高中化学选修2-知识点总结

化学选修2作为高中化学课程体系中与工业生产实践联系最为紧密的模块，其核心在于引导我们认识化学学科在资源利用、材料制备、环境保护等领域的重要作用，理解化工生产的基本原理和技术流程。本总结旨在梳理该模块的核心知识点，帮助同学们构建系统的知识框架，提升分析和解决实际化工问题的能力。一、化学与自然资源的开发利用自然资源是人类生存和发展的物质基础，化学方法是实现自然资源合理开发和高效利用的关键手段。（一）获取洁净的水水的净化与处理是保障人类健康和工业生产顺利进行的前提。1.天然水的净化：通过混凝法（如加入明矾、硫酸铁等混凝剂，利用胶体的吸附作用使杂质沉降）、过滤、吸附（如活性炭吸附色素和异味）等步骤去除水中的悬浮物、胶体和部分有机物。2.硬水的软化：硬水含有较多Ca²⁺、Mg²⁺离子，可通过加热煮沸（适用于暂时硬水，碳酸氢盐分解生成沉淀）、离子交换法（使用离子交换树脂去除Ca²⁺、Mg²⁺）等方法软化。3.污水处理：针对不同的污染物，采用物理法（如格栅、沉淀）、化学法（如中和法、氧化还原法、沉淀法）和生物法（利用微生物降解有机物）进行处理，使其达到排放标准或回用要求。（二）海水资源的综合利用海洋是巨大的资源宝库，海水资源的利用包括水资源和化学资源的利用。1.海水淡化：主要方法有蒸馏法（能耗较高，但技术成熟）、电渗析法（利用离子交换膜的选择性透过性）和反渗透法（利用半透膜，在高压下使水透过而盐离子被截留，效率较高）。2.海水化学资源的提取：*海水提溴：通常采用“空气吹出法”，利用氯气将溴离子氧化为溴单质，再用空气吹出，并用吸收剂（如二氧化硫水溶液）吸收富集，最后再用氯气氧化得到溴产品。*海水提镁：先将海水与碱（如石灰乳）反应生成氢氧化镁沉淀，过滤后加盐酸转化为氯化镁，经蒸发结晶、脱水后电解熔融氯化镁得到金属镁。*海带提碘：灼烧海带得到海带灰，用水浸取后过滤，向滤液中加入氧化剂（如氯气或双氧水）将碘离子氧化为碘单质，再用有机溶剂萃取提纯。（三）金属矿物的开发利用金属冶炼的实质是将金属从其化合物中还原出来。根据金属的活动性不同，采用不同的冶炼方法。1.热分解法：适用于不活泼金属（如Hg、Ag）。其氧化物受热易分解。例如：氧化汞分解生成汞和氧气。2.热还原法：适用于中等活泼金属（如Fe、Cu、Zn、Pb等）。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属（如铝热反应）。例如：一氧化碳还原氧化铁炼铁，氢气还原氧化铜。3.电解法：适用于活泼金属（如K、Na、Ca、Mg、Al等）。通过电解熔融的金属化合物（氧化铝需加入冰晶石降低熔点）来制取。例如：电解熔融氯化钠制钠，电解熔融氧化铝制铝。4.合理开发利用金属资源：防止金属腐蚀、回收利用废旧金属、合理开采矿物、寻找金属替代品等，以实现资源的可持续发展。二、化学与材料的制造、应用材料是人类文明的物质基础，化学是材料科学发展的源泉。（一）无机非金属材料传统无机非金属材料主要包括硅酸盐材料，新型无机非金属材料则具有特殊的性能。1.传统硅酸盐材料：*水泥：主要原料为石灰石和黏土。生产过程中发生复杂的物理化学变化，主要成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等。水泥具有水硬性。*玻璃：主要原料为纯碱、石灰石和石英砂。在高温下熔融反应生成硅酸钠、硅酸钙和过量的二氧化硅的混合物。改变原料或加入添加剂可制得不同性能的玻璃（如钢化玻璃、有色玻璃）。*陶瓷：以黏土为主要原料，经成型、干燥、烧结而成的多晶态硅酸盐材料。具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘等优点。2.新型无机非金属材料：如光导纤维（主要成分为二氧化硅，用于信息传输）、高温结构陶瓷（如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷，具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特性，用于航空航天、机械等领域）、生物陶瓷（如氧化铝陶瓷、羟基磷灰石陶瓷，用于医疗植入）等。