化学与社会精简版

1.化学学科和分类化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。化学是以研究物质的化学变化为主的科学。2化学研究的目的—认识自然，改造自然，造福人类出于对自然界物质的好奇，人们很早就知道如何从自然界分离出某些化学物质，例如从花卉中提取颜料来染布和作画。同时，人类很早也认识到通过化学变化来制造新物质，最早的可能是肥皂和活性炭。从化学元素概念的提出、氧化学说的建立、元素周期律的发现、由无机化合物合成有机化合物（尿素），为人类文明的进步带来飞跃。化学研究的各项成果为人类认识自然和改造自然及社会的发展和进步起了非常重要作用。化学研究围绕保证人类的生存、提高人类生活质量和延长人类寿命的目标一直在做不懈的努力。如化学研究在解决人类的衣、食、住、行、能源短缺、合理使用自然资源及环境保护等难题方面和合成新材料、新药物及探明生命过程中的化学奥秘方面曾经而且还将继续做出巨大的贡献。化学研究发展到今天从来就没有脱离过为人类造福和使人类生活得更美好的长期而远大的目标。一级学科:化学二级学科:无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学、环境化学及化学工程等。交叉边缘科学：生物无机化学、生物有机化学、物理有机化学、金属有机化学等。按研究划分:基础研究、应用研究和开发研究。然而实际上的划分却是不易的，例如催化。化学学科的分支（a）弄清各种物质在各种状态下的组成、结构和性能等及其相互关系（结构研究）。(b)弄清各种物质结构变化的机理细节及其结构变化的控制方法和手段（结构变化）。（c）弄清各种物质化学反应的机理细节及其结构变化的控制方法和手段（反应机理）。（d）根据需要能够任意设计和合成各种性能的化合物（合成化学）。化学学科自身的使命化学学科的发展方向既涉及本身具有普遍科学意义的各项研究，又应该考虑整个社会大系统环境的各个角度例如国家政策、方针、社会需求、现有的科学资源及科学实力等。除了要完成自身的历史使命外，还肩负着促进其它自然科学与社会科学的发展和进步。2.化学发展三个时期的特点二、化学学科的发展方向与化学研究中的机遇近代化学时期（从十七世纪中叶到十九世纪末）：化学作为一门独立的学科的形成和发展时期。元素论的诞生标志着化学学科的确立；从燃素说到氧化学说的建立，化学计量定律的确立、原子-分子学说的建立、及元素周期律的发现。科学实验的兴起和化学工业的蓬勃发展，促进了化学史上一系列的发现和发明。化学的分支学科也迅速发展。1.化学发展简史古代化学时期（十七世纪以前）：制陶、玻璃制造、炼铜和铁、造纸和火药、炼丹和炼金、医药化学和冶金化学等的萌芽期。这一时期的化学特点是注重实用性，化学知识是经验性和零散性的。现代化学（二十世纪初–现在）：X-射线、放射性、电子的发现；原子力显微镜、透射电镜等发现。化学的研究深入到探索原子、分子、晶体的内部结构。量子力学的建立全面揭示了元素周期律的本质。化学研究从宏观实验和经验归纳转为从微观领域的演绎和推理来阐明物质及其变化本质。经历了从宏观到微观、从静态到动态的认识过程，建立了崭新的化学理论体系，化学与其它学科的研究和发展也相互渗透、相互促进。现代化学有三个突出的特点：（1）多学科的综合性和相互渗透；（2）新的实验手段的普遍应用；(3)理论与实验相结合。3.质量数中子数计算当元素的原子质量数为A，原子序数（核电荷数）为Z时，则原子核的组成是：Z个质子，A-Z个中子，Z个电子环绕核运转。如元素钠的原子质量数为23，原子序数为11，即在钠原子核中就有11个质子和12个中子，核外有11个电子。元素的原子核常用表示。XAZNa23114.化学电池的写法5.化肥分类及肥效计算•肥料根据其成分和来源可分为有机肥和化学肥。•有机肥是含有大量有机物肥源的总称。俗称农家肥，包括以各种动物、植物残体或代谢物组成，如人畜粪便、秸秆、动物残体、屠宰场废弃物等。