第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的利用与开发
一、金属矿物的开发利用
1、金属元素在自然界中存在的形态
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以 游离 态的形式存在。
(2)绝大多数金属元素以 化合物 的形式存在于自然界。
(3)在地壳中，含量最高的金属元素是 铝 ，其次是 铁 。
2、金属冶炼原理与实质
(1)原理：金属从化合物中 还原 出来。
(2)实质：化合物中金属 得到 电子被 还原 生成金属单质。
3、金属冶炼方法
(1)加热分解法：
①制Hg：2HgO 2Hg＋O2↑ 。 ②制Ag：2Ag2O 4Ag＋O2↑ 。
(2)电解法：
①制Mg：MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑ 。 ②制Al：2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑ 。
③制Na：2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ 。
(3)热还原法：
①常用还原剂有 焦炭、一氧化碳、氢气、铝等。
②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2 。
③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 。
4、合理开发和利用金属资源的主要途径
(1)提高金属矿物的 利用率 ；
(2)开发 环保 高效的金属冶炼方法；
(3)防止金属的 腐蚀 ；
(4)加强废旧金属的 回收 和再利用；
(5)使用其他材料 代替 金属材料。
二、海水资源的开发利用
1、海水水资源的利用
(1)海水水资源利用，主要包括 海水淡化 和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把 盐 分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有 蒸馏法 、 电渗析法 、 离子交换法 等。其中 蒸馏法 的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。
2、海水的化学资源利用
(1)海水中的化学元素：海水中含量最多的为 O、H 两种元素，还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素。
(2)海水中化学资源的利用
(3)从海水中获取能源
①从海水中提取 铀 和重水，用于 核能 开发。
②开发 潮汐能 、 波浪能 等新型能源。
3、海水提溴
(1)主要流程
(2)主要反应
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化)
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集)
Cl2＋2Br－=== Br2＋2Cl－ (提取)
三、煤、石油、天然气的综合利用
(一)煤
1、煤的组成
2、煤的综合利用
(二)天然气
(三)石油的组成和综合利用
1、组成：石油是由多种 碳氢化 合物组成的混合物。
2、综合利用
(1)分馏：利用石油中各组分 沸点 的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。石油经分馏后可以获得汽油 、 煤油 、 柴油 等含碳原子少的轻质油。
(2)催化裂化
①目的：将重油裂化为 汽油 等物质。
②例如：C16H34 C8H18＋C8H16
(3)裂解
①目的：得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。
②例如：C8H18 C4H10＋C4H8 ；C4H10 CH4＋C3H6 ；C4H10 C2H6＋C2H4 。
(4)催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，使 链状烃 转化为 环状烃 。
微点拨：石油的分馏为物理变化，石油的裂化、裂解、催化重整均为化学变化。
3、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料： 塑料 、 合成橡胶 、 合成纤维 ，这三大合成材料，是以煤、石油和天然气为原料生产的。
(2)随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的 废弃物 对人类社会造成巨大的 环境 压力。
第二节 化学品的合理利用
一、化肥、农药的合理施用
1、合理施用化肥
(1)考虑因素：除了要考虑土壤 酸碱性 、作物营养状况等因素，还必须根据化肥本身的性质进行科学施用。
(2)应用实例： 硝酸铵 是一种高效氮肥，但受热或经撞击易发生 爆炸 ，因此必须作改性处理后才能施用。
(3)过量施用化肥的危害
①很多化肥易溶于水，过量施用不仅会造成浪费，部分化肥随着雨水流入河流和湖泊，造成 水体富营养化 ，产生 水华 等污染现象。
②不合理施用化肥还会影响土壤的 酸碱性 和土壤 结构 。
2、合理施用农药
(1)农药的发展：早期 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。现在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 等有机合成农药。
(2)农药的发展方向： 高效 、 低毒 和 低残留 。
(3)不合理施用农药的危害
①农药可能会破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生 抗药性 。
②蜜蜂等传粉昆虫对农药很 敏感 ，大量用药如不注意就会引起这些昆虫的大量死亡。
③农药施用方法、用量和时机不当，会造成土壤和作物的农药残留 超标 ，以及大气、地表水和地下水的污染。
二、合理用药
1、药物的分类：药物按来源分为 天然药物 与 合成药物 。
2、药物的作用机理
(1)有的药物是通过改变机体细胞周围的物理、化学环境而发挥药效，如抗酸药。
(2)更多药物是通过药物分子与机体生物大分子的 功能基团 结合而发挥药效，其 分子结构 与生物活性密切相关。
3、阿司匹林
(1)阿司匹林化学名称为 乙酰水杨酸 ，具有 解热镇痛 作用。
