人教版高一化学必修1教学资源(全套)

1、新课标人教版化学必修教学资源（全套）第一章 从实验学化学 教学资源1.实验的安全和意外事故处理（1）实验安全 防止火灾化学药品中有很多是易燃物，在使用时若不注意可能酿成火灾。所以，对易燃物： 必须妥善保管，放在专柜中，远离火源。易燃品、强氧化剂、钾、钠、钙等强还原剂要妥善保管； 使用易挥发可燃物如乙醇、乙醚、汽油等应防止蒸气逸散，添加易燃品一定要远离火源； 进行加热或燃烧实验时要严格操作规程和仪器选用，如蒸馏时要用冷凝器等； 易燃物质用后若有剩余，决不能随意丢弃，如残留的金属钠应用乙醇处理，白磷应放在冷水中浸泡等。另外，实验室必须配备各种灭火器材（酸碱灭火器、四氯化碳灭火器、粉末灭火器、沙子、

2、石棉布、水桶等）并装有消防龙头。实验室电器要经常检修，防止电火花、短路、超负载等引发火灾。在使用酒精灯时，一定要注意： 不能用燃着的酒精灯去点燃另一盏酒精灯； 不能用嘴吹灭酒精灯； 不能向燃着的酒精灯中添加酒精； 灯壶内的酒精不能超过容积的2/3等。 灭火如果不慎在实验室发生火灾，应立即采取以下措施： 防止火势扩展：移走可燃物，切断电源，停止通风。 扑灭火源：酒精等有机溶剂泼洒在桌面上着火燃烧，用湿布、石棉或沙子盖灭，火势大可以用灭火器扑灭。小范围的有机物、钾、钠、白磷等化学物质着火可用沙盖灭。 常用灭火器的种类和使用范围见下表：类  型药液成分适用灭火对象酸碱式H2SO4和NaHC

3、O3非油类、电器泡沫式Al2(SO4)3和NaHCO3油类CO2灭火器液态CO2电器、小范围油类、忌水的化学品四氯化碳液态四氯化碳电器、汽油、丙酮。不能用于钾、钠、电石、CS2干粉灭火器NaHCO3等类，适量润滑剂、防潮剂油类、可燃气体、精密仪器、图书文件等扑救化学火灾注意事项： 与水发生剧烈反应的化学药品不能用水扑救，如钾、钠、钙粉、镁粉、铝粉、电石、PCl3、PCl5、过氧化钠、过氧化钡、磷化钙等，它们与水反应放出氢气、氧气等将引起更大火灾。 比水密度小的有机溶剂，如苯、石油等烃类、醇、醚、酮、酯类等着火，不能用水扑灭，否则会扩大燃烧面积；比水密度大且不溶于水的有机溶剂，如二硫化碳等着火，

4、可用水扑灭，也可用泡沫灭火器、二氧化碳灭火器扑灭。 反应器内的燃烧，如是敞口器皿可用石棉布盖灭。蒸馏加热时，如因冷凝效果不好，易燃蒸气在冷凝器顶端燃着，绝对不可用塞子或其他物件堵塞冷凝管口，应先停止加热，再行扑救，以防爆炸。 防止爆炸各种可燃气体与空气混合都有一定的爆炸极限，点燃气体前，一定要先检验气体的纯度。特别是氢气，在点燃氢气或加热与氢气反应的物质前，都必须检验其纯度。 防止倒吸引起爆裂加热制备气体并将气体通入溶液中的实验，要防止因反应容器内压强锐减而造成液体倒吸入热的反应容器内。玻璃的膨胀系数比较小，冷热不均会造成玻璃容器爆裂，甚至溅伤实验人员。为此，要注意以下几点： 加热尽可能均匀；

5、 在反应容器后加一个安全瓶； 用倒扣漏斗等方法吸收易溶于水的气体； 实验结束前先从溶液中撤出导管再停止加热。 防止有害气体污染空气有毒气体如Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2等酸性气体，用强碱溶液吸收（通常用浓NaOH溶液）；CO点燃除掉；NO先与足量空气混合后再通入碱溶液中；H2和其他可燃性气体，如气态烃虽无毒性，但弥散在空气中有着火或爆炸的危险，应当点燃除掉；NH3用浓硫酸吸收；制备有毒气体的实验应在通风橱内进行。 防止暴沸加热有机物时，由于它们的沸点一般比较低，一旦温度过高，液体局部过热，会形成暴沸现象，反应溶液甚至冲开橡皮塞溅伤实验者，所以，在反应容器中要放一些碎瓷片。 严格按照实

