2017-2018学年化学苏教必修2讲义专题4化学科学与人类文明第2单元

第二单元化学是社会可持续发展的基础学习目标核心素养建构1.能列举事实说明化学与科学、技术、社会的关系，知道化学是社会可持续发展的基础。2.认识人类活动包括化学物品的制造和应用可能对环境带来的负面影响，知道解决环境问题的方法。[知识梳理]一、现代科学技术的发展离不开化学1．化学与科学技术发展的联系(1)化学不仅与人们的生活有非常密切的联系，与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等新兴学科也有紧密的联系；化学与这些学科的交叉和渗透，还产生了许多交叉学科。(2)人类在20世纪发明了信息技术、生物技术、核科学和核武器技术、航空航天与导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成和分离技术，其中化学合成和分离技术是人类生存所必需的，也是其他六大技术的基础。(3)化学科学的发展将帮助解决工农业生产中的许多技术问题，提供所需要的具有特定性能的材料，开发高效洁净能源。(4)纳米技术、分子设计技术的发展，使分子晶体管、分子芯片、分子导线、分子计算机等化学器件得到广泛应用。2．化学科学发展的贡献(1)许多高新技术产品的元件中，需要用到超高纯度的硅芯片。而自然界中没有单质硅，只有化合态的硅。工业上提取高纯硅的方法如下，写出各步反应的化学方程式。①用焦炭在电炉中还原石英砂(主要成分为SiO2)得到含少量杂质的粗硅。②高温下，将粗硅与Cl2反应。③将SiCl4多次蒸馏提纯后，在高温下用H2还原。答案①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si(粗硅)＋2CO↑②Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高温))SiCl4(液态)③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si(高纯硅)＋4HCl(2)印刷电路板是由塑料和铜箔复合而成的，刻制印刷电路时要用FeCl3溶液作为“腐蚀液”。①写出FeCl3溶液腐蚀铜箔的化学方程式，标出电子转移的方向和数目。答案②比较Cu2＋、Fe3＋、Fe2＋氧化性的强弱。答案氧化性Fe3＋>Cu2＋>Fe2＋。【自主思考】1．20世纪人类发明了哪些技术？提示信息技术、生物技术、核科学和核武器技术、航空航天和导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成和分离技术。2．FeCl3溶液腐蚀铜箔后的腐蚀液会失效，但还可以回收利用，其中有一步需要将Fe2＋转化为Fe3＋，下列试剂①氯气②铁③铜④稀硫酸中能实现上述变化的是________。提示①二、解决环境问题需要化学科学1．随着工业的迅速发展和化石燃料的大量使用，产生的SO2可造成酸雨，还能导致人类患呼吸疾病，为了减少SO2的排放，可在化石燃料燃烧前首先进行除硫，或在化石燃料燃烧时进行固硫。燃煤烟气的脱硫常见方法有：(1)石灰石——石膏法：燃煤烟气中的SO2被氢氧化钙吸收，生成的CaSO3在空气中加热被氧化为硫酸钙，得到副产品石膏(CaSO4·2H2O)。(2)氨水法：燃煤烟气中的SO2被氨水吸收，生成(NH4)2SO3或NH4HSO3，在空气中加热使其氧化，最后得到副产品(NH4)2SO4。2．消除汽车尾气对环境的污染(1)汽车尾气中的CO、NO、NO2及碳氢化合物、颗粒物造成了严重的空气污染。(2)消除汽车尾气对环境污染的方法措施①在石油炼制过程中进行石油脱硫处理；②安装汽车尾气处理装置；③使用新的无害的汽油添加剂代替产生污染的四乙基铅抗震剂；④使用酒精、天然气作燃料代替部分或全部燃油。⑤用氢作汽车燃料，用燃料电池作动力，使汽车成为“零排放”的电动汽车。3．回收二氧化碳(1)CO2排放日益增多，温室效应加剧，致使全球气候变暖。为减少CO2的影响，可对其进行回收，将其制造成全降解塑料。(2)二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下可生成可降解高聚物，反应的化学方程式为【自主思考】3．SO2气体对环境的破坏表现在哪些方面？人们采取了哪些措施？提示破坏：形成酸雨，使土壤酸化，腐蚀古建筑，使植物枯死，庄稼减产，鱼虾死亡等。措施：对石油进行脱硫处理，在含硫的煤等燃料中加入生石灰，开发新能源，减少化石燃料的利用等。4．安装汽车尾气处理装置可以将尾气中的有害气体在催化剂条件下转化成无害气体，写出反应的化学方程式。提示2CO＋2NOeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2CO2＋N2,4CO＋2NO2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4CO2＋N2。5．如果大气中氮的氧化物含量增加，会造成哪些危害？