（二）金属材料金属材料包括纯金属和合金，合金的性能通常优于纯金属。1.常见合金：*钢铁：铁和碳的合金，根据含碳量不同分为生铁（含碳量较高）和钢（含碳量较低）。钢可通过调整含碳量和加入其他合金元素（如锰、硅、铬、镍等）获得不同性能（如不锈钢、合金钢）。*铝合金：铝中加入铜、镁、硅等元素形成的合金，具有密度小、强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、建筑、交通等领域。*铜合金：如青铜（铜锡合金）、黄铜（铜锌合金）等，具有良好的机械性能和加工性能。2.金属的腐蚀与防护：*腐蚀原理：主要是电化学腐蚀（形成原电池），也有化学腐蚀。*防护方法：改变金属内部结构（如制成不锈钢）、表面覆盖保护层（如涂漆、电镀、钝化）、电化学保护法（牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法）。（三）高分子材料高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，包括天然高分子材料和合成高分子材料。1.基本概念：单体（合成高分子的小分子化合物）、链节（高分子中重复的结构单元）、聚合度（链节的数目）。2.合成方法：*加聚反应：由不饱和单体通过加成反应聚合成高分子化合物，产物中只有高分子化合物。例如：乙烯聚合生成聚乙烯，氯乙烯聚合生成聚氯乙烯。*缩聚反应：由单体通过分子间的缩合反应（同时生成小分子，如水、氨等）聚合成高分子化合物。例如：对苯二甲酸与乙二醇缩聚生成聚酯纤维（涤纶），氨基酸缩聚生成蛋白质。3.常见合成高分子材料：*塑料：如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、ABS树脂等，具有良好的可塑性和绝缘性。*合成纤维：如涤纶（的确良）、锦纶（尼龙）、腈纶（人造羊毛）等，强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀。*合成橡胶：如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等，具有高弹性、绝缘性、耐老化等性能。4.功能高分子材料：具有特定功能的高分子材料，如离子交换树脂、医用高分子材料（如人造器官、医用缝合线）、高吸水性树脂等。三、化学反应的调控与优化在化工生产中，需要对化学反应进行有效调控，以提高产率、降低成本、减少污染。（一）化学反应速率和化学平衡的应用化工生产的目标是在单位时间内获得尽可能多的产品，这涉及到反应速率和化学平衡的调控。1.影响化学反应速率的因素：浓度、温度、压强（气体反应）、催化剂等。在工业上，常通过增大反应物浓度、升高温度（需考虑催化剂活性和能耗）、增大气体压强（对有气体参与的反应）、使用合适的催化剂等方法加快反应速率。2.化学平衡的移动：根据勒夏特列原理，通过改变温度、浓度、压强等条件，可以使化学平衡向着有利于提高产物产量的方向移动。例如，对于放热反应，降低温度有利于平衡正向移动（但需综合考虑速率）；对于气体分子数减少的反应，增大压强有利于平衡正向移动。3.合成氨工业条件的选择：综合考虑反应速率、化学平衡、设备材料、能耗等因素，选择适宜的温度（约500℃，兼顾速率和催化剂活性）、高压（10-30MPa）、铁催化剂，并及时分离出氨气。（二）化工生产中的绿色化学思想绿色化学旨在从源头上减少或消除环境污染，实现化工生产的可持续发展。1.核心思想：原子经济性（反应物的原子尽可能多地转化为产物，减少副产物）、减少或消除有毒有害物质的使用和产生、可再生资源的利用、能源消耗的降低等。2.具体措施：开发无毒无害的原料、催化剂和溶剂，设计绿色合成路线，实现废物的循环利用，对污染物进行综合治理等。四、学习建议选修2模块知识点与工业生产紧密结合，学习时应注重以下几点：1.理解原理：不仅要记住工艺流程，更要理解背后的化学原理，如氧化还原反应、离子反应、化学平衡、物质的性质等。2.联系实际：关注生活和生产中的化学现象和材料应用，思考其化学本质。3.归纳比较：对相似的工艺（如不同金属的冶炼方法、不同水的净化方法）