6、验规程进行操作药品用量要尽可能少，如金属钾与水反应，钾的用量控制为绿豆般大小。用量过大，反应十分激烈会引起燃烧甚至爆炸。烧瓶内反应溶液的体积一般不宜超过瓶容积的一半，以防冲出瓶外。加热应控制在规定的温度范围内，特别是有机反应，如酯的制备要用小火加热等。易燃试剂在实验时远离热源；取用试剂后及时塞好瓶塞；稀释浓硫酸一定要将浓硫酸沿器壁慢慢倒入水中并不断搅拌。闻气体的气味时要用手轻轻扇动，让极少量气体飘进鼻孔等。（2）意外事故的处理方法 创伤急救用药棉或纱布把伤口清理干净，若有碎玻璃片要小心除去，用双氧水擦洗或涂红汞水，也可涂碘酒（红汞与碘酒不可同时使用），再用创可贴外敷。 烫伤和烧伤的急救可用药棉

7、浸75%95%的酒精轻涂伤处，也可用3%5%的KMnO4溶液轻擦伤处到皮肤变棕色，再涂烫伤药膏。 眼睛的化学灼伤应立即用大量流水冲洗，边洗边眨眼睛。如为碱灼伤，再用20%的硼酸溶液淋洗；若为酸灼伤，则用3%的NaHCO3溶液淋洗。 浓酸和浓碱等强腐蚀性药品使用时应特别小心，防止皮肤或衣物被腐蚀。如果酸（或碱）流在实验桌上，立即用NaHCO3溶液（或稀醋酸）中和，然后用水冲洗，再用抹布擦干。如果只有少量酸或碱液滴到实验桌上，立即用湿抹布擦净，再用水冲洗抹布。如果不慎将酸沾到皮肤或衣物上，立即用较多的水冲洗，再用3%5%的NaHCO3溶液冲洗。如果是碱溶液沾到皮肤上，要用较多的水冲洗，再涂上硼酸溶

8、液。 其他化学灼伤的急救溴：用1体积氨水+1体积松节油+10体积乙醇混合处理。磷：先用5%的CuSO4溶液洗，再用1 g/L的KMnO4溶液湿敷。苯酚：先用大量水洗，再用乙醇擦洗，最后用肥皂水、清水洗涤。（3）妥善处理实验后的废液和废渣化学实验的废液大多数是有害或有毒的，不能直接排到下水管道中，可先用废液缸收集储存，以后再集中处理。但一些能相互反应产生有毒物质的废液不能随意混合，如强氧化剂与盐酸、硫化物、易燃物，硝酸盐和硫酸，有机物与过氧化物，磷和强碱（产生PH3），亚硝酸盐和强酸（产生HNO2），MnO2、KMnO4、KClO3等不能与浓盐酸混合；挥发性酸与不挥发性酸等。常见废液的处理方法见

9、下表：废  液处理方法注意事项酸或碱中和法分别收集，混合无危险时将废酸、废碱混合氧化剂还原剂氧化还原法分别收集，查明废液化学性质，将一种废液分次少量加入另一种废液中含重金属离子的废液氢氧化物沉淀法，硫化物共沉淀法用过滤或倾析法将沉淀分离，滤液不含重金属离子后再排放含Ba2+沉淀法加入Na2SO4溶液，过滤，除去沉淀即可排放有机物焚烧法，有机溶剂萃取回收利用生成水、CO2等不污染环境用溶剂萃取，分液后回收利用固体残渣往往有一些重金属盐，对水体和土壤会造成污染，要处理（一般变成难溶的氧化物或氢氧化物）后集中掩埋。汞不慎撒落地面时，要先用硫黄覆盖，使其化合为硫化汞后扫除并妥善掩埋。用剩下的

10、钠、钾、白磷等易燃物，氧化剂KMnO4、KClO3、Na2O2等，易挥发的有机物等不可随便丢弃，防止着火事件发生。有毒物质用剩后不可随意乱扔。（资料1摘编自化学中的探索发现式实验手册，高华；高三化学实验，孙雪冰、宋国建）2.几种分离和提纯方法  分离和提纯方法过  程应用实例倾析从液体中分离密度较大且不溶的固体分离沙和水过滤从液体中分离不溶的固体净化食用水溶解和过滤分离两种固体，一种能溶于某溶剂，另一种则不溶分离盐和沙离心分离法从液体中分离不溶的固体分离泥和水结晶法从溶液中分离已溶解的溶质从海水中提取食盐分液分离两种不互溶的液体分离油和水萃取加入适当溶剂把混合物中某成分溶解

11、及分离用庚烷提取水溶液中的碘蒸馏从溶液中分离溶剂和非挥发性溶质从海水中取得纯水分馏分离两种互溶而沸点差别较大的液体从液态空气中分离氧和氮； 石油的精炼升华分离两种固体，其中只有一种可以升华分离碘和沙吸附除去混合物中的气态或固态杂质用活性炭除去黄糖中的有色杂质色层分析法分离溶液中的溶质分离黑色墨水中不同颜色的物质3.物质的量的单位摩尔摩尔一词来源于拉丁文moles，原意为大量和堆集。早在20世纪40至50年代，就曾在欧美的化学教科书中作为克分子量的符号。1961年，化学家E.A.Guggenheim将摩尔称为“化学家的物质的量”，并阐述了它的涵义。同年，在美国化学教育杂志上展开了热烈的讨论，大多

