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必修第二册

化学学考 / 选考笔记，对应人教版《必修第二册》，按专题整理。

第五章 化工生产中的重要非金属元素​

第一节 硫及其化合物​

硫单质​

  • 俗称硫黄，淡黄色固体，不溶于水、微溶于酒精、易溶于二硫化碳（CS2\text{CS}_2），可用 CS2\text{CS}_2 洗去试管壁上的硫；
  • 既有氧化性又有还原性，常见化合价为 −2-2、00、+4+4、+6+6；
  • 与金属反应生成低价硫化物：Fe+S→ΔFeS\text{Fe}+\text{S}\xrightarrow{\Delta}\text{FeS}，2Cu+S→ΔCu2S2\text{Cu}+\text{S}\xrightarrow{\Delta}\text{Cu}_2\text{S}（产物是亚铁、亚铜，体现硫氧化性较弱）；
  • 在空气中燃烧发出淡蓝色火焰：S+O2→点燃SO2\text{S}+\text{O}_2\xrightarrow{\text{点燃}}\text{SO}_2。

二氧化硫​

物理性质：无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水（11 体积水溶约 4040 体积 SO2\text{SO}_2）。

化学性质

  • 属酸性氧化物，与水化合生成亚硫酸（弱酸）：SO2+H2O⇌H2SO3\text{SO}_2+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_2\text{SO}_3；
  • 与碱反应，SO2\text{SO}_2 少量生成正盐、过量生成酸式盐：

SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O\text{SO}_2+2\text{NaOH}\to\text{Na}_2\text{SO}_3+\text{H}_2\text{O}

SO2+NaOH→NaHSO3\text{SO}_2+\text{NaOH}\to\text{NaHSO}_3

  • 还原性（主要性质，硫为 +4+4 价，可被氧化到 +6+6）：2SO2+O2→Δ催化剂2SO32\text{SO}_2+\text{O}_2\xrightarrow[\Delta]{\text{催化剂}}2\text{SO}_3，也能使氯水、溴水、酸性 KMnO4\text{KMnO}_4 溶液褪色；
  • 氧化性：SO2+2H2S→3S↓+2H2O\text{SO}_2+2\text{H}_2\text{S}\to 3\text{S}\downarrow+2\text{H}_2\text{O}；
  • 漂白性：能使品红溶液褪色，与有色物质化合成不稳定的无色物质，加热后恢复红色（这是 SO2\text{SO}_2 漂白的特征，与氯水的氧化漂白不同）。

SO2\text{SO}_2 与 Cl2\text{Cl}_2 漂白对比

SO2\text{SO}_2Cl2\text{Cl}_2（氯水）
原理与有色物质化合强氧化性，氧化有色物质
稳定性不稳定，加热恢复原色稳定，不恢复
范围漂白品红等，不能漂白石蕊能使石蕊先变红后褪色
混合等物质的量混合于水中漂白性几乎消失：SO2+Cl2+2H2O→H2SO4+2HCl\text{SO}_2+\text{Cl}_2+2\text{H}_2\text{O}\to\text{H}_2\text{SO}_4+2\text{HCl}

硫酸​

稀硫酸：具有酸的通性——与活泼金属反应放氢气、与碱及碱性氧化物反应、与盐反应。

浓硫酸的特性

  • 吸水性：能吸收现成的水，可作干燥剂（不能干燥 NH3\text{NH}_3、H2S\text{H}_2\text{S}、HBr\text{HBr}、HI\text{HI}）；
  • 脱水性：按 2:12:1 夺取有机物中氢、氧元素，使蔗糖等炭化变黑；
  • 强氧化性（体现 +6+6 价硫）：
    • 与铜反应：Cu+2H2SO4(浓)→ΔCuSO4+SO2↑+2H2O\text{Cu}+2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{浓})\xrightarrow{\Delta}\text{CuSO}_4+\text{SO}_2\uparrow+2\text{H}_2\text{O}；
    • 与碳反应：C+2H2SO4(浓)→ΔCO2↑+2SO2↑+2H2O\text{C}+2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{浓})\xrightarrow{\Delta}\text{CO}_2\uparrow+2\text{SO}_2\uparrow+2\text{H}_2\text{O}；
    • 常温下使铁、铝钝化（表面生成致密氧化膜），故可用铁、铝罐车装运冷的浓硫酸。

