人教版新课标初中化学中有关背景知识

1、中小学教学资源网【】 天天更新 全部精品主题一 空气一、空气人类赖以生存的物质【背景介绍】化学作为一门自然科学，所研究的领域与人的日常生产和生活所接触的物质密切相关。在学生的化学学习中，自然就要关注和探究生产和生活中的常见问题。空气是人类接触最直接也是最多的化学物质，学生的学习活动也往往从对空气的探究开始。空气是地球上生命体的基石，离开空气，地球上的一切生命活动将停止。一方面，动植物需要空气进行生命活动。人（动物）通过呼吸空气来维持生命，一个成年人每天呼吸大约在2万次左右，吸入空气量约1万立方米，大约14千克，这个数值为人饮水量的10倍。人可以5天不饮水，一周多

2、不吃饭，但没有空气，5分钟就会因为窒息而死亡。同时，植物需要空气进行光合作用。另一方面，空气还是重要的资源。人们在进行现代化生产过程中的许多原材料需要从空气中获得。【基本素材】1空气的组成成分对于空气里有什么，人类经历了数百年的探索，许多科学家为之付出了艰苦的努力。现在人们已经知道空气是多种气体组成的混合物，它的组分可以分为恒定组分、可变组分和不定组分3类，如图11所示。空气这种相对稳定的组成并不是一开始就有的，而是长期演化的结果。自从地球诞生以来，空气从无到有，各种成分和含量逐渐变化，经历了漫长的衍变过程，直到近十几亿年才稳定到目前的状态。空气中各成分参与自然界中诸如生物生死腐败、岩石风化。

3、雨雪雷电等各种变化，不断地被消耗和生成。这种循环平衡的建立，维持了其主要成分含量的相对稳定，提供了人和动物得以生存的适宜环境。根据科学家的研究，地球已经有大约46亿年的历史了，在距现在约25亿年前的某个时期，原始海洋中突然出现了一种名为蓝绿藻的低等生物，它的大量繁殖和所具备的光合作用能力开始给地球的大气输送氧气，但是所产生的氧气一直被大气中的还原性气体和海底存在的大量金属铁“无情地”消耗着，使大气中氧的浓度只能长期地维持在 1左右。直到距今约17亿年时，源源不断的氧气终于战胜了来源日益枯竭的各种还原性物质的“抵抗”，浓度突升至 20左右，后来便长期稳定在目前的水平上。2自然界中的氧循环由于氧在

4、自然界中含量丰富，分布广泛，而且性质活泼，环境中处处有氧（游离态或化合态），所以氧在自然界中的循环很复杂，在后面述及的碳循环及氮循环中都包含有一部分氧循环。 图l2是氧在自然界中的主要循环途径。光合作用是实现自然界中氧循环的主要途径。在光合过程中，叶绿素受到太阳光的照射吸收能量，分解水分子弟兵；水分解产生的氢与碳及其他化合物化合而产生糖，同时，把氧释放到大气中 叶绿素(光)6CO26H2O -C6H12O66O2，动物通过呼吸作用，吸进氧气用排出二氧化碳，产生了可供生命利用的能量。因此，在光合作用开始时吸进的水和碳，最后又被放了出来；而光合作用放出来的氧，又通过呼吸作用重新吸收回去。这是地球上

5、简单的、基本的氧的循环。这样的循环是地球上维持全部动植物生命的一个基本源泉。3自然界中的氮循环在自然界中，氮元素的循环几乎涉及到生物圈的全部领域（见图13）。氮被固定后经植物吸收储存在植物体内，动物以植物为食而获得氮并转化为动物蛋白质。动植物死亡后的遗骸中的蛋白质被微生物分解成NH4+、NO3-和 NH3，又回到土壤和水体中，被植物再次吸收利用。应当指出，无论是氧循环、氮循环，还是后面要谈到的碳循环，参与循环的物质仅是该物质总储量的很少部分，大部分则存留于各自的“储库”之中。海洋和岩石是氧的总储库，大气是氮的总储库。因为参与循环的物质的量极少，所以各种物质总体循环一周所需要的时间很长，且根据各

6、类物质总储量的不同，循环周期的长短差别很大。二、主要的空气污染物及其危害【背景资料】各种生命体都在与外界环境不停地进行着气体交换，以维持其新陈代谢活动。在正常情况下，空气是洁净的，即使有一些自然活动如火山爆发，自然界也会在较短的时间内通过本身的循环而除去这些活动造成的污染。然而由于人类的活动，特别是现代工业的发展，人为向空气中排放的污染物越来越多，种类也越来越复杂，大大超过自然界本身的净化能力，从而导致空气成分的变化，以致对人类和其他生物以及一些建筑设施产生了不良的影响。自20世纪60年代以来，这一问题已越来越受到人们的重视。了解、认识这些污染物的种类和来源，是减少人为排放、消灭污染的先决条件

7、。【基本素材】空气污染物的种类非常多，有百余种，如 CO，CO2，烃类，氮氧化物（NOx），SO2，浮尘等，表13列出了一些常见的空气污染物的成分、危害和来源。据我国环境质量报告书和世界资源报告提供的数据，我国是燃煤大国，煤燃烧后产生的颗粒物石O2和 NOx污染严重。这些污染物给人们的生产和生活带来诸多危害，也是导致全球气候变化。烟雾事件、臭氧层破坏等重大环境问题的重要因素。许多城市的空气污染主要来源于可吸入颗粒、SO2和NOx。1可吸入颗粒化学物质对空气的污染，按照其体积大小可分为3类：（1）基本粒子主要是单个分子、离子或原子，包括CO、NOx、CO2、SO2等一些气体分子和具有放射性危害的

