高中化学必修第二册第八章《化学与可持续开展》知识清单

高中化学必修第二册第八章《化学与可持续开展》知识清单一、自然资源的开发利用：从矿物到基础材料（一）金属矿物的开发利用：冶炼的智慧▲【核心本质】金属冶炼是将金属从化合态变为游离态的过程，实质是金属离子得到电子被复原为金属原子：Mⁿ⁺+ne⁻→M。这个过程需要外界提供能量，并借助复原剂或电解等手段。【基础】根据金属活动性顺序，冶炼方法分为三级：1、电解法：针对K、Ca、Na、Mg、Al等非常活泼的金属。由于这些金属阳离子极难得电子，必须借助电流强制进行复原。★【高频考点】工业上冶炼钠、镁、铝的化学方程式：（1）2NaCl（熔融）电解2Na+Cl₂↑（2）MgCl₂（熔融）电解Mg+Cl₂↑（为何不用电解MgO？因为MgO熔点太高，能耗大）（3）2Al₂O₃（熔融）电解4Al+3O₂↑（为何不用电解AlCl₃？因为AlCl₃是共价化合物，熔融态不导电）2、热复原法：针对Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等中等活泼的金属。常用复原剂有C、CO、H₂或活泼金属（如Al）。★【高频考点】典型案例：（1）高炉炼铁：Fe₂O₃+3CO高温2Fe+3CO₂（2）氢气复原氧化铜：H₂+CuO△Cu+H₂O（3）铝热反响：2Al+Fe₂O₃高温2Fe+Al₂O₃【难点】此反响放出大量热，使生成的金属呈熔融状态，常用于焊接钢轨或冶炼难熔金属（如V、Cr、Mn）。3、热分解法：针对Hg、Ag等不活泼金属。★【基础】2HgO△2Hg+O₂↑；2Ag₂O△4Ag+O₂↑▲【思维拓展】金属的回收与资源保护：废旧金属的回收利用不仅可以节约矿物资源，还可以大幅减少能源消耗和环境污染。例如，回收铝饮料罐比从铝土矿冶炼铝节省95%的能源。（二）海水资源的综合利用：蓝色的宝库【热点】海水是一个巨大的化学资源宝库，不仅包含水资源，还包括化学元素资源。1、海水淡化：获取淡水资源的方法，主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。其中蒸馏法历史最悠久，但能耗高。2、海水制盐：通过蒸发海水得到粗盐（主要成分NaCl），粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄²⁻等杂质，需经过精制才能用于氯碱工业。3、海水提溴：空气吹出法是工业规模提溴的主流方法。【非常重要】工艺流程四步曲：（1）酸化氧化：Cl₂+2Br⁻→Br₂+2Cl⁻（将溴离子氧化为溴单质）（2）吹出富集：用空气将溴吹出，并用SO₂吸收：Br₂+SO₂+2H₂O→2HBr+H₂SO₄（此步骤既富集溴，又将其复原为离子形态，便于后续纯化）（3）再氧化：Cl₂+2Br⁻→Br₂+2Cl⁻（再次得到高纯度的溴单质）（4）蒸馏分离：最后通过蒸馏得到液溴。4、海水提镁：【基础】流程：海水（含Mg²⁺）→加石灰乳[Ca(OH)₂]→Mg(OH)₂沉淀→加盐酸→MgCl₂溶液→蒸发浓缩、冷却结晶→MgCl₂·6H₂O→在HCl气氛中脱水→无水MgCl₂→电解→Mg。★【易错点】由MgCl₂·6H₂O制取无水MgCl₂时，必须在HCl气流中加热，以防止MgCl₂水解生成Mg(OH)Cl或MgO。5、海带提碘：【热点】海带中含有碘元素（以I⁻形式存在）。实验步骤：干海带→灼烧（除去有机物，将碘转化为I⁻）→浸泡（使I⁻进入溶液）→过滤→氧化→检验/提纯。氧化反响：H₂O₂+2I⁻+2H⁺→I₂+2H₂O（此为环保型氧化剂，也可用Cl₂，但需防止过量将I₂进一步氧化为IO₃⁻）。（三）煤、石油和天然气的综合利用：化石燃料的深加工▲【重要】化石燃料不仅是能源，更是宝贵的化工原料。1、煤的综合利用：（1）煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。