12、数化学家发表文章表示赞同使用摩尔。1971年，在由41个国家参加的第14届国际计量大会上，正式宣布了国际纯粹和应用化学联合会、国际纯粹和应用物理联合会和国际标准化组织关于必须定义一个物质的量的单位的提议，并作出了决议。从此，“物质的量”就成为了国际单位制中的一个基本物理量。摩尔是由克分子发展而来的，起着统一克分子、克原子、克离子、克当量等许多概念的作用，同时把物理上的光子、电子及其他粒子群等“物质的量”也概括在内，使在物理和化学中计算“物质的量”有了一个统一的单位。第14届国际计量大会批准的摩尔的定义为：（1）摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元数与0.012 kg 12C的原子数目

13、相等。（2）在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。根据摩尔的定义，12 g 12C中所含的碳原子数目就是1 mol，即摩尔这个单位是以12 g 12C中所含原子的个数为标准，来衡量其他物质中所含基本单元数目的多少。摩尔跟其他的基本计量单位一样，也有它的倍数单位。1 Mmol=1 000 kmol1 kmol=1 000 mol1 mol=1 000 mmol那么，什么样的特定组合才符合摩尔定义中所规定的基本单元的涵义呢？凡是物质系统中能以化学式表示，同时又可以计数的特定组合都可以计量它的物质的量。国际纯粹和应用化学联合会于1979年出版的

14、“物理化学量和单位的符号与术语手册”（第二次修订本）中对摩尔的应用示例作了重要的增补，即：1 mol HgCl                      其质量为 236.04 g1 mol Hg2Cl2              

15、0;     其质量为 472.08 g1 mol Hg22+                     其质量为 401.8 g，带有192.97 kC的电量1 mol Ca2+              &#

16、160;     其质量为 20.04 g，带有96.49 kC的电量1 mol e-                        其质量为 548.60 g，带有-96.49 kC的电量1 mol某种混合物，其组分的摩尔分数（x）为：x(N2)=0.780 9x(O2)=0.209 5x(Ar)=0.009 3x(

17、CO2)=0.000 3具有的质量为28.964 g。1 mol频率为1014 Hz的光子，具有39.90 kJ的能量。4.在使用摩尔时，为什么必须指明粒子的种类摩尔是微观粒子的计量单位，它所量度的对象是构成物质的基本粒子（如原子、分子、离子、电子等）或是它们的特定组合。即凡是可以使用化学式表示的微观粒子或它们的特定组合，都可以使用摩尔来量度。因此，在使用摩尔时，必须要指明所量度的微观粒子的名称或微观粒子特定组合的名称。在表示所量度的微观粒子的名称或微观粒子特定组合的名称时，必须要使用名称的符号，而不能使用中文。例如，说1 mol氢，概念就模糊了，是毫无意义的，违反了物质的量的单位的使用规则。

18、因为氢是元素的名称，不是粒子的名称，也不是粒子的符号或化学式。5.国际单位制简介在日常生活、工农业生产和科学研究中，经常要使用一些物理量来表示物质及其运动的多少、大小、强度等。例如，1 m布、2 kg糖、30 s等等。有了米、千克这样的计量单位，就能表达这些东西的数量。但是，由于世界各国、各民族的文化发展的不同，往往会形成各自的单位制，如英国的英制、法国的米制等。因而使得同一个物理量常用不同的单位来表示。例如，压强的单位有千克/平方厘米、磅/平方英寸、标准大气压、毫米汞柱、巴、托等多种。这样多的单位在换算过程中很容易出现差错，这对于国际科学技术的交流和商业往来是非常不方便的。因此，就有了实行统

19、一标准的必要。1960年以来，国际计量会议以米、千克、秒制为基础，制定了国际单位制（简称SI）。国际单位制是在米制基础上发展起来的，于1960年第11届国际计量大会通过。目前已有80多个国家宣布采用国际单位制，工业比较发达的国家几乎全部采用了国际单位制。1977年5月，我国国务院颁布了中华人民共和国计量管理条例（试行），并在第三条中明确规定“我国的基本计量制是米制（即公制），逐步采用国际单位制”。1981年4月，经国务院批准颁发了中华人民共和国计量单位名称与符号方案（试行），要求在全国各地试行。经过多次的增补，现在的国际单位制由下列部分组成：国际单位制的主要优点在于它的统一性。它不仅是一个统一

20、的单位制，有利于国际交流，而且还表现在每一个物理量只用一个单位来表示。例如，不论是机械能、电能、热能、化学能或是原子能，只要是能量就都可以用焦尔（符号是J）来表示。国际单位制的另一个优点就是它能够分清质量、力和重量的关系。它采用牛顿作为力的单位，其他有关力的单位，如压强、重量等，则都是由牛顿导出的。下表列出一些用SI单位表示的在中学常用的物理量：物理量名称符号SI单位数值元电荷阿伏加德罗常数电子静质量质子静质量中子静质量法拉第常数摩尔气体常数标准状况时压强和温度标准状况时气体摩尔体积eNAmempmaFRP、TVm,o1.602 177 33×10-19 C6.022 136 7&#

