化学与社会教材

能源：能够提供能量的自然资源。凡是能为人类提供热、光、动力等有用能量的物质。能源是人类生存和发展的重要物质基础，是从事各种经济活动的原动力，也是社会经济发展水平的重要标志。一种新能源的出现和能源科学技术的每一次重大突破，都带来世界性的经济飞跃和产业革命，极大地推动着社会的进步。§2-1能源与社会进步化学可给人类提供合理的科学的使用能源的方法。按能源的形成可分为：1、一次能源，自然界中存在的可直接使用的能源，化石燃料如：煤、石油、天然气、可燃冰等。2、二次能源，经加工转化成的能源，如电、蒸汽、煤气、氢气、合成燃料等。按能源能否再生可分为：1、再生能源，是不随人类的使用而减少的能源，如太阳能、生物质能、地热能、潮汐能等；2、非再生能源，是随人类的使用而逐渐减少的能源，如煤、石油、天然气等。能源的分类按能源使用的成熟程度可分为：1、常规能源（传统能源），是人类已经长期广泛使用，技术上比较成熟的能源，如煤、石油、天然气等；2、新能源，指虽一开发并少量使用，但技术上还不成熟，尚未普遍使用，却具有潜在应用价值的能源，如太阳能电池、氢能源等。按能源性质可分为：1、含能体能源，指能够提供能量的物质资源，如煤、石油、天然气等。能保存也可直接储存运输。2、过程性能源，指能够提供能量的物质运动形式，如太阳能、水能和风能等。不能保存也很难直接储存运输。常规能源一次能源二次能源种类新能源煤、石油、天然气、植物秸杆、水力、风力核燃料、生物质、太阳能煤气、煤油、汽油、柴油、甲醇、乙醇、苯胺、电、蒸汽氢能、沼气、激光§2-2煤煤是最主要的固体燃料，由一定的地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而成。根据煤化程度的不同，分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。煤的主要元素组成：

85％C、5％H、7.6％O、0.7％N、1.2％S。折算原子比，推出分子式：C135H96O9NS100℃以上200℃以上350℃以上400℃~450℃450℃~550℃550℃以上900℃以上蒸发自由水放出化合水及二氧化碳无煤气放出，只剩下焦炭固体成为焦炭，此时只放出煤气继续分解和出现固体残留物大多数焦油被释放开始分解，释放出煤气和焦油，烟煤软化3种状态的产品：焦炭、煤焦油、焦炉气2.2.1煤的干馏焦炭主要用于炼铁，少量用作化工原料制造电石、电板等。煤焦油是一种又黑又臭的粘稠液体。可分离出苯、酚、萘、蒽菲等重要化工原料，它们是医药、农药、炸药、染料等行业的原料。炼焦炉出来的焦炉气，温度至少在700℃以上，其中除一氧化碳、氢气、甲烷、乙烯等可燃性气体外，还有苯、氨等。2.2.2煤的气化(一碳化学)煤+空气+H2O

蒸汽→N2+H2+CO2+CH4

1.C+空气→

CO2+N2放热可作为城市管道化输送的清洁燃料煤气的主要成分:40%H215%CO30%CO215%CH42.H2O+C→

H2+CO吸热(水煤气)3.CO+H2→

CH4+H2O放热(合成气)2.2.3煤气中毒炉温较低或氧气供应不足，产生一氧化碳。与输送氧气的血红蛋白结合，断绝了氧气的供应。应注意通风换气。管道煤气的主要成分是一氧化碳、甲烷、氢气等，掺进一点点乙硫醇或四氢噻吩，利用臭味报警，避免煤气泄露。一旦发生煤气中毒事故，轻者要及时转移到通风的地方，重者则应立即送到医院抢救。在医院里，将病人放入高压氧舱，加速一氧化碳与血红蛋白的分离，使病人自由地呼吸，缓解缺氧症状。§2-3石油

石油是由几百万年前海洋或湖泊动植物遗体在地下深处，长期处在高温、高压和缺氧条件下，经过漫长而复杂的变化形成的,又称原油.是一种黑色或暗棕色的油状液体，是各种化合物的混合物，其中绝大部分组成是碳氢化合物。2.3.1石油的分馏产物2.3.2以石油为原料的化工产品乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、苯、甲苯、二甲苯、萘等是合成塑料、橡胶、纤维等的最基础的有机化工原料。2.3.3液化石油气

来自开采石油或炼制石油时产生的副产品，主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等。使用注意事项：1、防止漏气。2、钢瓶远离火源。3、保持良好的通风。4、家用电器尽量与厨房隔离。7.3.4人造石油直接液化法：把煤加热裂解，使大分子变小，然后在催化剂的作用下加氢。间接液化法：将煤气化成CO和H2等气体小分子，然后在一定的温度、压力和催化剂下合成CnH2n+2、CnH2n、C2H5OH、CH3CHO等有机化合物。

石油是重要的能源，是化学工业的重要原料。

煤和石油的主要成分是碳和氢，但煤中氢的含量远远低于石油，平均分子量大约是石油的10倍。煤的储量比石油大得多。途径：将煤液化。煤炭液化油又叫人造石油。§2-4

石油之子——汽油汽油是由石油提炼出来的一种优质燃料，它是由含5-10个碳原子的烷烃、环烷烃、芳香烃和不饱和烃组成的混合物，相对分子质量约为40-80，沸点低于200℃。它适用于汽化器式内燃发动机即汽油机，所以主要用于飞机、汽车、摩托车、小型拖拉机、农业机械和快速舰艇。

2.4.1汽油的分类：按用途分为车用汽油、航空汽油、工业汽油、橡胶溶剂汽油、油漆溶剂汽油等。按提炼方法分为直馏汽油、裂化汽油、重整汽油和天然气汽油。石油资源在地球上化石燃料的总储量中，地质总储量为10000多亿吨，其中700多亿吨蕴藏在海洋里,全球已探明可开采量约为2500多亿吨.已开采出1150亿吨.剩余不到1400亿吨.在我国储量为940亿吨,可开采的仅200多亿吨.

2011年产量突破了2亿吨，占世界开采量的50%。按现在的开采速度不到50年我国的石油资源就会枯竭。天然气资源天然气是世界上需求增长最快的能源，天然气主要成分为CH4，含量低于90%叫湿气，高于90％叫干气。我国天然气储量约38万亿m3，近年来的年开采量约700万亿m3。天然气主要靠管道输送。

我国著名的“西气东输”一期工程2004年就竣工投入商业运营。从新疆塔里木轮南油田经过九个省区全长4200公里到上海，投资4200亿元。设计年输送120亿m3，目前二期工程已完工，三期也与即日开工。

2007年我国在青海天峻县的木里勘探出相当于350亿吨油当量的可燃冰。国际能源署（IEA）标准油当量:吨油当量TonOilEquivalent（toe）

1吨原油所含的热量，用来计算各种能源的能源计量单位。这种计算均以原油为基准。国际能源署（IEA）规定：

1kgoe（千克油当量）=10000kcal（千卡）=41868kJ（千焦）

1kgce（千克煤当量）

=7000kcal（千卡）=29307kJ（千焦）

2.4.3今日汽油之替代物一、钠硫电池钠硫电池作为一种新型高能量密度电池，以熔融的金属钠作为负极活性物质，熔融的硫和多硫化物作为正极活性物质，Al2O3作为电解质，工作温度为300-350℃。它具有比能量高结构简单、工作温度低、充放电转换效率高等优点。用钠硫电池驱动的电动汽车省能、启动快，而且噪声低，清洁无污染，有广阔的发展前景。二、燃料电池燃料电池是一种比较特殊的化学电源。电池负极的活性物质是气体燃料，如氢气、甲醇、煤气、天然气、肼和烃等；电池正极的活性物质是空气或氧气。