(2)以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式为：
(3)不良反应：长期大量服用 阿司匹林 会导致胃痛、头痛、眩晕、恶心等不适症状。
4、合理用药
(1)在医生、 药师 指导下，遵循安全、有效、经济、适当等原则。
(2)滥用药物危害巨大。例如无处方长期服用 安眠药 或 镇静剂 ；滥用抗生素；运动员服用兴奋剂等。
(3)拒绝 毒品 。
三、安全使用食品添加剂
1、食品添加剂：是指为改善 食品品质 和 色 、 香 、味，以及 防腐、保鲜 和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。
2、食品添加剂的类别
(1)着色剂、增味剂
①着色剂包括 天然色素 (如红曲红、β 胡萝卜素、姜黄等)和 合成色素 (如苋菜红、柠檬黄、靛蓝等)。
②增味剂：增加食品的鲜味，如 味精 (化学名称为谷氨酸钠)。
(2)膨松剂、凝固剂
①膨松剂：使食品松软或酥脆(如NH4HCO3、NaHCO3)。 ②凝固剂：改善食品的形态。如制作豆腐的盐卤。
(3)防腐剂、抗氧化剂
①防腐剂：防止食品腐败变质，杀灭微生物或者控制其滋生条件。如采用加入食盐、干燥、加热、冷冻、抽真空等方法；常见的防腐剂有 苯甲酸及其钠盐 、 山梨酸及其钾盐 等。
②抗氧化剂：防止食品在空气中被氧化而变质，如 抗坏血酸 (即维生素C)。
(4)营养强化剂：由于人们的年龄阶段(如婴幼儿时期、中老年时期等)、工作环境及地方性营养状况等的特殊要求，需要在食品中加入营养强化剂，以补充必要的营养成分。如在食盐中添加 碘酸钾 ，在奶粉中添加 维生素 、碳酸钙、硫酸亚铁、 硫酸锌 等。
3、使用原则：在规定范围内合理使用 食品添加剂 ，对人体健康不会产生不良影响，但是违反规定，将一些不能作为食品添加剂的物质当作食品添加剂，或者超量使用食品添加剂，都会损害人体健康。
第三节 环境保护与绿色化学
一、化学与环境保护
1、环境保护
(1)环境问题：主要是指由于 人类不合理地开发和利用 自然资源而造成的生态环境破坏，以及 工农业生产 和 人类生活 所造成的环境污染。
(2)环境保护的任务
①环境监测：对 污染物 的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和 消除污染 提供可靠的数据。
②治理工业三废( 废水、废气、废渣 )。
③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝 污染物 的排放，从根本上解决环境问题。
2、大气污染
(1)污染物主要来源：除了自然因素外，大气污染物主要来自 化石燃料 的燃烧和 工业 生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。
(2)次生污染物的形成
3、污水的处理方法
(1)常用的污水处理方法有 物理法 、 化学法 、和 生物法 等。
(2)污水处理常用化学方法： 中和法 、 氧化还原法 、沉淀法等。
(3)污水处理的流程
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。
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。
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。
4、固体废弃物的处理
工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循 无害化 、 减量化 和 资源化 的原则，达到 减少环境污染 和 资源回收 利用这两个重要目的。
二、绿色化学
1、绿色化学也称环境友好化学，其核心思想就是改变 “先污染后治理” 的观念和做法，利用 化学原理和技术手段，减少或 消除 产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头 减少或消除 环境污染。
2、简单而言，化学反应就是原子重新组合的过程。因此，按照 绿色化学 的思想，最理想的“原子经济性反应”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子 利用率 (即期望产物的总质量与生成物的总质量之比)为100%。
3、常见环境问题
环境问题 主要污染物 主要危害
温室效应 CO2 造成全球气候 变暖 ，水位上升，陆地面积减小等
酸雨 SO2、NOx 土壤酸化、 水源 污染、建筑物被腐蚀等
臭氧层破坏 氟氯代烷、NOx 到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害
光化学烟雾 碳氢化合物、NOx 刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡
白色污染 废弃塑料制品 ①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产。 ②混入生活垃圾中难处理、难回收。 ③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡
赤潮和水华 废水中含氮、磷元素的营养物质 使水体 富营养化 ，导致水中藻类 疯长 ，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化
PM2.5 颗粒物 污染空气，形成雾霾天气，增加交通事故，危害人体健康第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的利用与开发
一、金属矿物的开发利用
1、金属元素在自然界中存在的形态
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以____________态的形式存在。
(2)绝大多数金属元素以____________的形式存在于自然界。
(3)在地壳中，含量最高的金属元素是____________，其次是____________。
2、金属冶炼原理与实质
(1)原理：金属从化合物中____________出来。
(2)实质：化合物中金属____________电子被____________生成金属单质。
3、金属冶炼方法
(1)加热分解法：
①制Hg：2HgO____________。 ②制Ag：2Ag2O____________。
(2)电解法：
