化学无处不在

1、第一章 化学无处不在1化学与“衣、食、住、行”有何关系？请各举5个以上例子说明之。答：衣食住行泛指穿衣、吃饭、住房、行路等生活上的基本需要，是我们每个人都离不开 的，而衣食住行的方方面面都与化学密切相关。 衣：化学纤维布料；衣服着色的染料；塑料纽扣；洗衣粉；漂白剂；香精；棉花种植需化肥、农药；布匹染色；衣服的清洗；皮革的处理；尼龙-66（即聚酰胺-66）；洗衣粉。 食：农药残留与祛除；化肥与蔬菜生长；咸鸭蛋与苏丹红；奶粉与三聚氰胺；食盐；粮食蔬果的种植、贮藏、深加工；畜禽类的养殖，肉制品加工，食品烹饪。 住：水泥与建筑，玻璃的生产，陶瓷与装饰，墙面漆与涂料，室内甲醛与健康。 行：金属材料与车辆

2、，燃油与动力，耐磨材料与轮胎，汽车尾气，合金材料与发动机。 2化学与信息社会有何关系？请举5个以上例子说明之。 答：社会要信息化，必须与化学信息学联系起来，它是利用计算机技术和计算机网络技术，对化学信息进行表示，管理，分析，模拟和传播，以实现化学信息的提取，转化与共享，揭示化学信息的实质与内在联系，促进化学学科的知识创新。 例子：芯片与半导体材料；光纤；电路元件的焊接；卫星与太阳能电池；电镀；集成电路基板（Al2O3, AlN)； 传感器；寄存器（BaTiO3)。利用化学材料进行信息的传输和传导。 3化学与国防有何关系？请举5个以上例子说明之。 答：国防，就是国家的防务，是指为捍卫国家主权、领

3、土完整，防备外来侵略和颠覆，所进行的军事及与军事有关的政治、外交、经济、文化等方面的建设和斗争，要做到国家的防卫，其高科技材料就需要更先进。 例子：枪械的铸造，航空母舰与核能，火箭染料与肼的制备，隐形飞机与表面涂料，轮 船的防腐；钢材；炸药；火箭燃料；化学武器都与化学息息相关。 4化学与环境有何关系？请举10个以上例子说明之。 答：可以说是环境资源促进了化学的发展，同时化学也给环境带来了一定的灾难，人们利用环境，但是也污染了环境。 例子：塑料袋与白色污染；可降解塑料的生产；污水排放与水污染；水污染的处理；生活用水与水体富营养化；汽车尾气与大气污染；氟利昂与臭氧空洞；重金属与土壤，酸雨；光化学污

4、染；核污染与处理,PM2.5,雾霾. 5化学与资源有何关系？请举10个以上例子说明之。 答：我国资源总量丰富，但人均占有量少，总体质量不高，分布不均。不过这些资源都与化学有关,化学主要是在两个方面改变，一是提高利用率节约资源,二是废物利用节约资源。 例如：煤炭的形成；天然气的开发与运输；石油的生产；原油的提炼；水资源的保护；森林资源的开发与保护；稀土资源的开发与利用；大气的净化与利用；国际铁矿石涨价；煤、石油、天然气涨价；提高利用率节约资源（催化剂，燃料电池等）；废物利用节约资源(废秸秆气化合成油,)； 沼气。 6化学与能源有何关系？请举10个以上例子说明之。 答：我们要利用能源就必须用到化学

5、的方法，将能源转化为我们可以直接利用的资源。例如：太阳能的利用与太阳能电池的研究；生物的光合作用的产物直接成为人的能量来源；煤炭石油天然气的开发与利用；二次能源如乙醇等的生产与合成；催化剂与生产中的能源节约；工厂废热的有效利用；燃料电池及氢燃料；生物石油，超导材料的研发与电能的节约；煤间接液化合成汽油。 第一章思考题总结：化学是一门基础学科，中心学科。它在社会各领域都发挥着重要作用。了解这些知识对于一个化学师范生来说是非常重要的。 第二章 化学对社会形成与发展的作用1什么是社会？ 答： 马克思说：“社会-不管其形式如何-究竟是什么呢？是人们交互作用的产物.” 可见，社会是由一群人组成的，人是生

6、活在社会群体之中的，任何人都不能离群索居。人们在社会生活中，彼此结成一定的社会关系，并发生社会行为。一个简单的道理就是：人不聚到一起，就不能形成社会。总之社会是由一定的经济基础与上层建筑构成的整体。 外国学者的表述：（1）a group of people related to each other through persistent relations such as social statusoles and social networks. （2）A large social grouping that shares the same geographical territory an

