高中化学必修二 化学与可持续发展 知识清单

高中化学必修二化学与可持续发展知识清单一、自然资源的开发利用【核心章节】（一）金属矿物的开发利用【重点】【热点】1、金属在自然界中的存在形式：【基础】在自然界中，绝大多数金属元素是以化合态形式存在的，这是由金属的化学性质活泼性决定的。只有少数化学性质极不活泼的金属，如金（Au）、铂（Pt）等，才能以游离态（单质）的形式存在。2、金属冶炼的实质与原理：【核心原理】【非常重要】金属冶炼的实质是将金属从其化合物中还原出来，核心过程是金属离子获得电子被还原为金属原子的过程。用数学表达式可表示为：M^n++ne^→M。这一个过程涉及到氧化还原反应的基本原理，即需要加入还原剂或通过电解等方法，迫使金属离子得到电子。3、金属冶炼的方法与金属活动性的关系：【高频考点】【难点】金属的冶炼方法与其在金属活动性顺序表中的位置密切相关。金属越活泼，其离子的氧化性越弱，也就越难被还原，因此需要采用更强有力的手段进行冶炼。（1）热分解法【基础】：适用于金属活动性顺序中位于氢之后的不活泼金属（如Hg、Ag等）。这类金属的化合物不稳定，受热易分解。★例如：2HgO==△==2Hg+O₂↑（2）热还原法【重点】：适用于金属活动性顺序中位于锌和铜之间的大多数金属（如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等）。这是一种应用非常广泛的冶炼方法。★常用还原剂及其反应示例：▲使用C（碳）或CO（一氧化碳）作还原剂：如高炉炼铁，Fe₂O₃+3CO==高温==2Fe+3CO₂。▲使用H₂（氢气）作还原剂：如冶炼钨，WO₃+3H₂==高温==W+3H₂O。▲使用活泼金属作还原剂（如铝热反应）：如冶炼铬、锰等。2Al+Cr₂O₃==高温==Al₂O₃+2Cr。该反应放出大量热，使生成的金属呈熔融态，常用于冶炼高熔点的金属或焊接铁轨。（3）电解法【重点】：适用于金属活动性顺序中位于铝前面的活泼金属（如K、Ca、Na、Mg、Al等）。这些金属的阳离子氧化性很弱，常规还原剂无法将其还原，必须借助直流电强制其发生还原反应。★例如：电解熔融氯化钠制取金属钠：2NaCl（熔融）==电解==2Na+Cl₂↑。★例如：电解熔融氧化铝制取金属铝：2Al₂O₃（熔融）==电解==4Al+3O₂↑。（注意：需加入冰晶石作助熔剂以降低熔化温度）4、金属资源的合理利用与保护：【重要】【高频考查】金属矿物资源是不可再生的，且随着不断开采，储量日益减少。同时，冶炼过程往往伴随着高能耗和环境污染。因此，金属资源的可持续利用至关重要。★有效途径包括：【易错点】（1）提高金属资源的利用率：通过改进开采和冶炼技术，减少浪费。（2）加强金属资源的回收和再利用：废旧金属的回收再利用不仅可以节约大量矿产资源和能源，还能显著减少环境污染。例如，回收一个铝制饮料罐比重新冶炼铝矿石节能95%以上。（3）开发和使用其他替代材料：寻找环保、可再生的材料来替代某些稀缺或高污染的金属材料。（4）加强金属资源的保护：合理开采，避免掠夺式开发。（二）海水资源的开发利用【重要】1、海水资源的特点与类型：【基础】海水资源是一个巨大的资源宝库，主要包括两大类：一是海水本身作为水资源（如海水淡化），二是海水中溶解的化学物质（如各种盐类和元素）。2、海水水资源的利用：★海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。其中，蒸馏法的历史最悠久，技术最成熟，其原理是利用水与盐分的沸点不同，通过加热蒸发、冷凝得到淡水【基础原理】。3、海水中化学物质的提取：【难点】【工艺流程】海水中溶解有大量的盐类，平均每千克海水中约含35克盐类，其中主要是氯化钠（NaCl），其次是氯化镁（MgCl₂）、硫酸镁（MgSO₄）等。从中提取化学物质是海洋化学的重要课题。（1）海水制盐：传统方法是“盐田法”（又称“晒盐”），利用太阳能和风能蒸发海水，使氯化钠结晶析出。（2）海水提溴（Br₂）：【典型工艺流程】【高频考点】溴在自然界中主要以溴离子（Br⁻）形式存在于海水中，但浓度很低。工业上常用“空气吹出法”从海水中提取溴，其核心过程基于氯气（Cl₂）的氧化性比溴（Br₂）强。★主要步骤及原理：▲第一步：酸化、氧化。