提示可造成硝酸型酸雨，臭氧层空洞，光化学烟雾等。[效果自测]1．下列化学新技术与其试图解决的问题的连线不正确的是()A．某沿海城市技术开发公司研制的海水淡化膜——资源问题B．某洗衣机厂研制不用洗衣粉的洗衣机——污染问题C．研制应用于计算机领域的导电塑料——能源问题D．中科院研制的纳米玻璃用于国家大剧院——材料问题解析海水淡化膜的研制可以解决淡水资源的缺乏问题；洗衣粉中的一些元素会对水资源造成污染，研制不用洗衣粉的洗衣机，可以减少洗衣粉对水质的污染；研制导电塑料、纳米玻璃都属于材料领域问题。答案C2．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是()A．推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染B．实施绿化工程，防治扬尘污染C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染D．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应量解析解题时要抓住“蓝天工程”——为改善空气质量这一关键。D项中，增加化石燃料的供应量，只能加剧环境污染，不利于“蓝天工程”的建设，D项错误。本题意在考查学生对环保知识的认知程度。答案D探究一、化学科学发展的贡献【合作交流】1．举例说明哪些技术需要高新材料的开发？提示激光、航空、航天、导弹和纳米等技术。【点拨提升】1．化学科学的发展对人类的三大贡献(1)解决工农业生产中的技术问题；(2)创造、合成具有特定性能的材料；(3)开发高效的洁净能源。2．化学科学对技术贡献的实例分析(1)信息技术的发展①铺设光纤通讯线路的材料——光导纤维。光导纤维又称光学纤维，是能传导光信号的纤维材料，主要成分——SiO2。②制造芯片的半导体材料——晶体硅。制造原理：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si(粗硅)＋2CO↑，Si(粗硅)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si(高纯硅)＋4HCl。(2)天然橡胶与合成橡胶①天然橡胶的相对分子质量分布在10～180万之间，平均相对分子质量在70万左右。②以石油产品为主要原料，应用化学反应合成性能类似于甚至超过天然橡胶的一类有机高分子化合物叫做合成橡胶。(3)纳米材料①指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其纳米颗粒的大小不应超过100nm，而通常情况下，不应超过10nm。②包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。【典题例证1】化学与能源、信息、材料密切相关。下列说法错误的是()A．石油的催化裂化是为了提高从石油中得到汽油等轻质油的产量和质量B．开发太阳能、水能、风能等能源，可减少煤、石油等化石燃料的使用C．光缆在信息产业中有广泛应用，制造光缆的主要材料是单质硅D．氧化铝常用于制造耐火材料，氧化铁常用于制造红色油漆和涂料解析石油的催化裂化可以将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂成相对分子质量较小、沸点较低的烃；新能源的开发和利用可以达到节能减排的目的；制造光缆的主要材料是二氧化硅；氧化铝的熔点高，常用于制造耐火材料，由于氧化铁为红棕色，常用于制造红色油漆和涂料。故答案为C。答案C【学以致用1】我国《可再生能源法》倡导碳资源的高效转化及循环利用(如图所示)。下列做法与上述理念相违背的是()A．大力发展煤的气化及液化技术B．加快石油等化石燃料的开采和使用C．以CO2为原料生产可降解塑料D．将秸秆进行加工转化为乙醇燃料解析煤的气化和液化是通过化学变化将煤转化为气体和液体燃料的先进洁净煤技术，可以减少污染物的排放，A项正确；石油等化石燃料为不可再生能源，加快化石燃料的开采和使用，会破坏环境，加重环境污染，B项错误；可降解塑料不会造成“白色污染”，C项正确；将秸秆转化为乙醇燃料，可以减少PM2.5的产生，D项正确。答案B探究二、常见环境污染物及其防治【合作交流】2．常见的空气污染物有哪些？提示SO2、CO、NO、NO2、颗粒物。3．常见的水污染物有哪些？提示氮、磷等营养元素，废弃物的分解等。4．绿色化学的“要求”和“期望”分别是什么？提示要求：利用化学原理从源头上消除污染。期望：化学反应或过程涉及的物质都在内部循环、利用，实现零排放。【点拨提升】1．常见环境污染及防治环境污染污染源污染物防治措施酸雨煤、石油等化石燃料的燃烧，汽车尾气等SO2、NOx开发利用新能源；化石燃料脱硫或固硫，废气用氨水、碱液吸收温室效应煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧CO2等温室气体减少化石燃料的使用；开发利用新能源；植树造林臭氧层空洞使用含氟氯烃的冰箱、空调等氟氯烃限制或停止氟氯烃的使用赤潮含一定量氮和磷等植物营养物质的生活污水、工业废水氮、磷等营养物质工业、生活污水处理后再排放，限制使用含磷洗涤剂白色污染难以降解塑料的排放废弃塑料减少使用和加强回收，使废塑料再利用、再循环，研制开发易降解塑料2.