千分之一，辛烷值提高

13－17）但是铅有毒害

2、乙醇汽油（90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成）：辛烷值高，抗爆性好，

含氧量高，减少尾气排放，资源丰富。但是热值低增加油耗，气化快动力小，

乙酸腐蚀金属，乙醇腐蚀非金属，吸水液相分离

3、甲醇，异丙醇，叔丁醇

（6）柴油评价标准：十六烷值（柴油在柴油机中燃烧时自燃指标）

柴油的十六烷值低于工作条件要求，会使燃烧延迟和不完全，以致发生爆震，降低

发动机功率，增加柴油消耗量。但十六烷值过高，也会使燃烧不完全而发生冒烟现

象，并增加柴油消耗量

（7）标号依据：柴油凝固点，正比

4、煤

（1）成分：C:60-95，H:2-6，N:0.1-2，O:2-30,S:0.3-13

（2）产品：

煤气化制合成气：H2，CO

干馏：空气隔绝加热处理，得煤气、煤焦油（主要用于生成塑料、合成纤维、燃料、橡胶、医药和耐高温材料等）、焦炭（制电石）

三：原子核能

1、核结合能：

a.中等质量原子核的核子平均结合能较大

b.轻核和重核的核子平均结合能都较小

结论：平均结合能越大，原子核越稳定，中等质量的原子核较稳定。

2、获得能量

（1）重核裂变（质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂为两个或多个中等质量的原子核.）

（2）轻核聚变

3、核反应：

（1）放射性同位素

能放出各种不同的射线

放出的射线由不同原子核本身决定

具有一定的寿命-半衰期

（2）半衰期：

N T=N0(1/2)^(t/H)

4、核电站：

增益系数：某代中子数对于上一代中子数之比称为再生系数，K

临界状态，把K＝1需要的最小的裂变燃料数量叫做临界质量

超临界状态: K>1 危险

次临界状态：K<1 停产

正常状态：K=1 正常运行

重点：放射性同位素应用

示踪技术：引入少量放射性同位素，并随时观察其行踪的方法

中子活化分析：将被测物质放入反应堆中，接受中子的照射，由于原子核吞吃了一个中子，所以，它不可能保持不变，它会放出特征β射线或γ射线

1、工业：

检测：测量放射源放出的粒子透过塑料薄膜或纸张之后的粒子数量就能确定薄膜或纸的厚度。

放射性废物的利用：氪-85（半衰期10.7年）的应用，可作为机场跑道和煤矿照明用的自发光源中的激活成分，寿命长，不要有能源，与天气条件无关。

辐射技术的应用:适量的核辐射作为一种物理效应，却有着广泛的应用，可以给人类带来很多奇特的好处,如：钴-60发射的γ辐射能量为1.17和l.33兆电子伏，这两种辐射对检查金属中的缺陷特别有作用。

改进材料性能：改进纤维、化学药品合成、木材塑化加工等等

2、农业：

种子变异：“鲁棉一号”、“原丰早”水稻、“铁丰18号”大豆

根茎叶的侦察兵：探测氮、磷、钾肥料成分被吸收的情况，移动的速度，在植物体内的分布。

揭示光合作用的奥秘:以14C做侦探，揭秘二氧化碳气体和植物根部吸收的水分、无机盐等进行合成产生的淀粉、蛋白质、脂肪等各种物质，在植物体内是怎么样运动、转移。

食品保鲜：一定剂量的照射，能杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫。适当剂量的照射，能抑制农畜产品的生命活动。如新鲜的鱼、鸡蛋、肉类的保存。