7、d is subject to the same political authority and dominant cultural expectations 。 2为何说化学促进了社会的形成？ 答：在原始社会，火 促进人类合群而居。火是最常见的、最普通的一种化学现象。借助于 火，人类掌握了巨大的能量，并且开始初步利用它来改造自然，促进了人类自身进化和促成了人类社会的形成。化学研究了自然界中物质的组成、结构和性质，为人们制造生 产工具等提供了指导作用，而作为生产资料的一大组成的生产工具，是经济的基础。人类在无形中利用各种化学知识，才在生产的过程中出现剩余产品，从而才有了社会形成的经济基础。 （

8、1）自然环境的形成大都是化学过程; （2）社会环境的形成与化学关系：火，（远古，50万年前利用火） 火=人聚集，进化 =社会形成 . 3什么是陶器？什么是瓷器？二者有何本质区别？ 答：陶器先于瓷器出现。瓷器比陶器更高。陶器起源(1万多年前，江西万年县）; 我国发明瓷器(第五大, 东汉末，约公元220）陶器指用黏土含铁量高于2%在9501100烧制的器皿，瓷器指用高岭土含铁量在1%以下，长石，石英等在12001300烧制的器皿。 它们的本质区别在于其气孔的大小，即吸水性的不同。普通陶器总气孔率为12538；精陶为1230；细炻器（原始瓷）为48；硬质瓷为26。普通陶器吸水率都在8以上，细炻器为0

9、512，瓷器为005。 4什么是搪瓷？什么是景泰蓝？什么是珐琅？三者有何异同？ 答：搪瓷是指以金属做胎的瓷器。 景泰蓝 (艺术搪瓷）又名“铜胎掐丝珐琅”，是一种瓷铜结合的独特工艺品。制作景泰蓝先要用紫铜制胎，接着工艺师在上面作画，再用铜丝在铜胎上根据所画的图案粘出相应的花纹，然后用色彩不同的珐琅釉料镶嵌在图案中，最后再经反复烧结，磨光镀金而成。这种铜的珐琅器创始于明代景泰年间，因初创时只有蓝色，故名景泰蓝。现代景泰蓝已变成了一种工艺品名称，而不是颜色了。景泰蓝是明朝景泰年间盛产的一种艺术搪瓷。珐琅是艺术搪瓷的同义词。 搪瓷是一种统称，有生活用搪瓷与艺术搪瓷，即珐琅；景泰蓝是搪瓷的一种。 5什么

10、是玻璃？什么是琉璃？二者有何区别？ 答：玻璃指用石英砂、石灰石、纯碱等混合烧制而成的一种硬而脆的无机材料。 琉璃是古代对玻璃的统称，现在指加入各种过渡金属氧化物烧制而成的有色玻璃制品。 琉璃是中国古代对玻璃的称呼。现琉璃一般是指加入各种氧化物烧制而成的有色玻璃作品。现今无论是光学玻璃、平板玻璃、水晶玻璃、或是硼砂玻璃等材质所创作之作品，皆通称为玻璃艺术品。可见，琉璃只是玻璃的一个种类。 6什么是青铜？我国青铜器时代属于什么社会制度？ 答：青铜是以锡为主要合金元素的铜基合金。这种竖炉主要以孔雀石CuCO3.Cu(OH)2为原料，以木炭作燃料和还原剂，进行鼓风熔炼，得到纯度较高的铜。我国的青铜器时

11、代属于奴隶社会。 7生铁和熟铁有何区别？钢与铁有何区别？碳钢和不锈钢有何区别？我国铁器时代属于什么社会制度？ 答： 生铁指含碳量大于2的铁碳合金，熟铁含碳量在0.02%以下，由生铁煅炼而来。钢，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.04%之间的铁合金的统称。 区别：三者主要是含碳量的不同。不锈钢是铁铬合金，当铬的含量达到一定量时，可在表面形成一层氧化膜阻住继续氧化。铁是社会形态变化的催化剂，铁器的使用导致封建社会形成。 8第一次技术革命的关键技术是什么？它与化学有何关系？它导致什么社会制度？ 答：第一次技术革命的关键技术是蒸汽机和内燃机的发明。 蒸汽机和内燃机使用中要用到燃料，燃烧是化学反应