浓硫酸与金属反应生成 SO2\text{SO}_2 而非 H2\text{H}_2；随反应进行浓度变稀，稀硫酸不再与铜反应。

硫酸根离子的检验​

  • 先加足量稀盐酸排除 CO32−\text{CO}_3^{2-}、SO32−\text{SO}_3^{2-}、Ag+\text{Ag}^+ 干扰，再滴加 BaCl2\text{BaCl}_2 溶液；
  • 产生不溶于稀盐酸的白色沉淀，即证明含 SO42−\text{SO}_4^{2-}：Ba2++SO42−→BaSO4↓\text{Ba}^{2+}+\text{SO}_4^{2-}\to\text{BaSO}_4\downarrow。

第二节 氮及其化合物​

氮气与氮的固定​

  • N2\text{N}_2 分子中含氮氮三键，键能大，性质稳定；
  • 氮的固定：将游离态氮转化为氮的化合物，分自然固氮（雷电、生物固氮）和人工固氮（合成氨）；
  • 与氢气合成氨：N2+3H2→高温高压催化剂2NH3\text{N}_2+3\text{H}_2\xrightarrow[\text{高温高压}]{\text{催化剂}}2\text{NH}_3；
  • 高温下与氧气化合：N2+O2→放电2NO\text{N}_2+\text{O}_2\xrightarrow{\text{放电}}2\text{NO}。

氮的氧化物​

  • NO\text{NO}：无色气体，不溶于水，有毒，常温下遇氧气立即被氧化：2NO+O2→2NO22\text{NO}+\text{O}_2\to 2\text{NO}_2；
  • NO2\text{NO}_2：红棕色、有刺激性气味的有毒气体，与水反应：

3NO2+H2O→2HNO3+NO3\text{NO}_2+\text{H}_2\text{O}\to 2\text{HNO}_3+\text{NO}

  • 工业上 NO2\text{NO}_2 与 O2\text{O}_2 通入水中可被完全吸收：4NO2+O2+2H2O→4HNO34\text{NO}_2+\text{O}_2+2\text{H}_2\text{O}\to 4\text{HNO}_3，4NO+3O2+2H2O→4HNO34\text{NO}+3\text{O}_2+2\text{H}_2\text{O}\to 4\text{HNO}_3；
  • NO\text{NO}、NO2\text{NO}_2 是形成光化学烟雾、酸雨的主要污染物。
NO\text{NO}NO2\text{NO}_2
颜色无色红棕色
溶于水不溶反应生成 HNO3\text{HNO}_3
毒性有毒有毒
收集排水法收集向上排空气法

氨​

物理性质：无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水（11 体积水溶约 700700 体积氨），易液化，可作制冷剂。

喷泉实验：氨极易溶于水，使烧瓶内气压骤减，形成喷泉；溶液显碱性（滴入石蕊变蓝）。只要气体极易溶于吸收液即可形成喷泉——极易溶于水的 HCl\text{HCl}、SO2\text{SO}_2（配 NaOH\text{NaOH}）等同理。

化学性质

  • 与水反应，一水合氨是弱碱：NH3+H2O⇌NH3⋅H2O⇌NH4++OH−\text{NH}_3+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{NH}_4^++\text{OH}^-；
  • 与酸反应生成铵盐，与挥发性酸相遇产生白烟：NH3+HCl→NH4Cl\text{NH}_3+\text{HCl}\to\text{NH}_4\text{Cl}（白烟，可检验氨或氯化氢）；
  • 还原性——催化氧化是工业制硝酸的基础：

4NH3+5O2→Δ催化剂4NO+6H2O4\text{NH}_3+5\text{O}_2\xrightarrow[\Delta]{\text{催化剂}}4\text{NO}+6\text{H}_2\text{O}

