專題20 化學與STS
班級 姓名 學號
【專題目標】
1．使學生了解化學在社會生活中的應用，如：環(huán)境、能源、醫(yī)藥、材料等
1． 進一步強化基本解題技能，提高學生綜合運用知識的能力。
【經典題型】
題型一：化學與環(huán)境
【例1】1995年諾貝爾化學獎授予致力于研究臭氧層被破壞問題的三位環(huán)境化學家。大氣中的臭氧層可濾除大量的紫外線，保護地球上的生物。氟利昂（如CCl2F2）可在光的作用下能夠分解，產生Cl原子，Cl原子對臭氧層產生長久的破壞作用（臭氧的分子式為O3）。有關反應為：O3 hv O2 +O；Cl+O3→ClO+O2；ClO+O→Cl+O2 總反應：2O3→3O2
根據以上敘述，回答下列問題：
（1）在上述臭氧被氧化的反應過程中，Cl是
A 反應物 B 生成物 C 中間產物 D 催化劑
（2）O3和O2是
A 同分異構體 B 同系物 C 氧的同素異形體 D 氧的同位素
【點撥】這是96年的高考題，它是一道與環(huán)境相結合的題目。 這道題目要求同學們在分析了臭氧層被破壞的反應機理后，回答問題。（1）臭氧被氧化的反應過程中，Cl原子只出現(xiàn)在反應過程中，而在反應的始末都沒有，所以Cl原子應是催化劑。答案應選D。（2）O3和O2是由同種元素組成的不同單質，所以應互稱為氧的同素異形體。答案應選C。
【規(guī)律總結】
環(huán)境問題是當今社會的熱點、焦點問題，這就要求我們的學生多關心我們的家園，多關心整個人類的生存和發(fā)展，并能夠去思考這些問題產生的原因與解決的方法。從而提高自身的綜合素質。當今的環(huán)境問題主要包括：溫室效應、酸雨、臭氧層被破壞、光化學煙霧、白色污染、赤潮、含磷洗衣粉的使用、重金屬及其鹽的污染、沙漠化等。
【鞏固】
1、上海環(huán)保部門為了使城市生活垃圾得到合理利用，近年來逐步實施了生活垃圾分類投放的辦法。其中塑料袋、廢紙、舊橡膠制品等屬于
A．無機物 B．有機物 C．鹽類 D．非金屬單質
題型二：化學與能源
【例2】熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視�？捎肔iCO3和NaCO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池。完成有關的電池反應式：
陽極反應式：2CO + 2CO32- → 4CO2 + 4e
陰極反應式：――――――――――――――――――――，總電極反應式：――――――――――――――――――。
【點撥】這是2000年的高考題，它以一種燃料電池的工作原理為背景來命題，主要考查化學能如何轉變成電能。這道題目中所提及的電池同學們并不熟悉，那么，要解決它就要求同學們必須具有扎實的電化學知識和將所學知識與現(xiàn)實問題綜合起來分析的能力。由于陰極是得電子的反應，所以在陰極的電子的是O2，O2+CO2+4e=CO32-。將陰、陽兩極的反應式疊加可得總反應式：2CO+O2=2CO2 。
【規(guī)律總結】
能源問題是當今社會的熱點、焦點問題同時也是高考命題的熱點，尤其是綜合考試。在中學化學中討論能量或能源問題的章節(jié)主要有：化學反應及其能量變化、電化學、煤和石油等。關于能源問題，同學們必須注意以下轉化關系：
核能
潮汐能
水能
生物能 太陽能 化學能
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風能 電能
熱能
【鞏固】
2、有效地利用現(xiàn)有能源和開發(fā)新能源已受到各國的普遍重視。
（1）可用改進汽油組成的辦法來改善汽油的燃燒性能。例如，加入CH3OC(CH3)3來生產“無鉛汽油”。CH3OC(CH3)3分子中必存在原子間連接形式有______（填寫編號，多選倒扣）。
①C=0 ②―C―OH ③―C―O―C―
