化学 人类 生活 2课件

1、 Chapter 3 化学使人类丰衣足食Chemistry and Humankind人口增长：12000年前 一千五百万 1850年 10亿 1970年 50亿 2000年 60亿现在每天饿死2万多人人口越来越多，耕地越来越少 Chemistry and Humankind每天都有24000人因饥饿死亡 菲律宾儿童在 垃圾堆寻找食物 据联合国粮农组织发布的最新消息，大约有3分之2的国家仍然存在饥饿现象，不仅如此，饥饿人数比10年前有增无减。中国在战胜饥饿方面显然取得了令人嘱目的成就，但在中国不能吃饱饭的人仍有1亿1600万。单从纯数字统计角度看，中国的发展最为明显：在90年代，营养不良者降低

2、了76，挨俄人口比例从16降低到9。然而，从绝对数字看，中国挨俄人口除印度外仍然是全球最多的，目前，不能吃饱饭的中国人仍有1亿1600万之众。Chemistry and Humankind化 学 肥 料氮、磷、钾氮主管植物茎叶生长，需求量最大，需求期最长氮肥要求：氮含量高须溶于水制造工艺简单原料丰富、价格低廉NH3Chemistry and Humankind如何合成氨N2 + 3H2 = 2NH3N N 非常强，需要极高的能量才能打开，反应几乎不可能！A catalyst is a substance which increases the rate at which a chemical

3、system attains equilibrium by virtue of its unique surface characteristics, and which is left substantially unaltered at the finish of the reaction.催化剂只有加速没有减速，没有负催化剂Chemistry and Humankind催 化 反 应 的 特 点1. 催化剂参与反应并起着一个周而复始的循环作用反应物A催化剂C中间物A-C产物P反应物BA + B P反应Chemistry and Humankind2. 只有热力学上可能的反应才能找到催化剂

4、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，即不能改变它的平衡点4. 催化剂具有敏感的选择性氢和氮以3:1在400oC和300atm下，生成氨的平衡浓度为35.87%(VOL), 用任何一个催化剂都不能改变这个平衡浓度CO + H2CH4 Ni催化剂CH3OH Cu-Zn催化剂汽油 Fe催化剂石蜡 Ru催化剂乙烯 Ni/K2O催化剂Chemistry and Humankind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。固体氮肥：硫酸氨 (NH4)2SO4硝酸氨 NH4NO3氯化氨 NH4Cl碳酸氢氨 NH4HCO3第二代氮肥阴离子对土壤有影响尿

5、素 NH2-CO-NH2第三代氮肥含氮量高，47%水溶性好对土壤无副作用Chemistry and HumankindChemistry and HumankindChemistry and Humankind化 学 农 药第一代农药：配方式波尔多液、格利森水第二代农药：有机氯DDT第三代农药：有机磷敌敌畏第四代农药：氨基甲酸酯和拟除虫菊酯新的除虫方法：保幼激素、性激素、植物生长素LD50: 使某生物群体50%死亡所需的药剂量。常以每公斤动物所需的量来计算。八字方针：低毒，有效，广谱，价廉Chemistry and Humankind （DDT） （六六六） （丙体六六六） 一、有机氯杀虫剂

6、这类杀虫剂主要是以苯或环戊二烯为原料合成的系列多氯化合物，也有其它原料合成的多氯代烃。从40年代开始很长一段时间内，这类杀虫剂曾大量、广泛地被应用于作物保护和灭除害虫。其中最重要的品种有滴滴涕和六六六Chemistry and Humankind（1）酸酯类 （2）硫代磷酸酯类 二、磷酸酯类杀虫剂 40年代，滴滴涕等有机杀虫剂在防治水稻螟虫等农业害虫方面起着很重要的作用，但滴滴涕对蚜虫和螨类防效很差，反而把这些害虫的天敌杀死，造成更严重的虫害。当时问世的磷酸酯类杀虫剂被认为是最高效的新农药，对蚜虫和螨类（如棉蚜虫、红蜘蛛等）的防效也很好，很快成为一大类农药品种。Chemistry and Hu