21、215;1023 mol-19.109 389 7×10-31 kg1.672 623 1×10-27 kg1.674 928 6×10-27 kg9.648 530 9×104 C·mol-18.314 510 J·mol-1·K-1101.325 kPa、273.15 K0.022 414 10 m3·mol-16.SI单位的倍数单位（1）SI单位的倍数单位根据使用方便的原则选取。通过适当的选择，可使数值处于实用范围内。（2）倍数单位的选取，一般应使量的数值处于0.11 000之间。例1：1.2×10

22、4 g可写成12 kg例2：0.003 94 mol可写成3.94 mmol例3：1 401 Pa可写成1.401 kPa例4：3.1×10-8 m可写成31 nm（3）组合单位的倍数单位一般只用一个词头，并尽量用于组合单位中的第一个单位。通过相乘构成的组合单位的词头通常加在第一个单位之前。例如：力矩的单位kN·m，不宜写成N·km。通过相除构成的组合单位，或通过相乘和除构成的组合单位，其词头一般都应加在分子的第一个单位之前，分母中一般不用词头，但质量单位kg在分母中时例外。例1：摩尔热力学能的单位kJ/mol，不宜写成J/mmol。例2：质量能单位可以是kJ/k

23、g。当组合单位分母是长度、面积和体积单位时，分母中可以选用某些词头构成倍数单位。例如：体积质量的单位可以选用g/cm3。一般不在组合单位的分子分母中同时采用词头。因数词头名称符号英文中文106mega兆M103kilo千k102hecto百h101deca十da10-1deci分d10-2centi厘c10-3milli毫m10-6micro微10-9nano纳诺n10-12pico皮可p10-15femto飞母托f第二章 化学物质及其变化 教学资源1.科学方法简介类 别名 称定 义方法举例获取科学事实的方法观察通过感官或借助一定仪器，有目的、有计划地考察和描述客观对象的方法直接观察间接观察实

24、验根据一定的研究目的，运用一定的物质手段（通常是科学仪器和设备），在人为控制或模拟自然现象的条件下获取科学事实、探索其本质和规律的方法定性实验定量实验对照实验模拟实验思想实验按照实验的模型展开的思维活动，是一种特殊实验方法理想实验想象实验整理科学事实的方法比较通过相关对象之间的对比，确定它们的差异点和共同点，并发现其共同规律的思维方法求同比较求异比较综合比较分类根据对象的共同点和差异点，将对象区分为不同的种类，而且形成有一定从属关系的不同等级的系统的逻辑方法树状分类法二元分类法多元分类法类比根据两类对象之间某些相同或相似，推出它们在其他方面也可能相同或相似的逻辑推理方法共存类比法因果类比法对称

25、类比法综合类比法归纳从个别到一般的逻辑思维方法完全归纳法不完全归纳法科学归纳法演绎与归纳法相反，从一般到个别的逻辑思维方法 分析把整体分解为部分，或把复杂事物分解为简单要素，或把过程分解为阶段，或把动态凝固为静态来研究的思维方法 综合与分析相反，把各个部分、各个方面、各个层次、各种因素结合起来，动态地考察对象的思维方法 构造科学理论体系的方法假说根据科学原理和事实，对未知的新事实作出的假定性说明 模型通过研究模型来解释原型（被模拟的对象）的形态、特征和本质的方法理想模型物理模型数学模型科学理论是系统化了的科学知识体系，它用概念、判断、推理的形式完整地反映

26、客观对象的本质及其规律 横向科学方法系统方法按照事物的系统性把对象放在系统的模式中加以考察的方法 信息方法把系统的过程当作信息传递和转换的过程，通过对信息流程的分析和处理，以达到对某个复杂系统运动过程的规律性认识的方法 反馈控制用系统活动的结果来调整系统活动的方法 功能模拟以功能和行为的相似为基础，用模型模仿原型的功能和行为的方法 黑箱方法利用外部观测、试验，通过输入、输出信息来研究黑箱功能和特征，探究其构造和机理的方法 2.丁达尔效应和光散射1869年，英国科学家丁达尔发现了丁达尔效应。光射到粒子上可以发生两种情况，一是当粒子直径大

27、于入射光波长很多倍时，发生光的反射；二是当粒子直径小于入射光的波长时，发生光的散射，散射出来的光称为乳光。散射光的强度，随着颗粒半径增加而变化。悬（乳）浊液分散质粒子直径太大，对于入射光只有反射而不散射；溶液里溶质粒子太小，对于入射光散射很微弱，观察不到丁达尔效应；只有溶胶才有比较明显的乳光，这时粒子好像一个发光体，无数发光体散射的结果就形成了光的通路。散射光的强度还随着粒子浓度的增大而增加，因此，进行实验时，溶胶浓度不要太小。3.跨世纪的纳米材料1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原

