資源簡介

第二章《物質(zhì)轉化與材料利用》知識梳理
第1節(jié) 金屬材料
1.金屬的普遍特性
常溫時，除汞是液體外,其余是 固體 ; 一般密度較大;具有 金屬光澤 ;是良好的導電體 、導熱體，具有延展性，密度和熔點較高。
2.非金屬的性質(zhì)
常溫時，除溴是 液體 外，其余是氣體和固體;有多種顏色，不具備金屬特性，性質(zhì)不一，應用不一。
3.幾種常見的金屬。
⑴鐵(Fe): 銀白 色金屬光澤，質(zhì)軟，具有良好的 延展 性、 導電 性和導熱性;化學性質(zhì)比較活潑。純鐵很 軟 ，不宜用來制造機械和其他用品。
(2)鋁(A1): 銀白 色金屬光澤，具有良好的延展性、 導電性和 導熱 性。在空氣中形成致密的 氧化膜。常用于冶煉、制造電線、電纜等。
(3)銅(Cu): 紫紅 色金屬光澤，具有良好的延展性、導電性和導熱性。在干燥的空氣中化學性質(zhì) 不活潑 ，在潮濕的空氣中，表面生成 堿式碳酸銅 。用于制造 電線 、電纜、電器、零件等。
4.鐵生銹的條件
鐵與 氧氣 、水 接觸（鐵銹的主要成分: Fe2O3·XH2O );銅生銅綠的條件:銅與氧氣、水、二氧化碳接觸。銅綠的化學式: Cu (OH) CO 。防止鐵制品生銹的措施:①保持鐵制品表面的清潔、 干燥 :②表面涂 保護膜 ，如涂油、刷漆、電鍍、烤藍等;③改變鐵的單一結構，制成不銹鋼。
第2節(jié) 金屬的化學性質(zhì)
一、金屬與氧氣的性質(zhì)
1.金屬與氧氣反應
金屬與其他物質(zhì)發(fā)生反應時，會生成新的物質(zhì)，表現(xiàn)出金屬的化學性質(zhì)。有些金屬能在氧氣中燃燒，有些金屬不能燃燒，但都生成相應的氧化物。氧氣的濃度不同，化學反應的現(xiàn)象可能不同。
金屬 在空氣中 在氧氣中 化學方程式
鎂 常溫下表面逐漸變暗。點燃，劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光，生成白色固體 點燃，劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光，生成白色固體 2Mg+O2 2MgO
鋁 常溫下，鋁表面變暗，生成一層致密的氧化膜，保護鋁不再被腐蝕 點燃，劇烈燃燒，火星四射，放出大量的熱，生成白色固體 4Al+3O2 2Al2O3
鐵 持續(xù)加熱發(fā)紅，離火變冷 點燃，劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體。 3Fe+2O22Fe3O4
銅 加熱，生成黑色物質(zhì)；潮濕空氣中，生成銅綠而被腐蝕 加熱，生成黑色物質(zhì)。 2Cu+O2 2CuO 2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3
金 即使在高溫時也不與氧氣反應
【注意】
1、鎂條、鋁絲在空氣中能燃燒。鐵絲在空氣中不能燃燒，但在氧氣中能燃燒。
2、鐵在空氣中緩慢氧化生成的主要產(chǎn)物是Fe2O3(生銹) 。鐵在氧氣中燃燒生成Fe3O4 。(Fe2O3呈暗紅色，F(xiàn)e3O4呈黑色) 。
3、金屬鋁的表面易生成一層致密的氧化鋁薄膜，從而阻止鋁的進一步氧化，因而鋁具有很好的抗腐蝕性能。但用鋼絲球擦洗鋁制容器會破壞氧化膜，會使金屬鋁進一步被氧化。
二、金屬與酸的反應
1. 金屬與鹽酸或稀硫酸反應伴隨的現(xiàn)象及反應的化學方程式如下表所示：
金屬 現(xiàn)象 反應的化學方程式
鹽酸 稀硫酸 鹽酸 稀硫酸
鎂 劇烈反應，產(chǎn)生大量氣泡，溶液仍為無色，試管壁發(fā)熱，生成的氣體能夠燃燒，產(chǎn)生淡藍色火焰。 Mg+2HC===MgCl2+H2↑ Mg＋H2SO4===MgSO4 ＋H2↑
鋁 打磨過的鋁放入酸中，劇烈反應產(chǎn)生大量氣泡，溶液仍為無色，生成的氣體能夠燃燒，產(chǎn)生淡藍色火焰。 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 2Al＋3H2SO4=== Al2(SO4)3＋3H2↑