用硫酸将海水酸化，然后通入氯气，将Br⁻氧化为Br₂。离子方程式：Cl₂+2Br⁻=Br₂+2Cl⁻。▲第二步：吹出、吸收。利用热空气或水蒸气将生成的Br₂吹出，再用二氧化硫（SO₂）和水作吸收剂，将Br₂还原为HBr（氢溴酸），得到富集了的含溴溶液。化学方程式：Br₂+SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr。▲第三步：再氧化、蒸馏。向吸收塔得到的含溴溶液中再次通入氯气，将HBr氧化为Br₂。离子方程式：Cl₂+2Br⁻=Br₂+2Cl⁻。最后通过蒸馏或进一步处理得到高纯度的溴。★【易错警示】第一次氧化得到的溴单质为什么要再次还原后再氧化？目的是为了富集溴元素。海水中溴离子浓度极低，直接氧化后得到的溴单质量少且分散，通过吸收富集过程，可以将原本分散的溴元素集中到一小部分溶液中，大大提高后续生产的效率和纯度。（三）煤、石油和天然气的综合利用【核心】【热点】1、煤的综合利用：【基础概念辨析】煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。煤的综合利用主要包括煤的干馏、煤的气化和煤的液化。（1）煤的干馏【重要】：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。这是一个复杂的化学变化过程。★主要产物及其用途：▲焦炭：用于冶金（如炼铁）、电石生产等。▲煤焦油：是重要的化工原料，可用于提取苯、萘、酚等多种芳香族化合物。▲粗氨水：可用于制取氨肥。▲焦炉气：主要成分为氢气（H₂）、甲烷（CH₄）等，可用作燃料或化工原料。（2）煤的气化：【基础】将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应是碳与水蒸气在高温下反应生成水煤气（CO和H₂的混合物）：C（s）+H₂O（g）==高温==CO（g）+H₂（g）。（3）煤的液化：【基础】将煤转化为液体燃料的过程，可分为直接液化和间接液化。直接液化是煤与氢气作用生成液体燃料；间接液化是先将煤转化为CO和H₂，再在催化剂作用下合成甲醇等液体燃料。2、石油的综合利用：【核心】【高频考点】石油是由多种碳氢化合物（烷烃、环烷烃、芳香烃等）组成的复杂混合物。（1）石油的分馏【重要】：利用石油中各组分沸点不同，通过加热和冷凝，将石油分离成不同沸点范围的产物的过程。这是一个物理变化。★主要分馏产物及其用途：▲石油气（主要含C1C4的烃）：化工原料、燃料。▲汽油（主要含C5C11的烃）：汽车燃料。▲煤油（主要含C11C16的烃）：航空燃料、工业洗涤剂。▲柴油（主要含C15C18的烃）：柴油机燃料。▲重油（含C20以上的烃）：进一步加工为润滑油、石蜡、沥青等。（2）石油的裂化和裂解【重点】【难点辨析】：★裂化：在加热、加压或催化剂作用下，将长链的烃断裂成短链的烃的过程。目的是提高轻质液体燃料（特别是汽油）的产量和质量。例如：C₁₆H₃₄→C₈H₁₈+C₈H₁₆。裂化过程属于化学变化。其中，催化裂化得到的汽油质量更高。★裂解（深度裂化）：在更高的温度下，使长链烃断裂成乙烯、丙烯等气态短链烃的过程。裂解的目的是获得气态烯烃等重要的有机化工原料，而不是燃料油。裂解是化学变化。（3）石油的催化重整：【基础】在加热和催化剂作用下，使链状烃转化为环状烃（如芳香烃）的过程，也是化学变化。目的是提高汽油的辛烷值和获得芳香烃。3、天然气的综合利用：【基础】天然气的主要成分是甲烷（CH₄），是一种清洁的化石燃料，也是一种重要的化工原料。★用途：（1）燃料：因其燃烧产物主要是CO₂和H₂O，对环境污染小。（2）化工原料：主要用于合成氨（制取氢气）、生产甲醇（CH₃OH）以及制备炭黑等。二、化学品的合理使用【生活化考点】（一）化肥、农药的合理使用1、常见化肥及其作用：【基础】化肥是根据植物生长需要，以化学方法制成的含植物所需营养元素的物质。★氮肥：如尿素[CO(NH₂)₂]、碳铵（NH₄HCO₃）、硝铵（NH₄NO₃）等，促进植物枝叶繁茂。★磷肥：如过磷酸钙[Ca(H₂PO₄)₂和CaSO₄]、钙镁磷肥等，促进植物根系发达，籽粒饱满。★钾肥：如氯化钾（KCl）、硫酸钾（K₂SO₄）等，促进植物茎秆粗壮，抗倒伏。