28、子，将会产生怎样的奇迹？”时间仅仅过去了二十几年，到了1982年，费曼的预言便成了现实。国际商用机器公司研制成了扫描隧道显微镜（简称STM），它不仅能使人类观察到了原子，而且能够利用仪器的针尖来操纵原子，德国科学家宾尼（G.Binnig）等利用扫描隧道显微镜在镍板上将硅原子组成了“IBM”（国际商用机器公司的英文缩略语）的字样。不久，日本科学家又将硅原子堆成了一个金字塔。于是，人类也像大自然一样，成了主宰原子和分子的主人，而不仅仅是被动地去认识和利用大自然造就的原子和分子。这样，到了20和21世纪之交，人类正在悄悄地进入一个崭新的科技时代纳米科技时代。纳米科技是在纳米的尺度上研究和应用原子、分

29、子及其结构信息的高新技术，它的最终目标是直接用具有纳米尺度的原子、分子制造有特定功能的材料，被称为纳米材料（由粒径1100 nm的粒子组成的固体材料），它是21世纪很有希望和前途的新型材料。（1）纳米材料的发现组成材料的物质颗粒变小了，“小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米材料的发现者德国物理学家格莱特（Grant）的科学思路。那是1980年的一天，格莱特到澳大利亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷、寂寞和孤独的环境反而使他的思维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响：晶粒越小，强度就越高。格莱特上面的设想只是材料的一

30、般规律，他的想法一步一步地深入：如果组成材料的晶体的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验。经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是灰黑色的。至于金属以外的材料如无机化合物和有机化合物，它们也可以带着不同的色彩：瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末

31、时，它们的颜色便一律都是黑色的：瓷器上的釉、染料以及各种金属统统变成了一种颜色黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发生了“翻天覆地”的变化。为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来，当材料的颗粒尺寸变小到小于光波的波长（1×10-7 m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1%。既然超细粉末对光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。“小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种纳米金属，居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。格

32、莱特的发现已经和正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是21世纪备受瞩目的一种高新技术产品。（2）纳米材料的应用 天然纳米材料海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需56年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。 纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有

33、十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具

34、有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。 纳米传感器纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 纳米倾斜功能材料在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含

35、量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 纳米半导体材料将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体

36、纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。 纳米催化材料纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600 降低到室温。 医疗上的应用血液中红血球的大小为6 0009 000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进

37、行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。 纳米计算机世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了18 000个电子管，总重量30 t，占地面积约170 m2，可以算得上一个庞然大物了，可是，它在1 s内只能完成5 000次运算。经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的发展，使计算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算机。如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种未来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍的程度

38、又远非今天的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来十分可观的效益。纳米碳管1991年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，如图2-1。图 2-1  纳米碳管这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。在空气中将纳米碳管加热到700 左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开

39、口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。4.氧化数对于离子化合物来说，氧化还原反应中电子是完全失去或完全得到的。但是，对于共价化合物来说，氧化还原反应中有电子的偏移，但没有完全的失去或得到。因此用氧化数来表示就更为合理。例如：H2+Cl2=2HCl这个反应的生成物是共价化合物，氢原子的电子没有完全失去，氯原子也没有完全得到电子，只是形成的电子对偏离氢而偏向氯。用氧化数的升降来表示就是氯从0到-1，氢从0到+1。这样，氧化数的升高就是

40、被氧化，氧化数的降低就是被还原。在氧化还原反应里，一种元素氧化数升高的数值总是跟另一种元素氧化数降低的数值相等。以下列出一些氧化剂和还原剂中某些元素的氧化数。5.氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的意义在这里，只能对氧化还原反应在工农业生产、科学技术等方面的作用和意义作一些极简单的介绍。我们所需要的各种各样的金属，都是通过氧化还原反应从矿石中提炼而得到的。如制造活泼的有色金属要用电解或置换的方法；制造黑色金属和别的有色金属都是在高温条件下用还原的方法；制备贵重金属常用湿法还原，等等。许多重要化工产品的制造，如合成氨、合成盐酸、接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、食盐水电解制烧碱等等，主要

41、反应也是氧化还原反应。石油化工里的催化去氢、催化加氢、链烃氧化制羧酸、环氧树脂的合成等等也都是氧化还原反应。在农业生产中，植物的光合作用、呼吸作用是复杂的氧化还原反应。施入土壤的肥料的变化，如铵态氮转化为硝态氨，SO42-转化为H2S等，虽然需要有细菌起作用，但就其实质来说，也是氧化还原反应。土壤里铁或锰的氧化态的变化直接影响着作物的营养，晒田和灌田主要就是为了控制土壤里的氧化还原反应的进行。我们通常应用的干电池、蓄电池以及在空间技术上应用的高能电池都发生着氧化还原反应，否则就不可能把化学能转变成电能、把电能转变成化学能。人和动物的呼吸，把葡萄糖氧化为二氧化碳和水。通过呼吸把储藏在食物的分子内

