高中化學選修2知識點系統(tǒng)總結引言《化學與技術》作為高中化學的選修模塊，旨在引導我們從化學的視角審視工業(yè)生產(chǎn)的原理與過程，理解化學學科在解決實際問題、推動社會發(fā)展中的重要作用。本模塊的學習，并非簡單的知識點堆砌，而是強調(diào)理論與實踐的結合，關注技術的優(yōu)化與創(chuàng)新，以及對資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的深刻思考。掌握本模塊的核心內(nèi)容，不僅有助于深化對化學基本概念和原理的理解，更能培養(yǎng)我們分析和解決復雜實際問題的能力。以下，我們將對本模塊的關鍵知識點進行梳理與整合，以期構建一個相對完整的知識框架。一、重要的化學工業(yè)化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其核心在于通過化學反應將廉價易得的原料轉(zhuǎn)化為具有高附加值的產(chǎn)品。理解典型化工產(chǎn)品的生產(chǎn)流程、核心反應及工藝條件的選擇，是本模塊的重點。（一）從自然界獲取化學物質(zhì)1.空氣資源的利用：空氣中的氧氣和氮氣是重要的化工原料。*氧氣：主要通過分離液態(tài)空氣法制備。利用氮氣和氧氣沸點的差異，在低溫下將空氣液化，然后逐步升溫分餾。氧氣廣泛用于冶煉、醫(yī)療、航天等領域。*氮氣：同樣來自空氣分離。除了作為保護氣，氮氣最重要的用途是合成氨。2.海水資源的利用：海水中蘊含豐富的化學元素，如氯、鈉、鎂、溴、碘等。*氯堿工業(yè)：通過電解飽和食鹽水（氯堿工業(yè)的核心），可得到氫氧化鈉、氯氣和氫氣。這三種產(chǎn)品都是重要的化工基礎原料。反應原理涉及電解池的應用，陽極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈉。*海水提鎂：通常以海水曬鹽后的苦鹵為原料，經(jīng)沉淀（加堿）、過濾、酸化（加鹽酸）得到氯化鎂，最后電解熔融氯化鎂制得金屬鎂。*海水提溴/碘：利用溴離子、碘離子的還原性，通過氧化（如通入氯氣）將其轉(zhuǎn)化為單質(zhì)，再經(jīng)萃取、蒸餾等方法分離提純。3.礦產(chǎn)資源的利用：如硫鐵礦、黃銅礦、鋁土礦等，是獲取硫、鐵、鋁等元素的重要來源。其加工過程往往涉及焙燒、浸取、凈化、電解等步驟。（二）重要化工產(chǎn)品的制備1.硫酸工業(yè)：*原料：硫鐵礦（或硫磺）、空氣、水。*主要流程及反應：*造氣：硫鐵礦煅燒生成二氧化硫（或硫磺燃燒）。*催化氧化：二氧化硫在催化劑（通常為五氧化二釩）作用下氧化為三氧化硫（此反應為可逆反應，需考慮反應條件的優(yōu)化，如適當?shù)臏囟?、壓強和過量空氣）。*吸收：三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收生成發(fā)煙硫酸，再稀釋得到各種濃度的硫酸。（不用水直接吸收，以避免形成酸霧，影響吸收效率）。*設備：沸騰爐、接觸室、吸收塔。*綜合利用與環(huán)境保護：尾氣中二氧化硫的處理（如氨水吸收法），廢渣的綜合利用。2.合成氨工業(yè)：*原料：氮氣（來自空氣）、氫氣（來自水煤氣或天然氣等）。*反應原理：N?(g)+3H?(g)?2NH?(g)（放熱、氣體分子數(shù)減少的可逆反應）。*反應條件的選擇：*催化劑：鐵觸媒（以鐵為主體的多成分催化劑）。*溫度：適宜溫度（兼顧反應速率和平衡轉(zhuǎn)化率，并非越低越好）。*壓強：較高壓強（有利于平衡正向移動，但需考慮設備耐壓成本）。*循環(huán)操作：未反應的氮氣和氫氣循環(huán)使用，提高原料利用率。*設備：合成塔等。*意義：氨是制備氮肥、硝酸、純堿等的重要原料，對農(nóng)業(yè)和化學工業(yè)至關重要。3.純堿工業(yè)：*氨堿法（索爾維法）：*原料：食鹽、氨氣、二氧化碳。