主要优点是能量利用效率高。而且清洁、无污染。燃料电池汽车进入市场后，能否取代现有的汽车，关键在于成本。

三、甲醇燃料甲醇是一种生物质液化醇类燃料，生物柴油以及由水制得的氢气是最有发展前途的代用汽油。作为汽车燃料的主要优点：辛烷值高，热利用效率高，没有污染。甲醇作为汽车燃料的使用方法：一种是甲醇与汽油混合使用，通常在汽油中加入15%-20%的甲醇；另一种方法是单独使用甲醇。甲醇作为汽车燃料使用的弊病：甲醇的发热量只有汽油的一半；寒冷天气甲醇比汽油发动要困难；燃烧时产生甲醛的量比较大，约为石油燃料的5倍。甲醇的制取：一是从煤中获取，先将煤气化获得合成气，再在高温高压和催化剂的作用下反应制得；二是从生物质获取，将木质纤维素蒸馏或先将生物质变成一氧化碳和氢气，然后通过催化剂催化合成。四、乙醇燃料乙醇俗称酒精，是一种无色、透明的液体，它的相对密度、沸点都与汽油相近。作为汽车燃料的主要优点：燃烧时的发热量较高，燃烧完全，而且抗震性能好，所以也是代替汽油的一种较理想的燃料。用乙醇代替汽油的使用方法：一种是与汽油混合使用；另一种是单独使用。通常是在汽油中掺入10%-20%的酒精，称为改性燃料。由于它抗震性能好，不用再加入四乙基铅等添加剂，从而减少了汽车尾气对环境的污染。制取酒精燃料的原料：主要有粮食、甘蔗、甜菜、水果等，最近还发展了用植物、树木和垃圾等为原料制酒精燃料的工艺。五、生物柴油生物柴油是从生物质获取的一类液体燃料。生物柴油的制取方法：一种是植物油的改造。如菜籽油和棉籽油等经过酯化处理后，就变成易燃烧的油，它特别适合作为柴油机用的燃料油，故称作酯化柴油；另一种方法是种植“柴油树”。有些热带树的树枝会流出一种组分类似柴油的液体，不经过提炼就可当作柴油使用。六、氢燃料氢是一种理想的高能燃料。氢作为汽车燃料的方法：一种方法是与汽油混用，只要在汽油中加入4%的氢气，就可使汽油的用量减少40%，而且无需对汽油发动机作多大的改进。另一种方法是单独使用氢燃料，而汽车发动机必须进行改造。§

2-5

节能技术节省能源是世界性的潮流，国际能源界把节能称为“第五大能源”，与煤炭、石油和天然气、水电、核能四大能源并列。节能途径：结构节能、管理节能、技术节能结构节能：通过经济结构的调整，向节能型低碳化工业体系发展；管理节能：加强检测计量、优化能源分配、杜绝“跑、冒、滴、漏”等现象的发生.技术节能：通过新技术、新工艺、新材料、新设备、新器件的开发应用来取得节能效益。水煤浆：是一种很有前途的新型燃料。在煤粉中加入30%左右的水和少量添加剂（分散剂和稳定剂）,形成粘度低、稳定性好的悬浮体，从而是固体煤变成液态化的燃料，实现以煤代油。优点：储存方便，燃烧污染小，具有良好的应用前景。乳化油：是指油与水充分混合后组成的一种乳状液。将油水混合，水量为10%-30%，添加千分之一左右的乳化剂，然后经乳化而成。乳化油经雾化可以改善燃料与空气的混合和燃烧过程，从而达到节约燃料和降低燃烧污染的目的。化工生产过程中节能：化学反应过程、传质过程中节能，并有效利用余热。1、太阳能电池光伏效应：当物体受到光照射时，物体就会产生电动势和电流的现象。利用光伏效应的原理制成，主要材料是单晶硅半导体。应用：日常生活中，太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等；用太阳能电池作飞机、小型汽车、摩托车的动力；现代高科技中，太阳能电池为人造卫星和宇宙飞船探测宇宙空间提供了方便、可能的能源。2、太阳能集热器太阳能的能量密度低，必须将分散的太阳热能聚集起来变成热能加以储存和利用。聚焦集热器：利用抛物面聚光原理，把太阳光聚焦到一点上，提高太阳能辐射的能量密度，使局部获得高温。，用于蒸煮饭菜、太阳能热水器等。太阳能真空集热管：只需吸收微弱的太阳光，就能达到较高的温度，用于寒带蔬菜大棚的加热而在农村地区广泛使用。3、

太阳能发电先将太阳光转变成热能，然后再通过能量转换成电能。太阳能热电站：在地面上设置许多聚光镜，从不同角度和方向把太阳光收集起来，集中反射到一个高塔顶部的专用锅炉上，使锅炉里的水受热变为高压蒸气，经换热器和气轮发电机把热能变成机械能，进而转化成电能。太阳能发电机系统：将熔点温度为300℃的液态钠作为碱金属热电转换器，把太阳光聚集后，利用钠原子放出的电子在两电极之间形成电压，产生电流。夜晚或阴雨天采用天然气或石油加热钠，保证连续发电。氢气作为燃料能源具有明显的特点：1、能量大，被称作高能燃料；2、清洁，唯一的燃烧产物是水，常作为宇航员的饮用水；3、资源极为丰富；4、具有贮能功能；5、可循环和再生。2.6.2氢能制取：电解水法、热化学法（高温有中间介质存在的条件下，分步完成水解）、光分解法（用钛酸锶和金属铂分别作光电极和暗电极，在光照下分解）、细菌产氢如一种芽孢杆菌在使葡萄糖发酵时，能产生约0.25升的氢气；一种蓝绿藻，在一定的光照、温度条件下进行光合作用产生氢气。应用：航天方面，氢的能量密度高，对减轻燃料自重、增加有效载荷极为重要。如美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭燃料就是液态氢。航空方面，在飞机上作为动力燃料;汽车应用方面，成效更显著；燃料电池。贮存和运输：金属氢化物贮氢（氢化钠、氢化钙），金属吸附（如钛在常温下可吸附的氢气为本身体积的600倍，加热时可释放出来），无机物贮氢，有机液体氢化物贮氢（贮氢量大、氢载体贮存和运输安全方便、贮氢剂苯或甲苯可循环使用）。

核能（原子能）是核反应时释放出来的能量。在核反应过程中，不仅元素发生了变化，而且还涉及到核内质子、中子、电子或其他基本粒子，伴随着巨大的能量变化。2.6.3

核能从原子核得到能量有两种方法：一是裂变，即将某些重核分裂成两个差不多大小的核；二是聚变，即将轻核合成重核。优点：1、能量巨大，而且非常集中。2、运输方便，而且地区适应性强。3、资源丰富。4、核燃料可以循环使用。5、核燃料可以增殖。一、

核裂变和核裂变能的利用

U-235被慢中子轰击时发生分裂成为质量相近的两个碎片，同时有2-4个中子射出，这些中子还可能再去轰击别的U-235核诱发新的核裂变，导致产生更多的中子。从而引起更多的核裂变，中子从释放到引起裂变的时间间隔只有万分之一秒。首先发现的是U-235的裂变。资源丰富、不需运输、无污染、无噪声的最佳自然能源。人类一直在间接利用太阳能。如煤、石油、天然气里的能量是古代生物蓄积起来的太阳光。人们利用太阳能的方法主要有3种：（1）太阳能直接转换成电能，如太阳能电池；（2）太阳能直接转换成热能，如太阳能热水器；（3）太阳能直接转换成化学能，即光化学转换。2.6.1

太阳能1、太阳能电池光伏效应：当物体受到光照射时，物体就会产生电动势和电流的现象。利用光伏效应的原理制成，主要材料是单晶硅半导体。应用：日常生活中，太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等；用太阳能电池作飞机、小型汽车、摩托车的动力；现代高科技中，太阳能电池为人造卫星和宇宙飞船探测宇宙空间提供了方便、可能的能源。例如：卫星的电源由太阳能电池方阵和蓄电池组成，当卫星向着太阳飞行时，电池方阵受阳光照射产生电能，供卫星用电，并同时向卫星上的蓄电池充电，当卫星背着太阳飞行时，蓄电池放电，使卫星上的仪器保持连续工作。人在宇宙飞船或空间站中生活就靠太阳能电池供能（电能、热能）维持化学反应，供应人体所需要的氧气和水，又不断去除人体排出的二氧化碳和异味物质。主要反应如图所示：2、太阳能集热器太阳能的能量密度低，必须将分散的太阳热能聚集起来变成热能加以储存和利用。聚焦集热器：利用抛物面聚光原理，把太阳光聚焦到一点上，提高太阳能辐射的能量密度，使局部获得高温。，用于蒸煮饭菜、太阳能热水器等。太阳能真空集热管：只需吸收微弱的太阳光，就能达到较高的温度，用于寒带蔬菜大棚的加热而在农村地区广泛使用。3、