8、元素氡。（2）化学气溶胶体每个颗粒由10121013个原子、离子或分子组成，大小一般在0.00110m之间，化学气溶胶体和悬浮颗粒物是硫化物、氮氧化物以及其他污染物的负载体。化学气溶胶体表面积比较大，能够吸附有毒气体并为它们发生化学反应提供场所。悬浮颗粒物的直径大小在 110m之间，一般肉眼可以看得到，它也能吸附有毒的气体。（3）悬浮颗粒物在可吸人颗粒物中，直径小于 10m的污染颗粒物可通过呼吸作用侵入人的上呼吸道；当其直径小于2.5 m时，污染物可进入人的下呼吸道，有时甚至穿过肺泡进入血液。目前，在我国监测的300余个城市中，首要污染物就是颗粒物，而其中直径小于2.5 m的细微颗粒物，则是解

9、决空气污染问题的难点。目前许多人以为天蓝就是空气质量好，其实这是一种误解。天蓝只能说明肉眼可见的粗颗粒少，能见度高。相反，如果将粗颗粒转化为细微颗粒物排入空气中，危害将更为严重。大气中的可吸入颗粒物对人类健康和生态环境有很大影响。对其中直径小于2.5 m的细微颗粒物的研究表明，它们将会增加重病及慢性病患者的死亡率、促使呼吸系统及心脏系统疾病恶化。改变肺功能及结构、改变免疫结构等。矿物燃料燃烧产生微细颗粒，汽车尾气、火力发电厂和其他工厂也要产生大量的细微颗粒。这些微粒包括O3，CO，SO2和NOx等，人们普遍认为这些物质对人体危害极大。近年来，许多国家都将可吸入颗粒物的研究，特别是直径小于2.5

10、m的细微颗粒物的物理化学行为、形成与污染机制、控制技术，以及对人体健康的影响等，作为环境科学研究的重点。2二氧化硫空气中的SO2除少部分来源于火山喷发外，绝大部分都是由于人类生产生活造成的。我国目前的燃料主要以煤为主，其中火力发电对空气质量影响非常大。一个100万千瓦的发电厂每年要释放 600吨 SO2。一座 2000兆的大型现代化火电站每年产生的SO2大约相当于一座100万人口的工业城市产生的数量。许多煤都含有12的硫（以单质、黄铁矿、有机硫化物形态存在）。根据接触史、呼吸系统受损的临床表现，以及现场劳动卫生学调查，可明确诊断 SO2对人体的危害，表 14列出了 GB163751996（职业

11、性急性二氧化硫中毒诊断标准及处理原则）所规定诊断标准。SO2漂浮在空气中，在粉尘的作用下会被氧化为SO3，当SO3的量较多时降水的酸度就会明显增大，从而形成酸雨。为了控制空气中SO2的含量，我国制定了一系列的政策和法规，要求：禁止新建煤层含硫量大于3的矿井；已建成的生产煤层含硫量大于3的矿井，逐步实行限产和关停；新建、改造含硫量大于1.5的煤矿，应当建设煤炭洗选设施；禁止在大中城市城区及近郊区新建燃煤火电厂；现有燃煤含硫量大于1的电厂要在 2010年前分期分批建成脱硫设施或其他具有相应效果的措施；并从制定规划、强化监督管理、推行SO2污染防治技术和经济政策、完善酸雨和SO2监测网络、开展科技研

12、究、积极进行宣传培训等方面，提出具体计划，以实现控制目标。 3氮氧化物 N2是空气中含量最多的气体，性质比较稳定，但在一定条件下以与O2反应生成氮氧化物（NOx）。这些化合物对空气产生较大的污染作用。氮的氧化物气体有 NO，NO2，N2O3，N2O4，N2O，N2O5等。其中，对空气质量影响比较大的是 NO和 NO2。 NOx的产生一般有以下3种途径： 在高温燃烧过程中，空气中的N2与O2反应而生成NOx； 某些燃料中含有氮的化合物，在燃烧过程中被氧化而产生NOx； 碳氢化合物燃烧时若浓度过高，NOx也伴随生成。空气中的 N2和O2能化合生成大量的NO和少量的NO2，NO随后迅速氧化成红棕色的

13、 NO2。其毒性比 NO和 SO2都强，不但对动物的呼吸组织有着强烈的损害作用，对心脏、肝脏、肾脏以及造血组织都有着破坏作用。化肥厂的高烟筒往往冒着浓浓的黄色烟雾，翻滚着冲向天空，它主要含有高浓度的NOx。NO2能引起急性哮喘。日本当年发生的“横滨哮喘病”，NO2就是肇事者。“二战”后的1946年，驻扎在横滨地区的美国军人及其家属，在秋冬季节好多人早晨起床后表现猛烈咳嗽、气喘和呼吸困难症状。经认真研究后，认为是NOx污染空气造成的。当空气中NO2的平均浓度24小时都在0.06mLm3以上时，人的健康就会受到危害。而世界上许多大城市，NO2浓度都超过这一数值。 NO2也是一种腐蚀剂，它能使各种织

14、物褪色，损坏棉纺织品及尼龙织物，损伤植物。NOx能与空气中的碳氧化合物在阳光的作用下形成光化学烟雾，危害更大，NO2还是酸雨的成因之一。实际上，氮氧化物对环境的影响还有很多，例如，对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表水的酸化，富营养化，以及增加水体中对鱼类和其他水生生物有害的毒素含量等。为了改善空气的质量，需要采取各种手段降低氮氧化物的含量。首先要降低燃料中氮的含量，进行脱氮处理。其次，改变燃料的燃烧方式，降低烟中氮氧化物的含量。另外，科学家们研究并提出让 NOx变成肥料的方法，让 SO2和 NOx变成(NH4)2SO4和NH4NO3，用在农业生产上。 三、空气