①制Mg：MgCl2(熔融)____________。 ②制Al：2Al2O3(熔融) ____________。
③制Na：2NaCl(熔融)____________。
(3)热还原法：
①常用还原剂有____________氢气、铝等。
②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为3CO＋Fe2O3____________。
③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al＋Fe2O3____________。
4、合理开发和利用金属资源的主要途径
(1)提高金属矿物的____________；
(2)开发____________高效的金属冶炼方法；
(3)防止金属的____________；
(4)加强废旧金属的____________和再利用；
(5)使用其他材料 ____________金属材料。
二、海水资源的开发利用
1、海水水资源的利用
(1)海水水资源利用，主要包括____________和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把____________分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有____________、 ____________等。其中 ____________ 的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。
2、海水的化学资源利用
(1)海水中的化学元素：海水中含量最多的为____________两种元素，还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素。
(2)海水中化学资源的利用
(3)从海水中获取能源
①从海水中提取____________和重水，用于____________开发。
②开发____________、____________等新型能源。
3、海水提溴
(1)主要流程
(2)主要反应
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化)
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集)
Cl2＋2Br－===_____________________(提取)
三、煤、石油、天然气的综合利用
(一)煤
1、煤的组成
2、煤的综合利用
(二)天然气
(三)石油的组成和综合利用
1、组成：石油是由多种_____________________合物组成的混合物。
2、综合利用
(1)分馏：利用石油中各组分____________的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。石油经分馏后可以获得____________ 、____________、____________等含碳原子少的轻质油。
(2)催化裂化
①目的：将重油裂化为____________等物质。
②例如：C16H34____________
(3)裂解
①目的：得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。
②例如：C8H18____________C4H10____________；C4H10____________。
(4)催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，使____________转化为____________。
微点拨：石油的分馏为物理变化，石油的裂化、裂解、催化重整均为化学变化。
3、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料：____________、____________、____________，这三大合成材料，是以煤、石油和天然气为原料生产的。
(2)随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的____________对人类社会造成巨大的____________压力。
第二节 化学品的合理利用
一、化肥、农药的合理施用
1、合理施用化肥
(1)考虑因素：除了要考虑土壤_____________________、作物营养状况等因素，还必须根据化肥本身的性质进行科学施用。
(2)应用实例：____________是一种高效氮肥，但受热或经撞击易发生_____________________，因此必须作改性处理后才能施用。
(3)过量施用化肥的危害
①很多化肥易溶于水，过量施用不仅会造成浪费，部分化肥随着雨水流入河流和湖泊，造成____________，产生____________等污染现象。
②不合理施用化肥还会影响土壤的____________和土壤____________。
2、合理施用农药
(1)农药的发展：早期_____________________有除虫菊、烟草等植物和波尔多液、石灰硫黄合剂等无机物。现在人们研制出了有机氯农药、有机磷农药、氨基甲酸酯和____________等有机合成农药。
(2)农药的发展方向：_____________________、_____________________和_____________________。
(3)不合理施用农药的危害
①农药可能会破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生____________。
②蜜蜂等传粉昆虫对农药很____________，大量用药如不注意就会引起这些昆虫的大量死亡。
③农药施用方法、用量和时机不当，会造成土壤和作物的农药残留____________，以及大气、地表水和地下水的污染。
二、合理用药
1、药物的分类：药物按来源分为____________与____________。
2、药物的作用机理
(1)有的药物是通过改变机体细胞周围的物理、化学环境而发挥药效，如抗酸药。
(2)更多药物是通过药物分子与机体生物大分子的____________结合而发挥药效，其____________与生物活性密切相关。
3、阿司匹林
(1)阿司匹林化学名称为____________，具有____________作用。
(2)以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式为：