42、的能，转变为存在于三磷酸腺苷（ATP）的高能磷酸键的化学能，这种化学能再供给人和动物进行机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需要的能量。煤、石油、天然气等燃料的燃烧更是供给人们生活和生产所必需的大量的能。由此可见，在许多领域里都涉及到氧化还原反应，我们引导学生学习和逐步掌握氧化还原反应对于他们今后参加生产、走向社会等都是有意义的。第三章 金属及其化合物 教学资源1.金属的分类人们根据金属的密度把金属分为重金属和轻金属。重金属的密度大于4.5 g/cm3，轻金属的密度小于4.5 g/cm3。冶金工业上还常常把金属分为黑色金属和有色金属。黑色金属有三种：铁、锰、铬。它们或它们的合金的表

43、面常有灰黑色的氧化物，所以称这类金属为黑色金属。除铁、锰、铬以外的金属称为有色金属。有色金属又可以分为九大类： 重金属：铜、铅、锌等； 轻金属：铝、镁等； 轻稀有金属：锂、铍等； 难熔稀有金属：钨、钛、钒等； 稀散金属：镓、锗等； 稀土金属：钪、钇及镧系元素； 放射性金属：镭、锕等； 贵金属：金、银、铂等; 碱金属：钾、钠等。2.几种常见和重要的金属（1）钠钠不能以游离态存在于自然界，因为它的化学性质很活泼，因此在自然界，钠存在于许多无机物中（如氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硼酸钠等）。在海水、矿泉水、盐湖水中有可溶性钠盐。地壳中含有2.63%化合形式的钠，其含量在元素中占第6位。23Na是

44、惟一的天然同位素，还有6种人工放射性同位素：20Na、21Na、22Na、24Na、25Na、26Na。钠能与许多气体发生反应： 在空气中120 时着火，160 以下氧气不足时反应的主要产物是Na2O，250300 与足量氧气反应生成的是Na2O2和少量的NaO2。 与H2室温下不反应，200350 时反应生成NaH。 与N2在任何温度下不反应。有在放电条件下反应生成氮化钠和叠氮化钠的报道。 与CO2在室温下反应很慢，但燃烧的钠与CO2反应迅速，在控制条件的情况下这种反应可生成甲酸钠、草酸钠。有在撞击条件下钠与CO2(s)反应发生爆炸生成碳化钠的报道。 与N2O反应生成Na2O。在氧化氮中燃烧

45、生成硝酸钠和连二硝酸钠的混合物。钠能与H2O反应，也能与酸、盐溶液反应。钠能与熔融碱反应，如Na+KOHK+NaOH，2Na+NaOHNa2O+NaH。图 3-2  制钠电解槽示意图金属钠的用途：在过去，相当一部分钠用于制造汽油抗爆震剂四乙基铅添加了四乙基铅的汽油会污染空气，因此现在已不允许使用。，它能降低汽油的爆震性，减少在汽油发动机中使用汽油时发出的噪音。四乙基铅通常是用氯乙烷与金属钠和铅（钠铅齐）的合金起反应而制成，化学方程式为4C2H5Cl+4Na+Pb=(C2H5)4Pb+4NaCl。金属钠能从钛、锆、铌、钽等金属的化合物中把它们置换出来，如TiCl4+4NaTi+4NaC

46、l。钠还用于制造过氧化钠等钠的化合物。在核工业上钠可用作传热介质。在电力工业上用于制钠灯，钠灯不降低照度水平但能减少能源消耗。金属钠的制法：工业上钠的制法很多，有碳还原碳酸钠法、NaCl加石灰用硅铁还原法、电解熔融NaOH法，目前世界上钠的工业生产多数用电解氯化钠的方法。反应通常在电解槽里进行。电解时，氯化钠需要熔融，氯化钠的熔点为801 ，在技术上有困难，采取的方法是用质量分数为40%的氯化钠和60%的氯化钙混合形成低共熔物（熔点为580 ），降低了电解时所需的温度，从而也减低了钠的蒸气压。电解时，氯气在阳极放出，金属钠和钙同时在阴极被还原出来，浮在阴极熔盐的上方，从管道溢出。把熔融的金属混

47、合物冷却到105110 ，金属钙成晶体析出，经过滤就可以把金属钠与金属钙分离。（2）镁1808年英国的H .戴维在电解氧化镁和氧化汞的混合物时，因得到镁汞齐而发现了镁，并以氧化镁产地希腊的Magnesia城来命名为Magnesium。镁在地壳中含量约为2.5%，以碳酸镁形态大量存在。海水中也含有约0.13%的Mg2+，它使海水具有苦味。镁在空气和水中由于在表面形成一层碱式碳酸镁保护膜，而不致进一步被侵蚀。它能与热水反应产生氢气，在加热时镁还可把CO2还原成碳。加热时镁可用于分离许多金属和非金属，如可把硅或硼从它们的氧化物中还原出来。镁能与氮、硫、卤素等许多非金属化合。镁粉很容易燃烧并发出强烈的