(2)天然氣的燃燒產物無毒、熱值高、管道輸送方便，將成為我國西部開發(fā)的重點之一開然氣常和石油伴生，其主要的成分是_________。能說明它是正四面體而非正方形平面結構的理由是_________(填寫編號，多選倒扣)
① 其一元取代物不存在同分異構體
② 其二元取代物不存在同分異構體
③ 它是非極性分子
(3)1980年我國首次制成一輛燃氫汽車，乘員12人，以50公里/小時行駛了40公里。為了有效發(fā)展民用氫能源，首先必須制得廉價的氫氣，下列可供開發(fā)又較經濟的制氫方法是_______（填寫編號，多選倒扣）
①電解水 ②鋅和稀硫酸反應 ③光解海水
其次，制得純氫氣后還需要解決的問題是_________（寫出其中一個）
題型三：化學與材料
【例3】BGO是我國研制的一種閃爍晶體材料，曾用于諾貝爾獎獲得者丁肇中的著名實驗，它是鍺酸鉍的簡稱。若知：①在BGO中，鍺處于其最高價態(tài)；②在BGO中鉍的價態(tài)與鉍跟氯形成某種共價氯化物時所呈的價態(tài)相同，在此氯化物中鉍具有最外層8電子穩(wěn)定結構；③BGO可看成由鍺和鉍兩種元素的氧化物所形成的復雜氧化物，且在BGO晶體的化學式中，這兩種氧化物所含氧的總質量相同。請?zhí)羁眨?/p>
（1）鍺和鉍的元素符號分別是――――――――――――和――――――――――――。
（2）BGO晶體的化學式是――――――――――――――――――――――――――――。
（3）BGO晶體中所含鉍氧化物的化學式是――――――――――――――――――。
【點撥】這是98年的高考題，它以一種材料的結構為背景來命題。要解決它必須具有三個層次上的能力：1、閱讀能力，即首先要能通過閱讀題目來弄清出題人的意圖。2、分析能力，即能分析題目中每一個信息與我們所學知識之間的聯(lián)系。3、運用知識解決問題的能力。答案如下：（1）Ge Bi （2）要寫出BGO的化學式，就必須知道它的組成元素和這些元素各自的化合價。由題中③可得BGO組成元素為Ge、Bi、O，由題中①可得Ge的化合價為+4價，由題中②可得Bi的化合價為+3價，所以BGO由GeO2和Bi2O3組成。又因為在BGO晶體的化學式中，這兩種氧化物所含氧的總質量相同，所以BGO晶體的化學式是：
3GeO2?2Bi2O3 （3）Bi2O3
【規(guī)律總結】
材料是當今化學領域研究的重要內容之一，常見的材料有無機非金屬材料、金屬材料和有機高分子材料等。而新材料的開發(fā)利用，更是人類文明大廈的基石，它包括對超導材料、耐高溫材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶態(tài)材料、單晶材料、纖維材料、高性能結構材料等的開發(fā)利用。在高考命題時，材料方面的知識往往只是作為命題的背景材料，作為一種載體考查基本概念、基本理論。要解決好這一類問題，就必須在牢固掌握雙基知識的基礎上，提高閱讀能力、分析能力、知識運用能力。
【鞏固】
3、錄像用的高性能磁帶的磁粉，主要材料之一是由三種元素組成的化學式CoxFe3-xO3+x的化合物。已知氧為-2價，鈷（Co）和鐵可能呈現(xiàn)+2價或+3價，且上述化合物每種元素都只有一種化合價，則x的值為 ，鐵的化合價為 ，鈷的化合價為 。
題型四：化學與生活
【例4】隨著人們生活節(jié)奏的加快，方便的小包裝食品已被廣泛接受。為了延長食品的保質期，防止食品受潮及富脂食品氧化變質，在包裝袋中應放入的化學物質是
A．無水硫酸銅、蔗糖 B．硅膠、硫酸亞鐵
C．食鹽、硫酸亞鐵 D．生石灰、食鹽
【點撥】本題考查化學在日常生活中的應用，解題時應注意分析關鍵詞，如本題中的防止食品受潮及富脂食品氧化變質，從中可知加入的物質應為還原劑和干燥劑。故答案為B。
【規(guī)律總結】
化學與生活的聯(lián)系，隨著人們生活水平的提高日趨密切，生活中的化學知識到處可見。在高考化學試題中，對這方面知識也進行了一定程度的考查�，F(xiàn)將日常生活中的化學問題列舉如下：無鉛汽油、可降解飯盒、無磷洗衣粉、含氟牙膏的使用，舊電池的回收，食用含碘鹽，明礬凈水及各種消毒劑的使用，鋼鐵腐蝕，各種新型電池等。解決好這類問題關鍵在于知識的積累和化學原理的應用。