太阳能发电先将太阳光转变成热能，然后再通过能量转换成电能。太阳能热电站：在地面上设置许多聚光镜，从不同角度和方向把太阳光收集起来，集中反射到一个高塔顶部的专用锅炉上，使锅炉里的水受热变为高压蒸气，经换热器和气轮发电机把热能变成机械能，进而转化成电能。太阳能发电机系统：将熔点温度为300℃的液态钠作为碱金属热电转换器，把太阳光聚集后，利用钠原子放出的电子在两电极之间形成电压，产生电流。夜晚或阴雨天采用天然气或石油加热钠，保证连续发电。氢气作为燃料能源具有明显的特点：1、能量大，被称作高能燃料；2、清洁，唯一的燃烧产物是水，常作为宇航员的饮用水；3、资源极为丰富；4、具有贮能功能；5、可循环和再生。2.6.2氢能制取：电解水法、热化学法（高温有中间介质存在的条件下，分步完成水解）、光分解法（用钛酸锶和金属铂分别作光电极和暗电极，在光照下分解）、细菌产氢如一种芽孢杆菌在使葡萄糖发酵时，能产生约0.25升的氢气；一种蓝绿藻，在一定的光照、温度条件下进行光合作用产生氢气。应用：航天方面，氢的能量密度高，对减轻燃料自重、增加有效载荷极为重要。如美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭燃料就是液态氢。航空方面，在飞机上作为动力燃料;汽车应用方面，成效更显著；燃料电池。贮存和运输：金属氢化物贮氢（氢化钠、氢化钙），金属吸附（如钛在常温下可吸附的氢气为本身体积的600倍，加热时可释放出来），无机物贮氢，有机液体氢化物贮氢（贮氢量大、氢载体贮存和运输安全方便、贮氢剂苯或甲苯可循环使用）。

核能（原子能）是核反应时释放出来的能量。在核反应过程中，不仅元素发生了变化，而且还涉及到核内质子、中子、电子或其他基本粒子，伴随着巨大的能量变化。2.6.3

核能从原子核得到能量有两种方法：一是裂变，即将某些重核分裂成两个差不多大小的核；二是聚变，即将轻核合成重核。优点：1、能量巨大，而且非常集中。2、运输方便，而且地区适应性强。3、资源丰富。4、核燃料可以循环使用。5、核燃料可以增殖。一、

核裂变和核裂变能的利用

U-235被慢中子轰击时发生分裂成为质量相近的两个碎片，同时有2-4个中子射出，这些中子还可能再去轰击别的U-235核诱发新的核裂变，导致产生更多的中子。从而引起更多的核裂变，中子从释放到引起裂变的时间间隔只有万分之一秒。首先发现的是U-235的裂变。

如果这种链式反应不加控制地进行下去，那么在极短时间内大量核裂变并放出巨大的能量，结果产生原子爆炸，这就是原子弹爆炸的基本原理。如果设法控制这种链式反应，使它维持在一定程度持续地进行，就可根据需要利用核能。核反应堆的运行就是依据这一原理。

核反应堆的组成：1、裂变材料：核燃料，U-235。2、减速剂：使中子减速，以诱导下一次核裂变。3、控制棒：用对慢中子有吸收作用的镉棒和硼棒来控制。4、冷却剂：将堆内的热量带出。5、反射层：阻止中子泄漏。如铍。6、屏蔽层：防止裂变产物的强放射性。核电站的中心是核反应堆，反应堆运行时产生的大量热能由冷却剂载带出来，通过热交换器把热量传给另一回路的水，使水产生高压蒸汽驱动气轮发电机组发电。核电站就是利用原子核裂变反应释放的大量热能来发电的。二、核聚变和核聚变能的利用

核聚变由两个或更多个轻核聚合成一个较重的核的过程，轻核聚变将伴随着更巨大的能量释放。核聚变反应所需的活化能异常高，要将核聚变能量作为实际能源加以利用，人类还需要走相当长的路程。与发电量相同的火力发电厂相比，核电站放出的污染物要少得多，发电成本低，燃料的运输和储存也比化学燃料方便。因此，核裂变将成为世界动力的一种主要能源。1945年日本广岛、长崎原子弹的爆炸，1986年前苏联切尔诺贝利核电站泄露事故对人类造成了严重的放射性污染。为了充分利用核能，应当了解有关核辐射污染及其防护的一般知识。三、核辐射与核污染

射线：质量大且带电荷多，穿透物质的能力弱，射程短。对人体不会造成外照射（放射性物质在生物体外所产生的照射）危害。但如果进入人体，会造成危害性很大的内照射，其主要途径是通过饮食、呼吸或皮肤创口渗入等。（1）

核辐射的危害性影响人类的核辐射主要有三种，即

、

、

射线。

射线：穿透能力比

射线强，高能的

粒子在空气中的射程可达几米。可对人体构成外照射危害。但它很容易为有机玻璃、塑料及其它材料屏蔽。其内照射危害比

射线小。

射线：与前两者相比，穿透能力最强。但由于它是不带电的光子，不能直接引起电离，所以它对人体的内照射的危害反而比

、

射线小。

放射性物质和辐射无处不有。天然辐射来自宇宙、水、大气、土壤、岩石，还存在于各种食物中（较低）。人体的辐射效应是从细胞开始的，电离辐射与活细胞作用会使细胞的衰亡加速，使新细胞的生成受到抑制，或造成细胞畸型，或造成人体内生化反应的改变。

在辐射剂量较低时，人体本身对辐射损伤有一定的修复能力，从而不表现危害或症状。但如果剂量过高，超出人体内各种器官或组织所具有的修复能力，就会引起局部或全身的病变，如白血球发生变化，倦怠、全身无力、甲状腺疾病、胎儿畸形等。

（2）核电站的辐射防护及污染物处理核反应堆运行时在产生热量的同时回释放出放射性物质，如果泄露出来，就会污染环境，影响人们的身体健康。1986年4月26日前苏联切尔诺贝利核电站发生了世界核电史上最严重的一次事故：堆芯熔毁，石墨砌体燃烧，大量放射性物质外泄，31名核电站工作人员死亡。主要原因是采用了与大多数国家不同的核反应堆，且核反应堆没有安全壳，事故时放射性外泄严重。

因此采用成熟、先进的核反应堆且具有严格安全措施保护，是核电站必须具备的条件。

目前较为成熟的压水堆型核电站有三道安全屏障，燃烧包壳、压力壳和安全壳。排出的气体、液体和固体放射性废物，必须尽量回收或处理，把排放量减至最小。§3-1材料与社会进步现代科技的四大支柱产业?1、材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。如：石器、陶器、瓷器、青铜器、铁器、玻璃、钢、水泥、有机高分子、液晶材料等。2、材料是发展生物、信息、新能源工程等高科技的重要物质基础，也属于当代前沿科学技术领域之一。能源、材料、信息、生物工程

3.1.1重要性3.材料科学研究的任务是：材料的组成、结构、工艺、性能和应用的科学。而化学又是研究物质组成、结构、性能与变化的科学。显然，材料与化学密不可分的。实际上，任何材料都可以看成是具有某种组成的化学物质。目前的化学物质已有2400万余种，而且还以每天7000多种的速度增加。材料是指经过某种加工后具有一定组成、结构、形状和性能并适用于某种或某些用途的物质。如果没有半导体材料的发展，就不可能有今天的计算机技术；如果没有高强度、耐高温材料的发展，就不会有今天的航天技术。相反，材料的发展跟不上，就会使一些技术无法实现。如太阳能还不能大规模开发和利用，就是光电转换材料的发展没有跟上。材料的用途具体体现如下：1、材料与空间技术：发射火箭、人造卫星、飞船等。2、材料与电子技术：半导体材料、高频绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、磁性材料、荧光材料、发光材料、超导材料等。3、材料与激光技术：红宝石、He-Ne气体、半导体、染料等作为工作物质实现激光;用于计量、检测、加工、显示、信息处理、治疗、军事科学等领域。4、材料与能源的开发：磁流体发电、地热发电、潮汐发电、热核裂变、太阳能电池、燃料电池等。3.1.2