另外还包括饼肥（菜籽饼、棉籽饼、豆饼、芝麻饼、蓖麻饼、茶籽饼等）；•化学肥料简称化肥,是指用化学合成方法生产的肥料，包括氮、磷、钾、复合肥。尽管农作物生长需要很多养分，但其中以氮、磷、钾成分最重要，需要量也最大。氮是植物体内蛋白质的重要成分。氮肥使植物枝叶茂盛，促进叶绿素的形成，从而有利于光合作用，提高农作物产量和质量。作物通常吸收NH4+或NO3-形式的化合物来补充生长所需的氮。这些化合物与光合作用产生的碳化合物结合后形成氨基酸，然后再发展成蛋白质。例如硝酸钠（智利硝石）曾作为农作物的氮肥使用。化学肥料-氮肥白色固体NaNO3NH4NO3铵盐（铵态氮肥）白色固体NH4Cl(NH4)2SO4NH4NO3NH4HCO3常用的氮肥氨水尿素硫铵硝酸盐硝铵碳铵CO(NH2)2白色固体NH3·H2O无色有刺激性气味的液体N2H2+NH332①电解水H++2eH2H2OH+2+O2+2e酸性介质阴极阳极(Pt)(Pt)21/2碱性介质阴极阳极H2O+2eH2+OH-2OH-2H2O+O2+2e1/2合成氨1910年德国化学家哈伯尔通过催化剂将氮气与氢气反应合成了氨，1913年出现了第一个氨工厂。40MPa和500℃②焦煤气炼焦过程中的焦煤其中有52%的氢气，经纯化处理后可作为氢源。③从碳氢化合物制取氢利用烃类在高温时与水蒸气反应可从碳氢化合物制取氢。④天然气制取氢天然气中主要成分是甲烷，可利用如下反应制取氢气。CH4+H2OCO+3H2⑤水煤气利用高温时，碳与水蒸气反应可制取氢气。C+H2OCO+H2小型化工厂一般先采用通空气使煤炭燃烧，达到一定温度之后再通入水蒸气，这样反复操作可得N2、H2、CO混合气体。其中CO在催化剂作用下又可生成CO2，除CO2后即可得合成氨原料。CO+H2OCO2+H2氨为无色气体，具有刺激性气味。在-33.4℃凝结成液体，在-77.7℃凝结成无色固体。氨在室温下便可被压缩成液体，这样就便于储存和运输.氨在水中的溶解度极大，20℃一体积水能吸收700体积的氨。氨溶于水即为氨水。氨气的物理性质将氨和二氧化碳作用可制得尿素：NH3+CO2NH2CONH2+H2O2尿素是一种有机物，最初只能从人和动物中提取。化学史上尿素的合成曾推翻了具有神秘色彩的“生命力论”。1824年德国化学家维勒用氰和氨作用意外得到了尿素。而且后来四年里采用不同的无机物通过不同的途径合成了尿素。KOCN+(NH4)2SO4NH4OCN+K2SO4NH4OCNNH3+HOCN(NH2)2CONH2CNH2O加热硫酸铵尿素N%=N%=14*2(14+4)*2+3216*4+=21.2%14*2*2+164+1412+=46.7%比较各种氮肥的肥效是以它们含氮量来衡量的。缺磷时植株生长迟缓、矮小；叶小，呈暗绿或灰绿色而无光泽，茎叶常因积累花青苷而带紫红色；根系发育差，抗寒、抗旱能力差。磷元素：组成植物体内的蛋白质、核酸和酶等可促进作物生长，增强作物的抗寒、抗旱能力。化学肥料-磷肥按磷酸盐的溶解性可将磷肥分为水溶性、枸溶性和难溶性三种。水溶性磷肥主要成分是磷酸二氢钙（Ca(H2PO4)2）。枸溶性磷肥是指难溶或不溶于水，但可溶于酸（相当于2%柠檬酸）溶液的成分如磷酸一氢钙（CaHPO4），磷酸钙（Ca3(PO4)2）。重过磷酸钙Ca(H2PO4)2.H2O（磷酸处理）有效磷45%-52%；过磷酸钙（硫酸处理）有效磷16%-18%；沉淀磷肥（用硫酸、盐酸等分解矿石，然后再加入石灰中和而得），枸溶性磷肥，有效磷25%-35%。缺钾时纤维素等细胞壁组成物质减少，厚壁细胞木质化程度较低，影响茎的强度，易倒伏，抗病虫害能力降低；氮的正常代谢被破坏，最初老叶叶尖及叶缘发黄，以后叶缘变褐、焦枯、似灼烧。钾元素：保证各种代谢过程的顺利进行、促进植物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力等。缺钾正常化学肥料-钾肥常用的钾肥有钾矿石和氯化钾(KCl)两种。钾矿石经粉碎后加热煅烧，再用硫酸或水萃取，蒸发、过滤、冷却后可得硫酸钾铝的复盐(KAl(SO4)2)。