*主要步驟：向飽和食鹽水中通入氨氣至飽和，再通入二氧化碳，生成碳酸氫鈉沉淀（因溶解度較?。?；過濾后煅燒碳酸氫鈉得到純堿。*副產(chǎn)物：氯化鈣（用途相對有限，可能造成環(huán)境問題）。*聯(lián)合制堿法（侯氏制堿法）：*由我國化學家侯德榜發(fā)明，將合成氨與純堿生產(chǎn)聯(lián)合。*特點：利用合成氨廠的氨氣和二氧化碳，同時生產(chǎn)純堿和氯化銨（氮肥）。*優(yōu)點：提高了食鹽利用率，綜合利用了原料，減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。二、材料及其應用材料是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎?；瘜W在材料的研發(fā)、制備和性能改進中發(fā)揮著核心作用。（一）金屬材料1.金屬的冶煉：*原理：利用氧化還原反應，將金屬從其化合物中還原出來。*方法：根據(jù)金屬活動性順序不同，采用熱分解法（不活潑金屬）、熱還原法（較活潑金屬，如用焦炭、一氧化碳、氫氣或活潑金屬作還原劑）、電解法（活潑金屬，如鈉、鎂、鋁）。*鋁的冶煉：以鋁土礦為原料，先通過堿溶法（或酸溶法）提純得到純凈的氧化鋁，然后在冰晶石作助熔劑的條件下，電解熔融氧化鋁制得金屬鋁。2.金屬的腐蝕與防護：*腐蝕原理：主要是電化學腐蝕（吸氧腐蝕和析氫腐蝕），其次是化學腐蝕。*防護方法：改變金屬內(nèi)部結構（如制成合金）、表面覆蓋保護層（如涂漆、電鍍、鈍化）、電化學保護法（犧牲陽極的陰極保護法、外加電流的陰極保護法）。3.合金：由兩種或兩種以上金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金的性能（如硬度、強度、耐腐蝕性等）通常優(yōu)于純金屬，因而應用更廣泛。（二）無機非金屬材料1.傳統(tǒng)硅酸鹽材料：水泥、玻璃、陶瓷。*水泥：主要原料為石灰石和黏土，在水泥回轉(zhuǎn)窯中高溫煅燒后，再加入適量石膏磨細而成。其主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等。*玻璃：主要原料為純堿、石灰石和石英砂，在玻璃熔爐中高溫熔融制得。普通玻璃的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅。玻璃沒有固定的熔點。*陶瓷：以黏土為主要原料，經(jīng)成型、干燥、燒結而成。具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣等優(yōu)點。2.新型無機非金屬材料：如光導纖維（主要成分為二氧化硅）、高溫結構陶瓷（如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷）、生物陶瓷等。它們具有特殊的物理、化學性能，在高新技術領域有廣泛應用。（三）高分子材料1.基本概念：單體、鏈節(jié)、聚合度。2.合成方法：*加聚反應：由含有不飽和鍵的單體通過加成反應聚合成高分子化合物（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等）。產(chǎn)物通常為碳鏈聚合物，無小分子生成。*縮聚反應：由含有兩個或多個官能團的單體通過縮合反應生成高分子化合物，同時伴有小分子（如H?O、HX等）生成（如聚酯、聚酰胺——尼龍、蛋白質(zhì)、淀粉等）。3.常見高分子材料：*塑料：熱塑性塑料（可反復加熱熔融加工）和熱固性塑料（成型后加熱不熔融）。*合成纖維：如滌綸（聚酯纖維）、錦綸（聚酰胺纖維）、腈綸（聚丙烯腈纖維）等。*合成橡膠：如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等，具有高彈性。4.功能高分子材料：如離子交換樹脂、醫(yī)用高分子材料、高吸水性樹脂等，具有特定的功能。