实验室制氨：2NH4Cl+Ca(OH)2→ΔCaCl2+2NH3↑+2H2O2\text{NH}_4\text{Cl}+\text{Ca}(\text{OH})_2\xrightarrow{\Delta}\text{CaCl}_2+2\text{NH}_3\uparrow+2\text{H}_2\text{O}，向下排空气法收集，用湿润的红色石蕊试纸检验（变蓝）。

铵盐​

  • 都是易溶于水的白色晶体；
  • 受热易分解：NH4Cl→ΔNH3↑+HCl↑\text{NH}_4\text{Cl}\xrightarrow{\Delta}\text{NH}_3\uparrow+\text{HCl}\uparrow；
  • 与碱反应放出氨气：NH4++OH−→ΔNH3↑+H2O\text{NH}_4^++\text{OH}^-\xrightarrow{\Delta}\text{NH}_3\uparrow+\text{H}_2\text{O}——铵根离子的检验即据此：加浓 NaOH\text{NaOH} 溶液并加热，放出使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体；
  • 铵态氮肥不能与碱性物质（如草木灰、熟石灰）混用。

硝酸​

物理性质：无色、易挥发、有刺激性气味的液体，发烟硝酸暴露在空气中冒白雾。

化学性质

  • 不稳定，见光或受热分解：4HNO3→光照4NO2↑+O2↑+2H2O4\text{HNO}_3\xrightarrow{\text{光照}}4\text{NO}_2\uparrow+\text{O}_2\uparrow+2\text{H}_2\text{O}（故保存在棕色瓶中）；
  • 强氧化性——与金属反应不生成氢气，浓硝酸放 NO2\text{NO}_2、稀硝酸放 NO\text{NO}：

Cu+4HNO3(浓)→Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O\text{Cu}+4\text{HNO}_3(\text{浓})\to\text{Cu}(\text{NO}_3)_2+2\text{NO}_2\uparrow+2\text{H}_2\text{O}

3Cu+8HNO3(稀)→3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O3\text{Cu}+8\text{HNO}_3(\text{稀})\to 3\text{Cu}(\text{NO}_3)_2+2\text{NO}\uparrow+4\text{H}_2\text{O}

  • 常温下使铁、铝钝化，可用铁、铝容器盛装冷的浓硝酸；
  • 与碳反应：C+4HNO3(浓)→ΔCO2↑+4NO2↑+2H2O\text{C}+4\text{HNO}_3(\text{浓})\xrightarrow{\Delta}\text{CO}_2\uparrow+4\text{NO}_2\uparrow+2\text{H}_2\text{O}；
  • 浓硝酸与浓盐酸按体积比 1:31:3 配成王水，能溶解金、铂。

浓、稀硝酸氧化性对比：浓硝酸氧化性更强，但与金属反应时得电子数少（+5→+4+5\to+4），稀硝酸每分子得电子多（+5→+2+5\to+2）。同一金属与浓硝酸反应，转移相同电子放出的气体体积更大。

第三节 无机非金属材料​

硅​

  • 自然界中硅只以化合态存在（SiO2\text{SiO}_2 及硅酸盐），是地壳中含量第二的元素；
  • 晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体，硬而脆，是良好的半导体材料；
  • 工业制硅：SiO2+2C→高温Si+2CO↑\text{SiO}_2+2\text{C}\xrightarrow{\text{高温}}\text{Si}+2\text{CO}\uparrow。

二氧化硅​

  • 原子晶体，熔点高、硬度大（水晶、石英、玛瑙的主要成分）；
  • 属酸性氧化物，但不溶于水，对应水化物是硅酸；
  • 不与一般酸反应，唯独与氢氟酸反应（故 HF\text{HF} 刻蚀玻璃、不能用玻璃瓶盛装）：SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O\text{SiO}_2+4\text{HF}\to\text{SiF}_4\uparrow+2\text{H}_2\text{O}；
  • 与碱、碱性氧化物反应：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O\text{SiO}_2+2\text{NaOH}\to\text{Na}_2\text{SiO}_3+\text{H}_2\text{O}（故盛碱液的试剂瓶用橡胶塞而非玻璃塞），SiO2+CaO→高温CaSiO3\text{SiO}_2+\text{CaO}\xrightarrow{\text{高温}}\text{CaSiO}_3。