15、质量的衡量标准各种媒体每天都要向我们预告天气的风霜雨雪和冷暖，如今，一种新的预报空气质量预报，开始成为一些媒体的日常工作。中央电视台每天预报十几个大城市的空气质量，许多城市的各种媒体也适时播报当地的空气质量。有些城市在市中心设置了电子屏幕，时刻显示空气质量。人们像关心天气一样，开始关注每天呼吸的空气质量。【基本素材】1空气质量标准为了控制空气中各有害物质的含量，创造一个好的生存环境，需要制定相应的环境标准对空气污染进行监控。所谓环境标准，是指人类和生物维持生存所必须的环境条件。一般是制定各种有害物质在环境中的最高允许浓度。表l5列出了GB30951996中规定的有关环境空气质量的一些标准：随着

16、对空气质量预报工作的深入研究，以及检测技术水平的提高，各地还可根据本地区的特点，增加其他一些污染项目以及重新规定各污染物的标准，使之能更全面、准确地反映当地的空气质量和污染状况。2空气污染指数我国的空气质量采用了空气污染指数进行评价。空气污染指数是根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响，来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度值。我国目前采用的空气污染指数（API）分为五个等级：API值小于等于50，说明空气质量为优，相当于国家空气质量一级标准，符合自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护地区的空气质量要求；API值大于50且小于等于 100，表明空气质量良好，相当于达到国家

17、质量二级标准；API值大于 100且小于等于200，表明空气质量为轻度污染，相当于国家空气质量三级标准；API值大于200且小于等于300，表明空气质量差，称之为中度污染，为国家空气质量四级标准；API大于 300表明空气质量极差，已严重污染。为了更准确地标定空气的质量，目前，我国把空气质量日报中的三级或四级污染天气，细分为三级1、三级2和四级1、四级2共4个档，它们分别代表轻微污染、轻度污染、中度污染和中度重污染。如表16所示。目前，各个城市一般都在媒体上公布空气质量。从当日的空气质量日报中，我们可以清楚地看出各城市空气的污染状况和主要污染物，既可以为专业部门控制污染提供依据，又让广大市民及

18、时了解空气质量，提高关心环境质量、保护环境的意识。四、二氧化碳与温室效应【背景介绍】CO2是空气中的组成部分之一，植物利用它进行光合作用，对整个生命系统有着重要的作用。在正常情况下，大气中的CO2维持在一定的范围内。但是，随着现代化工业的发展，越来越多的CO2释放到大气中，超出了大气自身的调节能力。过多的CO2滞留在大气中，对地球上的生态系统产生了许多不良的影响。所以虽然是空气的组成部分，但是目前也被认为是一种污染。目前研究表明，产生“温室效应”的重要原因是大气中比以往有了更多的 CO2。【基本素材】 1碳元素在自然界的循环碳是构成生物体的基本元素之一，也是构成地壳岩石和矿物燃料（煤、石油、天

19、然气）的主要元素。碳在自然界的循环主要是通过CO2来完成的，它可分为3种形式：植物经光合作用将大气中的CO2和H2O化合生成碳水化合物，在植物呼吸中又以CO2的形式返回大气中，被植物再度利用；植物被动物采食后糖类被动物吸收，在体内氧化生成CO2，并通过动物呼吸释放回大气中，又可被植物利用；煤、石油、天然气等燃烧时生成CO2，它返回大气中后重新进入生态系统中参与循环。2温室效应上述碳的循环多年来一直处于平衡之中，维持了大气中CO2含量的相对稳定。但是近几十年来，由于工业、交通和居民使用燃料的增加，以及森林和草地的减少，使CO2的产生大大多于消耗，造成大量的CO2笼罩在地表上空。当太阳向地球光照时

20、，其中一部分光能被地球表面和云层反射回宇宙，一部分被大气中的气体和尘埃散射，也进入到宇宙中，一部分被地球上的物体所吸收，从而使地球变暖，同时，地表也向上空反射。大气中的CO2等气体，吸收了部分从地表来的热量，使自身的温度升高然后又折射到地表上，这样使地球温度逐渐变暖，并且这种趋势正在延续，这就是所谓的“温室效应”。温室效应的产生给人类的生产和生活带来了很大影响：随着地球表面温度的逐渐升高，南极的冰雪逐渐融化，使得平面逐年升高，直接威胁着许多沿海国家，有科学家预测，在本世纪，世界各地海岸线的70将被海水淹没，许多城市将完全或部分消失；地球表面温度的升高，对农业也产生了很大的威胁，一方面，耕种的土

21、地将减少，另一方面，一些作物在高浓度CO2中也将减产；随着地球温度的升高，一些物种也将灭绝。为减缓温室效应的加剧，既要设法减少矿物燃料的使用量，开发新能源，又要禁止砍伐森林，特别是有效地控制人口的增长。为减少温室气体的排放，世界各国都作出了努力。1997年12月“防止地球温暖化”国际会议在通过了“京都宣言”后闭幕。宣言中规定了发达国家削减废气排放量的指标，计划在2012年实现整体削弱1990年废气排放标准的5.2。我国也在为减少空气中的温室气体而努力，而且取得了较好的成绩。我国自1996年以来经济发展迅速，却成功地把CO2排放量降低了1217，仅2000年就减少排放 CO24亿到 9亿吨。联合

22、国环境规划署和世界能源理事会2001年7月1日高度评价中国政府为减少温室气体排放所采取的实质性步骤和取得的巨大成效，并呼吁国际社会自觉采取行动，切实减少温室气体排放量。五、光化学烟雾与环保汽车【背景介绍在一般人的意识中，空气污染就是人们向空气中排放的有毒有害物质直接造成的。然而，空气中的这些物质，甚至一些本来无明显毒害性的物质（如烃），在一定条件下会发生转化，产生破坏力更强的二次污染物质。光化学烟雾就是这样特殊的一种环境污染。【基本素材】大气中的污染物由一次性污染物和二次污染物组成，一次性污染物是指直接污染环境的物质；有些污染物在空气中与其他物质发生反应又产生污染，形成新的污染物，即二次污染物