7、mankind（3）二硫代磷酸酯类 （4）氨基磷酸酯类 甲胺磷 乙酰甲胺磷Chemistry and Humankind三、氨基甲酸酯类杀虫剂 从产自西非的毒扁豆碱提取的毒性成分是一种氨基甲酸酯，称为毒扁豆碱。1930年英格哈特发现毒扁豆碱及其类似物具有抑制胆碱酯酶的作用。从50年代后期开始，人们陆续开发了一系列具有N-甲基的氨基甲酸酯类杀虫剂。 Chemistry and Humankind氨基甲酸酯类杀虫剂特点 （1）选择性强 这类杀虫剂对咀嚼式害虫，例如棉红铃虫等具有特效。（2）杀虫谱广 如甲萘威和克百威均能防治上百种害虫，又如速来威、灭多威和丁硫克百威等还有一定的内吸性，且不伤害天敌。

8、（3）增效剂可提高药效 用于拟除虫菊酯的增效剂亦可用于氨基甲酸酯类杀虫剂的增效。氯化胡椒丁醚使甲萘威对家蝇的毒力可提高15倍。最近国外发现增效剂UC-76220，能使甲萘威对灰翅夜蛾类的药效提高27倍。 Chemistry and Humankind（4）对人畜和鱼类低毒 由于氨基甲酸酯类杀虫剂的母体化合物毒性较高，它们在温血动物与昆虫体内的代谢途径不同，在前者体内易水解，而在后者仍保持母体化合物的毒性。（5）化合物结构简单，易于合成 一种中间体或一套设备能生产多种产品。如甲基异氰酸酯可至少作为30种氨基甲酯类农药的中间体。生产设备亦具有通用性。（6）新的品种不断上市，应用范围不断拓宽 已发现

9、具有卓著除草和杀菌活性的化合物。此外，还出现了具有非杀灭性的昆虫激素型氨基甲酸酯类结构（如双氧威）。Chemistry and Humankind2.主要品种 （1）氨基甲酸芳酯杀虫剂 Chemistry and Humankind四、拟除虫菊酯类杀虫剂 除虫菊酯I：RCH3 除虫菊酯II：R=COOCH3 ） Chemistry and Humankind拟除虫菊酯类杀虫剂的药效，一般比前面所述的普通杀虫剂高一个数量级。拟除虫菊酯对人畜的毒性一般很低，由于施药量小，故对人畜基本无害。它较易降解，没有残留的问题，对环境污染很轻，所以有人认为它是继无机农药、有机农药之后的第三代农药。但是，在这类

10、杀虫剂中，多数品种只有触杀作用而无内吸作用，鱼毒较高，特效期过短，价格也较高。近年新开发的品种逐渐克服老品种存在的问题，有较强的杀螨功效，有的鱼毒很低，有的有较强的熏蒸作用，耐光氧化的品种也越来越多。 Chemistry and Humankind2.含卤素基团的环丙烷羧酸酯类 这类拟除虫菊酯的耐光性较好，主要用于防治农作物害虫。 氯菊酯 氯氰菊酯 Chemistry and Humankind3.非经典结构的拟除虫菊酯 以上所述的拟除虫菊酯属于烯基环丙烷羧酸的衍生物，结构上和天然除虫菊酯较类似。人们在研究上述品种的工作基础上，进一步改变结构，合成各种结构上与上述品种差异较大的新产品，同样具有

11、优良的杀虫功效和低毒的性质，这些产品也称为拟除虫菊酯 氰戊菊酯 Chemistry and Humankind氟氰菊酯 氟胺氰菊酯 甲氰菊酯 Chemistry and Humankind烃菊酯MTI-800 醚菊酯MTI-500 Chemistry and Humankind植物生长调节剂 1.类生长素 3-吲哚乙酸 2.类细胞激动素 激动素 6-苄基氨基嘌呤 Chemistry and Humankind官 能 团Chemistry and Humankind人 要 衣 装纤维素和人造纤维单糖、低聚糖和多糖单糖最简单的不能再被水解的碳水化合物。如葡萄糖、果糖和核糖。低聚糖有几个(2-9)个