绿色化学(1)绿色化学示意图(2)原子经济原子经济要求反应物的原子全部转变成期望的最终产物，原子利用率达到100%，也就是说在化学反应过程中不产生任何废物。原子利用率＝eq\f(期望产物的总质量,反应物的总质量)×100%(3)原子利用率为100%的反应类型有化合反应、加成反应和加聚反应。【典题例证2】下列有关环境问题的说法正确的是()A．燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的含量B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨D．含磷合成洗涤剂易被细菌分解，故不会导致水体污染解析燃煤中加入石灰石的作用是“固硫”，最终使硫元素以硫酸盐的形式存在，减少了SO2对空气的污染，A正确；空气中臭氧的体积分数超过10－4%时，就会对人体、动植物造成危害，B错误；pH小于5.6的降水才称为酸雨，通常的降雨也是呈酸性的，因为空气中的CO2会溶于水使雨水呈酸性，C错误；过量的磷和氮进入水中，会造成水体的富营养化，导致有害藻类“疯长”，迅速覆盖在水面上，造成“水华”或“赤潮”，D错误。答案A【学以致用2】非金属元素的一些氧化物会导致环境污染，以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是()选项氧化物环境问题主要来源ACO2酸雨化石燃料的燃烧BSO2光化学烟雾汽车尾气的排放CNO2温室效应工厂废气的排放DCOCO中毒汽车尾气和化石燃料的不完全燃烧解析CO2能导致温室效应，NO2能引起光化学烟雾，SO2能引起酸雨。答案D1．“化学，让生活更美好”，下列叙述不能直接体现这一主旨的是()A．风力发电，让能源更清洁B．合成光纤，让通讯更快捷C．合成药物，让人类更健康D．环保涂料，让环境更宜居解析风力发电过程中，不涉及化学知识，不能直接体现“化学，让生活更美好”这一主题。合成光纤、合成药物、环保涂料都是通过化学方法制取的，体现了“化学，让生活更美好”这一主题。答案A2．人们从自然界的石英沙中制取粗硅的反应是()A．SiO2＋2COeq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO2B．Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2C．SiO2＋2H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2H2OD．SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑解析焦炭和石英沙(主要成分为SiO2)在高温下反应可制得粗硅，D正确。答案D3．“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向。“绿色化学”要求从根本上消除污染，是一门能防止污染的科学。它包括“原料的绿色化”、“化学反应的绿色化”、“产物的绿色化”等内容。其中“化学反应的绿色化”要求反应物中所有的原子完全被利用且全部转入期望的产品中。下列不符合“化学反应绿色化”的是()A．消除硫酸厂尾气中的SO2：SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3B．消除制硝酸工业的尾气氮氧化物：NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2OC．制CuSO4：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(→,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2OD．制聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))CH2—CH2解析用Cu与浓H2SO4制CuSO4时，同时生成SO2，污染空气，不符合“化学反应的绿色化”。答案C4．化学与生活、社会密切相关。下列说法不正确的是()A．为了防止污染环境，废弃的塑料应焚烧处理B．误食重金属盐后，应采取的有效应急措施是喝大量的豆浆或牛奶C．为防止电池中的重金属元素污染土壤和水体，应积极开发废电池的综合利用技术D．利用太阳能等清洁能源代替化石燃料，有利于节约资源、保护环境解析废弃塑料在焚烧过程中会产生新的污染物，从而造成环境污染。答案A5．联合国气候变化框架公约《京都议定书》要求到2010年发达国家限制二氧化碳等温室气体排放量要比1990年减少5.2%。