灭菌杀虫：食松虫、螺旋蝇、萃萃蝇

3、医学

医学示踪：检查血液循环系统，可以查明血液循环系统是否有狭窄或障碍的情况，钠-24 同位素造影术：金-198肝扫描

放射治癌:利用放射性杀伤细胞的性能去杀伤癌细胞。外照射治疗法、小辐射源治疗法、内用疗法

伽玛刀技术

放射性消毒：缝线、肠壁缝合线进行消毒

4、考古：14C—半衰期，5568年

四、电池

电池是一种利用电化学的氧化-还原反应，进行化学能---电能之间转换的储能装置。

1、锌铜电池

原理：两种得失电子能力不同的金属（锌的活性大于铜，失电子，锌负极，铜正极）；中间有导电的盐桥

2、化学电源：

原理：

（1）必须把化学反应中失去电子的过程和得到电子的过程，分隔在两个区域内进行; （2）两个电极分别发生氧化和还原反应，电子必须通过外电路做功。

3、锂离子电池优缺点：

（1）优点：

工作电压高、能量密度高、自放电速率低、循环寿命长、无记忆效应、环保

（2）缺点：

快充放电性能差、大电流放电特性不理想、价格偏高、过充放电保护问题

（3）方法：

不必超长充电，及时充电不要等电量用光

4、电池分类：

（1）一次电池：锌锰干电池，纽扣电池，锂原电池

（2）二次电池：铅酸、镉镍、氢镍、锂原子电池

一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使用，可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，另外，一次电池的自放电远小于二次电池。

五、食物：

1、化肥要素：氮磷钾

2、氮肥：

（1）要求：含量高，溶于水，工艺简单，原料丰富，价格低

（2）变化：

第一代：NH3，氨具有强刺激性，浓度高时会伤及植物的茎和叶；使用时容易挥发

第二代：硫酸氨(NH4)2SO4、硝酸氨NH4NO3、氯化氨NH4Cl、碳酸氢氨NH4HCO3。阴离子对土壤有影响

第三代：尿素NH2-CO-NH2，含氮量高，47%，水溶性好，对土壤无副作用

3、反应速率与反应活化能：负相关，活化能相当于反应门槛

4、磷肥：种子、尸骨、粪便，磷矿石最多，水溶性才有效

5、钾肥：

有效提升农产品品质、提高作物抗逆性，而且通过平衡施肥、科学配比，还可以有效提升氮、磷肥料利用效率。我国农业部门推荐的氮、磷、钾施肥配比为1：0.4：0.3。

五、化肥副作用：

（1）重金属和有毒元素有所增加，直接危害人体健康

（2）微生物活性降低，物质难以转化及降解（活性大小的顺序:有机肥配施无机肥>单施有机肥>单施无机肥）

（3）养分失调，硝酸盐累积

（4）酸化加剧，PH变化太

6、有机肥

从生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，消除了其中的有毒有害物质，富含大量有益物质，包括：多种有机酸、肽类以及包括氮、磷、钾在内的丰富的营养元素。不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分。

重点：催化剂

催化反应特点：

（1）催化剂参与反应并起着周而复始的循环作用

（2）只有热力学可能的反应才能找到催化剂

（3）催化剂只能加速化学反应达到平衡的速度，但不能改变反应体系的平衡状态（平衡点）

（4）有敏感的选择性

7、保幼激素、拒食剂、性激素

8、植物生长调节剂：除草剂、矮壮素、催熟剂、

重点：有机食品不一定是健康食品

有机农产品指的是在整个生产过程中，都必须按照有机农业的生产方式种植，生产过程中完全不使用化学农药、化肥、生长调节剂等化学物质。

1.天然农药同样有害，也存在农药残留的问题。

2.有机农作物中的天然毒素含量通常要比常规农作物高10～50%。

3.害虫和其他动物对农作物的伤害还会导致另一个更严重的后果，在伤口处容易滋生霉菌，而霉菌会分泌毒性更强的毒素。

4.有机肥主要来自动物粪便，含有的病菌、寄生虫虫卵会污染农产品，还存在着抗生素污染的问题。

9、食醋：

软化植物纤维素，改善食物的色、香、味；

有利于保护食物中的维生素C（因为维生素C在酸性条件下比较稳定）

烹调鱼虾时，食醋能除腥，还能溶解其中的钙质，促进人体对钙、磷的吸收。

发生脂化反应，生成香料——乙酸乙酯。

六、大气

1、大气污染：气态污染物，颗粒污染物，

2、大气污染危害：降低能见度；形成雾及降水；减少太阳辐射；改变温度和风的分布；危害人类健康

3、酸雨：

（1）危害：杀死水中浮游生物，破坏水生系统

叶面损伤坏死，森林衰退，土壤酸化，农业减产

腐蚀损害建筑材料

通过食物链使重金属进入人体，诱发癌症与老年痴呆

酸雾侵入肺部，引起肺水肿甚至死亡

长期生活在含酸沉降物的环境中，诱使产生过多氧化脂，导致动脉硬化、心梗

等疾病概率增加。

（3）现象：雨水pH值小于5.6

原因：释放过多酸性氧化物气体

防止：节能减排

4、温室效应

（1）主要影响:

地球表面温度增加、海平面上升、全球气候转变、伤害人体抗病能力、动物大迁移、受高浓度臭氧影响地区扩大

（2）现象：地表温度升高

原因：释放过多温室气体

防止：节能减排

5、臭氧空洞

（1）臭氧↓1% → 紫外辐射↑2％→ 皮肤癌↑4％

（2）现象：臭氧减少、出现空洞

原因：人类释放过多卤代烃

危害：直射地球，危及生物

防止：减少排放

6、灭火原理：（氧化物，可燃物，着火点）

（1）窒息法－使氧浓度低于14％。如覆盖法。稀释法

（2）冷却法－降低可燃物温度使其低于自燃点

（3）疏散隔离法－断绝可燃物

（4）化学抑止法－消灭引发燃烧的自由基

七、水资源

1、水的净化：

水源——泵站——沉降池——沙滤——嚗气池——加氯——水塔——用水系统

沉降：硫酸铝Al2(SO4)3，Al(OH)3胶装沉淀，

曝气：高铁酸钠Na2FeO4，氧化、杀菌、脱色、除臭，除掉挥发性有机物

杀菌消毒：氯气消毒；漂白粉消毒；臭氧消毒

Cl2+H2O ——HCl + HClO

2、渗透：在相同压强下，当用半透膜将两种不同浓度的溶液隔开时，溶剂会从浓度较低的

溶液通过半透膜迁移到浓度较高的溶液中，这一现象称渗透。

3、反渗透：若在溶液一侧外加一个大于渗透压的外压时，溶剂可从溶液向溶剂渗透或从浓

溶液向稀溶液渗透的现象称做反渗透。

半透膜：耐压，具有选择性，一定的通量

4、稀溶液的依数性：

当溶液的浓度较稀时，蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低、渗透压的数值仅与溶液中溶质的质点数有关，而与溶质的特性无关。

蒸气压下降：溶剂的部分表面被溶质所占据，因此，单位时间，逸出液面的溶剂分子数相应减少，即蒸发速率减小，凝聚占优，结果使系统在较低的蒸气浓度或压力下达到平衡。此时溶液的蒸气压必低于纯溶剂的蒸气压。

凝固点降低效应是抗冻剂的作用基础

八、高分子材料

1、塑料

（1）加成聚合：

加聚反应是由不饱和的单体通过加成反应形成的高分子长链化合物。

即加成聚合反应，一些含有不饱和键(双键、叁键、共轭双键)的化合物或环状低分子化合物，在催化剂、引发剂或辐射等外加条件作用下，同种单体间相互加成形成新的共价键相连大分子的反应就是加聚反应。