具体体现钨—刚强耐热的烈火金刚外观：黑褐色有金属光泽的颗粒。m.p：3410℃。重要用途：1、制备具有超硬性能的硬质合金。如:合金刀头或工件表面镀以碳化钨硬质合金，可提高精度并延长寿命20-150倍。2、作为钢和有色金属合金的添加剂。如:合金工具钢、结构钢、弹簧钢、耐热钢和磁钢等都添加了钨，以增加硬度和抗腐蚀能力。3、在火箭、导弹、返回式宇宙飞船以及原子能反应堆等尖端科学上的重要应用。这是由于钨具有优异的物理、机械、抗腐蚀和核性能的原因。用量最大材料--钢铁生铁：球墨铸铁硬且脆，仅用于铸造。合金钢，除铁和碳外，还含有其他一些合金元素，如硅、锰、镍、钒、钛、钼等。锰钢具有很强的耐磨性，可用于制造拖拉机履带和车轴，齿轮，坦克的装甲材料等；钨钢耐高温，是制造金属切削工具的好材料；硅钢具有良好的电磁性能，许多电器都离不开它。2011年我国的钢铁产量已超过8亿吨，其中钢7.8亿吨铁矿石冶炼生铁冶炼钢掺杂铝—“银色的金子”铝在地壳中含量最多，日常生活中如硬币、炊具、包装铝箔等。纯铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝，轧成箔片。

铝和铝合金的应用铝的化合物的应用1、导电能力仅次于铜，价廉，广泛用作电线。2、导热能力比铁大，不易锈蚀，使用寿命长，用作炊具。3、铝粉具银白色金属光泽，与其他物质混合用作涂料。4、冶金工业中，铝粉和氧化铁粉混合，引发后发生剧烈反应，放出大量的热，用于焊接。5、炼钢工业中的脱氧剂；高质量的反射镜、聚光碗等。6、青铜铝，具有高强度的耐蚀性，有鲜艳的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中。7、铝镁合金，硬度大，质量轻，常用于制造飞机的机身，船舶和火箭的箭体。还用来制造门窗、美化居室。铝和铝合金的应用1、氧化铝。刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱，常用作轴承磨料、耐火材料（可耐1800℃）；活性氧化铝，多孔，内表面积大，活性高，能吸附水蒸气等许多气体、液体分子，常用作吸附剂、催化剂载体和干燥剂。2、氢氧化铝。用来制备铝盐、瓷釉、耐火材料、防火布等；在医药上用作酸药，中和胃酸和治疗溃疡。3、明矾。硫酸铝钾净水剂，收敛剂。铝的化合物的应用人小鬼大的锂锂是自然界最轻的金属。密度小（0.53），质量轻，化学性质活泼。保存在凡士林或石蜡中。锂原子结构模型原子序数3原子量6.941，是最轻的碱金属元素。金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为180.54℃，沸点1342℃，密度0.534g/cm3，硬度0.6。金属锂可溶于液氨。1、锂基润滑剂不怕高温、不怕水在低温环境中也能保持良好性能。用于汽车传动系统。2、锂能强烈与氧、氮、氯、硫等物质反应，工业上用作脱氧剂和脱硫剂。3、铜冶炼过程中，加入十万分之一的锂，能改善铜内部结构，使之致密、提高导电性。4、在铸造优质铜铸件中能除去有害杂质和气体。5、1千克锂通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质镁的燃烧。可用作火箭、导弹、宇宙飞船的推进剂。6、锂在原子能工业上的独特性能，举世瞩目。7、锂电池具有比能量高、放电平衡等优点广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。锂的用途奇妙的锡

锡是一种银白色金属，硬度较低，展性较好，延性较差。锡在一般温度下是很稳定的。但在高温和低温下特别娇气。温度161℃时，锡一碰就脆；温度13.2℃时逐渐变成一种煤灰色的粉末；温度低于-33℃时，转变过程大大加快，锡迅速毁坏无异。1、“金粉”，即二硫化锡，金黄色。2、用来制造镀铁皮，即“马口铁”。“锡疫”用途未来世纪的金属—钛钛在地壳中的含量占第10位。含钛矿物多达70多种，海水中含量也非常丰富。继铜、铁、铝之后，金属钛将是21世纪冶金工业中最重要的产品之一。广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗及石油化工等领域。(一)钛的性质(二)钛的应用(三)钛化合物的应用(四)钛合金的应用1、室温下不与氧气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸反应，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。2、突出性能是对海水的抗腐蚀性很强。

具有银灰色光泽，强度大，密度小（4.51g/cm3），硬度大，熔点高（1675）。(一)钛的性质化学性质(二)钛的应用1、极细的钛粉，是火箭的好燃料；2、钛的抗腐蚀能力比不锈钢强15倍，用作洗印设备的齿轮；3、外科医疗手术上的应用。不锈钢生锈会对人体产生危害，接骨愈合之后，需再取出来。如采用钛制的“人造骨骼”，宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用。被称为“亲生物金属”。4、炼钢工业中，少量的钛是良好的脱氧、除氧及除硫剂。(三)钛化合物的应用二氧化钛，即钛白，无毒。是世界上最白的物质之一。1克钛白可把450多平方厘米的面积涂得雪白。因此是一种宝贵的白色颜料。二氧化钛高熔点，被用来制造耐火玻璃、釉料、陶土、耐高温的实验器皿等。水合二氧化钛是一种最有希望的铀吸附剂，可用于海洋提铀。1、二氧化钛2、四氯化钛湿空气中冒出大量白烟，在军事上常用作人造烟雾剂。3、钛酸钡钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。因为它在超声波中受压会产生电流，由电流的大小可测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。4、氮化钛氮化钛比黄金以及硬质合金更耐磨，在黄金装饰品表面镀一层膜，外观和黄金一样，具有“永不磨损性”。(四)钛合金的应用1、钛系是目前较便宜的一种贮氢金属之一。2、“钛飞机”可减轻体重5吨。超音速飞机上，钛使用量几乎占到总重量的95%。3、钛潜艇比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更深的的深度。用钛制造潜艇、轮船，不用涂漆，不会生锈。且钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，在军事上特别重要。4、钛锆合金对空气有强大的吸收力，用于真空泵。5、钛铌合金是理想的超导材料。6、铬、镍、钛（18-8-1）是工业上常用的不锈钢。注：钛的冶炼要在高温、惰性环境下进行。纳米材料是指组成材料颗粒的粒径大小为1-100nm的一类材料,纳米金属是纳米材料的一种。五、

颗粒超细的金属—纳米金属表面效应：即粒径变小，比表面积增大，活性增大。小尺寸效应：尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，表现出特殊的光学、热学、磁学和力学性质。量子尺寸效应：颗粒超细化后使大块材料中连续的能带分裂为分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。纳米材料的特性一张信用卡大小的纳米冰箱卫生卡，只要放入冰箱，不仅可以清除异味，还有保鲜的功效，储存半个月的果蔬出来还是水灵灵的。应用纳米技术制成的各色衣服、领带、帽子和碗具，纳米材料的加入能使衣物防水、防污、免清洗，而且透气性好。采用纳米光催技术生产的瓷砖，本身就可以自动分解油渍，还可以除臭、杀菌和自清洁，不再用人工去费力清理揩擦。纳米内衣、纳米床上用品及纳米绒毛织品，采用纳米生物活性功能纤维、纳米银系无机抗菌纤维、抗紫外线纤维，人们使用这些织物时，可以促进血液循环，增强新陈代谢；保持经络平衡。纳米与生活纳米材料做成内胆的热水器，能快速有效的杀死水中细菌，同时能耐酸、耐碱和具有更强的韧性。随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环保难题，如：大气污染、污水处理，城市垃圾等将会得到解决。维生素E被纳米化后，很容易被皮肤细胞吸收，这是因为物质被加工到纳米尺度后其物理特性和生物特性都会发生很大的改变。纳米化妆品正是利用这种特性达到其特殊的效果的。汽车挡风玻璃被雾气遮挡会影响行车安全，被采用纳米技术的光催化抗雾玻璃解决了，这种玻璃不仅具有抗雾、灭菌功能，而且可以长时间保持洁净，还适合用于窗户、镜面和外墙玻璃。纳米与生活一、功能强大的碳