属于化学变化。★【高频考点】干馏产物：①焦炭（冶金、电石）②煤焦油（含芳香烃，如苯、甲苯）③粗氨水（氮肥）④焦炉气（H₂、CH₄、C₂H₄、CO）（2）煤的气化：将煤转化为可燃性气体的过程。主要反响：C(s)+H₂O(g)高温CO(g)+H₂(g)（水煤气）。（3）煤的液化：直接液化（与H₂反响生成液态烃）或间接液化（先气化再合成甲醇等）。2、石油的综合利用：【难点】区分“三馏”与“两裂”：（1）石油的分馏：利用原油中各组分沸点不同，加热使低沸点组分先汽化，冷凝后分离。属于物理变化。得到石油气、汽油、煤油、柴油、重油等。减压分馏可以降低重油中高沸点组分的沸点，防止其高温分解。（2）石油的裂化：在加热、加压或催化剂作用下，将长链烃断裂成短链烃。属于化学变化。目的是提高轻质油（特别是汽油）的产量和质量。★【典型案例】C₁₆H₃₄催化剂加热、加压C₈H₁₈+C₈H₁₆（3）石油的裂解：采用更高的温度，使长链烃断裂成更短链的气态烃（如乙烯、丙烯）。属于化学变化。裂解是深度裂化，目的是获得气态烯烃（化工原料）。（4）石油的催化重整：在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃（如苯、甲苯），是生产芳香烃的重要方法。3、天然气的综合利用：天然气的主要成分是甲烷（CH₄）。它是一种清洁的化石燃料，也是重要的化工原料，可用于合成氨、甲醇以及多种有机化工产品。二、化学品的合理使用：科学与责任的平衡（一）化肥、农药的合理施用【基础】化学品分为大宗化学品（如乙烯、硫酸、纯碱）和精细化学品（如医药、农药、食品添加剂）。1、化肥：（1）常见化肥：氮肥（铵盐、硝酸盐、尿素）、磷肥（过磷酸钙）、钾肥（KCl、K₂SO₄）和复合肥。（2）合理施用：过量施用会导致土壤酸化、板结，水体富营养化（赤潮、水华）。▲【安全警示】硝酸铵（NH₄NO₃）既是高效氮肥，也是炸药成分，受热或撞击易爆炸，运输贮存需格外小心。2、农药：（1）作用：防治病虫害，保障农业丰收。（2）合理施用：长期使用同一种农药会使害虫产生抗药性；滥用农药会杀死天敌，破坏生态平衡，并导致农产品农药残留超标。（二）合理用药【热点】化学与健康。1、药物的分类：处方药（需医生开处方）和非处方药（OTC，可直接购买）。2、常见药物：（1）阿司匹林：化学名乙酰水杨酸，具有解热镇痛作用。它是以水杨酸为原料与乙酸酐反响合成的，是百年经典药物。（2）抗酸药：用于治疗胃酸过多，有效成分如Al(OH)₃、NaHCO₃、Mg(OH)₂等。3、合理用药原则：谨遵医嘱，反对滥用抗生素（导致细菌耐药性），避免药物相互作用。（三）安全使用食品添加剂【重要】食品添加剂是指为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要而参加食品中的人工合成或天然物质。1、常见类别与实例：（1）着色剂：如胡萝卜素、柠檬黄，赋予食品色泽。（2）增味剂：如谷氨酸钠（味精），增加鲜味。（3）膨松剂：如碳酸氢钠（小苏打）、碳酸氢铵，使面点疏松。（4）凝固剂：如盐卤（MgCl₂·6H₂O）、葡萄糖酸δ内酯，用于制作豆腐，使豆浆中的蛋白质聚沉。（5）防腐剂：如苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、亚硝酸钠，抑制微生物生长。（6）抗氧化剂：如抗坏血酸（维生素C），防止食品因氧化而变质。（7）营养强化剂：如食盐中加碘酸钾（KIO₃）、奶粉中加维生素D和碳酸钙、铁强化酱油（加EDTA铁钠）。2、科学认知：【易错点辨析】“不含任何添加剂”的食品几乎不存在。关键在于使用量和使用范围是否符合国家标准。滥用或超量使用食品添加剂（如过量亚硝酸盐）会对人体健康造成危害。