48、白光，在空气中燃烧同时生成氧化镁和氮化镁。镁在生物化学上非常重要，它是构成叶绿素的特征元素，在生物体内也具有代谢功能；它也存在于人体细胞中。镁主要用于制造轻金属合金、球墨铸铁、建筑金属以及用于汽车、飞机、科学仪器上的镁合金；也可作还原剂、脱硫剂、脱氢和格氏试剂；也能用于制造烟火、闪光粉、镁盐等。目前镁的主要来源是先从海水中获得氯化镁，而后电解熔融氯化镁来制取。另外，在高温下用硅铁还原氧化镁也是常用的制取方法。（3）铝铝是自然界中分布最广的金属元素。地壳中铝的含量接近8%，仅次于氧和硅。铝通常以化合状态存在，已知的含铝矿物有250多种，其中最常见的是铝硅酸盐类，如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾

49、石等。铝是银白色金属，其主要特性是密度小，相对密度只有钢铁的1/3。某些铝合金的机械强度甚至超过结构钢。各种铝合金（如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等）广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，导弹、宇宙飞船、人造卫星也大量使用铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成，每枚导弹的用铝量约占总质量的10%15%，一艘1.5万吨级的大型客船用铝量约为2 000 t。铝是一种良好的导电材料。铝的导电能力虽然只有铜的60%70%，但密度只有铜的1/3。以传导等量电流而论，铝的导电截面积大约是铜的1.6倍，而铝的质量只有铜的一半。换言之，铝可节省用量，价格远低于铜，且铝表面的氧化膜

50、不仅有耐腐蚀作用，而且有一定绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业有广泛的用途。铝是热的良导体。铝的热导率大约是铁的3倍，不锈钢的10倍。因此铝是制造机器活塞、热交换器、饭锅和电熨斗的理想材料。铝还具有良好的光和热的反射能力，所以铝可用来制反光镜，又可作绝缘材料。铝易于加工，可压成铝板或铝箔，或拉成铝线，挤压成各种异形的材料。在100150 时可制成薄于0.01 mm的铝箔，广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制成各种铝制品。铝的化学性质：铝在氧气中加热时能剧烈地燃烧，发出炫目的白光，并放出大量的热。铝与氧结合的能力很强，是亲氧元素，它能从许多金属氧化物中夺取氧

51、，而且放出的大量热可使游离出来的金属熔化。应用此原理在冶金工业上用来制取铁、锰、铬、钒等金属，如Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr，这种方法叫铝热法。铝可与稀酸（盐酸或硫酸）、强碱溶液反应生成盐，同时放出氢气。把铝放入冷的浓硝酸或浓硫酸中会被钝化，因此，浓硝酸或浓硫酸可用铝的容器贮存。纯度为99.95%以上的大片铝，可以抵御大多数酸类的侵蚀。铝和氯在高温下反应生成AlCl3，和硫在1 000 以上时反应生成Al2S3，和碳在800 以上时反应生成Al4C3。（4）铁铁是地壳中最丰富的元素之一，含量为4.75%，在金属中仅次于铝。铁分布很广，能稳定地与其他元素结合，常以氧化物的形式存在，有赤

52、铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、褐铁矿（主要成分是Fe2O3·3H2O）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）、钛铁矿（主要成分是FeTiO3）等。土壤中也含铁1%6%。铁是活泼的过渡元素，是一种光亮的银白色金属，常温下呈体心立体晶格。常见的化合价为+2和+3价。纯铁相对较软，有良好的延展性和导热性，能导电，能被磁化，又可去磁。纯铁化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。纯铁在空气中不起变化，含杂质的铁在潮湿空气里逐渐生锈，外表生成一层褐色的氢氧化铁。铁红热时能与水反应生成氢气。铁易溶于稀酸中，但在浓硫酸或浓硝酸中由于表面发生钝化而

53、不能溶解，因此铁制容器可用来储存浓硫酸或浓硝酸。浓的碱溶液能侵蚀铁，生成高价铁酸盐。铁加热时能与卤素、硫、磷、硅等非金属反应，但与氮不直接反应。铁是生命过程所必需的元素，是红细胞（血红蛋白）的主要成分。铁的最大用途是炼钢，也大量用来制造铸铁。铁和它的化合物还用来做磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。还原铁粉大量用于冶金。我国在春秋时代晚期已炼出可供浇铸用的液态生铁，隋唐时开始用煤炼铁，明代已能用焦炭炼铁。铁现在常用焦炭、铁矿石和石灰石为原料炼得。（5）铜铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一。固体铜呈紫红色光泽，面心立方晶系。铜稍硬，极坚韧，耐磨损，还有很好的延展