三种同素异形体：金刚石和石墨、无定形碳

（活性炭、炭黑）、富勒烯(C60)。1、硬度之王—金刚石金刚石是自然界中最硬的石头，坚硬无比，原子晶体，晶莹透明。在工业上，用于切削硬质合金，钻探钻头，精密仪器的轴承等。“钻石”，折射光线能力很强，光线照射下五颜六色，是世界上最美丽的宝石。2、铅笔里的“铅”—石墨石墨具有黑、软、滑的特点，与金刚石有天壤之别。石墨与黏土混合被用作铅笔芯。

3、神通广大的活性炭活性炭是无定形碳的一种。是竹、木、果壳等生物体经干馏后留下的躯壳。结构特点：表面积特别大（1g总表面积达500-1000m2），可净化各种气体和液体。。应用：防毒面具，冰箱除味，自来水除臭，红糖制白糖等。饱和后，可清除再生。二、举足轻重的半导体硅是地壳中含量极为丰富的元素，价格便宜。作为半导体材料，硅稳定性好，可在较高的温度下工作。硅的重大功能在于使半导体小型化，它将许多电子器件集中在一小块硅片上，形成集成电子线路。二氧化硅（石英砂）是硅酸盐工业的主要原料之一.导电能力介于导体和绝缘体之间。锗和硅都是半导体。但锗在地壳中的含量非常稀少。三、熟悉而神奇的玻璃1、透明的沙子玻璃是由石英砂为主要原料熔融来的。石英砂的主要成分是二氧化硅（石英）。SiO2+Na2CO3=Na2SiO3（水玻璃）+CO2熔融CaCO3+Na2CO3+6SiO2=Na2•CaSi6O14（玻璃）+2CO2熔融水玻璃溶于水，可用来保存鸡蛋，防止金属腐蚀。玻璃是一种组成不定的不同硅酸盐的混合物。钠玻璃主要成分是硅酸钠和硅酸钙，用于制造玻璃瓶和门窗玻璃；钾取代钠后玻璃熔点较高、较耐化学作用，多用于制造耐高温的化学玻璃仪器；钙同时以铅代替，可得有高折光性和高比重的钾-铅玻璃，用于雕刻和制作光学和防辐射玻璃。2、彩色玻璃

加CuO或Cr2O3着绿色；加Cu2O着红色；加MnO2着紫色；加SnO2或CaF2着乳色；加Co2O3着蓝色加Fe2SiO4为暗绿色，量多为黑色。变色玻璃中加入AgCl或AgBr等。镀银液有A和B两种溶液组成。A：AgNO3、氨水和少量NaOHB：甲醛或葡萄糖等体积混合后倒在玻璃表面上，反应如下：Ag++2NH3―→Ag(NH3)2+Ag(NH3)2++RCHO+2OH-―→RCOONH4+2Ag+NH3↑+H2O此外，可采用真空镀膜的方法在玻璃表面镀上金属膜。3、镜子、装饰玻璃普通玻璃不耐碱，因为：毛玻璃或蚀刻玻璃：SiO2+6HFH2SiF6+2H2O四、石灰

石灰是最早使用的建筑材料，有生石灰、熟石灰、石灰乳、碱石灰、石灰石、大理石、贝壳等。石灰石生在深山里，它比较坚硬，主要成分是碳酸钙。

NaOH+SiO2

Na2SiO34、玻璃的腐蚀五、水泥原料：石灰石CaCO3石英SiO2高岭土Al2O3.Fe2O3和黏土按一定的配比拌合后粉碎，加水团粒后，加热从750~1400℃煅烧、再加适量的石膏（缓固剂），球磨为细粉而成。水泥的分子式：CaO·Al2O3·Fe2O3·CaO·SiO2水泥的凝固原理：

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→水合铝酸钙和水合铁酸钙3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O3CaO·SiO2+2H2O→水合硅酸钙2CaO·SiO2·H2O+Ca(OH)2制水泥的主要设备水泥厂、廻转窑、球磨机、颚式破碎机

五、陶瓷砖瓦是普通的黏土在900-1100℃左右的高温下烧制8~10小时而成的。陶器是普通的黏土在1200-1300℃左右的高温下烧制而成的。瓷器是选用最纯净的高岭土、长石和石英磨粉，和泥制成泥胚，先制成烧瓷，上釉后再放在窖里1100-1300℃高温烧制而成的。在釉中加进各种金属或金属氧化物，烧熔后显出不同的彩色，称为釉彩。3.3.2精细陶瓷

传统陶瓷精细陶瓷主要组分SiO2等氧化物长石K2Al2Si6O16氧化物、碳化物、硅化物和硼化物等主要产品玻璃、水泥、砖瓦、耐火材料、搪瓷和各种陶瓷器等烧结制品烧结制品，单晶、纤维、薄膜、粉末等性能优势产品的性能稳定、熔点较高和难溶于水强度高、耐腐蚀、耐高温，在光、电、磁和声等方面有特殊功能传统陶瓷与精细陶瓷的差异:聚苯乙烯：具有良好的高频绝缘性，透明无毒，有很好的加工性能。用于薄膜、玩具、发泡材料、电容器绝缘层和电器零件等。有机玻璃：聚甲基丙烯酸甲酯，晶莹剔透，质轻不易碎。加入着色剂，可制成五光十色的有机玻璃纽扣和珠光纽扣。在光学仪器、建筑装饰方面广泛应用。最大缺点是耐磨性差，不耐某些有机溶剂，如：氯仿、酯等。聚碳酸酯：新型塑料，透明度大，有良好的机械性能和电绝缘性能，抗冲击强度和抗热性能大大超过其他塑料。用于齿轮、电器零件、精密零件等，成为工程塑料的重要一员。聚四氟乙烯：抗腐蚀，除熔融碱金属外，几乎不受任何化学试剂的侵蚀，耐腐蚀性远远超过不锈钢。用于化工厂的管道和阀门的衬里，表面光滑。排油性突出，也可用于不沾锅表面涂层，但不能干烧，耐温250~300℃。3.4.3橡胶弹性好、绝缘、不透气、耐腐蚀、耐磨等优点。天然橡胶：聚异戊二烯，来源于橡胶树，生胶经硫化处理变成乳胶。常用作医用材料。合成橡胶：丁苯、丁腈、氯丁、聚硅氧烷橡胶等。

丁苯橡胶：耐磨性和耐气候性好，适于作汽车轮胎；丁腈橡胶：耐油性强，遇油不会膨胀，可作耐油管；氯丁橡胶：耐热，耐化学腐蚀，用作耐化学腐蚀的衬里，耐热运输带等。异丁烯橡胶：气密性好，适用于制作内胎、气球和胶黏剂等。硅橡胶：在-100~350℃保持高弹性长期使用，耐化学腐蚀和辐射，常用作医用材料，可植入人体。3.4.4化学合成纤维聚己内酰胺（聚酰胺）尼龙-6、锦纶聚癸二酰癸二胺尼龙-1010（工程塑料）聚己二酰己二胺尼龙-66（工程塑料）聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯纤维、涤纶、的确良聚丙烯丙纶渔网线聚丙烯腈腈纶、人造羊毛聚乙烯醇缩甲醛维尼纶醋酸纤维（人造丝），黏胶纤维（人造棉）蛋白质纤维（丝光纤维）硝酸纤维素（赛珞璐、火药棉）涂料：涂覆于物体表面，能与基体材料很好粘结并形成完整而坚韧保护膜的物料。一、油漆涂料在物体（如金属和木材）的表面上，披覆一种液体或是带有颜料或粉料的液体，这种液体经过日常氧化、溶剂的挥发、干燥或其他作用后变成固体薄膜。薄膜的主要作用：（1）保护物体表面，使其能隔绝大气或其他物质的侵蚀、磨损或污染；（2）增进被覆盖物体的美观或改善卫生条件。3.4.5化学涂料1、油类，包括干性油如桐油、亚麻仁油、乌桕油、苏子油和少量半干性油，如豆油，棉子油。2、颜料白色：有铅白（PbCO3·Pb(OH)2），锌白（ZnO），锌钡白（ZnS,BaSO4），钛白(TiO2)，重晶石(BaSO4)等；黄色：有土黄(Fe2O3)，铬黄(PbCrO4)；红色：有铁丹(Fe2O3)，铅丹(Pb3O4,PbO)，银朱(HgS)等；蓝色：有群青（不同比例的SiO2