三、环境保护与绿色化学：可持续发展的基石（一）环境问题的产生与防治▲【高频考点】常见的环境问题及其元凶：1、大气污染：（1）酸雨：pH<5.6的降雨。主要由SO₂和氮氧化物（NOx）引起。SO₂主要来自煤的燃烧，NOx主要来自汽车尾气。★【重要】脱硫反响：煤中参加生石灰：CaO+SO₂→CaSO₃，2CaSO₃+O₂→2CaSO₄（石膏），可减少SO₂排放，但不能减少CO₂（温室气体）。（2）光化学烟雾：由氮氧化物和碳氢化合物在紫外线作用下发生光化学反响形成的淡蓝色有毒烟雾。（3）雾霾：主要由可吸入颗粒物（PM2.5、PM10）、SO₂、NOx等共同作用形成。（4）温室效应：主要由CO₂、CH₄、氟氯代烷等引起。（5）臭氧层空洞：主要由氟氯代烷（氟利昂）引起。2、水体污染：（1）重金属污染：如汞、镉、铅等，来自工业废水，通过食物链富集。（2）水体富营养化：生活污水、农业废水中含氮、磷元素过多，导致藻类大量繁殖。发生在海水中叫赤潮，发生在淡水中叫水华。3、土壤污染：（1）白色污染：废弃塑料制品难以降解，在土壤中百年不化，影响作物生长。（2）重金属污染：如废旧电池深埋，其中的重金属离子会渗入土壤和地下水。（二）常见污染物的处理方法【基础】工业三废：废水、废气、废渣。1、污水处理：（1）物理法：沉淀、过滤等。（2）化学法：中和法（调节pH）、化学沉淀法（如用硫化物沉淀重金属离子）、氧化复原法（如用Cl₂氧化CN⁻）。（3）生物法：利用微生物分解有机物。★【典型案例】混凝剂：如硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁等，可使水中悬浮的胶体颗粒聚集成大颗粒而沉降。2、废气处理：（1）SO₂处理：常用氨水或石灰乳吸收。（2）NOx处理：常用碱液吸收或催化转化。汽车尾气净化装置：2NO+2CO催化剂N₂+2CO₂。（三）绿色化学【核心思想】绿色化学不是被动的治理污染，而是主动地从源头上消除或减少生产生活对环境的污染。▲【非常重要】原子经济性：1、定义：原子利用率=（期望产物的总质量÷生成物的总质量）×100%。2、理想目标：原子利用率为100%，即反响物中的所有原子均被转化为期望产物，实现零排放。3、符合原子经济性的反响类型：化合反响、加成反响、加聚反响（所有反响物原子全部进入目标产物）。★【难点辨析】产率与原子经济性：（1）产率=（实际产量÷理论产量）×100%，关注的是生产效率。（2）原子经济性关注的是资源利用程度和废弃物产生量。一个反响产率很高，但可能副产物很多，原子经济性就很差。四、学科思想与核心素养提升（一）【思维模型】“元素观”与“转化观”在可持续发展中的运用学习本章，不能死记硬背流程，而要抓住“元素”这条主线。无论是金属冶炼、海水提溴，还是煤的干馏，本质上都是元素存在的形式发生了转化（从化合态到游离态，或从一种化合物到另一种化合物）。我们要从元素守恒和氧化复原的角度去分析和设计物质转化路线。（二）【高频考点】常见工业流程中的化学方程式汇编1、海水提溴：Cl₂+2Br⁻→2Cl⁻+Br₂；Br₂+SO₂+2H₂O→4H⁺+SO₄²⁻+2Br⁻2、海水提镁：MgCl₂+Ca(OH)₂→Mg(OH)₂↓+CaCl₂；Mg(OH)₂+2HCl→MgCl₂+2H₂O3、铝热反响：2Al+Fe₂O₃高温2Fe+Al₂O₃4、尾气处理：CaO+SO₂→CaSO₃；2NO+2CO催化剂N₂+2CO₂5、化石燃料转化：C+H₂O(g)高温CO+H₂；C₁₆H₃₄裂化C₈H₁₈+C₈H₁₆（三）【解题技巧】环境问题与化学概念的关联在考试中，经常出现判断“说法正确与否”的题目。▲【常见陷阱提醒】：1、“pH<7的雨水叫酸雨”——错！正常雨水因溶有CO₂，pH约为5.6，酸雨是指pH<5.6。2、“绿色化学就是处理生产的污染物”——错！绿色化学的核心是从源头防止污染，而非末端治理