(1)科学家采取“组合转化”技术，将CO2和H2以一定比例混合，在一定条件下反应，生成一种重要的化工原料乙烯和水，请写出该反应的化学方程式：_____________________。(2)为了减缓大气中CO2含量，以下建议可行的是________。a．开发太阳能、水能、风能等新能源b．禁止使用煤、石油、天然气等矿物燃料c．大量植树造林，禁止乱砍滥伐答案(1)2CO2＋6H2eq\o(→,\s\up7(一定条件))CH2=CH2＋4H2O(2)ac课时作业基础巩固1．以下说法正确的是()A．纳米材料是指一种被称为“纳米”的新物质制成的材料B．绿色食品是指不含任何化学物质的食品C．生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气D．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的解析纳米是指材料微粒的尺寸而不是物质的名称，A项错误；任何物质(不包括“场”，如电场、磁场等)都由原子、分子、离子等组成，从组成和结构来看，它们都是“化学物质”。不管什么食物，都是物质，也都是“化学物质”，B项错误；生物固氮仅在根部，并不在叶面。在叶面上可以进行光合作用，而不是固氮作用，C项错误；光纤通信是利用光导纤维传输信息的通信方式，光导纤维的原料是二氧化硅，D项正确。答案D2．“信息”“材料”和“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列有关选项不正确的是()A．信息技术的发展离不开新材料的合成和应用B．目前中美日等国掌握的陶瓷发动机技术，大大提高了发动机的能量转化效率C．在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源D．软质隐形眼镜和航天飞船表面的高温结构陶瓷都属于有机高分子材料解析在20世纪发明的七大技术——信息技术、生物技术、核科学和核武器技术、航空航天和导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成与分离技术中，化学合成与分离技术为其余六种技术提供了必需的物质基础，因此信息技术的发展离不开新材料的合成和应用。D项中航天飞船表面的高温结构陶瓷是无机非金属材料，不是有机高分子材料，故D错。答案D3．化学与人类生活、社会可持续发展密切相关。下列措施有利于节能减排、保护环境的是()①加快化石燃料的开采与使用②研发易降解的生物农药③应用高效洁净的能源转化技术④田间焚烧秸秆⑤推广使用节能环保材料A．①③⑤ B．②③⑤C．①②④ D．②④⑤解析本题考查化学与STSE的联系，意在考查考生运用化学知识解决实际问题的能力。加快化石燃料的开采与使用不利于节能减排，田间焚烧秸杆会污染环境，故选B。答案B4．下列说法与“节能减排”不相符的是()A．为推广氢能的使用，工业上可采用电解水法制取大量氢气B．将石油裂化、裂解，综合利用石油资源C．有节制地开采煤、石油、天然气等矿物资源D．倡导“绿色化学”理念，逐步实现化工企业零排放解析A项中氢能的使用固然能减排，但用电解水法制取氢气会消耗大量的能量；B项中将石油进行深加工将更能提高原料的利用率，达到“节能”的目的，资源是有限的，有效合理地开采各种化石原料是目前倡导的节能方式，C项正确；D项中实现工业零排放是原子经济性的目的，符合“绿色化学”理论。答案A5．下列属于污染源必须治理的是()A．使用农家肥造成粮食、蔬菜不清洁B．排放含磷洗衣粉和含有机物的城市生活污水，造成水体污染C．食品加工生产中向食品中加入适量的防腐剂D．农村燃烧农作物的秸秆等作燃料产生二氧化碳解析农家肥是无污染的。含磷洗衣粉和含有机物的污水排放，使水质恶化，必须治理。食品中加入适量防腐剂是无害的。CO2不是大气污染物。答案B6．环境污染问题越来越受到人们的关注，造成环境污染的主要原因大多是人类生产活动中过度排放有关物质引起的。下列环境问题与所对应的物质不相关的是()A．温室效应——二氧化碳B．光化学污染——二氧化氮C．酸雨——二氧化碳D．白色污染——一次性塑料制品的使用解析酸雨的形成主要与NOx、SOx有关，与CO2无关。答案C7．保护环境已成为当前和未来的全球性重大课题之一。下列因人类生产、生活对环境破坏而带来的后果是()①土地沙漠化②酸雨③水资源危机④南极上空臭氧空洞变大⑤沙尘暴A．①②⑤ B．①②④⑤C．②⑤ D．全部解析人类生产、生活对环境各个方面造成严重的影响，我们应该关注与人类生存环境关系密切的环境问题。答案D8．近年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表达。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，分析下列由单质镁制硝酸镁的四个方案中，你认为可行且符合“绿色化学”要求的方案是()A．Mgeq\o(→,\s\up7(HNO3))Mg(NO3)2B．Mgeq\o(→,\s\up7(Cl2))MgCl2eq\o(→,\s\up7(NaOH))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(稀HNO3))Mg(NO3)2C．