硅酸与硅酸盐​

  • 硅酸（H2SiO3\text{H}_2\text{SiO}_3）是难溶弱酸，酸性比碳酸弱，故不能由 SiO2\text{SiO}_2 与水直接制得，用可溶性硅酸盐与酸反应：Na2SiO3+2HCl→2NaCl+H2SiO3↓\text{Na}_2\text{SiO}_3+2\text{HCl}\to 2\text{NaCl}+\text{H}_2\text{SiO}_3\downarrow；
  • Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3 水溶液俗称水玻璃，是矿物胶、木材防火剂；
  • 硅酸盐组成常用氧化物形式表示，如钠长石写作 Na2O⋅Al2O3⋅6SiO2\text{Na}_2\text{O}\cdot\text{Al}_2\text{O}_3\cdot 6\text{SiO}_2。

传统与新型无机非金属材料​

材料主要原料说明
水泥石灰石、黏土水硬性胶凝材料
玻璃纯碱、石灰石、石英砂主要成分 Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3、CaSiO3\text{CaSiO}_3、SiO2\text{SiO}_2
陶瓷黏土传统硅酸盐材料

新型无机非金属材料：光导纤维（成分 SiO2\text{SiO}_2）、碳化硅、氮化硅、硅太阳能电池等，具有耐高温、耐腐蚀、强度高等特点。

第六章 化学反应与能量​

第一节 化学反应与能量变化​

化学反应中的能量变化​

  • 化学反应的本质是旧化学键断裂、新化学键形成，伴随能量变化；
  • 放热反应：反应物总能量 >> 生成物总能量，多余能量以热能等释放；
  • 吸热反应：反应物总能量 << 生成物总能量，需从外界吸收能量。

常见反应类型

  • 放热：燃烧、金属与酸反应、多数化合反应、酸碱中和、铝热反应；
  • 吸热：多数分解反应、C\text{C} 与 CO2\text{CO}_2 或水蒸气的反应、Ba(OH)2⋅8H2O\text{Ba}(\text{OH})_2\cdot 8\text{H}_2\text{O} 与 NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl} 的反应。

需加热才能发生的反应不一定吸热（如燃烧需点燃却放热）；反应吸放热与反应条件无必然联系。

键能与反应热​

从化学键角度：反应热 == 断裂反应物化学键吸收的总能量 −- 形成生成物化学键放出的总能量。

  • 若断键吸收能量 >> 成键放出能量，反应吸热；
  • 若断键吸收能量 << 成键放出能量，反应放热。

能量守恒：化学能可与热能、电能、光能相互转化，但总能量守恒。

化学能转化为电能——原电池​

  • 定义：把化学能直接转化为电能的装置，本质是自发的氧化还原反应；
  • 构成条件：
    • 两个活动性不同的电极；
    • 电解质溶液；
    • 形成闭合回路；
    • 能自发进行氧化还原反应；
  • 电极判断与反应：
    • 负极：较活泼金属，发生氧化反应，失电子（电子流出）；
    • 正极：较不活泼电极，发生还原反应，得电子（电子流入）；

以铜锌原电池（稀硫酸）为例：

负极(Zn): Zn−2e−→Zn2+\text{负极}(\text{Zn}):\ \text{Zn}-2\text{e}^-\to\text{Zn}^{2+}

正极(Cu): 2H++2e−→H2↑\text{正极}(\text{Cu}):\ 2\text{H}^++2\text{e}^-\to\text{H}_2\uparrow

总反应: Zn+2H+→Zn2++H2↑\text{总反应}:\ \text{Zn}+2\text{H}^+\to\text{Zn}^{2+}+\text{H}_2\uparrow

  • 电子由负极经导线流向正极；电流方向与电子相反；溶液中阳离子移向正极、阴离子移向负极；
  • 原电池能加快反应速率（如粗锌比纯锌与酸反应快，因形成微小原电池）。

化学电源​

  • 一次电池：如干电池，放电后不能再用；
  • 二次电池（蓄电池）：如铅蓄电池，可充放电反复使用；
  • 燃料电池：如氢氧燃料电池，能量转化率高、较环保。以碱性氢氧燃料电池为例：