12、。 它带来了资本主义社会。9第二次技术革命的关键技术是什么？它与化学有何关系？它导致什么社会制度？ 答：第二次技术革命的关键技术是电气技术的发展，即电力技术，内燃机 等的使用。电力的生产依赖于化学：火电，核电，燃料电池等都是直接跟化学相关的。电厂的各种设备都是化学合成材料的，而电力的运输也直接跟材料化学相关。第二次技术革命从很大程度上促进了资本主义的发展与扩张，帝国主义的苗头开始显现。 10第三次技术革命的关键技术是什么？它与化学有何关系？它导致什么社会 制度？ 答：第三次技术革命的关键技术是计算机等信息产业的产生与发展。 可以说，离开了材料化学技术合成的半导体材料，信息社会极有可能不复存在。

13、同电力的运输一样，信息的传输同样直接依赖于无机非金属材料和其他各种合成材料。 第三次技术革命很大程度上带来了社会主义的产生与繁荣。 11合成氨催化剂有哪些组分组成？它的发明对农业和社会发展有何影响？ 答：以铁的氧化物状态存在，其主要成分是三氧化二铁（Fe2O3）和氧化亚铁（FeO）。此外，触媒中还加入各种促进剂。当二价铁与三价铁之比等于或接近0.5时，触媒还原后的活性最好。 合成氨催化剂的发明极大地提高了氨的合成效率，使得工业合成氮肥的大量生产成为可能。工业氮肥的大量生产极大地提高了农作物的产量。 12何谓齐格勒催化剂？何谓纳塔催化剂？它们的发明对社会发展有何影响？ 答： 齐格勒催化剂：高压低

14、密度聚乙烯：1933， 英国ICI 公司 E.C. Fawett 发明，乙烯聚合生产聚乙烯的方法， 并于1937年工业化。 以微量氧和过氧化物为引发剂，在12千个大气压，200-300oC 合成多支链的低密度聚乙烯。四氯化钛与烷基铝构成的催化剂TiCl4-Al(C2H5)3。此类催化剂可在低压下使乙烯聚合，得到线型、高结晶度的高强度、高熔点、高密度聚乙烯。 纳塔催化剂是在齐格勒催化剂的基础上改进得到的，TiCl3-Al(C2H5)3 。用于丙烯聚合，获得了分子结构高度规整的等规聚丙烯，开创了立体定向聚合的新领域。 齐格勒 - 纳塔催化剂的发明极大地温和了合成巨乙烯聚丙烯的条件，同时使产物得到了

15、优化，是优质有机合成材料的低成本大规模成产成为可能，极大地促进了社会生产力。 第三章 现代生活中的化学1. 常言道”生活要过得有滋有味”, 味道有哪几种? 味是如何感知的? 答：吃到嘴里的食物（或喝到嘴里的饮料）的味道，一部分取决于它所激活的味蕾：甜、酸、苦、咸、鲜。所有的味蕾均可识别所有的味道。但舌的前部边缘对咸味最敏感；舌尖对甜味最敏感；舌根对苦味最敏感；舌两侧靠腮的部位对酸味最敏感。味道有五种：酸、甜、苦、咸、鲜。除了味蕾，口腔里的感觉细胞也很重要，它们就并排在味蕾的旁边，让我们能感知温热、润滑之类的口感。嗅觉则是由鼻子和嘴共同完成的，嘴里没有负责分辨气味的细胞，大部分的气味信息由鼻孔负

16、责收集，一小部分气味信息由嘴后侧的通道到达鼻腔通道末端。甜、苦和鲜是通过G蛋白偶联受体来识别的；酸味，是氢离子刺激味蕾引起的；咸味，是咸味物质离解的阳离子被味蕾中的蛋白质的羧基吸附而成的；涩味，是使口腔黏膜中的蛋白质凝固而引起收敛，从而刺激触觉神经末梢引起的一种感觉；辣味，实际是一种刺激引起的痛觉。辣味不但能刺激口腔黏膜，还能刺激鼻腔黏膜甚至皮肤。味蕾、感觉细胞、鼻腔，共同完成对食物味道的判断，缺了哪个，我们得到的味道都不完整。 2味精的化学名？做菜时味精需在做好后加，为何？210oC以上高温下味精会变成何物？ 答：化学名称为谷氨酸钠，是谷氨酸的一价钠盐，分子式为：C5H8NO4Na，有肉类鲜