23、。由一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。这种污染首先出现在美国的洛杉矶。1光化学烟雾的产生和危害洛杉矶位于美国西南海岸，西面临海，三面环山，是个阳光明媚，气候温暖，风景宜人，商业、旅游业都很发达的港口城市。城市的繁荣又使洛杉矶人口剧增，纵横交错的城市高速公路上拥挤着数百万辆汽车。然而从20世纪40年代初开始，每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。同时处在这种烟雾中的人眼睛发红、咽喉疼痛、呼吸憋闷，出现头昏、头痛等症状。光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的，一般发生在湿度低

24、、气温在2432的夏季晴天的中午或午后。汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和NO2被排放到大气后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物为含剧毒的光化学烟雾。光化学烟雾的机理可以用如下反应来描述：汽车尾气产生的NO2在日光的作用下，分解为NO和原子氧： NO2h-NOO有了氧原子，光化学烟雾的循环就开始了。原子氧与氧分子反应生成 O3： OO2-O3O3既是一类强烈的刺激性污染物，又会与烃类物质发生一系列复杂的化学反应，其产物中有烟雾和刺激眼睛的物质，如醛类、酮类等。

25、在此过程中，NO2还会形成另一类刺激性强烈的物质PAN（硝酸过氧化乙酸）。另外，烃类中一些挥发性小的氧化物会凝结成气溶胶液滴而降低能见度。下式可表示光化学烟雾的主要成分和产物：汽车尾气十阳光十O2O3NOXCO2十H2O十有机化合物（CO，NOx，烃）洛杉矶之后，日本、加拿大、德国、澳大利亚、荷兰、意大利等国家相继发生光化学烟雾污染事件，近几年我国一些城市也出现了光化学烟雾，形势令人担忧。光化学烟雾污染发生时，大气中各种污染物的浓度比晴朗天气要增大五、六倍，会对人和其他动物以及植物造成严重的损坏。人和动物受到的主要伤害是眼睛和呼吸系统黏膜受刺激，引起眼红流泪、气喘咳嗽、头痛等病症，严重时使人头

26、晕胸痛、恶心呕吐。手足抽搐、血压降低，甚至昏迷致死。对于植物的影响也很明显，当刚受烟雾污染时，植物表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点，对西红柿、烟草、豆类植物的影响尤其明显。光化学烟雾严重影响植物的生长和发育，降低植物对病虫的抵抗能力。光化学烟雾还可加剧橡胶制品的老化速度，使其易脆裂，加快染料的褪色，损害油漆、纺织品和塑料制品等。2光化学烟雾的防治形成光化学烟雾的主要污染物来自汽车尾气，因此，当前要在改善城市交通结构、改进汽车燃料、安装汽车排气系统和提高汽油的质量等方面做文章。为保护环境，促进低污染排放汽车的生产和消费，我国相继发布了关于对低污染排放小汽车减征

27、消费税的通知和关于低污染排放小汽车减征消费税实施产品检验及生产一致性审查管理办法。从2001年9月份起，国家环保总局会同经贸委、国家税务总局。组织汽车排放和质量体系专家，根据对样车和生产情况进行了抽检和审查。将对达到欧洲II号标准低污染排放小汽车，减征30的消费税。3环保汽车的开发目前，在开发环保汽车方面，主要采取以下策略：（1）提高汽油质量在燃油汽车中，油品质量直接影响着尾气排放的清洁程度，当前的首要问题是提高油品质量。要改善油品质量，就必须去除油品中对空气造成污染的主要成分硫，使之成为清洁汽油，以便从源头上降低油耗和减少造成空气污染的NOx、碳氢化合物的排放量，使燃油汽车的尾气更加清洁。除

28、去燃油中的硫不仅会直接减少尾气污染，还能让汽油发动机的潜能进一步发挥出来。在提高油品质量方面，美国一直走在世界各国的前列。有资料表明，过去的10年里，美国在汽油中应用了充氧饱和技术，使车辆的CO排放量减少了18，从而使污染降低了37。此外，使用洁净汽油也使其他几种污染物的排放有所降低，目前美国汽车尾气污染物排放量比 40年前少了95。（2）使用燃料电池燃料电池是把氢、甲醇等燃料和空气中氧气的化学能，通过电化学反应直接转变成电能的发电装置。燃料电池具有发电效率高、可循环利用和无环境污染等特点。燃料电池可以广泛应用于航天飞机、潜艇、水下机器人、电动汽车。中小规模电站、家用电源。可移动电源和通讯系统

29、等。燃料电池汽车的等效燃油经济性高于汽油内燃机车，而且不产生污染物，为世界汽车工业发展示了光明的前景。电动汽车、混合动力汽车、燃料电池等已被中国政府列入“十五”计划研究开发的重点。（3）利用甲醇做燃料甲醇属液体清洁燃料，开发甲醇汽车被称为“绿色汽车工程”。甲醇燃烧后排出 H2O和 CO2，排放指标优于国家最新标准，是世界公认的“清洁燃料”。“全甲醇环保汽车”是在原汽油汽车发动机上装置“全甲醇环保汽车燃烧装置”而成，改造成本低于同类汽油发动机的成本；同时，汽车燃甲醇后运行成本低于燃汽油成本，并且故障率低，维修方便。不管怎样，今后世界汽车产品发展的主流必定是环保节能型汽车，谁能在这方面领先，谁就能

30、在世界汽车市场上占有一席之地。主题二 水 溶 液一、水是取之不尽、用之不竭的吗【背景介绍】水是生命之源，恐怕没有人会怀疑这点，21世纪水对人类的重要性，将同20世纪石油对人类的重要性一样，成为一种决定国家富裕程度的珍贵商品。一个国家如何对待它的水资源，将决定这个国家是持续发展还是衰落。既然水对人类如此重要，那么，自然界中的水是取之不尽、用之不竭的吗？【基本素材 1形形色色的水根据水的温度，可将水分为6种类型（见表21）按水在地球上存在的部位，可将水分为大气水、地表水、土壤水、植物水、地下水等5种类型按水的纯净程度，可将水分为纯净水和矿泉水纯净水，也称纯水，是人们利用蒸馏、逆渗透、电渗析等方法对