负极: 2H2+4OH−−4e−→4H2O\text{负极}:\ 2\text{H}_2+4\text{OH}^--4\text{e}^-\to 4\text{H}_2\text{O}

正极: O2+2H2O+4e−→4OH−\text{正极}:\ \text{O}_2+2\text{H}_2\text{O}+4\text{e}^-\to 4\text{OH}^-

第二节 化学反应的速率与限度​

化学反应速率​

  • 定义：用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示，常用单位 mol/(L⋅s)\text{mol/(L}\cdot\text{s)} 或 mol/(L⋅min)\text{mol/(L}\cdot\text{min)}；
  • 计算式：v=ΔcΔtv=\frac{\Delta c}{\Delta t}；
  • 同一反应中，各物质表示的速率之比 == 化学计量数之比，故比较快慢须换算成同一物质、同一单位。

影响因素

因素影响
浓度增大反应物浓度，速率加快
温度升高温度，速率加快
催化剂正催化剂显著加快速率
压强对有气体参与的反应，增大压强速率加快
固体表面积增大表面积，速率加快
  • 内因是反应物本身的性质；外因中，温度和催化剂对速率影响显著；
  • 增大压强的实质是增大气体浓度，对纯固体、纯液体无影响。

可逆反应与化学平衡​

  • 可逆反应：在同一条件下，既能正向又能逆向进行的反应，用 ⇌\rightleftharpoons 表示（如 2SO2+O2⇌2SO32\text{SO}_2+\text{O}_2\rightleftharpoons 2\text{SO}_3）；
  • 可逆反应不能进行到底，反应物与生成物共存；
  • 化学平衡状态：一定条件下，可逆反应正、逆反应速率相等，各组分浓度不再改变的状态。

平衡特征（逆、动、等、定、变）

  • 逆：研究对象是可逆反应；
  • 动：动态平衡，v正=v逆≠0v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}\neq 0，反应仍在进行；
  • 等：正、逆反应速率相等；
  • 定：各组分浓度（或百分含量）保持不变；
  • 变：条件改变，平衡被破坏，在新条件下建立新平衡。

平衡的标志（判断是否达到平衡）

  • v正=v逆v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}（对同一物质，消耗速率 == 生成速率）；
  • 各组分浓度、百分含量保持不变；
  • 对反应前后气体分子数改变的反应，总压强、总物质的量、平均相对分子质量不变可作标志；
  • 颜色不再变化（若有色物质参与）。

化学反应的限度​

  • 一定条件下，可逆反应所能达到的最大程度即反应的限度，对应化学平衡状态；
  • 改变条件可改变限度，工业上据此选择适宜条件，兼顾反应速率与反应限度，提高原料利用率与生产效益。

第七章 有机化合物​

第一节 认识有机化合物​

有机化合物概述​

  • 有机化合物指含碳的化合物（CO\text{CO}、CO2\text{CO}_2、碳酸盐、碳化物等除外）；
  • 多数难溶于水、易溶于有机溶剂，熔点较低，多为非电解质，易燃烧；
  • 碳原子最外层 44 个电子，能与其他原子形成四个共价键，碳碳之间可成链、成环，导致有机物种类繁多。

甲烷​

  • 最简单的有机物、天然气的主要成分，正四面体结构，C−H\text{C}-\text{H} 键夹角 109∘28′109^\circ 28'；
  • 氧化反应（燃烧）：CH4+2O2→点燃CO2+2H2O\text{CH}_4+2\text{O}_2\xrightarrow{\text{点燃}}\text{CO}_2+2\text{H}_2\text{O}；甲烷性质稳定，不能使酸性 KMnO4\text{KMnO}_4 溶液、溴水褪色；
  • 取代反应——在光照下与氯气逐步取代：

CH4+Cl2→光照CH3Cl+HCl\text{CH}_4+\text{Cl}_2\xrightarrow{\text{光照}}\text{CH}_3\text{Cl}+\text{HCl}