鋅 反應比較劇烈，產(chǎn)生大量氣泡，溶液仍為無色，生成的氣體能夠燃燒，產(chǎn)生淡藍色火焰。 Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑ Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
鐵 反應緩慢，有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色逐漸變?yōu)闇\綠色，生成的氣體能夠燃燒，產(chǎn)生淡藍色火焰。 Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑ Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
銅 無任何現(xiàn)象 不反應 不反應
三、置換反應
1.置換反應
(1)概念：一種單質(zhì)與一種化合物反應，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應叫做置換反應；
金屬與稀鹽酸、稀硫酸，以及鐵與硫酸銅溶液的反應等都屬于置換反應。
(2)形式：AB+C→A+CB。
2.四種化學基本反應類型：一種單質(zhì)跟一種化合物反應生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應，叫作置換反應，表示形式為：A＋BC===B＋AC；化合反應是由兩種或兩種以上物質(zhì)生成一種物質(zhì)的反應(A＋B===AB)；分解反應是由一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上物質(zhì)的反應(AB===A＋B)；復分解反應是兩種化合物互相交換成分生成新化合物的反應(AB＋CD===AD＋CB)。
四、金屬的活動性順序
1.金屬活動性順序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金屬活動性由強逐漸減弱
(1)在金屬活動性順序里.金屬的位置越靠前，它的活動性就越強；
(2)在金屬活動性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫；
(3)在金屬活動性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的鹽(必須可溶）溶液中置換出來；
(4)K、Ca、Na三種金屬先與水反應生成相應的堿和氫氣。
2.驗證實驗
比較鐵與銅、銅與銀的化學活動性
藥品：銅絲、鐵絲、FeSO4 溶液、CuSO4 溶液、AgNO3 溶液
(1)在盛有硫酸銅溶液的試管里浸入一段潔凈的鐵絲；鐵絲表面有一層紅色物質(zhì)生成，
方程式為：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；說明：鐵比銅活潑；
(2)在盛有硝酸銀溶液的試管里浸入一段潔凈的銅絲，過一會兒取出；浸入硝酸銀溶液中的銅絲表面有一層銀白色物質(zhì)生成 ；方程式為：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag ；說明：銅比銀活潑 ；
實驗結論：鐵、銅、銀的活動性大小的順序為Fe>Cu>Ag 。
五、金屬與鹽的反應
1.濕法煉銅
(1)原理： 先用硫酸將銅礦中的銅轉變成可溶性的硫酸銅，再將鐵放入硫酸銅溶液中把銅置換出來，此過程中金屬鐵失去電子的能力比銅強，變成亞鐵離子進入溶液，而銅離子得到電子變成了金屬銅
(2)方程式: CuO+H2SO4===CuSO4+H2O(復分解反應)
CuSO4+Fe===Cu+ H2O（置換反應）
2.金屬活動性的實驗驗證方法
(1)三種金屬活動性的實驗設計
驗證Zn、Cu、Ag三種金屬的活動性，
方法1：取活動性居中的金屬單質(zhì)，如取Cu絲，而Cu兩邊的金屬取其鹽溶液，如ZnCl2溶液和AgNO3溶液，然后將Cu絲分別伸入兩溶液中，通過是否有金屬被置換出來而確定金屬的活動性。即“中間的金屬，兩端的溶液”的方法。