31、各种地表水，如江河湖泊水及自来水进行处理，将水中的重金属、微生物、有机盐和微量元素一并去除后所得到的水。纯净水中除了 H2O，H+和OH-外，几乎没有其他物质。矿泉水是深埋在地层深处的地下水资源，可能是山涧泉水，也可能是地下水。依据泉水的温度，可将矿泉水分为4种类型：冷泉（温度低于25）、温泉（2537）；。热泉（342）、高热泉（42以上）。矿泉水除了纯净、温度低、水质好等优点外，更含有人体生长发育所必需的各种矿物质和微量元素，如 Ca、Mg、K、Na、Sr、Ge等，是人体元素平衡的重要补充。我国对矿泉水有其严格的界定：必须是来自地下深层（至少60m）的特殊岩层中，经过天然岩层的自然过滤和矿

32、化，摄取了多种对人体有益的矿物质、无机盐和微量元素。因此矿泉水对产地和水源的要求非常严格，无法异地生产且限量开采。按水的硬度，可将水分为硬水和软水水的硬度是指溶解在水中的盐类物质的含量，即钙盐与镁盐含量的多少。Ca2+和 Mg2+的总和相当于 10 mg CaCl2，称之为1“度”。通常根据硬度的大小，把水分成硬水与软水。8度以下的为软水，816度的为中水，16度以上的为硬水，30度以上的为极硬水。我国地域辽阔，各地水质软硬度也程度不一，但总的来说，高原山区水质一般硬度偏高，平原与沿海地区的水质硬度偏低，地下水的硬度一般高于地面水。一般饮用水的适宜硬度以1020度为宜。我国生活用水卫生标准中规

33、定，饮用水的总硬度不得超过25度。此外，在自然界中还有一些特异的水，如磁化水。它是指在一定的流速下通过强磁场的水，这种水可用来清除水垢，对人体循环系统和消化系统有益处，如果用来灌溉农作物可加快作物生长。2我国的水资源人生存，离不开阳光、空气和水。当人类步入现代文明的21世纪之时，人的生命之源水，却向人们发出了警报：资源性缺水、工程性缺水、水质性缺水。在2002年3月21日的世界水日，联合国列出了这样一些数据：目前全球有11亿人缺乏安全饮水，每年有500多万人死于同水有关的疾病。预计到2025年，全球23的人口将生活在不同程度的缺水的地区。据联合国环境规划署预计，如果人类不改变目前的消费方式，到

34、2025年全球将有约50亿人生活在用水难以完全满足需要的地区，其中25 亿人将面临用水短缺。与世界其他国家相比，我国水资源和水环境状况十分令人堪忧，主要表现在以下几个方面：（1）我国水资源总量严重短缺我国虽有水量28万亿立方米，但人均淡水资源量仅2300立方米，相当于世界人均的14，被列为世界上最贫水的13个国家之一。1998年我国人均水量为2251立方米，预测到2030年我国人口增至16亿时，人均水资源量将降到1760立方米。专家预言，2010年后我国将进入严重缺水期，2030年我国缺水将达400亿立方米至500亿立方米。供水量不足，给城市生产、生活造成极大影响。我国部分山区、草原、滨海和海

35、岛还有6000万人口和4500万头牲畜饮水十分困难。每年的农业收成和工业产值都因缺水造成重大损失。目前，我国有15个省、自治区、直辖市人均水资源量低于严重缺水线，有7个省、区人均水资源量低于生存的基本线。全国600个城市中、有400多个城市供水不足，日缺水量1600万立方米，年缺水量约60亿立方米。全国农村有2000多万人和数千万头牲畜吃水困难。这表明，目前的缺水现象只是水资源危机的黄色信号，更大的水危机在后头。缺水，严重制约着社会和经济的发展，给人们的生活带来了极大的影响。（2）我国水资源的时空分布也很不平衡水资源绝对数量西少东多，而人均占有量东缺西丰，两者成反向分布。华北大地，人们不难发现

36、，一些水库、河道已是水枯见底，因缺少湿度，空气里弥漫着焦灼；在西部地区，现有的水对众多的需求来说实力杯水车薪，许多地方已是“水贵如油”。天津市重要供水水源潘家口水库已接近死库容，一些水库、河道干枯，生活用水困难，市政府被迫对城镇用水实行定额管理；曾有1000多眼泉水的北京，部分河道断流，泉水基本枯竭，目前靠水库多年的“积蓄”维持供水；因泉水丰富而有“泉城”之称的济南，昔日清泉喷涌的情景已不复再现，有关部门报告，由于地下水位严重下降，使得地下水开采难度加大，加之供应城市用水的两座水库容量在急剧减少，济南市的供水已处于危机状态。（3）我国的水环境也在日趋恶化，导致水资源可利用率降低行家指出，无论是

37、农业生产还是工业生产，抑或是人们日常生活，浪费水的现象相当严重。目前，我国农业灌溉用水有效利用率仅为40左右，与发达国家相比差了许多，生产单位粮食用水是发达国家的两倍多。在严重缺水的黄河流域上游灌区，人们用大水漫灌的方式培植作物，饱受黄河断流之苦的豫、鲁两省引黄灌区也是如此。我国农业生产大多采用传统的大水漫灌的灌溉方式，造成了极大的水资源浪费。我国工业万元产值用水量为100多立方米，是发达国家的10多倍，工业用水的重复利用率仅为百分之三四十，发达国家为百分之七八十。日常生活中，有的人洗手、刷牙时不关水龙头，有的用完水后不把水龙头拧紧，有的人甚至开着水龙头“冰镇”瓜果，或冲洗衣物，这些“无意”的