【鞏固】
4、下列過程中，不涉及化學變化的是
A.甘油加水作護膚劑
B.用明礬凈化水
C.烹魚時加入少量的料酒和食醋可減少腥味，增加香味
D.燒菜用過的鐵鍋，經放置常出現(xiàn)紅棕色斑跡
題型五：諾貝爾獎構造題
【例5】NO分子曾因污染空氣而臭名昭著。Murad等三位教授最早提出NO分子在人體內有獨特功能，近來此領域研究有很大進展而榮獲了1998年諾貝爾醫(yī)學及生理學獎。
（1）NO對環(huán)境的危害在于（填編號，有一個或多個答案） 。
（A）破壞臭氧層 （B）高溫下能使一些金屬被氧化
（C）造成酸雨 （D）與人體內的血紅蛋白結合
（2）在含Cu+的酶的活化中心中，亞硝酸根離子可轉化為NO，寫出Cu+和亞硝酸根離子在酸性水溶液中反應的離子方程式 。
（3）常溫下把NO氣體壓縮到100個大氣壓，在一個體積固定的容器里加熱到50度，發(fā)現(xiàn)氣體的壓強迅速下降，降至略小于原壓強的2/3就不在改變，已知產物之一為N2O，寫出上述變化的化學方程式 。
（4）解釋變化（3）中為什么最后的氣體總壓力略小于原壓力的2/3？（用化學方程式表示） 。
【點撥】這是一道以科學發(fā)現(xiàn)為背景的綜合題，涉及到環(huán)境、元素化合物的性質、氧化還原反應、阿佛加德羅定律、化學平衡等多個知識塊內的知識點。另外，本題暗含社會熱點、焦點問題，有利于學生積極關注人類的前途和命運。本題主要考查學生運用多個知識點和新信息解決實際問題的能力。要能解決好，同學們必須理順各知識塊之間的聯(lián)系。詳解如下：（1）NO中N的化合價為+2價，所以NO具有還愿性能被臭氧氧化；NO排放到空氣中能最終氧化成硝酸；同CO一樣NO也能與人體內的血紅蛋白結合使人體缺氧而死亡。故答案為（A）（C）（D）。
（２） 根據信息可得此反應中亞銅離子為還原劑、亞硝酸根離子為氧化劑、NO為還原產物、銅離子為氧化產物，再根據電子、電荷、原子守恒可得方程式：Cu+ ＋ NO2 ＋2H+ ==Cu2+�。危稀。�２Ｏ。
（３） 據阿佛加德羅定律的推論可得方程式：３ＮＯ＝ＮＯ２＋Ｎ２Ｏ
（4）主要由于部分ＮＯ２聚合生成Ｎ２Ｏ４使氣體的物質的量減小。２ＮＯ２＝Ｎ２Ｏ４
【規(guī)律總結】
以諾貝爾獎為背景的考題在近幾年的高考中出現(xiàn)幾率較高。這類題目往往綜合性較強，考查的知識點較多。起點高，落點低，解答時不要被這個“新”所迷惑，只要認真審題，把握關鍵，吃透信息，即可迎刃而解。
【鞏固】
5、美籍埃及人澤維爾用激光閃爍照相機拍攝到化學反應中化學鍵斷裂和形成的過程，因而獲得1999年諾貝爾化學獎。激光有很多用途，例如波長為10.3微米的紅外激光能切斷B(CH3)3分子中的一個B―C鍵，使之與HBr發(fā)生取代反應：
B(CH3)3+HBr
B(CH3)2Br+CH4
而利用9.6微米的紅外激光卻能切斷兩個B―C鍵，使之與HBr+CH4
而利用9.6微米的紅外激光卻能切斷兩個B―C鍵，并與HBr發(fā)生二元取代反應。
（1）試寫出二元取代的代學方程式：
（2）用5.6g B(CH3)3和9.72g HBr正好完全反應，則生成物中除了甲烷外，其他兩種產物的物質的量之比為多少？
【隨堂作業(yè)】
一、選擇題（每題有1~2個答案）
1．為維持人體內電解質平衡，人在大量出汗后應及時補充的離子是
A Mg2＋ B Ca2＋ C Na＋ D Fe3＋
2．下列物質不屬于“城市空氣質量日報”報道的是
A 二氧化硫 B 氮氧化物 C 二氧化碳 D 懸浮顆粒
3．蘋果汁是人們喜愛的飲料。由于此飲料中含有Fe2+，現(xiàn)榨的蘋果汁在空氣中會由淡綠色變化為棕黃色。若榨汁時加入維生素C，可有效防止這種現(xiàn)象發(fā)生。這說明維生素C具有
A．氧化性 B．還原性 C．堿性 D．酸性
4．在人體所需的十多種微量元素中，有一種稱為“生命元素”的R元素，對延長人類壽命起著重要的作用。已知R元素的原子有四個電子層，其最高價氧化物分子式為RO3，則R元素的名稱為