17、味，是商品味精的主要成分（商品味精有含谷氨酸钠60%、70%、80%、90%等不同规格）。谷氨酸钠还可作药，其针剂可在临床上静脉滴注治疗肝昏迷等。作菜使用味精，应在起锅时加入。 味精不宜在高温下使用，谷氨酸钠150失去结晶水，210生成对人体有害的焦谷氨酸盐。故味精最好只用来做汤，不能在油炸或高温烧烤时加味精。因为在高温下，味精会分解为焦谷氨酸钠，即脱水谷氨酸钠，不但没有鲜味，而且还会产生轻微的毒素，危害人体。 210oC以上高温下味精会变成焦谷氨酸钠。 3鸡精和鸡有关吗？ 答： 鸡精和鸡没有关系，不是从鸡身上提取的，以鸡肉/鸡骨的粉末或其浓 缩抽提物、味精、食用盐、呈味核苷酸二钠(简称imp

18、+gmp)等为原料，添加或不添加香辛料和/或食用香精等增味、增香剂经混合、干燥加工而成，具有鸡的鲜味和鸡的香味的复合调味料。它是在味精的基础上加入新鲜的核苷酸制成的。由于核苷酸带有鸡肉的鲜味，故称鸡精，不过鸡精比味精更鲜。 4酒量是天生的吗？酒在肝脏中如何代谢？常言酒精中毒，是酒精本身对人体有毒吗？ 答：乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶在体内的多寡，决定一个人的酒量，是天生的。酒在人体内的代谢、分解过程: 进入消化道的酒精，主要在胃中被吸收而进入血液，其中20%的酒精在肺循环中，通过换气经呼吸排出体外。80%酒精的代谢过程，主要在肝脏中进行。这是因为酒的主要成分是乙醇，乙醇进入体内以后，在肝脏中的代谢主

19、要通过肝脏中的乙醇脱氢酶的氧化作用转变成乙醛，然后再由乙醛脱氢酶催化生成乙酸，最后生成二氧化碳和水。常言酒精中毒，不是酒精本身对人体有毒，而是乙醇在乙醇脱氢酶的氧化作用转变成的乙醛。 5为何适量饮酒有益健康？过量饮酒有何害处？ 答：酒可以行气、活血通络，适量饮酒对人体健康有益。酒中的多酚有抗氧化作用及防止脑功能衰退、促进脑智力的作用。适量饮酒可助消化，能预防心血管疾病，减轻心脏负担；还可增加高密度脂蛋白，降低冠心病的发生率；可调节人体正常的生理代谢，加速血液循环；酒可以作为某些疾病的辅助治疗剂，尤其对老年人或身体虚弱的人是良好的滋补剂。适量饮酒可防止冠心病和动脉硬化。少量酒精能兴奋神经系统，有

20、助于消除疲劳。可见，适量饮酒对人体有一定的益处。同时啤酒、黄酒和果酒中含有多种氨基酸和维生素等营养物质，被称为“液体面包”。但应注意，正常人体血液中，酒精平均含量为0003，当酒精含量达到07左右时就会导致死亡，所以我们说适量饮酒有益健康，过量酗酒则有损健康。过量饮酒能破坏胃黏膜，导致胃炎、黏膜糜烂，严重者会引起急性胃出血、胃溃疡。酒精对肝有直接的损伤作用，常造成脂肪肝、酒精性肝硬化。喝酒可以损害消化系统。酒的主要成分是酒精，主要通过肝脏解毒，连续过量饮酒者易患脂肪肝、酒精性肝炎，进而可转变为酒精性肝硬化。一次饮酒量过大，还可能诱发凶险的急性坏死型胰腺炎，可危及生命。酒精还能刺激食管和胃黏膜，

21、引起食管炎、胃炎等。长期、大量饮酒能增加患高血压和中风的危险。酒精影响脂肪的代谢，它使血液中的胆固醇和甘油三酯升高，从而发生高脂血症或导致冠状动脉硬化。血液中的脂质沉积在血管壁上，使血管腔变小引起高血压。大量饮酒会使心率加快，血压升高，易诱发中风。长期饮酒还可造成体内多种维生素缺乏。无节制地饮酒会使食欲下降，食物摄入减少，以至发生多种营养素缺乏；酒精还影响叶酸的吸收，致使体内叶酸缺乏，叶酸缺乏可导致巨幼细胞贫血。喝酒过度还能损害大脑。 6常见食品防腐剂有哪两种？哪种更安全？ 答：食品添加剂定义为：“为了改善食物的外观、质地或贮存性能而加入到食物中的少量非营养性物质。” 不排除既能达到上述目的又