38、行为让大量的水白白流逝，全国多数城市的自来水管网存在跑、冒、滴、漏等现象，致使水的损失率达15Oho。实验发现，一个水龙头如果一秒钟漏滴一滴水，一年便滴掉360吨水，而全国不知有多少水龙头在常年漏滴水。专家报出。若要保证新世纪国民经济和社会可持续发展，必须对种种浪费水的现象及早采取措施，加以制止。水污染也是导致缺水的一个重要因素，我国的水污染已十分严重。资料显示，近年来全国年排放污水量近600亿吨，其中大部分未经处理直接排入水域。在全国700多条重要河流中，有近50的河段、90以上的城市沿河水域污染严重。许多原本清澈的江河湖泊之水被污染至已不宜饮用。由于对水资源无节制索取、不合理开发，造成水土

39、流失、湖泊萎缩、江河断流、水体污染、土地沙化、生态恶化，人为加剧了水资源短缺的矛盾。随着经济发展、人口增长和城镇化水平提高，我国未来对水资源的需求量还将进一步增加。如何解决水资源供给不足而需求不断增加的矛盾已成为一个亟待研究的重大课题。3解决水危机问题的措施与对策解决淡水资源不足的问题，需要采取多种措施，依靠多方的共同努力。海水淡化是一种非常有前途的淡水提供途径，蒸馏法、膜分离法、电渗析法等技术已日趋成熟，全世界目前有200多个海水淡化工厂在运行，我国在西沙群岛也建有海水淡化装置。2002年12月正式开工的我国南水北调工程，是世界上最大的调水工程，将分东、中、西三线从长江调水到北方；将在很大程

40、度上缓解北方某些城市的用水危机。解决水危机问题除了开源，还更应注意节约用水。如推行农业滴灌技术；推行工业冷却水的循环利用；加强城市污水的处理，既可减小对城市周边环境的污染又可使宝贵的水资源得以再利用。为提高人们的节水意识，2003年北京市再度提高居民用水的价格。节约用水可从生活中的点滴小事做起，如每次用水后关紧水龙头；每次用水都取其能满足需要的最小量；洗菜、淘米水可用于浇花、涮拖布、冲便池等等。只要大家都行动起来，水危机的问题就一定能够解决。主题三 金属与金属矿物一、丰富多彩的金属矿石和我国的矿产资源【背景介绍】资源是人类赖以生存和发展的物质基础，对国民经济的发展起着极为重要的作用。一个国家的

41、工业化过程，首先是对矿物原料产品需求的迅速增长，我国经济正在高速建设，目前95以上的能源和80以上的工业原料来自于矿产资源。矿产泛指一切当今科学技术和经济条件下可供人类开发利用的天然矿物和岩石。矿产可以有不同的分类：按其基本属性可分为无机矿产（如多数的金属矿产）和有机矿产（如化石燃料），也可分为金属矿产和非金属矿产；从矿产所具有的资源利用特性，可分为利用其物质组分的矿产和利用其物理、化学性质的矿产等。科学技术的进步和社会需求的多样化，使得开发利用矿产资源的范围不断扩大，矿产品种类别也不断增多。可供开采利用的矿物（体）也称为矿床。固态矿床一般由有用的矿石矿物（如铜矿中的含铜矿物）和经济价值不大的

42、脉石矿物构成。矿石的成分往往比较复杂，一般描述时，常指出其主要成分矿石中含有某种有用矿物成分多，叫做高品位矿（或富矿），反之称为低品位矿（或贫矿）。【基本素材】1丰富多彩的金属矿石（1）赤铁矿赤铁矿的主要成分为Fe2O3，单晶体常呈菱面体和板状，集合体形态多样。有金属光泽至半金属光泽，硬度为5.56.0，密度为 5.05.3 g.m-3。呈铁黑色、金光泽的片状赤铁矿集合体称为镜铁矿；呈灰色金属光泽的鳞片状赤铁矿集合体称为云母赤铁矿；呈红褐色、光泽暗淡的称为赭石；呈肾状的赤铁矿称为肾状赤铁矿。赤铁矿在自然界中分布极广，是重要的炼铁原料，也可用作红色颜料。我国著名产地有辽宁鞍山、甘肃镜铁山、湖北大

43、冶、湖南宁乡和河北宣化。（2）磁铁矿磁铁矿的主要成分为Fe3O4，具有磁性，是矿物中磁性最强的，单晶体呈八面体或菱形十二面体，集合体为致密块状或粒状。颜色为铁黑色，条痕呈黑色，半金属光泽，不透明，硬度为5.56.0，密度为4.85.3 g.m-3。磁铁矿分布广，我国辽宁鞍山等地都有大量产出。磁铁矿是炼铁的主要矿物原料，也是一种传统的中药材。（3）褐铁矿褐铁矿是针铁矿、水针铁矿的统称。因为这些矿物颗粒细小，难于区分，故统称为褐铁矿。由于它属于含铁矿物的风化产物（Fe2O3nH2O），成分不纯，水的含量变化也很大。通常呈黄褐至褐黑色，条痕为黄褐色，半金属光泽，块状、钟乳状、葡萄状、疏松多孔状或粉末

44、状。硬度随矿物形态而异，低的1.0，高的达5.5，密度为 3.64.0 g.m-3，无磁性。褐铁矿的含铁量虽低于磁铁矿和赤铁矿，但因它较疏松，易于冶炼，所以也是重要的铁矿石。世界著名矿产地是法国的洛林、德国的巴伐利亚、瑞典等地。在硫化矿床氧化带中常构成红色的“铁帽”，可作为找矿的标志。（4）黄铁矿黄铁矿的主要成分是FeS2，通常含 Co、Ni和 Se，具有NaCl型晶体结构，常有完好的晶形，呈立方体、八面体、五角十二面体及其聚形。集合体呈致密块状、粒状或结核状。浅黄（铜黄）色，条痕绿黑色，强金属光泽，不透明，硬度为6.06.5。密度为 4.95.2g.m-3在一定条件下易风化为褐铁矿。黄铁矿是