依次生成 CH3Cl\text{CH}_3\text{Cl}、CH2Cl2\text{CH}_2\text{Cl}_2、CHCl3\text{CHCl}_3、CCl4\text{CCl}_4（四种产物均难溶于水，其中 CH3Cl\text{CH}_3\text{Cl} 为气体）。

烷烃与同系物​

  • 烷烃：通式 CnH2n+2\text{C}_n\text{H}_{2n+2}，碳碳间均为单键，其余价键被氢占满，称饱和烃；
  • 同系物：结构相似、组成上相差若干 CH2\text{CH}_2 的一系列化合物（如甲烷、乙烷、丙烷）；
  • 同分异构体：分子式相同、结构不同的化合物。如 C4H10\text{C}_4\text{H}_{10} 有正丁烷和异丁烷两种；碳原子数越多，同分异构体越多。

第二节 乙烯与有机高分子材料​

乙烯​

  • 结构简式 CH2=CH2\text{CH}_2=\text{CH}_2，分子中含碳碳双键，属不饱和烃（烯烃通式 CnH2n\text{C}_n\text{H}_{2n}），是石油化工的基本原料，其产量常用来衡量一个国家的石油化工水平；
  • 氧化反应：燃烧火焰明亮并伴黑烟：C2H4+3O2→点燃2CO2+2H2O\text{C}_2\text{H}_4+3\text{O}_2\xrightarrow{\text{点燃}}2\text{CO}_2+2\text{H}_2\text{O}；能使酸性 KMnO4\text{KMnO}_4 溶液褪色（被氧化）；
  • 加成反应——双键打开，两端各接一个原子或原子团：

CH2=CH2+Br2→CH2BrCH2Br\text{CH}_2=\text{CH}_2+\text{Br}_2\to\text{CH}_2\text{Br}\text{CH}_2\text{Br}

故乙烯能使溴水（溴的四氯化碳溶液）褪色（这是加成、非漂白）；与 H2\text{H}_2、HCl\text{HCl}、H2O\text{H}_2\text{O} 也能加成：

CH2=CH2+H2O→催化剂CH3CH2OH\text{CH}_2=\text{CH}_2+\text{H}_2\text{O}\xrightarrow{\text{催化剂}}\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}

  • 加聚反应——生成聚乙烯：

nCH2=CH2→催化剂[CH2−CH2]nn\text{CH}_2=\text{CH}_2\xrightarrow{\text{催化剂}}{\left[\text{CH}_2-\text{CH}_2\right]}_n

乙烯褪色对比：使溴水褪色是加成，使酸性 KMnO4\text{KMnO}_4 褪色是氧化；两者原理不同，都可区别乙烯与烷烃。

苯​

  • 分子式 C6H6\text{C}_6\text{H}_6，无色、有特殊气味、不溶于水、密度比水小的液体，有毒；
  • 苯环中碳碳键是介于单键和双键之间的独特的键，不含碳碳双键，故不能使酸性 KMnO4\text{KMnO}_4 溶液、溴水（因加成）褪色；
  • 氧化反应：燃烧火焰明亮、带浓烟：2C6H6+15O2→点燃12CO2+6H2O2\text{C}_6\text{H}_6+15\text{O}_2\xrightarrow{\text{点燃}}12\text{CO}_2+6\text{H}_2\text{O}；
  • 取代反应——与液溴（催化剂 FeBr3\text{FeBr}_3）、浓硝酸（浓硫酸作催化剂）取代：

C6H6+Br2→催化剂C6H5Br+HBr\text{C}_6\text{H}_6+\text{Br}_2\xrightarrow{\text{催化剂}}\text{C}_6\text{H}_5\text{Br}+\text{HBr}

C6H6+HNO3→浓硫酸C6H5NO2+H2O\text{C}_6\text{H}_6+\text{HNO}_3\xrightarrow{\text{浓硫酸}}\text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2+\text{H}_2\text{O}

  • 加成反应——与氢气加成生成环己烷：C6H6+3H2→Δ催化剂C6H12\text{C}_6\text{H}_6+3\text{H}_2\xrightarrow[\Delta]{\text{催化剂}}\text{C}_6\text{H}_{12}。