★复合肥料：同时含有两种或两种以上营养元素的化肥，如硝酸钾（KNO₃）、磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）等。2、不合理使用化肥的危害：【重要】（1）水体富营养化：过量的氮、磷元素流入河流湖泊，导致藻类等水生植物疯狂生长，消耗水中溶解氧，导致鱼类等水生动物死亡，形成“水华”（淡水）或“赤潮”（海水）。（2）土壤污染与退化：长期使用某些化肥会使土壤板结、酸化或盐碱化。（3）大气污染：氮肥分解可产生氮氧化物等有害气体。3、常见农药及其作用：【基础】农药是指用于预防、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物的物质。常见的有杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。4、不合理使用农药的危害：【重要】（1）破坏生态平衡：杀死害虫的同时，也杀死了其天敌和有益生物。（2）造成环境污染：农药残留会污染土壤、水体和大气。（3）危害人体健康：通过食物链富集，最终进入人体，危害健康。（4）使害虫产生抗药性。5、化肥、农药的合理施用原则：【应用】根据气候、土壤、作物生长规律，科学、精准地施用，并积极开发生物农药、高效低毒低残留农药和有机肥，推广病虫害的综合防治技术。（二）合理用药1、药物的分类：【基础】药物按来源可分为天然药物和合成药物；按用途可分为处方药和非处方药（OTC）。2、药物的作用机理：【了解】药物通过影响机体的生理或生化反应来发挥疗效。例如，阿司匹林通过抑制前列腺素的合成来解热镇痛；青霉素通过抑制细菌细胞壁的合成来杀灭细菌。3、合理用药的原则：【重要】【与生活紧密相关】★对症下药：根据病情选择合适的药物，不可滥用抗生素。★掌握剂量和用法：严格遵照医嘱或药品说明书，按时、按量用药。剂量过小达不到治疗效果，剂量过大可能导致中毒。★注意药物相互作用：了解所服药物之间的相互影响，避免配伍禁忌。★关注特殊人群用药：老人、儿童、孕妇及肝肾功能不全者用药需特别谨慎。4、滥用药物的危害：【高频背景材料】特别是滥用抗生素会导致细菌产生耐药性，使原本有效的药物失效，催生“超级细菌”。滥用镇痛剂、兴奋剂等会造成身体依赖和心理依赖，严重危害身心健康。（三）安全使用食品添加剂1、食品添加剂的概念：【基础】为改善食品品质和色、香、味，以及满足防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。2、常见食品添加剂的种类及其作用：【基础】【常识】★着色剂：如胡萝卜素、柠檬黄等，赋予食品良好的色泽。★增味剂：如味精（谷氨酸钠），增强食品的鲜味。★防腐剂：如苯甲酸钠、山梨酸钾等，抑制微生物生长，防止食品腐败变质。★抗氧化剂：如维生素C（抗坏血酸），防止食品因氧化而变质。★膨松剂：如碳酸氢钠（小苏打），使食品疏松多孔。★凝固剂：如氯化镁（盐卤）、硫酸钙（石膏），用于制作豆腐。★营养强化剂：如加碘盐中的碘酸钾、强化钙铁锌的食品等，补充人体所需的营养素。3、正确认识食品添加剂：【重要观点】★合理使用：在国家标准规定的范围和用量下使用食品添加剂，是安全的，对人体健康无害。★滥用和超标的危害：过量使用或使用非法添加物（如三聚氰胺、苏丹红等，它们不是食品添加剂！），会严重危害人体健康。因此，要严厉打击非法添加物和滥用食品添加剂的行为。三、环境保护与绿色化学【时代强音】【核心素养落脚点】（一）环境问题的产生与防治1、环境问题与化学的关系：【重要】化学在给人类带来巨大物质财富的同时，某些过程产生的废弃物也导致了环境污染。同时，化学也是解决环境问题的重要科学基础和手段，通过化学原理可以监测、控制和治理污染。2、主要的环境污染及其成因：【高频考点】（1）大气污染：★主要污染物：硫氧化物（SO₂，主要来自化石燃料燃烧）、氮氧化物（NOx，主要来自汽车尾气、工业窑炉）、可吸入颗粒物（PM10，PM2.5）、碳氢化合物等。★危害：形成酸雨（pH<5.6的雨水，主要是硫酸型和硝酸型）、光化学烟雾（氮氧化物和碳氢化合物在紫外线作用下生成的有毒烟雾）、雾霾，危害人体健康和生态环境。