、黏土、氧化钠和硫磺）;普蓝:高铁盐溶液与低铁氰化钾溶液相混；绿色：有铬绿，铜绿；黑色：有碳黑等。油漆的主要成分§4-1樟脑球不翼而飞#毛料服装主要成分：羊毛，含有较高的油脂和蛋白质。樟脑、萘会升华天然樟脑：樟木锯碎水蒸气蒸馏樟油提纯樟脑纯净的樟脑：白色或无色的棱形晶体，很香。（产地：台湾、江西、湖南、浙江等。重要的化工原料，在医药、塑料、香料等工业上用处广泛。）合成樟脑：用松节油作原料，经多步化学反应制成。性质和气味与天然樟脑相似。萘：从煤焦油里提炼出来，具有近似樟脑的气味。俗称“卫生球”。但萘往往提炼不纯，会在衣服上留下黄斑，且萘有毒。§4-3牙膏里的化学#牙膏是混合物，主要成分有：磨擦剂（碳酸钙、磷酸氢钙）、保湿剂（木糖醇、聚乙二醇）、表面活性剂（十二醇硫酸钠等）、增稠剂（羧甲基纤维素、鹿角果胶）、甜味剂（甘油、环己胺磺酸钠）、防腐剂（山梨酸钾、苯甲酸钠）、活性添加剂（叶绿色、氟化物），以及色素香精的混合而成。一、防止龋齿：一氟磷化物：氟化钠、氟化胺等，还有含氟胶。

龋齿的产生：牙釉质或牙釉质下面的牙本质里的去矿化作用引起的。去矿化作用就是有机酸穿透牙釉质表面使牙齿的矿物质—羟（基）磷灰石【Ca(PO4)6(OH)2】溶解。可在牙膏中添加氟化物防止龋齿。（1）其中的氟离子可抑制口腔细菌产酸；（2）氟离子与羟磷灰石【Ca(PO4)6(OH)2+2F-→Ca(PO4)6F2+2OH-】反应生成氟磷灰石后者不仅比前者更能够抵抗酸的侵蚀，且结构还更坚固。二、预防齿质过敏：

牙齿过敏的产生：暴露的牙质表面受到热、渗透、碰击或吸入的空气的刺激引起的酸痛。食物和口腔细菌的酸可以使牙本质的微孔或小管在牙骨质表面开口，因此底下的牙髓神经很易受到刺激而引起酸痛。钾盐和锶盐的作用：锶盐会封闭开口的孔道从而阻止酸痛；硝酸钾等药剂可以变更牙髓神经的受激阈来减弱神经活性。

因此，牙膏里既含硝酸钾又含一种能够很好地附着牙表性能的含氟共聚物。就能起到预防牙质过敏的作用。但此方法需要在2-4星期后才会有显著效果。三、消除牙垢

牙垢：又叫牙石，主要成分是二水合磷酸钙。

Ca3(PO4)2·2H2O除去方法：机械刮除。抑制：临床研究表明，用一种碱金属磷酸酶抑制剂—乙烯甲醚和马来酸的共聚物，和焦磷酸盐、氟化物结合，可有效抑制磷酸盐的生成，预防牙垢。使用3个月后能减少30%-50%的牙垢。另外，在牙膏里添加锌盐，可以置换磷酸钙里的钙从而抑制牙垢晶体的生长。四、杀菌剂

好的杀菌剂的特点：不但要防止菌斑的生成，而且应当具有活性，能够存留在口腔里和牙齿上，味道纯正，低毒并且不扰乱口腔的正常微生物的生态环境。已有的抗菌素、防腐剂和抗炎药等，效果不好，且有明显的副作用。一种特殊聚合物能在12小时内渐渐释放出一种活性非离子型化合物，已进入市场（草珊瑚、白药牙膏）。五、改善外观

牙齿的斑渍有两种类型：外表型和内质型。前者由食物引起，后者则由四环素之类的药物造成的。常用药物：过氧化氢。但它能破坏牙齿的结构，使之过敏。光谱牙膏：含有表面活性剂，以利过氧化氢穿透牙体，溶解内质型斑渍；含有磨蚀剂，以机械方式清除牙齿表面的斑渍；含焦磷酸盐之类的螯合悸，以防止过氧化氢分解，从而有持续的清除作用。§4-4肥皂里的化学#肥皂的历史：草木灰水、皂荚水、茶籽饼水天然动植物油脂来制取肥皂以石油产品为原料，制取合成洗涤剂肥皂的制取：(C17H35COO)3C3H5+3NaOH==3C17H35COONa+C3H5(OH)3三硬脂酸甘油酯氢氧化钠钠肥皂甘油在以上互溶混合物中加入食盐后，比重较轻的在盐溶液中，溶解度较小的肥皂就浮出水面。副产物甘油有良好的助溶性、润滑性和很强的吸湿作用。C17H35COONa+H2OC17H35COOH+NaOH亲油基亲水基肥皂的去污：

肥皂的亲油基插入织物上的油污中，在机械的搓揉下，被肥皂的另一端亲水基拉入水中，变成漂浮于水面的物质；脂肪酸还能降低水的表面张力，产生大量泡沫，吸附憎水的油污，将油污从织物上带出而溶于水中。缺点（1）遇到硬水失去效果——加抗硬水剂，三聚磷酸钠等（2）消耗大量的动植物油脂（牛羊猪油、椰子油、橄榄油等）—采用人工合成的工业产品合成洗涤剂：C12H25-C6H4-SO3Na十二烷基苯磺酸钠亲油基亲水基辅料：三聚磷酸钠，降低表面活性剂用量、增加去污力；硅酸钠，碱性缓冲剂，保持一定的碱度，并降低洗衣液对金属的腐蚀作用；过氧酸盐，热水或沸水中分解放出新生态氧原子，具有漂白、消毒作用；羧甲基纤维素，抗再沉淀剂。荧光增白剂、酶制剂等提高洗涤质量。洗洁精：通常是由烷基苯磺酸钠及聚氧乙烯十二烷基硫酸酯钠配成，无毒。加酶洗衣粉：加入的酶在具有生物活性，能消化蛋白质。对汗渍、血渍、奶渍等非常有效。§3-5讨厌的水垢#水垢的主要成分：Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2分解变成的CaCO3、MgCO3难溶盐。弊端：不容易传热，浪费燃料，存在爆炸的隐患。

硬水中含盐量通常以硬度来表示。硬度单位常用“度”表示，1度相当于每升水中含10mg的CaO，生活饮用水的总硬度要求小于25度。也就是每升水中CaO的总含量超过250mg的水称为硬水。