有机高分子材料​

  • 由小分子（单体）经聚合反应生成的高分子化合物构成，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯；
  • 加聚反应：不饱和单体双键打开互相结合，无小分子生成；
  • 塑料、合成纤维、合成橡胶是三大合成材料；
  • 塑料的老化、废弃塑料造成的「白色污染」是需重视的环境问题。

第三节 乙醇与乙酸​

乙醇​

  • 俗称酒精，结构简式 CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}，官能团为羟基（−OH-\text{OH}）；无色、有特殊气味、易挥发的液体，能与水任意比互溶，是良好的溶剂；
  • 与钠反应（羟基氢较活泼，但不如水中氢活泼）：

2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}+2\text{Na}\to 2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{ONa}+\text{H}_2\uparrow

  • 氧化反应：
    • 燃烧：CH3CH2OH+3O2→点燃2CO2+3H2O\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}+3\text{O}_2\xrightarrow{\text{点燃}}2\text{CO}_2+3\text{H}_2\text{O}；
    • 催化氧化生成乙醛：2CH3CH2OH+O2→Δ催化剂2CH3CHO+2H2O2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}+\text{O}_2\xrightarrow[\Delta]{\text{催化剂}}2\text{CH}_3\text{CHO}+2\text{H}_2\text{O}（铜或银作催化剂）；
    • 能被酸性 KMnO4\text{KMnO}_4、K2Cr2O7\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 氧化（交警用检查酒驾）。

乙酸​

  • 俗称醋酸，结构简式 CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}，官能团为羧基（−COOH-\text{COOH}）；无色、有强烈刺激性气味的液体，无水乙酸又称冰醋酸；
  • 酸性——是弱酸，但强于碳酸，具备酸的通性：

2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+H2O+CO2↑2\text{CH}_3\text{COOH}+\text{Na}_2\text{CO}_3\to 2\text{CH}_3\text{COONa}+\text{H}_2\text{O}+\text{CO}_2\uparrow

据此可证明酸性 乙酸>碳酸\text{乙酸}>\text{碳酸}；

  • 酯化反应——与乙醇在浓硫酸催化、加热下生成乙酸乙酯：

CH3COOH+CH3CH2OH⇌浓硫酸ΔCH3COOC2H5+H2O\text{CH}_3\text{COOH}+\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}\underset{\Delta}{\overset{\text{浓硫酸}}{\rightleftharpoons}}\text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5+\text{H}_2\text{O}

  • 酯化机理是酸脱羟基、醇脱氢（可用同位素 18O^{18}\text{O} 标记验证水中氧来自羧酸）；浓硫酸起催化剂和吸水剂作用；乙酸乙酯有果香味、难溶于水，收集时用饱和 Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3 溶液吸收（除去乙醇、中和乙酸、降低酯溶解度）。
乙醇乙酸
官能团羟基 −OH-\text{OH}羧基 −COOH-\text{COOH}
与 Na\text{Na}放 H2\text{H}_2（较慢）放 H2\text{H}_2
与 NaOH\text{NaOH}不反应中和
与 Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3不反应放 CO2\text{CO}_2

第四节 基本营养物质​

糖类、油脂、蛋白质是人体必需的三大营养物质。

糖类​

  • 由 C、H、O 组成，多数符合 Cn(H2O)m\text{C}_n(\text{H}_2\text{O})_m，故称碳水化合物（但组成符合此式的不一定是糖）；

  • 分类：

    • 单糖：葡萄糖、果糖（C6H12O6\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6，互为同分异构体），不能水解；
    • 二糖：蔗糖、麦芽糖（C12H22O11\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}），能水解；
    • 多糖：淀粉、纤维素（(C6H10O5)n(\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5)_n），能水解；

  • 葡萄糖是重要的还原糖，能发生银镜反应、与新制 Cu(OH)2\text{Cu}(\text{OH})_2 加热生成砖红色沉淀（可检验葡萄糖，也用于医学检测尿糖）；

  • 淀粉遇碘变蓝，可用于淀粉的检验；淀粉、纤维素水解最终产物都是葡萄糖：(C6H10O5)n+nH2O→Δ催化剂nC6H12O6(\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5)_n+n\text{H}_2\text{O}\xrightarrow[\Delta]{\text{催化剂}}n\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6；