54、性，容易锻造和压延成薄片，可轧成很细的金属丝。铜具有优良的导电和导热性，仅次于银，但含有杂质时则导电性大受影响。铜和它的一些合金还有较好的耐腐蚀能力。铜在干燥的空气里很稳定，但在潮湿的空气里表面可生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3，称做铜绿。高温时铜可被氧化。铜能溶于硝酸和热的浓硫酸，容易被碱侵蚀。在一定温度下，铜也能与卤素、硫等非金属反应生成卤化物或硫化物。铜的主要化合价有+1和+2价，+2价铜的化合物比较普遍，也比较稳定。水溶液中+1价铜的化合物不稳定，歧化生成单质铜和+2价铜。铜的最大用途是广泛用于电器工业上，如制作电线、电缆和各种电器设备等，也用于制造各种合金，如黄铜（Cu

55、-Zn合金）、青铜（Cu-Sn合金）等。铜及其合金在机械和仪器仪表等工业上用来制造各种零件。在国防工业上用来制造枪弹、炮弹等。在化学工业上用来制造热交换器、深度冷冻装置等。3.Na+、K+、Mg2+、Ca2+的生理作用钠、钾、钙、镁对生物的生长和正常发育是需要的。Na+、K+、Mg2+、Ca2+四种离子占人体中金属离子总量的99%。对高级动物来说，钠、钾比值在细胞内液中和细胞外液中有较大不同。在人体血浆中，c(Na+)0.15 mol/L，c(K+)0.005 mol/L；在细胞内液中，c(Na+)0.005 mol/L，c(K+)0.16 mol/L。这种浓度差别决定了高级动物的各种电物理功

56、能神经脉冲的传送、隔膜端电压和隔膜之间离子的迁移、渗透压的调节等。由于钠在高级动物细胞外液中的浓度高于钾的浓度，因此，对动物来说钠是较重要的碱金属元素，而对植物来说钾是较重要的碱金属元素。食盐是人类日常生活中不可缺少的无机盐，如果得不到足量的食盐，就会患缺钠症。其主要症状是恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等，严重时会导致死亡。人可以从肉、奶等食物中获取一定量的钠，从果实、谷类、蔬菜等食物中吸取适量的钾。神经细胞、心肌和其他重要器官功能都需要钾，肝脏、脾脏等内脏中钾比较富集。胚胎中的钠、钾比值与海水中十分接近，这一事实被一些科学家引为陆上动物起源于海生有机体的直接证明之一。植物对钾的需要同高级动物对钠的

57、需要一样，钾是植物生长所必需的一种成分。植物体通过根系从土壤中选择性地吸收钾。钾同植物的光合作用和呼吸作用有关，缺少钾会引起叶片收缩、发黄或出现棕褐色斑点等症状。镁和钙对动植物的生存也起着重要作用。镁存在于叶绿素中。已经发现谷类光合作用的活性与Mg2+、Ca2+浓度有关。镁占人体重量的0.05%，人体内的镁以磷酸盐形式存在于骨骼和牙齿中，其余分布在软组织和体液中，Mg2+是细胞内液中除K+之外的重要离子。镁是体内多种酶的激活剂，对维持心肌正常生理功能有重要作用。若缺镁会导致冠状动脉病变，心肌坏死，出现抑郁、肌肉软弱无力和晕眩等症状。成年人每天镁的需要量为200300 mg。钙对于所有细胞生物体

58、都是必需的。肌肉、神经、黏液和骨骼中都有Ca2+结合的蛋白质。钙占人体总重量的1.5%2.0%，一般成年人体内含钙量约为1 200 g，成年人每天需要钙量为0.71.0 g。钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，一般为羟基磷酸钙Ca5(PO4)3OH，占人体钙总量的99%。在血中钙的正常浓度为每100 mL血浆含911.5 mg，其中一部分以Ca2+存在，而另一部分则与血蛋白结合。钙有许多重要的生理功能，钙和镁都能调节植物和动物体内磷酸盐的输送和沉积。钙能维持神经肌肉的正常兴奋和心跳规律，血钙增高可抑制神经肌肉的兴奋，如血钙降低，则引起兴奋性增强，而产生手足抽搐（即“抽风”）。钙对体内多种酶也有激活作用，钙还参与血凝过程和抑制毒物（如铅）的吸收；它还影响细胞膜的渗透作用。人体缺钙，将影响儿童的正常生长，或出现佝偻病；对成年人来说，则患软骨病，易发生骨折并发生出血和瘫痪等疾病；高血压、脑血管病等也与缺钙有关。4.过氧化钠Na2O2是离子型化合物，淡黄色粉末，商品常制成圆形小颗粒。它的熔点为675 ，有二水合物和八水合物。Na2O2具有强氧化性，例如,能把铁氧化成铁酸盐(FeO42-)，甚至在常温下能把几乎所有的有机物氧化成碳酸盐和乙醇，与其他易燃品放置在一起会发生燃烧。在熔融状态下，Na2O