也可用氨水萃取，制成硫酸铵和硫酸钾混合肥[(NH4)2SO4,K2SO4]，含氮量和含钾量分别为14%和15%。KCl来源于海水和盐湖中，也有含KCl较纯的钾矿石。地球上的钾蕴藏量较多，但植物吸收钾肥是以K+的形式进行的,因此每当一个K+被吸收，就有一个阴离子留在土壤中，使土壤酸化。而且尽管钾盐虽多，但非再生性资源。除了上述的氮、磷、钾三种营养成份外，作物生长还需要其它元素，例如钙、镁、硫。•钙肥以氧化钙的方式施于农田，一方面中和土壤酸性，另一方面补充植物营养。•镁是叶绿素中的重要成分，为光合作用必需物。•硫是多种氨基酸的重要成分，而氨基酸是蛋白质的必需物。另外硼、铜、铁、锰、钼、锌、氯对提高作物产量也有一定作用。其它营养成份6.同位素、同分异构体、同素异形体（选择）原子序数相同而原子质量不同的同一元素的原子，互称同位素。自然界存在的很多元素都是由同位素混合物组成。例如氯原子(Cl)的原子序数为17，而原子质量有35和37两种，这两种原子互称同位素。根据二者的丰度（含量）得到氯元素的原子量为35.46。Cl1735Cl1737当中子数N与质子数P相等时，即N/P=1时，核最稳定。最重的稳定核的N/P≈1.6，N/P1.6时，原子核就要发生自发裂变。核愈稳定，核子结合时释放的能量也愈大，这能量称为核的结合能。核的结合能计算用爱因斯坦的质能关系:E=mc2。2.核的结构原子核是由带正电的质子和不带电的中子紧密结合的（质子和中子统称为核子）。一个质子和中子的静止质量分别为1.00728u和1.00867u。氦原子核（He）是由2个质子和2个中子组成，因此氦原子核质量应为4.03190u，但实际氦原子核的静止质量为4.00150u，相差质量0.03040u，称为质量亏损。该质量可转化的能量为（1u=1.6605655×10-27kg)：E=mc2=0.03040u×1.6605655×10-27kgu-1×(2.99793×108ms-1)2=4.5369×10-12J由质子和中子结合成1摩尔氦原子(4.00260g)产生的能量为：6.02217×1023×4.5369×10-12J=2.7322×1012J92U+nXeSrBaKrIY(氙）（氪）（锶）（钡）（钇）（碘）235012341391439590135383639535456010101nnn++++++天然铀中含有三种同位素23892U(99.28%)，23592U(0.714%)和23492U(0.006%)。能够自己继续串联裂变的重核还有23994Pu（钚），24194Pu也可能。7.常见农药NNCH3烟碱化学药剂用于防治害虫可迫溯到古希腊罗马时代。生于公元前9世纪的古希腊诗人Honer曾提到用燃烧的硫磺作为熏蒸剂。早在16世纪，我国已开始使用砷化物（如砒霜，学名三氧化二砷，分子式As2O3）作为杀虫剂。此后不久，从烟叶中提取的烟碱(尼古丁)也成功地用于象鼻虫的防治。农药的发展历史•1885年，波尔多液(硫酸铜与石灰的混合液)开始用于防治葡萄藤的茸毛霉菌。•配制方法：硫酸铜、生石灰和水的比例为1∶2~3∶200~500。将生石灰和硫酸铜分别放在两个非金属容器内，用少量热水化开并放凉，再将1/3的水放入石灰乳中，将另外2/3的水放入硫酸铜溶液内。然后将硫酸铜溶液倒入石灰乳溶液内，一边倒，一边搅拌，使液体呈天蓝色即可。波尔多液不稳定，应该随用随配，存放时间不得超过24小时。熬制石硫合剂：生石灰、硫磺粉和水的比例是1∶2∶10。先将水放在铁锅内加热、烧开，用少量的热水将硫磺粉拌成浆糊状后慢慢倒入烧开水的锅内，并不停地搅拌。当水再次沸腾后，将石灰粉分3～4次加到锅内，搅拌，小火加热25分钟，即成红棕色的石硫合剂溶液，过滤后备用。一般浓度可达1.21～1.26克/升。用波美度计测量为25～30波美度。1900年前后，石灰与硫磺的混合物(石硫合剂)也已开始在欧洲和美国用来作为杀菌剂防治果树的病害。波美度是量度液体相对密度的另一种标度（符号为°Bé，由18世纪法国科学家波美所创制的，因此这