  • 淀粉与纤维素分子式相同（nn 不同），不是同分异构体。

油脂​

  • 油脂是高级脂肪酸与甘油形成的酯，植物油脂（常温液态，含不饱和键较多）称油，动物油脂（常温固态）称脂肪；

  • 水解反应：

    • 酸性水解生成高级脂肪酸和甘油；
    • **碱性水解（皂化反应）**生成高级脂肪酸盐（肥皂主要成分）和甘油；

  • 是重要的储能物质，1 g1\ \text{g} 油脂完全氧化放出的能量约为糖类的两倍。

蛋白质​

  • 由 C、H、O、N 等元素组成，基本单位是氨基酸，通过肽键结合成多肽链，是构成细胞和人体的基础物质；
  • 主要性质：
    • 水解：最终生成氨基酸；
    • 盐析：加入浓的无机盐溶液使蛋白质析出，是可逆过程，可用于分离提纯；
    • 变性：加热、强酸强碱、重金属盐、酒精、甲醛等使蛋白质失去活性，是不可逆过程（据此可消毒杀菌、解释重金属盐中毒）；
    • 颜色反应：蛋白质遇浓硝酸变黄（可鉴别）；
    • 灼烧：产生烧焦羽毛的特殊气味（可鉴别蛋白质纤维）。

第八章 化学与可持续发展​

第一节 自然资源的开发利用​

金属矿物的开发利用​

  • 金属冶炼的实质是把金属从化合态还原为游离态，据金属活动性选择冶炼方法：
    • 活泼金属（K\text{K}、Ca\text{Ca}、Na\text{Na}、Mg\text{Mg}、Al\text{Al}）：电解法（如电解熔融 Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3、NaCl\text{NaCl}）；
    • 中等活泼金属（Zn\text{Zn}、Fe\text{Fe}、Sn\text{Sn}、Pb\text{Pb}、Cu\text{Cu}）：热还原法（用 C\text{C}、CO\text{CO}、H2\text{H}_2、Al\text{Al} 还原），如 3CO+Fe2O3→高温2Fe+3CO23\text{CO}+\text{Fe}_2\text{O}_3\xrightarrow{\text{高温}}2\text{Fe}+3\text{CO}_2；
    • 不活泼金属（Hg\text{Hg}、Ag\text{Ag}）：热分解法；金、铂等以游离态存在，直接开采。

海水资源的开发利用​

  • 海水淡化：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等；
  • 海水提取物质：从海水中提取食盐、镁、溴、碘等；
  • 海水提溴：Cl2+2Br−→Br2+2Cl−\text{Cl}_2+2\text{Br}^-\to\text{Br}_2+2\text{Cl}^-（利用氯的氧化性置换溴）。

煤、石油和天然气的综合利用​

  • 煤的综合利用：干馏（隔绝空气加强热，得焦炭、煤焦油、焦炉气）、气化、液化，属化学变化；
  • 石油的加工：分馏（利用沸点不同分离，物理变化）、裂化和裂解（把长链烃断成短链、获得乙烯等气态烃，化学变化）；
  • 天然气主要成分是甲烷，是较清洁的化石燃料。

第二节 化学品的合理使用​

化肥与农药​

  • 化肥合理施用能增产，过量施用会造成土壤板结、水体富营养化；
  • 农药能防治病虫害，但滥用会污染环境、危害健康，应合理、安全使用。

合成药物与食品添加剂​

  • 合成药物为防治疾病提供保障，须遵医嘱、按剂量使用，滥用抗生素会使病菌产生抗药性；
  • 食品添加剂（防腐剂、着色剂、营养强化剂等）在规定范围内使用是安全的，但不得滥用。

绿色化学与可持续发展​

  • 绿色化学的核心是从源头上减少或消除污染，理想目标是反应物中的原子全部转化为期望的产物，即原子利用率达到 100%100\%；
  • 提倡使用无毒无害的原料、催化剂和溶剂，开发环境友好的化工工艺；
  • 合理开发利用资源、防治污染、发展循环经济，是实现可持续发展的必由之路。