5.高分子材料的老化與降解：老化是指高分子材料在使用過程中，由于光、熱、氧等因素作用，性能逐漸變差的現(xiàn)象?？赏ㄟ^改進配方、添加助劑等方法延緩老化。降解是指高分子材料在自然環(huán)境中分解為小分子物質(zhì)，對減少白色污染有重要意義（如可降解塑料）。三、化學與資源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展化學技術在為人類創(chuàng)造物質(zhì)財富的同時，也面臨著資源消耗和環(huán)境污染的挑戰(zhàn)。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是化學工業(yè)乃至整個社會發(fā)展的必然選擇。（一）水資源的利用與保護1.水質(zhì)凈化：*混凝法：加入混凝劑（如明礬、硫酸鐵等），使水中細小懸浮物凝聚成較大顆粒而沉降。*過濾：除去水中的不溶性雜質(zhì)。*消毒：殺滅水中的細菌、病毒（如用氯氣、二氧化氯、臭氧等）。2.硬水軟化：降低水中Ca2?、Mg2?的含量。方法有加熱煮沸法（暫時硬水）、離子交換法、藥劑法等。3.污水處理：*物理法：格柵、沉淀、過濾等，去除懸浮物。*化學法：中和法（處理酸性或堿性廢水）、氧化還原法（處理含重金屬離子或有毒有機物的廢水）、沉淀法（去除重金屬離子）等。*生物法：利用微生物的代謝作用，將廢水中的有機物分解為無害物質(zhì)。（二）化石燃料的綜合利用1.煤的綜合利用：*干餾：將煤隔絕空氣加強熱使其分解，得到焦炭、煤焦油、焦爐氣等產(chǎn)品（化學變化）。*氣化：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體（如CO、H?）的過程。*液化：將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料（如甲醇）的過程，分為直接液化和間接液化。2.石油的綜合利用：*分餾：利用各組分沸點不同進行分離，得到汽油、煤油、柴油等（物理變化）。*裂化：在一定條件下，將相對分子質(zhì)量較大、沸點較高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量較小、沸點較低的烴（提高輕質(zhì)油產(chǎn)量，特別是汽油）。*裂解：深度裂化，主要目的是獲得乙烯、丙烯等短鏈不飽和烴（重要的化工原料）。*催化重整：提高汽油的辛烷值，并獲得芳香烴。（三）環(huán)境污染與治理1.大氣污染：*主要污染物：顆粒物、硫的氧化物（SO?、SO?）、氮的氧化物（NO、NO?等）、碳的氧化物（CO）、碳氫化合物等。*酸雨：主要由SO?和NO?引起，危害生態(tài)環(huán)境和建筑材料。*溫室效應與全球氣候變暖：主要與CO?等溫室氣體的排放有關。*治理：開發(fā)清潔能源、對污染物進行處理（如脫硫脫硝技術）、加強環(huán)境監(jiān)測。2.水污染：主要來自工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)退水等，造成水體富營養(yǎng)化、重金屬污染等。3.土壤污染：主要來自工業(yè)廢渣、農(nóng)藥、化肥等，影響土壤肥力和農(nóng)作物生長。（四）綠色化學與可持續(xù)發(fā)展*綠色化學的核心：利用化學原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。*原子經(jīng)濟性：理想的原子經(jīng)濟反應是原料分子中的原子全部轉(zhuǎn)化為所需要的產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實現(xiàn)“零排放”。*可持續(xù)發(fā)展：既滿足當代人的需求，又不損害后代人滿足其需