方法2：將金屬活動性居中的金屬的鹽溶液，例如取CuSO4溶液，而Cu兩邊的金屬取其單質(zhì)，如Zn片和Ag片，然后分別將Zn片和Ag片放入CuSO4溶液中，根據(jù)是否有紫紅色的銅被置換出來確定金屬的活動性。即“中間的溶液，兩端的金屬”的方法。
(2)比較四種金屬活動性的實驗設計
如驗證Mg、Zn、Cu、Ag的活動性。
一般情況下四種金屬可分成兩類：一類氫前金屬，一類氫后金屬，所以通常先取四種金屬的單質(zhì)和鹽酸或稀硫酸，然后分別將四種金屬放于鹽酸或稀硫酸中，根據(jù)是否有氣泡產(chǎn)生，來確定Mg、Zn比Cu、Ag活潑，同時又可根據(jù)產(chǎn)生氣泡速率的快慢來確定Mg比Zn活潑。氫后金屬，可根據(jù)金屬單質(zhì)與金屬的鹽溶液的置換反應來確定Cu比Ag活潑(如將Cu絲放人AgNO3溶液中) 。
【拓展】根據(jù)金屬與金屬的鹽溶液的反應判斷濾液、濾渣的成分。如向CuSO4、AgNO3混合液中加鐵粉反應后過濾，判斷濾液和濾渣成分。
鐵與CuSO4、AgNO3溶液反應有先后順序，如果鐵足量，先將AgNO3完全置換后再置換CuSO4， 那么溶液中只有FeSO4， 如果鐵的量不足，依據(jù)“先后原則”分別討論濾液和濾渣的成分。
第3節(jié) 有機物和有機合成材料
四.簡單的有機物：
1.有機物的自然合成：自然界中的一些無機物，如氫氣、水、二氧化碳、一氧化碳、氮氣等，在一定條件下，經(jīng)過陽光的照射和雷電作用，會合成一些簡單的有機物，如甲烷（CH4）、甲胺（CH3NH2）、尿素[CO(NH2)2]等。
2.有機物的定義：從物質(zhì)的組成看，有機物是一類含碳化合物（碳的氧化物、碳酸、碳酸鹽等除外），大多含有C、H、O、N等元素。有了有機物才有生命。
3.甲烷：最簡單的有機物，化學式為CH4。稻草及動物糞便經(jīng)過發(fā)酵會產(chǎn)生大量的沼氣，農(nóng)村里常用作燃料供熱。沼氣、瓦斯、天然氣的主要成分都是甲烷。火星的大氣層中也發(fā)現(xiàn)有很多的甲烷。
(1)結構：1個甲烷分子是由1個碳原子和4個氫原子構成的，如圖所示。
(2)性質(zhì)：通常狀況下，甲烷是無色無味的氣體，密度比空氣小，極難溶于水。甲烷具有可燃性，純凈的甲烷在空氣中燃燒時產(chǎn)生藍色火焰，生成水和二氧化碳。有機物的充分燃燒基本上都會產(chǎn)生水和二氧化碳。
4.有機物的特性：
（1）大部分有機物熔點較低，受熱易分解，易揮發(fā)，易燃燒，不易導電等。所以保存時一定要密封，做實驗時一定要遠離明火，防止著火或爆炸。
（2）有機物可作為很好的溶劑：高度白酒泡藥酒，汽油清洗油污。
4.常見有機物的用途：
（1）汽油：是石油產(chǎn)品之一，用做燃料。 （2）乙酸：用做食醋
（3）氯仿：是化工原料和很好的溶劑。 （4）乙醇：用于消毒和做燃料
（5）乙酸乙酯：做溶劑、香精和粘合劑
五.生物體中的有機物：
1.有機物是生物體各組織的主要成分人體的生長發(fā)育和體內(nèi)各組織的新陳代謝，都需要各種有機物的參與。
2.糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等都是人體內(nèi)的基本有機物。
(1)糖類：一些食物，如面包、面條、米飯等主要含有糖類物質(zhì)，這些糖類物質(zhì)在人體內(nèi)水解后會生成葡萄糖。葡萄糖是生命活動中不可缺少的重要物質(zhì)、也是生命活動所需能量的主要來源。
(2)蛋白質(zhì)：是構成生命體的基本物質(zhì)，蛋白質(zhì)是細胞結構里最復雜多變的一類大分子。
(3)脂肪：脂肪不溶于水，可溶于有機溶劑，是生物體內(nèi)貯藏能量的物質(zhì)，隨時供人體代謝的需要。
六.有機合成材料：
1.有機合成材料：主要成分是用人工合成的方法制得的高分子化合物。
2.三大合成材料：合成塑料、合成纖維和合成橡膠。
（1）塑料：具有可塑性，如果把它加熱到一定溫度，就能融化成粘稠狀液體，趁熱把它注入不同的模具里，冷卻后就會形成各種形狀的制品。塑料制品一般具有良好的性能，容易加工，輕便實用，有的還有特殊的功能，因此逐漸取代其他材料（如金屬、玻璃和紙），用途非常廣泛。