如：乙烯分子：H2C=CH2，双键打开：- H2C-CH2-，之后多个分子加成聚合：- H2C-CH2- H2C-CH2- （2）缩合反应

缩合反应是两个或两个以上有机分子相互作用后以共价键结合成一个大分子，并常伴有失去小分子（如水、氯化氢、醇等）的反应

如乙二酸与乙二醇：己二酸去两个羟基，乙二醇去两个氢

生成长链大分子，并有n个单位的水分子

（3）通用塑料

工程塑料，

特种塑料（耐高温，耐腐蚀，致密光滑）

不粘锅：聚四氟乙烯，热性能、化学性能、易清洁性能、无毒性优异，耐腐蚀与老化

2、纤维：

（1）纤维性状：

植物纤维主成分是纤维素，为β－葡萄糖C6H12O6的聚合物，无异味。

棉在显微镜下看到棉纤维呈细长略扁的椭圆形管状、空心结构，吸湿（吸汗）性、透气性、保暖性好，是做内衣的理想材料。

麻为实心棒状的长纤维，不卷曲，洗后仍挺刮，适于做夏季衣裳、蚊帐。

动物纤维主成分为蛋白质（系角蛋白），因为不被消化酵素作用，故无营养价值，均呈空心管结构。

丝纤维细长，由蚕分泌液汁在空气中固化而成。一个蚕茧通常由一根丝缠绕而成，长达1000～1500米。强度高，有丝光，宜做夏季衬衫，为高级衣料。

毛纤维粗短，包括各种兽毛，以羊毛为主。构成羊毛的蛋白质有两种：细胞间质蛋白和纤维质蛋白。后者排列成条，前者则像楼梯的横档使纤维角蛋白连接，两者构成羊毛纤维的骨架，有很好的耐磨和保暖功能，适宜做外衣和水兵服。

（2）对纤维要求：

具有线型分子结构，分子链排列规整。

分子量大小要适当(10^4)，才有利于拉丝和保证足够的强度。

分子链间要有较强的吸引力

3、合成高分子材料方法

（1）加聚

均聚（单一单体），共聚（两个以上单体）

（2）缩聚

酯化反应：乙酸和乙醇在浓硫酸加热的条件下反应生成乙酸乙酯和水

CH3COOH+C2H5OH<------>(可逆符号)CH3COOC2H5+H2O

重点：有机官能团结构与举例

醇：R-CH3-OH,乙醇CH3CH2OH

酮：羰基，R─CO─R，丙酮（二甲基甲酮）CHCOCH

羰酸：R─CO─OH，乳酸，H3C-CH(C下面接OH)-COOH，甲酸，H-COOH

醛：R-CO-H,甲醛，HCHO

酯：R-CO-OR，乙酸乙酯，C4H8O2

醚：R-C0-R，乙醚，C4H10O

酰：R-CO-，亚硫酰氯，SOCl2

九、表面活性材料与纳米

1、表面活性剂：

能显著降低水的表面张力

具有双亲基团—亲油基和亲水基

（1）洗涤原理

a.由于油垢对表面活性剂亲油基团的吸引，致使亲水基团定向排列向着水相，使整个带油垢的纤维浸润在水中－润湿

b.表面张力降低后，使纤维和污垢间因产生大量气泡而膨胀，污垢被松动

c.水相通过两亲物质对污垢的增溶而溶解

（2）种类

阴离子型－肥皂，洗衣粉

阳离子型－季胺盐（柔顺剂）

非离子型－洗洁精

两性表面活性剂－甜菜碱

（3）功能

发泡－灭火器、皂泡玩具

润湿－洗涤、农药、沥青马路

增溶－苯溶于肥皂水、油垢洗涤

乳化作用－药剂、化妆品、牛奶

2、纳米材料含义：

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。

纳米技术：

在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

3、纳米材料特性：

（1）表面效应：纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。

由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。

（2）小尺寸效应：由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

对纳米颗粒而言尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，产生一系列新奇的性质。例如金属纳米颗粒对光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移；小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别，由磁有序态向磁无序态，超导相向正常相转变。金随着粒径增加熔点迅速上升

（3）量子尺寸效应：当热能、电场能、或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子效应。

这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。如CdS微粒由黄色逐渐变为浅黄色，金的微粒失去金属光泽而变为黑色等。同时，纳米微粒也由于能级改变而产生大的光学三阶非线性响应，还原及氧化能力增强，从而具有更优异的光电催化活性（4）宏观量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应，

3、纳米新特性及应用

（1）光学：当黄金被细分到纳米尺寸时，即失去了原有的光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在纳米颗粒状态都呈现为黑色。这种金属材料对光的反射率很低，通常可低于l％，它可以作为高效率的光热、光电等转换材料。如隐形飞机涂层

（2）热学：固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。

（3）磁学：磁性超微颗粒实际上是生物磁罗盘。利用磁性超微颗粒的特殊性质，已做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。

（4）物理性质：纳米材料的代表之一：碳纳米管，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的１０倍，是纳米技术研究的热点，它将是未来制造业的首选材料。