(3)不良反应：长期大量服用____________会导致胃痛、头痛、眩晕、恶心等不适症状。
4、合理用药
(1)在医生、____________指导下，遵循安全、有效、经济、适当等原则。
(2)滥用药物危害巨大。例如无处方长期服用____________或____________；滥用抗生素；运动员服用兴奋剂等。
(3)拒绝____________。
三、安全使用食品添加剂
1、食品添加剂：是指为改善____________和______________、_________、味，以及____________和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。
2、食品添加剂的类别
(1)着色剂、增味剂
①着色剂包括____________(如红曲红、β 胡萝卜素、姜黄等)和____________(如苋菜红、柠檬黄、靛蓝等)。
②增味剂：增加食品的鲜味，如____________(化学名称为谷氨酸钠)。
(2)膨松剂、凝固剂
①膨松剂：使食品松软或酥脆(如NH4HCO3、NaHCO3)。 ②凝固剂：改善食品的形态。如制作豆腐的盐卤。
(3)防腐剂、抗氧化剂
①防腐剂：防止食品腐败变质，杀灭微生物或者控制其滋生条件。如采用加入食盐、干燥、加热、冷冻、抽真空等方法；常见的防腐剂有____________、____________等。
②抗氧化剂：防止食品在空气中被氧化而变质，如____________(即维生素C)。
(4)营养强化剂：由于人们的年龄阶段(如婴幼儿时期、中老年时期等)、工作环境及地方性营养状况等的特殊要求，需要在食品中加入营养强化剂，以补充必要的营养成分。如在食盐中添加____________，在奶粉中添加____________、碳酸钙、硫酸亚铁、____________等。
3、使用原则：在规定范围内合理使用____________，对人体健康不会产生不良影响，但是违反规定，将一些不能作为食品添加剂的物质当作食品添加剂，或者超量使用食品添加剂，都会损害人体健康。
第三节 环境保护与绿色化学
一、化学与环境保护
1、环境保护
(1)环境问题：主要是指由于____________自然资源而造成的生态环境破坏，以及 ____________和____________所造成的环境污染。
(2)环境保护的任务
①环境监测：对____________的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和____________提供可靠的数据。
②治理工业三废(____________)。
③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝____________的排放，从根本上解决环境问题。
2、大气污染
(1)污染物主要来源：除了自然因素外，大气污染物主要来自 ____________的燃烧和 ____________生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。
(2)次生污染物的形成
3、污水的处理方法
(1)常用的污水处理方法有____________________、___________________、和___________________等。
(2)污水处理常用化学方法：____________、____________、沉淀法等。
(3)污水处理的流程
①一级处理：通常采用____________方法，即用格栅间、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。
②二级处理：采用____________方法(又称____________法)及某些化学方法，除去水中的可降解有机物等污染物。
③三级处理：主要采用____________、____________、离子交换法和____________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____________和____________用水等。
4、固体废弃物的处理
工业废渣和生活垃圾等固体废物的处理应遵循____________、____________和____________的原则，达到 ____________和____________利用这两个重要目的。
二、绿色化学
1、绿色化学也称环境友好化学，其核心思想就是改变____________的观念和做法，利用____________和技术手段，减少或____________产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头____________环境污染。
2、简单而言，化学反应就是原子重新组合的过程。因此，按照____________的思想，最理想的“原子经济性反应”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子____________(即期望产物的总质量与生成物的总质量之比)为100%。
3、常见环境问题
环境问题 主要污染物 主要危害
____________ CO2 造成全球气候____________，水位上升，陆地面积减小等
____________ SO2、NOx 土壤酸化、____________污染、建筑物被腐蚀等
____________ 氟氯代烷、NOx 到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害
____________ 碳氢化合物、NOx 刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡
____________ 废弃塑料制品 ①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产。 ②混入生活垃圾中难处理、难回收。 ③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡
____________ 废水中含氮、磷元素的营养物质 使水体____________，导致水中藻类____________，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化
PM2.5 颗粒物 污染空气，形成雾霾天气，增加交通事故，危害人体健康