除去方法家庭生活小窍门（1）水壶烧到刚刚要干，立即浸到凉水里，一热一冷，水垢就会碎裂而脱落。

（2）倒些食醋，温热一下或用稀盐酸溶解。工业方法：①石灰-苏打法。先测定水的硬度，然后加入定量的氢氧化钙和碳酸钠，硬水中的钙、镁离子便沉淀析出：

Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2

＝2CaCO3↓＋2H2O

Mg(HCO3)2

＋2Ca(OH)2

＝Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O

CaSO4＋Na2CO3＝CaCO3↓＋Na2SO4②磷酸盐软水法。对于锅炉用水，可以加入亚磷酸钠（NaPO3)作为软水剂，它与钙、镁离子形成络合物，在水煮沸时钙、镁不会以沉淀形式析出，从而不会形成水垢。此法不适合于饮用水的软化。③离子交换法。§4-10漫话火柴#钻木取火氯酸钾浸到浓硫酸里（二百年前）摩擦火柴（19世纪初）安全火柴（1855年）摩擦火柴：白磷，着火点40℃，有毒。三硫化四磷，毒性和自动着火的危险降低，但仍不安全。安全火柴：火柴盒外侧涂上无毒的红磷，火柴头上有氯酸钾和三硫化二锑，火柴杆是用松木或白杨木做的，前端又浸透了石蜡和松香。打火机：火石里含金属镧和铈，着火点较低。气体主要是丁烷，很容易蒸发，碰到火花便燃烧起来。

§4-11漫话火药、爆竹、礼花#

我国人民有一个传统的民俗，每遇喜庆之日或之事时，要燃放爆竹，国家喜庆要燃放礼花。爆竹礼花的制做都离不开火药。火药：2KNO3+S+3C==K2S+N2↑+3CO2↑

点燃配置比例：KNO375%；S10%；C15%礼花：镁粉、硝酸锶（绛红色）硝酸钡（绿色）

硝酸钠（黄色）硝酸锰（紫色）按一定的配比，制成火药丸§4-14铁制品怎么生锈了#铁（阴极）2Fe+O2+H2O==2Fe(OH)2+4e-

铜（阳极）O2+H2O+4e-=4OH-预防生锈的方法：锁子芯和水龙头常用铜做的。（1）涂上防锈油，刷上油漆，挂上搪瓷，喷上塑料等。（2）在钢铁表面镀上一层难锈蚀的金属，如：钢笔帽、水果刀上镀的是亮闪闪的铬或镍；白铁桶、文具表皮镀的是象冰花一般的锌；罐头盒、铜暖锅里面镀的是锡，等。（3）表面镀一层比它活泼的锌，来保护内部的铁。如：轮船的外壳上，铆上一块锌板，可以保护船体。

在自然界里不论大气、水、岩石、土壤、生物都是由化学物质组成的，且经久不息地进行着千变万化的各种化学反应，在整个历史进程中，人与环境相互依存，相互作用。5.1.1环境污染与社会公害

环境污染的公害首先出现的是大气污染，随后是水污染最后是土壤污染，随着高科技的发展，近年来出现的还有核污染。20世纪40年代以来，世界上发生的八大著名公害事件。5.2.1大气中化学污染物及危害1、硫氧化物（SO2和SO3）的污染及危害来源：硫化物矿石的焙烧、煤燃烧和金属的冶炼中。危害：SO2具有刺激性气味，空气中SO2的安全浓度约为5cm3/m3(百万分之五)。对眼、鼻、咽喉、肺等器官有强刺激性作用，能引起黏膜炎、嗅觉和味觉障碍、倦怠无力等疾患。对金属、涂料、纤维、皮革、石雕、岩石壁画(洛阳龙门石窟、山西云冈石窟、敦煌壁画)、建筑材料等，都有不同程度的腐蚀破坏作用。5.2.2几种综合性的大气污染共存于大气中的各种物质会发生相互作用，有的可能相互抵消，有的则可能使危害加剧。

一、酸雨酸雨被定义为pH小于5.6的降水，包括雾、雨、雪等形式。1、产生：分析表明，酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的，它们占总酸度的90%以上，其余为一些弱酸。矿石燃料的使用大大增加了硫的排放量；机动车交通造成的NOx排放在工业化国家占其总NOx排放量的30-50%。2、危害：酸雨对河湖生态系统造成严重危害。酸雨造成湖泊酸化，引起鱼类、水生生物大量死亡，对河湖生态系统造成严重危害；酸雨还会毁灭森林，损害农作物；酸雨还会祸及人体健康，引发气喘、心脏病等。3、防治根本措施是要减少二氧化硫和氮氧化物的排放。还积极采取治理措施，如在已酸化的土壤和湖泊中加入熟石灰，中和其中的酸性物质，可在短期内取得较好的效果。

二、光化学烟雾

大气中的烃类和氮氧化物，在阳光下发生光化学反应造成的烟雾污染现象。光化学烟雾诱发的流泪、眼红或呼吸紧张病症：夏季的晴天，在强烈日光的照射下，在汽车废气或工厂废气排放量较多的地方，有可能使人诱发得病。2、温室效应带来的危害：主要是气候变暖，使极地或高山上的冰川融化，导致海平面上升。经专家研究预测到21世纪末，地球平均气温上升1-3.5℃，海平面升高15-95cm，沿海地区某些大城市将被淹没，还将导致人类食用水减少，传染病流行。

其次是气候变化，亚热带可能会比现在更干，而热带可能变得更湿。由此海洋产生更多的热量和水分，气流更强，台风和飓风将更加频繁。温室效应对生态环境的变化，可能导致物种的灭绝和农作物减产。5.2.3大气污染的防治

大气污染物主要工业污染源、农业污染源、交通污染源和生活污染源。主要由为这些行业提供的燃料燃烧而来，其中一部分是由燃料的本质引起，另一部分则为燃烧条件而造成的。因此必须从燃料结构和燃烧条件来防止污染物。1、

硫氧化物污染的防治

燃料脱硫和烟气脱硫。燃料脱硫一般是将煤和重油脱硫。烟气脱硫对高浓度SO2烟气，一般是将经SO2催化氧化生成硫酸后回收利用。对低浓度SO2烟气，通常依据SO2的酸性和还原性采用多种方法治理。§5-3水污染与防治

水是生命的源泉，工农业生产的血液，城市的命脉。水是重要的环境因素之一水是人类生产与生活不可缺少的环境要素。水在大自然中川流不息，周而复始地运动组成水的循环系统。地球上水的总量约为13.4亿km3，咸水97.5%，淡水2.5%。淡水中大部分以两极的冰盖冰川和深度在750m以上的地下水的形式存在。世界人均水资源2200m3，我国人均水资源1700m3。

目前我国国土面积的30%，人口面积的60%处于缺水状态。我国已被列为世界上120个国家中第13个贫水大国之一。水体污染：当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等后，其含量超过水体的自净化能力，使水体的理化性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和功能的现象。5.3.1

水体污染物及危害水体污染有两类：自然污染和人为污染。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废水对水体的污染，包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水，还有废渣和垃圾倾倒在水中或岸边经降雨淋洗流入水体造成的污染。从污染的化学组成划分，主要是酸碱盐等无机污染物、重金属污染物、耗氧有机污染物、有毒有机污染物和生物体污染物等。四、

有毒有机污染物

酚类化合物产生臭味，溶于水毒性较大，能使细胞蛋白质发生变性和沉淀。低浓度时，使鱼肉产生酚味；高浓度时，使鱼类大量死亡；人类长期饮用含酚水可引起头昏、贫血及各种神经系统症状。

有机农药及其降解产物对水环境污染十分严重：有机氯农药易溶于脂肪和有机溶剂而不溶于水，光学性质稳定，残留时间长；有机磷农药的毒性大，但在环境中较易分解；其它如多环芳烃是环境中重要的致癌物质之一，多氯联苯是一种稳定性高的化学物质，侵入肌体后不易排泄，易聚集于脂肪组织、肝、脑中，引起皮肤和肝脏损害等。5.4.1土壤污染及危害来源：

首先是固体废气物，生活垃圾、阴沟污泥、工矿废渣等，使许多有机质和无机毒物进入土壤；其次是大型工矿企业所排放的气体污染物受重力作用或随雨雪落于地表渗入土壤之内，尤其是工业废水灌溉；第三是人类的排泄物、生活污水中含有致病的各种病原菌和寄生虫等，用这种未经处理的肥源施于土壤，会使土壤发生严重的生物污染；第四是农药、化肥的使用不断扩大，数量和品种不断增加，也是土壤的重要污染源。一、