45、分布最广泛的硫化物矿物，是提取硫和制造硫酸的主要原料。我国黄铁矿的储量居世界前列，著名产地有广东英德和云浮、安徽马鞍山、甘肃白银厂等。（5）自然金自然金的主要成分为Au，良好晶体极少见。自然金通常呈树枝状、粒状或鳞片状，较少呈不规则的大块状，俗称“狗头金”。颜色、条痕均为金黄至浅黄色，随含银量增加而变淡，有金属光泽，不透明。硬度为2.53.0，密度为15.619.3 g.m-3。金是热和电的良导体，难被氧化，不溶于酸，但可溶于“王水”。有极好的延展性，1g自然金可拉成约2km长的细丝。产于原生矿床中的自然金俗称山金，它主要产于含金石英脉或蚀变岩脉中，又称为脉金；产于砂矿中的金俗称砂金。世界著名

46、产地有南非、美国、澳大利亚、加拿大、俄罗斯等。我国的山东招远、黑龙江沿岸、河南小秦岭和湖南等地均有产出。（6）黄铜矿黄铜矿.的主要成分是CuFeS2，单个晶体很少见，集合体常为不规则的粒状或致密块状。黄铜色，表面常有斑驳的蓝、紫、褐色的色膜，金属光泽。硬度为3.04.0，小刀可以刻破，性脆。密度为4.14.3gcm-3。黄铜矿是提炼铜的主要矿物之一，是仅次于黄铁矿的最常见的硫化物之一，也是最常见的铜矿物。黄铜矿常会风化变为绿色的孔雀石和蓝色的蓝铜矿。我国的黄铜矿分布较广，著名产地有甘肃白银厂、山西中条山、长江中下游的湖北安徽和西藏高原等。（7）蓝铜矿蓝铜矿的主要成分为Cu2(CO3)2(OH)

47、2，晶体为柱状或厚板状，通常多呈粒状、钟乳状、皮壳状或上状集合体。深蓝色，条痕为天蓝色玻璃光泽，土状块体为浅蓝色。硬度为3.54.0，密度为3.73.8 g.m-3。常与孔雀石共生，我国古代称为石青。（8）孔雀石孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3，因琢磨后显美丽的翠绿色似孔雀尾的花纹而得名。晶体为柱状、针状或纤维状，通常呈钟乳状、肾状、被膜状或土状集合体。呈绿色，玻璃光泽，半透明。硬度为3.54.0，密度为3.94.0 g.m-3。常与蓝铜矿、赤铜矿、褐铁矿等共生，可用作寻找原生铜矿的标志。孔雀石可用于炼铜，质纯色美者可做为装饰品及工艺品原料，其粉末可做绿色颜料（称石绿）。俄罗斯乌拉尔、

48、中国海南岛石碌等地盛产。（9）金红石金红石的主要成分为TiO2，通常呈带双锥的柱状或针状晶体，柱面常有纵纹。金红石通常呈红褐色到几乎黑色，条痕浅褐色，金属光泽到半金属光泽，硬度为6.06.5，密度为4.25.6 g.m-3。金红石主要用于提取钛和制造白色颜料。我国江苏、辽宁、山东、河南、湖北、安徽等省也有产出。2 我国的矿产资源我国幅员辽阔，已知矿产资源条件较好，矿产种类齐全，探明的总储量规模可观，是世界上为数不多的几个矿产资源大国之一。虽然，矿产自用总量丰富，但人均占有量少。我国矿产资源有以下特点：（1）矿产资源总量丰富，矿种齐全，但人均占有量少我国已经发现的168种矿产，其中有17种人均占

49、有量超过世界人均占有量，而其余则低于世界人均占有量。已探明的矿产资源总量约占世界的12，仅次于美国和前苏联，居世界第3位，但人均占有量居世界第53位。（2）矿产资源有丰有欠从探明的储量看，有充分保证的约12种（煤、W、Ti、Mo、Li、稀土、石墨、石膏、重晶石、滑石、大理石、彭润土），基本有保证的约10种（Fe、Mn、Pb、Zn、Ni、Au、S、P、石油、天然气），相对短缺的有铬铁矿、钻、金刚石、铜、钾盐等。Mo、W、Sn、Sb、Ti、稀土、石墨、彭润土、菱镁矿、萤石、高铝耐火材料为我国优势矿产资源。（3）贫矿多、富矿少；共生、伴生矿产多，单一矿产少一些需用量大的矿产资源（如 Fe、Cu、Al

50、、Zn、Mn等）存在着富矿少、贫矿多的问题，例如，我国至今还未发现超大型的富铁矿（5亿吨级）和富铜矿（5兆吨级），综合利用存在的问题也较多。有色金属矿中，共生、伴生矿产占27以上，贵金属中，40的金矿和75的银矿为伴生矿。（4）现有经济发达地区与资源富集区分布不协调已勘查的2万余处矿床分布在全国各地，但由于各地区地质成矿条件不同，导致一些矿产的分布具有明显的地域差异。例如，经济发达的东南部用煤量大，但储量紧缺，出现了北煤南运、西煤东运的局面。一些尚未开发利用的大型、超大型矿区，主要分布于西部边远地区，开发利用难度大。二、生铁的炼制【背景介绍】冶金工业为人类提供金属材料，属于国民经济建设的支柱产