Mgeq\o(→,\s\up7(O2))MgOeq\o(→,\s\up7(稀HNO3))Mg(NO3)2D．Mgeq\o(→,\s\up7(稀H2SO4))MgSO4eq\o(→,\s\up7(BaNO32溶液))Mg(NO3)2解析据题意“绿色化学”要求从经济、环保和技术三个方面设计可行的化学反应。从经济角度考虑，B项最不合算，除Mg外还用了三种试剂；D项不合算，用了两种较贵的试剂；从环保角度考虑，A项产生了污染环境的氮的氧化物，B项也使用了会对环境造成危害的Cl2；从技术角度考虑，D项中Ba(NO3)2溶液加入量较难控制。综上所述可知只有C项符合“绿色化学”的要求。答案C9．在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物。如用丙炔CH3C≡CH合成2甲基丙烯酸甲酯CH2=C(CH3)COOCH3，欲使原子利用率达到最高，还需要的反应物是A．CO和CH3OH B．CO2和H2OC．H2和CO2 D．CH3OH和H2解析根据绿色化学的含义，在生成的产品CH2=C(CH3)COOCH3与原料之间，元素种类和原子数目都应完全相同，即原子守恒。将生成物中各个原子个数减去已知反应物相应原子的个数，差值为C2H4O2，对照答案，反应物中原子数之和为C2H4O2的只有CO和CH3OH。答案A10．自然环境与人们的生活息息相关。下列有关环境问题的说法不正确的是()A．氟利昂(CCl2F2)因破坏大气臭氧层而导致“温室效应B．将垃圾分类并回收利用是垃圾处理的发展方向C．废旧电池的回收，其主要目的是为了保护环境D．淀粉餐具被认为是有发展前景的一次性餐具，有利于保护环境解析CO2的含量增加会导致“温室效应”，与臭氧层被破坏无关，A错误；为了保护环境，将垃圾分类并回收利用，回收废旧电池，使用可降解的淀粉餐具，B、C、D正确。答案A能力提升11．汽车已经成为重要的交通工具，但其排放的尾气是空气的主要污染物之一。已知汽车尾气中的主要污染物有：CmHn(烃)、SO2、NOx、CO和C等，请回答下列有关问题。(1)若用CmHn表示汽油的主要组成，CmHn在空气中完全燃烧的化学方程式为________________________________，汽油燃烧产生能量为汽车提供了动力，这一过程中能量的转化是由________能转化为________能，最终转化为机械能。(2)通过车用燃油的精炼加工处理，可减少汽车尾气中的________________(填化学式)排放。(3)目前汽车尾气多采用催化转化的方法加以治理，写出在催化剂作用下NOx与CO反应的化学方程式：_____________________________________________________________。解析(2)精炼汽油可以减少其中硫的含量从而减少二氧化硫的排放量。(3)汽车尾气处理，应该把有毒的转化为无毒的，根据氧化还原反应，NOx和CO反应的产物应该是N2、CO2，然后配平即可。答案(1)4CmHn＋(4m＋n)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))2nH2O＋4mCO2化学热(2)SO2(3)2NOx＋2xCOeq\o(=,\s\up7(催化剂))N2＋2xCO212．“飘尘”是物质燃烧时产生的粒状飘浮物，颗粒很小(直径小于10－7m)，不易沉降(可漂浮数小时甚至数年)，它与空气中的SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气酸度增加，(1)与雨水形成酸雨，试写出这两个化学反应方程式：__________________________，________________________________________________________________________。(2)汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气含有氮氧化物，全世界每年排放量约5×107kg，NO(3)酸雨可导致下列哪种危害________。A．腐蚀建筑物 B．导致树木枯萎C．造成洪涝灾害 D．恶化人类环境(4)为了减少酸雨的形成，必须对燃煤烟气进行脱硫，常用的方法有__________，对废气中的氮氧化物进行________。解析SO2转化为SO3时需在催化剂条件下完成，SO2在形成酸雨时由题意可知先转化为SO3，SO3与H2O生成H2SO4，这是形成酸雨的因素之一，酸雨的危害极大，要尽可能减少SO2以及氮氧化物的排放。答案(1)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂))2SO3SO3＋H2O=H2SO4(2)硝(3)ABD(4)石灰石－石膏法、氨水法吸收利用13．溴及其化合物广泛应用于医药、农药、纤维、塑料、阻燃剂等，回答下列问题：(1)海水提溴过程中，向浓