12、单糖分子聚合而成，根据单糖的数目可分成二糖、三糖等。其中二糖最重要，如蔗糖、麦芽糖。多糖由许多单糖分子聚合而成，如淀粉和纤维素。Chemistry and Humankind单糖的开链结构和环状结构果 糖FructoseChemistry and HumankindChemistry and HumankindChemistry and HumankindChemistry and Humankind一、成纤的基本条件 1具有线型分子结构，分子链排列规整。 2分子量大小要适当，才有利于拉丝和保证足够的强度。(104)。 3分子链间要有较强的吸引力 4能溶解或溶融。Chemistry and H

13、umankind人造纤维的发展简史 1644年，英国科学家罗伯特胡克撰文说人类应该能够仿效蚕蛾产丝的工序。但是，胡克并没有沿着这一思路继续深入下去。 走近这一问题的发明家是英国科学家约瑟夫斯旺。1883年，他正在进行那项令人们日后回想起他的发明电灯泡。他尝试种种供灯泡发光用的灯丝材料。他得出结论，如果把硝酸纤维素和醋酸混合，然后将混合物从一系列微小孔眼中“挤压出来”，或者说强迫其流出，就能制造出纤维。人 造 纤 维Chemistry and Humankind 斯旺本人并没有认识到他的新纤维的重要性，仍继续自己在灯泡发明方面的研究。但与此，法国的坎特希拉勒德查东内特也在通过孔眼挤出硝酸纤维素，

14、来制造一种连续的细丝。查东内特称他的纤维是“人造丝”。后来它以“人造纤维”而闻名于世。右图：硝酸纤维素浸透后置于酒精和醚中溶解，以形成一种叫做胶棉的物质。它可挤压成人造纤维。 人造纤维的发展简史Chemistry and Humankind人造纤维的制造方法将不能纺织的纤维素变成可以纺织的纤维天然纤维素 碱纤维素纤维素黄原酸钠 纺丝粘胶纤维 人造粘胶纤维NaOHCS2黄化稀NaOH老化喷丝H2SO4Na2SO4固化Chemistry and Humankind几种重要的合成纤维1聚酰胺纤维 各链节以 CONH 相连结 商品名称：锦纶（又称尼龙）、耐纶等 优点：具有高强度，有一定的弹性、耐磨、耐

15、油、耐腐蚀、耐细菌。 缺点：耐光较差，长期光照下强度下降。 例：Chemistry and Humankind 2 聚酯纤维 各链节以COO相连结 商品名称：涤纶、的确良等 优点：强度大、耐磨（仅次于聚胺纤维）、富有弹性、易皱、吸水性小、耐光、耐腐蚀、耐漂白剂、耐氧化剂、耐有机试剂及无机酸，绝缘性好。 缺点：耐碱性稍差。 例：的确良聚对苯二甲酸乙二酯纤维Chemistry and Humankind 3 聚丙烯腈纤维 单体：是丙烯腈 商品名称：腈纶（又称合成羊毛） 优点：柔软蓬松，强度、保暧性及弹性比 羊毛好，是优良的天然代用品。 缺点：耐磨性能不及羊毛好。 合成：Chemistry and

16、Humankind 4 聚乙烯醇缩甲醛纤维 商品名称：维纶 特点：外观、手感、吸湿性均极似棉花，有“合成棉花”之称。其耐磨性、强度都比棉花好。 单体：Chemistry and Humankind合 成 纤 维 反应一. 加聚n CH2CH2 ( CH2CH2 )n丙纶（聚丙稀）、氯纶（聚氯乙稀）、维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛）、腈纶（聚丙稀腈）二. 缩聚nH2N(CH2)4NH2 + nHOOC(CH2)6COOH HN(CH2)6NHOC(CH2)6CO n 涤纶（聚酯纤维）、尼龙（聚酰胺）Chemistry and Humankind缩聚反应如羧基和羟基缩合成酯脱水对苯甲酸乙二醇这个羧基能继续

17、和羟基缩合这个羟基能继续和羧基缩合这样经过很多次的缩合反应形成高分子长链化合物。这样的反应叫缩聚反应。Chemistry and Humankind加聚反应加聚反应是由不饱和的单体通过加成反应形成高分子长链化合物。比如由丙烯腈制聚丙烯腈：碳碳双键打开，每一个碳又分别和另一个分子中的碳成键。这样连下去形成高分子化合物。加聚反应与缩聚反应不同的是：缩聚反应中有小分子物质生成，而加聚反应没有。Chemistry and HumankindTraditional polymers from oil feedstocksStrategic technology conservative cultureC