22、有营养价值。常见食品防腐剂有山梨酸和苯甲酸。山梨酸更安全，其一大好处是它在起到防腐作用的同时，不会伤害消化器官。山梨酸在99.9%的人群中不会引起副作用，可在食物和饮料中添加。 7苏丹红是合法食品色素吗？亚硝酸钠既是防腐剂又是发色剂，原理？ 答：我国允许使用并订有国家标准的食品添加剂有:防腐剂、抗氧化剂、着色剂、发色剂、漂白剂、酸味剂、凝固剂、增稠剂、乳化剂、疏松剂、甜味剂、品质改良剂等。苏丹红不是合法食品色素。亚硝酸盐俗称工业用盐，为一种白色或微黄色结晶，有的为颗粒状粉末，无臭、味微咸涩，易潮解，易溶于水。在食品生产中亦用作食品着色剂和防腐剂。允许用于肉及肉制品的生产加工中，添加亚硝酸盐可以

23、抑制肉毒芽孢杆菌，故可以作为防腐剂；并使肉制品呈现鲜红色，故可以作为发色剂；但是亚硝酸盐的添加使肉制品中亚硝酸盐残留。 8服过量亚硝酸盐会导致缺氧症，原因？ 答：硝酸钠(钾)和亚硝酸钠(钾)一般允许作为肉及肉制品的防腐剂和发色剂。亚硝酸盐是强氧化剂，进入血液后与血红蛋白结合，使氧合血红蛋白变为高铁血红蛋白，从而失去携氧能力，导致组织缺氧，而出现一系列缺氧的中毒病症，严重时可使人死亡。另外亚硝酸盐对周围血管有扩张作用。大剂量的亚硝酸盐能够使血色素中二价铁氧化成为三价铁，产生大量高铁血红蛋白从而使其失去携氧和释氧能力，引起全身组织缺氧，产生肠源性青紫症，当体内高铁血红蛋白达到20-40%就出现缺氧

24、症状，达到70%以上可导致死亡。 9食品变质产生有毒物质通常是什么？为何油炸后可生吃。 答：食品变质产生有毒物质通常是黄曲霉素。黄曲霉素是一种酶，有强烈的至癌作用，主要存在霉变的花生、大米等食物中。黄曲霉素主要存在于被黄曲霉菌污染过的粮、油及其制品中。例如黄曲霉污染的花生、花生油、玉米、大米、棉籽中最为常见，在干果类食品如胡桃、杏仁、榛（zhen）子、干辣椒中，在动物性食品如肝、咸鱼中以及在奶和奶制品中也曾发现过黄曲霉素。由于黄曲酶素不溶于水，不耐高温（300即分解），所以干炒、油炸有可能破坏黄曲酶素。煮沸是不能将其破坏，只有在280度高温以后，才能将其黄曲霉素破坏，故油炸后可生吃。 10.

25、烤焦的肉、万年油的炸制食品中都可能一种致癌物，其名为什么？ 答：烤焦的肉、万年油的炸制食品中都可能一种致癌物，其名为苯并芘。食品加工贮存过程中以苯并a芘的污染最为严重，有人认为40年内摄入的苯并a芘总量达80mg以上就可能致癌。因此，要少吃熏制食物。不要食用“万年油”（长期反复使用的油）炸的油条、油饼等。 第四章 能源科学与化学1我国目前消费的一次能源主要有哪些？目前它们在我国使用的比例分别为多少？ 答：我国目前消耗的一次能源主要有煤、石油、天然气，目前他们依赖进口的比例分别为：煤：（3）、 石油（50%）、天然气（30）。 2. 煤炭是如何形成的？主要有哪些元素组成？煤的工业分析主要有哪四个

26、指标？依年龄由年轻到年老，煤主要分为哪四大类？其中烟煤又可细分为哪五类？冶金焦通常用哪几种煤作原料来炼制？煤的结构是怎样的？煤间接液化合成汽油目前国内以工业化，请写出其化学方程式并指出所用催化剂。 答：煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐殖质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可燃沉积岩，这就是煤炭的形成过程。煤主要的元素组成为：碳（8387%）、氢（1114%）、其余为硫（0.060.8%）、氧（0.081.82%）以及微量金属元素（镍、钒、铁等）。煤的工业分析包括的四个指标是煤的水分