★【重点原理】酸雨的形成过程（以SO₂为例）：▲途径一：SO₂在粉尘等催化作用下被O₂氧化为SO₃，SO₃溶于水生成H₂SO₄：2SO₂+O₂=2SO₃，SO₃+H₂O=H₂SO₄。▲途径二：SO₂直接溶于水生成H₂SO₃，然后被O₂氧化为H₂SO₄：SO₂+H₂O⇌H₂SO₃，2H₂SO₃+O₂=2H₂SO₄。（2）水污染：★主要污染物：重金属离子（如Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺等）、有机物（如洗涤剂、农药、石油）、氮磷营养元素（富营养化）、酸碱盐等。★危害：水体富营养化（水华、赤潮），水质恶化，毒害水生生物和人体。（3）土壤污染：★主要污染物：重金属、难降解的有机农药、塑料废弃物（白色污染）、酸碱物质等。★危害：导致土壤退化，农作物减产，污染物通过食物链进入人体。3、环境污染的防治措施：【重要】（1）大气污染的防治：主要是减少污染物的排放。如使用清洁能源（太阳能、氢能等）、对燃煤进行脱硫处理、改进汽车发动机技术、安装尾气净化装置等。★【核心反应】汽车尾气净化装置：在催化剂作用下，将CO和NOx转化为无害的N₂和CO₂。例如：2CO+2NO==催化剂==N₂+2CO₂。（2）水污染的防治：遵循“清污分流、达标排放”的原则。工业上通过物理法、化学法（如中和法、氧化还原法、混凝沉淀法）和生物法对污水进行处理，实现达标排放和中水回用。（3）土壤污染的防治：控制和消除污染源，对已污染土壤采取化学改良、生物修复等措施。（二）绿色化学【核心理念】【非常重要】【高频考查概念辨析】1、绿色化学的核心思想：【重点】绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染。其最高目标是使原料中的每一个原子都进入产品中，实现“零排放”。它强调的不仅是治理已产生的污染，更重要的是预防污染的产生。2、绿色化学的基本原则（12条原则的浓缩理解）：【基础】（1）预防污染优于污染后治理。（2）原子经济性：设计合成方法时，应尽可能使所有起始原料中的原子都被纳入最终产品中，最大限度地利用资源。（3）无害化学合成：尽量使用和产生对人体健康和环境低毒或无毒的化学物质。（4）设计更安全的化学品：设计的产品在完成其功能后，应能降解为无毒的产物，而不在环境中持久存在。（5）使用安全的溶剂和助剂：尽可能避免使用辅助性物质，如必须使用，应选择无害的物质。（6）提高能源效率：尽可能在常温、常压下进行反应，以减少能源消耗。（7）使用可再生原料：在经济和技术可行时，优先使用可再生原料，而非耗竭性原料。（8）减少衍生物：尽量避免不必要的衍生化步骤（如使用保护基），因为这些步骤会增加废弃物。（9）采用高选择性的催化剂：催化剂优于化学计量试剂。（10）设计可降解的化学品：化学品在使用后应能分解为无害的降解产物。（11）实时分析，防止污染：开发实时的在线分析方法，监控反应过程，防止有害物质的生成。（12）更安全的化学工艺：选择生产过程中物质和工艺的固有危险性最小的形式。3、原子经济性（AtomEconomy）【定量核心概念】【高频计算考点】：★定义：原子经济性用以评价在化学反应中，有多少比例的原料原子被转化到最终的目标产物中。★计算公式【必须掌握】：▲原子利用率=（目标产物的总相对分子质量÷所有反应物的总相对分子质量之和）×100%★绿色化学的理想是原子利用率为100%，即所有反应物原子均进入目标产物，实现零排放。典型的例子是化合反应、加成反应、加聚反应等。而取代反应、消除反应等通常会产生副产物，原子利用率较低。★【易错辨析】原子经济性与产率是两个不同的概念。产率关注的是原料转化为产品的量，而原子经济性关注的是反应过程中原子的利用效率。一个反应可以有很高的产率，但同时也可以有很低的原子经济性（如产生大量废弃副产物）。4、绿色化学与可持续发展的关系：【升华】绿色化学是化学学科在可持续发展道路上迈出的关键一步。它将化学的发展与环境保护、资源节约紧密结合起来，引导人们从生产和消费的源头去思考环境问题，是实现经济、社会和环境协调发展的必然要求。在“双碳”目标背景下，绿色化学理念在碳捕集、利用与封存（CCUS），生物质资源转化，以及设计可循环材料等方面，都发挥着不可替代的引领作用。【热点拓展】（三）本章常见考查方式与解题要点【应试策略】1、考查