18、hemistry and HumankindChapter 4化学能保护和改善人类赖以生存的环境Chemistry and Humankind一. 水 资 源缺 水1. 整个地球缺水 联合国報告說，到本世紀中葉，全球多個國家的億人口將陷入水資源供應嚴重匱乏的困境。其中個國家的億人口還面臨人口持續增長、國內政治動蕩的威脅。 報告特別提到，亞洲境內的河流受到污染的程度在全球最嚴重，其中對人體有害的細菌含量超過全球平均標準的倍。由於受到工業廢水的污染，其水源中鉛含量超出正常標準倍。 淡水占地球水量的2.53%可以利用的淡水源仅为0.3%淡水消耗增长是人口增长速度的2倍Chemistry and Hu

19、mankind水资源的概念广义：地球上水圈内的水量总体狭义：目前技术条件下，可供人类利用的那一部分淡水资源（包括河流水、淡水湖泊水、浅层地下水）Chemistry and Humankind地球上水的组成Chemistry and Humankind世界淡水的组成Chemistry and Humankind其它淡水的组成世界的其它淡水中，河流水和湖泊淡水分别占了世界淡水总储量的0.006%和0.26%,再加上少量的浅层地下水,可利用的淡水占全球淡水总储量的0.3%,水资源是有限的Chemistry and Humankind世界水资源分布影响水资源分布的因素降水量的空间分布衡量水资源丰富程度

20、的主要指标多年平均径流总量河流水只占了世界淡水总储量的0.006%, 远小于湖泊水储量, 为何还是以多年平均径流总量作为指标?Chemistry and Humankind世界各大洲径流资源Chemistry and Humankind世界上水资源最丰富的国家径流资源比较Chemistry and Humankind中国水资源的特点数量上：“总量不少，人均不多”空间分布上：“南方多、北方少，东部多、西部少”时间分配上：“夏秋两季多，冬春两季少，各年之间变率大”Chemistry and Humankind水资源的开发利用与保护造成水资源紧缺的原因：自然原因：如水资源时空分布不均、部分地区气候反

21、常等。人为原因：用水量迅速增加 水质污染Chemistry and Humankind世界用水量的增加城市居民用水工业用水农业用水Chemistry and Humankind严重的水污染Chemistry and Humankind水资源的合理利用和保护建立蓄水工程修建跨流域的引水工程合理开采地下水科学用水，节约用水保护水资源，防治水污染水的时间分配不均水的空间分布不均地下水更新周期长水资源有限及世界用水量的迅速增加水污染严重Chemistry and Humankind2. 中国是一个缺水国家中国本来就是水资源严重短缺的国家，人均水资源拥有量二千二百立方米，仅为世界平均水平的四分之一。全国

22、六百六十九个城市中，有四百个供水不足。有的城市被迫限时限量供水，严重制约着当地经济和社会发展。据预测，当本世纪中叶中国人口达到十六亿峰值时，人均水资源拥有量将减少到一千七百五十立方米。全国大部分地区将面临水资源更加紧张，缺水更加严重的局面。 联合国将中国列为全球13个最缺水国家之一上海是联合国预测21世纪饮用水严重缺乏的六大城市之一Chemistry and Humankind3. 仅有的水资源被严重污染直接进入河流的工业废水含有多种污染物。如下表：化肥工业农药工业石油工业石化工业化学工业造纸工业冶金工业纺织工业钢铁工业氯有机物矿物和油酚氮磷汞铅镉Chemistry and Humankind

23、水 的 净 化水源 泵站 沉降池 沙滤 嚗气池 用水系统 水塔 加氯沉降剂硫酸铝 Al2(SO4)3加氯杀菌 Cl2 + H2O HClO + HCl HCl + OChemistry and Humankind饮 用 纯 净 水天然水矿泉水蒸馏水利用蒸馏手段得到的一种纯水太空水反渗透水反渗透法在相同压强下，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。如果要阻止溶剂的迁移，必须在浓度较高溶液的液面上外加一定的压力，此压力称为渗透压。当外加压力大于渗透压时，溶剂将向反方向渗透，称为反渗透。反渗透水就是利用这一原理(用尼龙或醋酸纤维