27、（M ）、灰分（A ）、挥发分（V ）和固定碳（Fc )。煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。依年龄由年轻到年老，煤主要分为泥炭、褐煤、烟煤以及无烟煤。其中烟煤可以分为气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、平煤这五种。冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。煤的结构为：在我国，煤间接液化法的工艺流程包括两种：1、以铁为催化剂，温度为250至300摄氏度，压强为20

28、至30atm，得到的产物为一个碳到四十个碳的烃。2、分子筛法-5（ZSM），温度为300至350摄氏度，压强为20至30atm，得到的产物为汽油。这样的方法大概5至6吨煤可以制造出一吨油。 3石油是如何形成的？主要由哪些元素组成？主要由哪些类型的化合物组成？石油原油经过哪些加工才能得到商品汽油？请指出汽油辛烷值的概念，指出粗汽油进一步加工的原理和所用催化剂。基本有机化工原料-乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯分别来自哪些加工过程？ 答：石油是由古代有机物变来的。在漫长的地质年代里，海洋里繁殖了大量的海洋生物，它们死亡后的遗体随着泥沙一起沉到海底，长年累月地一层层堆积起来，跟外界空气隔绝着，经过细菌的

29、分解，以及地层内的高温、高压作用，生物遗体逐渐分解、转化成石油和天然气。或者遗体进入海洋，因海洋含有大量的盐份，保证了遗体不会马上被细菌分解，大量地被保存下来，让遗体得以沉入海底，又因海底的低温进一步延长了遗体被保存的时间.就是这个时间让遗体得以积累，并得以被泥沙覆盖，被海水（盐水）浸泡过的遗体，又被泥沙或者岩石覆盖起来，后来在地热的作用下，时间长了，就成了石油。石油的主要元素是：碳(C)和氢(H)，它们占元素总量的9699%。其中碳元素含量占8387%，氢元素占1114%；其次，含有硫、氮、氧，它们在石油中总含量占14%；再就是微量的重金属元素，如钒V、镍Ni、钠Na、铜Cu、铁Fe、铅Pb

30、，其含量只有ppm级；以及微量的非金属元素，如砷As、磷P、氯Cl，其含量只有ppm级或者是ppb级。石油中的碳和氢组成碳氢化台物，简称烃。硫、氧、氮等则与碳氢元素形成含硫化合物、含。氧化合物、含氮化合物、胶质和沥青质等，简称非烃。还含有烃类，包括烷烃、环烷烃、芳径(芳香烃)等。由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四乙基铅）以制得商品汽油。汽油辛烷值是衡量汽油在气缸内抗爆震(knocking)燃烧能力的一种数字指标，其值高表示抗爆

31、性好。汽油在气缸中正常燃烧时火焰传播速度为1020m/s，在爆震燃烧时可达15002000m/s。后者会使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。与辛烷有同一分子方程式的异辛烷，其震爆现象最少，我们便把其辛烷值定为100。常以标准异辛烷值规定为100，正庚烷的辛烷值规定为零，这两种标准燃料以不同的体积比混合起来，可得到各种不同的抗震性等级的混合液，在发动机工作相同条件下，与待测燃料进行对比。抗震性与样品相等的混合液中所含异辛烷百分数，即为该样品的辛烷值。汽油辛烷值大，抗震性好，质量也好。 把汽油中不同种类碳氢化合物的百分比，与其辛烷值相乘，加起来便是该种汽油的

32、辛烷值。 粗汽油的精加工除采用原油减压蒸馏过程外，还采用催化裂化、加氢裂化、石油焦化等原理以获取更多的轻质油品。常用钨、镍、钼、钴等非贵金属或钯、铂等贵金属，其酸性组分作为担体具有裂化和异构化活性，常分别用硅酸铝、分子筛、硅酸铝加少量分子筛及层状硅酸铝或硅酸镁做催化剂用于加氢裂化，用主要成分为硅酸铝的固体酸催化剂作为催化裂化的催化剂。乙烯、丙烯主要来自裂解过程，苯、甲苯、二甲苯则多来自石油的分馏。4天然气和沼气的组成主要有哪些差别？请举例说明它们的应用。 答：天然气的主要成分是甲烷，一般会占90以上，有些则高达95，此外还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。沼气主要成分也是

33、甲烷，但是比例低很多，占5570左右，二氧化碳占2540左右，此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。 应用：天然气可用于发电， 并且是制造氮肥的最佳原料，是城市燃气事业特别是居民生活用燃料，此外，压缩天然气汽车，以天然气代替汽车用油，具有价格低、污染少、安全等优点。 沼气是甲烷、二氧化碳和氮气等的混合气体,具有较高的热值,可用做烧饭、点灯,也可以驱动内燃机和发电机以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。 5干电池、蓄电池、锂电池、燃料电池有何异同？有何优缺点？请举例说明各自的发电原理。 答： 干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池。干电池是一种伏打电池,利用某种吸收剂(如木