（2）合成纖維：合成纖維是以石油化工產(chǎn)品等為主要原料人工合成制得的。不同品種的合成纖維具有各自獨特的性能，例如，聚酰胺纖維(錦綸)的耐磨性、聚酯纖維(滌綸)的挺括耐摺性、聚丙烯腈纖維(腈綸)的保暖性和良好手感。合成纖維因其具有特殊性能，被廣泛用于制造航天器、飛機、火箭、導彈的絕緣材料特殊防護材料、增強材料以及人造心臟瓣膜外科縫線等。
（3）合成橡膠：合成橡膠是以煤石油、天然氣為主要原料人工合成的高彈性聚合物，具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能，因而廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活中。
3.合成材料的污染：有機合成材料在給人們的生產(chǎn)、生活帶來便利的同時，也對環(huán)境造成了影響。例如，有些塑料的結構穩(wěn)定、不易分解，因此這些廢棄塑料會帶來嚴重的環(huán)境污染問題。
七.材料與人類社會發(fā)展：
1.原始人使用石器：石斧、石刀、箭頭、刮器，還有獸骨和魚骨制成骨針
2.古代人開始創(chuàng)造和使用陶器
3.四千年前，人類進入青銅器時代（圖為青銅器尊和司母戊鼎）
4.煉鐵技術的發(fā)展，人們制造了犁，黏土燒制磚瓦，瓷器
5.人類社會進入信息時代：隨著科學技術的發(fā)展，人們有目的的改進材料的性能，使半導體材料、光纖材料、碳纖維復合材料等新型材料不斷涌現(xiàn)，促進了通訊、計算機、航空、航天等行業(yè)迅速發(fā)展。
八.新型材料：
新型材料：指新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的、具有優(yōu)異特性和功能并能滿足技術進步所需的材料。
當前，最引人注目的新型材料有：光電子信息材料、先進復合材料、超級陶瓷材料、新型金屬材料新型高分子材料、超導材料、納米材料等。
納米材料：指其基本顆粒在1 ~ 100納米范圍內(nèi)的材料。如：納米陶瓷、新型納米油墨、納米鉛粉等。納米材料在機械強度、磁、光、聲、熱等方面和普通材料都有很大的不同。如納米陶瓷具有很好的韌性；新型納米油墨的色調(diào)更濃，書寫的字跡色澤更好；將納米鉛粉加入固體燃料中，會使火箭推進器的前進速度加快好幾倍。
第4節(jié) 物質(zhì)的分類
1.為什么要分類：自然界中物質(zhì)種類繁多性質(zhì)各異，為了更好地研究和識別它們。
2.分類的方式：按照一定規(guī)律和性質(zhì)進行分類
（1）物理性質(zhì)：顏色、狀態(tài)、氣味、硬度、密度、溶解性、導熱性、導電性等
（2）化學性質(zhì)：酸堿性、熱穩(wěn)定性、氧化性或還原性、可燃性等。
（3）按照組成分類：純凈物可分為單質(zhì)和化合物。
（4）按照元素把單質(zhì)分為金屬單質(zhì)和非金屬單質(zhì)。
（5）一般把由兩種元素組成，其中一種元素是氧元素的化合物稱為氧化物。根據(jù)元素組成不同分為金屬氧化物與非金屬氧化物
（6）按照元素的組成不同可分為有機化合物和無機化合物。
第5節(jié) 物質(zhì)的轉化
二.非金屬單質(zhì)與其化合物之間的轉化：
1.通過與氧氣反應轉化為非金屬氧化物：（書上實驗）
2.非金屬氧化物與水反應轉化為酸：
二.金屬單質(zhì)與其化合物之間的轉化：
1.金屬與非金屬反應：（書上實驗：鐵與硫磺反應）
2.金屬氧化物與水反應：
四.化合物之間的轉化：
1.氧氣、氫氣、水、氧化物、酸 2.碳與碳的化合物
3.氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉 4.含鈣化合物
5.金屬(鎂、鋁、鋅、鐵、銅)及其化合物
第6節(jié) 材料的利用與發(fā)展
一、材料與人類社會發(fā)展
材料的發(fā)展歷程：石器→陶器→青銅器→鋼鐵→合成材料→新型材料。
人類對金屬材料的使用不僅與金屬的活動性有關，還與金屬冶煉的難易程度有關。如人類最早使用的金屬材料是銅，目前使用最多的金屬材料是鐵及鐵的合金。雖然地殼中含量最多的金屬元素是鋁，但由于鋁的金屬活動性較強，冶煉具有一定的難度，因而鋁的利用比銅和鐵晚的多。