24、等制成能经受高压，同时不让离子，包括有机物、细菌等透过，孔径大约为-9米的半透膜)得到的高纯度水Chemistry and Humankind到 底 该 喝 什 么 水 ？ 有一天，我到朋友家作做客，看到他用热水瓶倒水沏茶，略为惊讶，便建议他，“为什么不用纯水饮水机，这样会省去许多麻烦。”他的表情一下子严肃起来，一本正经道：“千万不要去喝纯水，纯水中把人体正常生理活动、代谢必需的微量元素也都去掉了，这会危及人体健康。”与我同往的另一位朋友马上接了嘴：“从饮水中得到的矿物质占人体需要量的比重很小，一般可以从食物中获取，你大可放心，没关系的。”主人态度很坚定：“据调查，我国还有30%左右的儿童缺铁

25、缺锌。对儿童来说，他们食量小，又偏食挑食，而生长发育又必需微量元素，总要对孩子负责吧！”他的说法对吗？Chemistry and Humankind人每天摄入的矿物质铜mg铁mg锌mg镁mg钙mg硒mg水1.5升0.030.0380.660.63600.45食物4.2613.539.72156.75904.7573.82食物以每餐平均吃大米300克，青菜200克，肉、鱼、黄豆各50克，鸡蛋半个记Chemistry and Humankind二. 大 气 科学家把离地球一万公里以内的空间称为大气圈99%的质量在30公里以内，离地3.5公里才有足够的氧气维持生物的生命对流层11.2公里内，95大气

26、质量，所有气候现象出现在这一层。平流层11.2-50公里，无气候现象，透明度极好，是喷气式飞机飞行的最佳场所。中间层50-80公里非均质层80公里以上，包含内层（电离层）和外层Chemistry and Humankind大气的主要成分是什么？氮: 78.09%; 氧：20.95%; 氩: 0.93%二氧化碳、稀有气体、水蒸气与臭氧正常的雨水是酸性、碱性还是中性？CO2 + H2O H2CO3 正常雨水pH=5.6 呈弱酸性什么是酸雨现象？主要由排放的氮和硫的氧化物引起，pH可达3，我国的酸雨主要源于直接燃煤导致的SO2的排放Chemistry and HumankindpH 及 酸 度水是很

27、弱的电解质，可发生微量的电离H2O H + OH 298k时HOHKw=10-14中性 H OH110-7 pH=-log H=7酸性 H 大于 110-7 pH=-log H pH7酸 碱 指 示 剂石蕊（红兰）、甲基红（红黄）、酚酞（无色红）Chemistry and Humankind什么是温室效应Chemistry and Humankind為什麼會產生溫室效應呢?地球表面溫度由地球體吸收陽光短波輻射，在正常情況下地球表面溫度約為15。可是在工業革命之後，人類經濟活動耗用大量化石燃料，導致溫室氣體在大氣中的濃度大幅提高。此期間大氣中二氧化碳的成長速度是史前期的30至100倍。二氧化碳氣

28、體佔的比例愈來愈多了Chemistry and Humankind温室气体工業革命以來，人類大量的製造二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、氟氯碳化物等溫室氣体。1980年代以來，全球平均氣溫迅速上升，不尋常的天氣與氣候現象頻頻發生頻率，更使得氣候變遷突然成為世人矚目的議題。Chemistry and Humankind溫室效應造成的影響溫室效應主要影響: 地球表面溫度增加海平面上升全球氣候轉變傷害人體抗病能力 動物大遷移 受高濃度臭氧影響地區擴大 Chemistry and Humankind 在某种意义上，森林吸收的二氧化碳，最终几乎会如数奉还给地球。在大气二氧化碳浓度升高的情况下，森林吸收二氧化碳的能力可能不像人们想像得那么高，仅靠种树并不能有效地遏制全球变暖的趋势。改善我们的生存环境，减小温室效应，人类还要从减少二氧化碳的排放量做起。这样也许可以为我们自己和地球上其他的生物谋求一个出路，毕竟我们只有一个地球，而地球上的物质代谢循环是不受地域控制的。 Chemistry and