51、业。冶金工业具有悠久的历史，从古至今，对人类社会进步和生产力发展做出了大量不可磨灭的贡献。人类历史上几个主要文明转折点如铜器时代、铁器时代都与冶金科学技术的发展密切相关。世界上众多的国家与地区，都把冶金的发展作为直接衡量国民经济发展水平和综合实力的一个重要指标。我国1993年的钢铁产量跃居世界第二，首次超过日本，目前，钢产量为世界第二，铁产量为世界第一。但是，中国只是一个钢铁大国，还不是钢铁强国。【基本素材】1冶金工业概述冶金始于公元前38公元前36世纪的美索不达米亚炼铜术。15世纪末到16世纪初，高炉炼铁发展迅速，进入19世纪，化学冶金取得了突破性进展，炼铁、炼钢在英国出现了一系列重大技术发

52、明，诸如以焦炭代替木炭炼铁，贝赛麦（Hksse）、托马斯（G、Thomas）转炉和马丁平炉炼钢，使钢铁冶金开始向大规模工业化发展；1809年戴维（HDavy，17781829）创立了电解熔盐制取金属的方法；到1886年，美国的霍尔（C，WHall）和法国的埃鲁（HHeroult）几乎同时以商业规模实现用熔盐电解法提取铝，开拓了有色金属冶炼的新工艺。20世纪中叶，冶金工业发展迅猛，技术不断更新、完善，生产规模不断扩大，钢铁企业向大规模联合企业发展。在20世纪80年代，西方经济不景气，钢铁需求一度下降，钢铁工业受到成本和技术方面的严峻挑战，冶金发展中心开始向东南亚地区转移，因此，西方一些人认为西方

53、冶金为夕阳产业。（1）火法冶金火法冶金（Pyrometallurgy）是利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金方法。目前，在金属材料生产中，火法冶金所占比例最大。钢铁及大多数有色金属主要靠火法冶金生产。目前我国钢材和一些有色金属的生产在数量和质量上，都不能满足国民经济发展的需求，但是，由于冶金工业投资大、能耗高而产值较低，加之其他新型材料的崛起，已经使其生产规模的发展趋势趋于缓慢。世界和我国冶金工业的趋势是加强火法冶金的科学研究，不断改进冶金生产工艺，开发新的冶金方法。（2）湿法冶金湿法冶金（Hydrometallurgy）又称水法冶金，相对于火法冶金，同属于提取冶金或化学冶金领域。湿法冶金

54、是指利用一些溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化还原、中和、水解及络合等反应，对原料（矿石、精矿等）、中间产物或再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。湿法冶金对于低品位、复杂和难选矿的分离提取更显示其优越性。结合我国矿产资源的特点，尤其是有色金属和稀有金属方面的优势，大力发展湿法冶金新技术，将资源优势转变为产业优势，除满足国内经济建设需要外，还可以在出口创汇方面发挥重大作用。我国的湿法冶金技术，可以追溯到北宋时期，那时就开始用胆铜法生产铜。现代湿法冶金开始于第二次世界大战中期或20世纪50年代初期，它是化工与冶金相结合的典型，吸取了现代化工工程的原理、方法和技术，用于强化已有的

55、提取冶金过程和开发新的湿法分离方法和技术，由于学科间的交叉和渗透，从而促进了湿法冶金的迅速发展。到了20世纪七八十年代，湿法冶金的发展进入了相当活跃的阶段，其主要原因是： 现代生产对环境保护的要求日益严格。特别是有色金属硫化矿火法冶炼时排放烟气中SO2大污染，导致大气严重的酸雨现象，迫使人们更加关注无大气污染的湿法新工艺。 低品位矿石的开发日显重要。随着地壳中天然矿床的不断开采，常用矿物的品位逐渐降低，从而使得金属的提取更多地依赖于湿法冶金。 复杂矿石及二次资源的综合利用受到重视。湿法冶金的优点是对原料中金属元素的综合回收率高，加上节约能源和资源，使得湿法冶金技术获得发展。 近年来，由于黄金价

56、格上涨，形成了世界范围内新的黄金热，金矿的富集、分离及湿法冶金技术取得了引人注目的新进展。 （3）粉末冶金 粉末冶金（Powder Metallurgy）是研究金属、合金、非金属和化合物的粉末及其材料的性质、制造理论与工艺的一门技术科学。粉末冶金技术起源于远古时代，公元前3000年埃及人用C还原Fe2O3得到的海绵铁，经高温锻造成致密铁，再锻打成器件。世界上许多发达国家都把粉末冶金的发展放在重要地位。2生铁的炼制人类早先是在一种偶然的情况下，用薪火加热熔解铁矿石而发现铁。最初采用的方法极为简单，只是将初掘的铁矿石块堆上多量的木柴，点火燃烧，以后渐渐采用木炭代替薪柴，用兽皮来鼓风。因而，产量很少

57、，极为贵重，只供装饰用。之后的炼铁方法用木炭作燃料用石块堆砌熔矿炉，把铁矿石及木炭由炉上部加入，同时由炉下吹送空气，已略具近代制铁高炉的雏形，至18世纪英国发明以煤代替木炭。炉体设计几经改进，后来又以焦炭代替煤，终于渐渐演变确立了近代以铁矿石及焦炭大量炼制生铁的方法。由这种方式炼成的铁，含有较多的杂质，如C、Si、Mn、P、S等，称为生铁、铣铁或简称为铣。生铁的合碳量一般在2以上，含纯铁量只有 94（纯粹的铁，炼制困难且实用性差），大部分用作炼钢原料，一部分则作为铸造铁器之用。我国古代炼铁用到鼓风的炼铁炉，炉是用盐拌和泥土砌成。以后由于风箱的发明，炼铁业趋于兴盛，不过大规模采用新式高炉则较迟。到光绪廿一年，中国第一座日产生铁100吨的新式炼铁高炉才于汉阳钢铁厂正式生产，开始了新法炼铁。 （1）高炉简介 传统上一般在