34、屑或明胶)使内含物成为不会外溢的糊状。常用作手电筒照明、收音机等的电源。因为这种化学电源装置其电解质是一种不能流动的糊状物，所以叫做干电池，这是相对于具有可流动电解质的电池说的。干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池，它的原理是碳棒以为正极，以锌筒为负极，把化学能转变为电能供给外电路。在化学反应中由于锌比锰活泼，锌失去电子被氧化，锰得到电子被还原。蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用，属于二次性电池。所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。其工作原理就是把化学能转化为电能。蓄电池中最普遍常见的就是铅蓄电池，它的发电原理是用填满

35、海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用1.28%的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。 锂电池也属于二次电池，锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。不过它相对于蓄电池有更高的优势，它的1、能量比比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6

36、-7倍；2、使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录；3、额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；4、具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；5、自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；6、重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6；7、高低温适应性强，可以在-20-60的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45环境下使

37、用；8、绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。9、生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。其原理为：锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO=LiMnO，该反应为氧化还原反应，放电。正极上发生的反应为LiCoO=充电=Li（1-x）CoO+Xli+Xe(电子)；负极上发生的反应为6C+XLi+Xe=LixC6；电池总反应：LiCoO+6C=Li1-xCoO+LixC6。 6. 传统发电方式有何缺点？为何现今大力研究燃料电池？ 答：火力发电，现阶段最普及的发电方式，也是

38、技术最成熟的，缺点就是：污染厉害，利用率不高。风力发电，属于新能源发电，洁净，无污染，缺点就是：装机容量太小，受地域限制。水力发电，装机容量大，洁净无污染，缺点：前期投资太大，建设周期长。燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。优点，能量转化率高，有害气体及噪音排放都很低，适用范围广。从系统熵和能量的角度，对传统方式发电和燃料电池发电机理进行热力学分析，通过对两种发电过程中的能损、熵增以及热力学效率的比较得出：传统发电装置在发电过程中，高温烟气在推动热机做功发电之前，由于升高自身温度所耗能量已造成较高的能损；而燃料电池将燃料的化学能，即吉布斯自由能直接转化为电能，

39、能损失明显减少，提高了热力学效率，因此燃料电池发电技术具有较为明显的优势。可见，传统发电方式的缺点是：升高自身温度会造成较高的能损，降低了电池的效率。现今大力研究燃料电池是因为燃料电池具有以下特点：1、能量转化效率高，他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料电能转换效率在45%60%，而火力发电和核电的效率大约在30%40%。2、有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低 CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。3、燃料适用范围广。4、积木化强 规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组

40、装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。5、负荷响应快，运行质量高 燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。因为燃料电池有了这些优点，就促使了现今人们对其的大力研究。 7. 燃料电池主要有哪三类材料构成？燃料电池可分为哪五种？各有何优缺点？请举出5个例子说明燃料电池的应用及优点。 答：燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板

41、所组成。 燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，按电解质材料分为磷酸型、熔融碳酸盐型、质子交换膜型、固体氧化物型、碱性型五种类型。碱性燃料电池的优点是工作温度大约80，它们的启动也很快，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。缺点是其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。质子交换膜燃料电池具有如下优点：其发电过程不涉及氢氧燃

42、烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。质子交换膜燃料电池还具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点。其缺点是：它以氢为燃料，而从能源方面来讲，氢气含量少，制备不便宜，且不易储存。 熔融碳酸盐燃料电池的优点是：1、工作温度高，电极反应活化能小，无论氢 的氧化还是氧的还原，都不需要贵金属作催化剂，降低了成本。2、可以使用co含量高的燃料气，如煤制气。3、电池排放的余热温度高达673k之多，可用于底循环或回收利用，使总的热效率达到80%。

43、4、可以不许用水冷却，而用空气冷却代替，尤其适用于缺水的边远地区。其缺点是：1、高温以及电解质的强腐蚀性对电池各种材料的长期耐腐蚀性能都有十分严格的要求，电池的寿命也因此受到一定的限制。2、单电池边缘的高温湿密封难度大，尤其在阳极区，这里遭受到严重的腐蚀。另外，熔融碳酸盐的一些固有问题，如由于冷却导致的破裂问题等。3、电池系统中需要有CO2循环，将阳极析出的CO2重新输送到阴极，增加了系统的复杂性。 磷酸盐燃料电池的优点是：1、排气清洁，染料并不燃烧，就发点，所以，几乎完全没有一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫等污染大气物质。2、发电效率高，以前的内燃机发电装置是燃烧染料驱动涡轮等机械能使发电机转换