重金属类污染物重金属元素不能被土壤微生物所分解，易于在土壤中积累。土壤中重金属可以通过植物吸收，如铜、锌主要是妨碍植物正常发育；汞、镉、铅等元素在植物体内富集转化，引起食物污染，危及人体的健康。这类污染不易被察觉，而一旦毒害作用比较明显表现出来，就难以彻底消除。二、

农药污染物农药是保护农作物的药剂，包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂等。农药进入土壤，必须要求在土壤中停留一定时期，才能发挥其应有的杀虫、灭菌或除莠作用。农药对土壤的污染与农药的施用方法、性质、用量以及土壤的成分都有关系。

进入土壤中的农药首先是被土壤吸附，其后被植物吸收，或在土壤中迁移和降解。农药污染：农作物吸收了土壤中的农药，并积累在农产品（粮、菜、水果等）中，通过食物链，危害鸟、兽和人类健康。还因农药同时杀害了有益生物（或害虫天敌），破坏了自然生态系统，使农作物遭到间接的损害。农药的危害：（1）短期大量摄入农药能引起急性中毒，长期接触农药，可引起慢性中毒。（2）有机氯农药的慢性中毒主要是损害肝、肾；经常接触有机磷农药的人，当体内积累到一定程度，还会出现大脑功能损害症状。（3）农药还会在人体内蓄积，影响生物酶的活性。如长期接触六六六的人，皮肤会对光过敏或者易生痤疮；DDT可引起高脂血症等。（4）农药是非常重要的环境激素，对内分泌系统、免疫系统、生殖系统产生影响，可使鸟类产卵数减少、蛋壳变薄，胚胎不易发育等。（5）农药还具有致畸、致癌、致突变的作用。5.4.2土壤污染的防治贯彻“预防为主，防治结合”的环境保护方针。控制和消除土壤污染源是防治的根本措施：

关键是控制和消除工业的“三废”排放，大力推广闭路循环、无毒工艺，以减少或消除污染物；其次是合理施用化肥和农药，禁止或限制使用剧毒、高残留性农药，发展生物防治措施，增加土壤有机质的含量，增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性；同时利用现代高科技发现、分离和培养新的微生物品种，以增强生物降解作用，提高土壤自身的净化能力。

工业固体废弃物是土壤的主要污染源，对固体废弃物的处理一般采用的方法有：（1）用物理、化学或生物学的方法将固体废物转化成便于运输、贮存、回收利用和处置的形态；（2）焚烧热回收技术，目的在于是可燃的固体废物氧化分解、去毒，并回收能量及副产品；（3）热解技术，在无氧或缺氧条件下可燃物经高温分解，并以气体、油或固体的形式将能量贮存起来；（4）对生活废弃物主要采用微生物分解技术使之堆肥化；（5）固化技术，主要应用于毒性较大的放射性污染物、铬泥等固体废弃物的处理。当土壤被重金属污染后，可采取以下措施：（1）向土壤施加改良性抑制剂（如生石灰、磷酸盐、硅酸钙等），使它与重金属污染物作用生成难溶化合物，降低重金属在土壤及植物体内的迁移能力；（2）向土壤多施有机肥，使有机质与金属元素结合，形成不易溶解的配合物，可抑制植物的吸收；（3）调节土壤的pH值也可降低重金属元素的有效性，如土壤的pH值大于6.5，可以显著减少铬、铜、锰、铅、锌和镍被植物的吸收。防止农药的危害：（1）有机氯农药已在许多国家先后被禁止使用。我国从1984年停止生产六六六、DDT农药；从1992年起，禁止使用六六六、DDT、二溴氯丙烷、敌枯双等农药。（2）大力发展高效低毒、低残留农药，如除虫菊酯、烟碱等植物体天然成分的农药，大力开展微生物农药的研究等。

“白色污染”，一些被抛弃的合成聚合物，如聚氯乙烯泡沫塑料等，在自然界中很难消融降解，长期污染环境。防治“白色污染”的较好办法是对这类不易降解的聚合物回收后进行再生利用；或对聚合物进行改性，使之在大自然中易于生物降解；或以纸代塑。5.5.1

对二恶英的防范

1999年5月底，比利时发现该国饲养场的肉鸡体内含有超标二恶英致癌物，此事件披露后，立即在全球引起轩然大波。一、性质和特点二恶英，英文名称dioxin，是多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃的统称，毒性很强，相当于氰化钾的50-100倍，具有强致癌性、生殖毒性、内分泌毒性和免疫毒性效应。显著特点：一是化学稳定性强，在环境中持续存在，被称为持续性有机污染物；二是高亲脂性或脂溶性。这两个特性导致这种污染物容易通过食物链富集于动物和人的脂肪和乳汁中，一旦进入动物和人体又较难于排出。二、危害：1、

对人和动物有很强的致癌性，被列为一级致癌物。2、

进入人体以后以“假性激素”产生类似于人体激素的作用。当摄入微量，就可干扰人的生殖功能，导致精子数减少。3、不仅影响性激素，而且影响甲状腺激素、胰岛素等其他激素，造成神经系统、免疫系统等正常人体系统障碍，引起婴儿夭折、畸胎、孕妇流产，是未成年人营养不良、智力低下、学习功能障碍，导致糖尿病患病几率增大等。5.5.2

室内化学物质污染室内化学污染源：除经空气流通进入室内之外，室内各种建筑装饰材料、厨房炊事、化妆品、日用化学用品和化学制品、复印机、放射性污染物等都是重要的室内化学污染源。一、

种类化学污染物：Hg、卤素等元素类物质；CO、氮氧化合物（NOX）、卤化氢、H2S、SO2等无机化合物；烷烃、不饱和非芳香烃、芳烃、多环芳烃等有机烃；四乙基铅、二丁基锡等金属有机和准金属有机化合物；环氧乙烷、醚、酮、醛、有机酸、酯、酐、酚类等含氧有机物；胺、腈、硝基甲烷、硝基苯、三硝基苯、亚硝胺等有机氮化物；CCl4、脂肪烃和烯烃的卤化物、芳香族卤化物、多氯联苯等有机卤化物；烷基硫化物、硫醇、巯基甲烷、二甲砜、硫酸二甲酯等有机硫化物；磷酸酯类（磷酸三甲酯、磷酸三乙酯）有机磷农药等。三、建筑装潢装饰材料污染

1、

涂料

涂料大多数是由树脂类的有机高分子化合物溶于有机溶剂而组成的。有机溶剂主要有苯和甲苯等，一些着色的颜料中还含有金属铅、铬等。它们可以通过呼吸道进入人体，引起咳嗽、恶心、食欲下降、腹胀等；还会刺激中枢神经系统，使人头痛、失眠、记忆力衰退、智力低下等；也可以通过与皮肤直接接触，引起局部或全身皮肤炎症。此外，还会刺激眼睛，引起充血、视力模糊、灼痛等。因此，国家对居住区大气中苯的最大容许值为0.8毫克/米3，铅的平均值为0.7微克/米3。

2、甲醛污染

甲醛的危害：经呼吸道、消化道及皮肤吸收，对皮肤有强烈的刺激作用，可引起组织蛋白的凝固坏死，对中枢神经系统有抑制作用。甲醛的来源：家具、墙纸、天花板、化纤地毯、塑料地板、隔热材料等，各种树脂、油漆、乳胶、涂料、胶粘剂等中长期、持续、缓慢地释放出甲醛。调查发现，装饰程度较高的居室中，甲醛浓度竟为室外的46倍。控制甲醛污染的有效方法：关闭门窗，在室温27℃以氨水熏蒸几个小时。

3、

石棉

石棉是纤维状的硅酸盐类矿物，可制成石棉瓦以及耐火、隔热、隔音的材料，室内墙壁、天花板、地面装潢也已采用含石棉的材料。石棉难降解，易破碎成细微纤维和尘埃，因而能漂浮在空气中达数月之久。长期吸入一定量的石棉纤维易引起石棉肺、肺癌、口腔癌、喉癌、食管癌、肾癌、胃肠癌，还可诱发间皮瘤等。石棉致癌的潜伏期很长，且初期不易发现，一旦发现常已危及生命，所以早期发现极为重要。我国对车间空气石棉粉尘