二、 新型材料
新型材料：指新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的、具有優(yōu)異特性和功能并能滿足技術進步所需的材料。特點：具有優(yōu)異特性和功能，與普通材料的性質(zhì)差別很大。
當前，最引人注目的新型材料有：光電子信息材料、先進復合材料、超級陶瓷材料、新型金屬材料新型高分子材料、超導材料、納米材料等。
納米材料：指其基本顆粒在1 ~ 100納米范圍內(nèi)的材料。如：納米陶瓷、新型納米油墨、納米鉛粉等。納米材料在機械強度、磁、光、聲、熱等方面和普通材料都有很大的不同。如納米陶瓷具有很好的韌性；新型納米油墨的色調(diào)更濃，書寫的字跡色澤更好；將納米鉛粉加入固體燃料中，會使火箭推進器的前進速度加快好幾倍。
三、材料制造與環(huán)境保護
人們在制造材料的過程中會產(chǎn)生許多污染。為了減少或消除材料制造過程中的污染，人們需要探尋無污染或低污染的“綠色”新工藝，需要探索污染物的防治、轉化和綜合利用的途徑。
（一）實際生產(chǎn)和實驗中選擇某種物質(zhì)的制備方法時，需考慮的因素有：
(1)科學性：制備過程中每步化學反應是否符合化學反應的規(guī)律；
(2)簡便性：設計方案考慮實際設備情況，操作過程盡可能簡便易行，如反應所需的條件和設備是否簡單；
(3)經(jīng)濟性：所需原料是否易獲取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作過程是否存在安全隱患；
(5)環(huán)保性：生產(chǎn)過程是否會對環(huán)境造成污染。
（二）“綠色化學”
“綠色化學”又稱為環(huán)境友好化學，它的主要特點如下：
(1)充分利用資源和能源，采用無毒、無害的原料；
(2)在無毒、無害的條件下進行反應，以減少廢棄物向環(huán)境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納，實現(xiàn)“零排放”；
(4)生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護社會安全和人體健康的環(huán)境友好產(chǎn)品。“綠色化學”給化學家提出了一項新的挑戰(zhàn)，其核心就是要利用化學原理從源頭上消除污染，國際上對此十分重視。1995 年，美國設立了“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”，以表彰那些在“綠色化學”領域中做出杰出貢獻的企業(yè)家和科學家。“綠色化學”將使化學工業(yè)改變面貌，為子孫后代造福。
（三）工業(yè)“三廢”及處理
(1)工業(yè)“三廢”是指廢水、廢渣和廢氣。
(2)處理方法
①“廢氣”處理一般是安裝回收設備，將塵粒和一氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用與堿溶液反應而除去。
②“廢渣”的處理一般是制水泥或其他材料，變廢為寶，如含磷的廢渣可轉化為磷肥等。
③“廢水”的處理是建立污水處理廠，將廢水中的有害金屬轉化為沉淀，制成所需要的金屬材料等，廢水處理達標后再排放到河流中或循環(huán)利用。
在化學工業(yè)中,除了要及時處理好“三廢”，還要努力提高原料的利用率，增加產(chǎn)品的產(chǎn)量，從根本上降低生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染。
【能力拓展】
(1)復合材料是將兩種或兩種以上材料復合成一體形成的材料。復合材料集中了組成材料的優(yōu)點，同時避免了組成材料的缺點，具有綜合性能更優(yōu)異的特點。如鋼筋混凝土、玻璃鋼。(2)玻璃、水泥、陶瓷等是一類重要的無機非金屬材料，應用廣泛。

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