44、出电能的，能量损耗大；但是染料电池发电上是把染料的化学能直接转换成电能的，所以，能量变换损失大，结果是发电效率远高于以前的发电效率。3、低噪音，低振动，不判有旋转机械的发电方式，所以是在低噪音低振动下运转。 固体氧化物燃料电池的优点是： (1)较高的电流密度和功率密度；(2)阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降；(3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；(4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；(5)能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80左右，是一种清洁高效的能源系统；(6)广泛采用陶瓷材料作电解质

45、、阴极和阳极，具有全固态结构；(7)陶瓷电解质要求中、高温运行(6001000)，加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。 固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。其缺点是：氧化物燃料电池，其工作温度一般在800左右。实现它的使用还需要一段时间的探索，而且电池在使用时温度过高会对电池的材料有一定的要求。 应用举例：1、低温燃料电池的用途非常广泛，电脑，汽车，甚至是家用发电设备，这些都可以用燃料电池来代替。2、节约配电网的建设费用，中国有许多偏远

46、的山村和海岛，远离电网或处在电网的末端，用电量不大。有了燃料电池，用当地生物质气体为燃料，再配合当地的风能、太阳能等，就可以满足当地的长期的电能需求。3、提高电网的安全性，电网均采用高压长距离输电的方式使偏僻山区的水电和坑口、路口以及海口处的火电输送到负荷中心地带。中外近年多次电网事故证明，在地震、水灾、暴风、冰雪、雷电等自然灾害面前，这种系统往往是十分脆弱的。而星罗棋布的燃料电池加入到电网中供电，将会大大提高电网的安全性。在某个远距离的基本负荷电源跳闸时，燃料电池可以对电网起到一定的支承作用，保证重要用户的电能需求。4、在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作

47、为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。5、燃料电池排放的污染物少，减少了对大气的污染。 第五章 材料科学与化学1 按元素组成划分，材料主要分为哪四类？按作用分，材料主要分为哪两大类？ 答：按元素组成划分，材料主要分为：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料，复合材料。 按作用分，材料主要分为：结构材料，功能材料。2 金属材料，陶瓷材料，有机高分子材料各有何有缺点？ 答：金属材料的特点是塑性好，耐久性，硬度高，强度高，耐磨，良好的导热导电性，缺点是比重大，易腐蚀，有疲劳特性。金属的冶炼成本高、机械加工也比较复杂。 陶瓷材料的优点是高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等；陶

48、瓷材料的缺点是：很脆，保护不好容易破裂。 有机高分子材料的特性是大多数质轻，化学性稳定，不会锈蚀，耐冲击性好，透明性、耐磨耗性、绝缘性好，导热性低，一般成形性着色性好，加工成本低，大部分耐热性差，热膨胀效率大，易燃烧，尺寸稳定性差，易变形，耐低温性差，低温下变脆，易老化，某些易溶于溶剂。 3、黄铜和青铜有何差别？传统陶瓷和特种陶瓷有何区别？橡胶和塑料有何区别？ 答：黄铜与青铜的区别在于：黄铜成分为铜和锡，青铜成分为铜和锌黄铜（Cu-Zn）有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。如在黄铜中加入少量Sn，称为海军黄铜，具有很好的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb，可用作滑动

49、轴承材料。青铜（Cu-Sn）在有锡的加入明显地提高了铜的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。Sn较贵，目前已大量用Al、Si、Mn来代替Sn而得到一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。 传统陶瓷和特种陶瓷的区别在于：传统陶瓷是指以传统工艺按照坯料制备、制模、成型、干燥、装烧、装饰、包装等工艺流程制作的陶瓷。传统陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土等。陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差。除了在食器、装饰的使用上，在科学、技术的发展中亦扮演重要角色。陶瓷原料是地球原有的大量资源黏土经过淬取而成。而粘土的性质具韧性，常温遇水可塑，微干可雕，全干可磨；烧至700度可成陶器能装水；烧至1230度则瓷化，可完全不吸水且耐高温耐腐蚀。其用法之弹性，在今日文化科技中尚有各种创意的应用。特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成