A 硫 B 砷 C 硒 D 硅
5．油脂是油與脂肪的總稱，它是多種高級脂肪酸的甘油酯。油脂既是重要食物，又是重要的化工原料。油脂的以下性質和用途與其含有的不飽和雙鍵（
）有關的是
A 適量攝入油脂，有助于人體吸收多種脂溶性維生素和胡蘿卜素
B 利用油脂在堿性條件下的水解，可以生產甘油和肥皂
C 植物油通過氫化可以制造植物奶油（人造奶油）
D 脂肪是有機體組織里儲存能量的重要物質
6．某氣體在近地面空氣中濃度稍大時是一種污染物，而在高空卻對人類有保護作用，該氣體是
A．NO B．O
7．營養(yǎng)學研究發(fā)現(xiàn)，大腦的生長發(fā)育與不飽和脂肪酸密切相關，深海魚油中提取的“DHA”就是一種不飽和程度很高的脂肪酸，被稱為“腦黃金”，它的分子中含有6個碳碳雙鍵，學名為二十六碳六烯酸，它的化學式應是
A．C25H50COOH B．C26H41COOH C．C25H29COOH D．C26H47COOH
榮獲2001年諾貝爾化學獎的科學家的科研成果，不僅具有巨大的理論意義，并且已經成功地運用于生產實際，取得了良好的經濟效益。例如，美國科學家的成果被應用于工業(yè)合成重要的治療帕金森癥（震顫麻痹癥）的藥物左旋多巴（C）。下面是它們的結構式以及美國科學家發(fā)明的合成路線。
8．在上述反應中，關于（1）、（2）兩步的反應類型，全部正確的是
A．化合反應，分解反應 B．加成反應，水解反應
C．還原反應，分解反應 D．氧化反應，水解反應
9．在上述化合物中，多巴、甘氨酸都是氨基酸，它們的共同點是具有兩性，即：既有酸性，也有堿性。因此，它們只是與下列物質中的（ ）不進行反應。
A．金屬鈉 B．氫氧化鈉 C．氯化鈉 D．鹽酸
10．某學生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，設計了如圖的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是
A．a為正極，b為負極；NaClO和NaCl
B．a為負極，b為正極；NaClO和NaCl
C．a為陽極，b為陰極；HClO和NaCl
D．a為陰極，b為陽極；HClO和NaCl
二、填空題
11．GaAs是僅次于硅的一種新型化合物半導體材料，其性能比硅更優(yōu)越。Ga位于周期表的第IIIA族，As位于周期表的第VA族。
（1）Ga和As的最外層電子數分別是 。
（2）GaAs中Ga和As的化合價分別是 。
（3）第IVA族的C和Si也可以形成類似的化合物半導體材料，該化合物半導體材料的化學式可表示為 。
12．羥磷灰石[Ca3(PO4)2 ?Ca(OH)2]是牙齒表面的一層堅硬物質，它可保護牙齒，它在唾液中存在如下平衡：
Ca3(PO4)2 ?Ca(OH)2 4Ca2+
+ 2PO43- + 2OH-
（1）進食后，細菌和酶作用于食物產生有機酸，這時牙齒會受到腐蝕，其原因是____________________________________________________________________________________________________。
（2）已知氟磷石灰石[Ca3(PO4)2 ?CaF2]的溶解度比上面的羥磷灰石更小，請用離子方程式表示，當牙膏中配有氟化物后，能防止齲齒的原因
。
（3）根據以上原理，請你提出一種其他促進牙齒礦化的方法
。
13．抽煙對人體有害。煙草不完全燃燒產生的一氧化碳被吸進肺里跟血液中的血紅蛋白（用Hb表示）化合，發(fā)生下述反應：CO+Hb•O2 ㄐO2+Hb•CO實驗表明，Hb•CO的濃度即使只有Hb•O2濃度的2%，也足以使人的智力受損。試回答：
（1）上述反應的平衡常數表達式為：K= 。
（2）抽煙后，吸入肺部的空氣中測得的CO和O2的濃度分別為10-6摩/升和10-2摩/升。已知37℃時，平衡常數K=220，這時Hb•CO的濃度 （填大于、等于或小于）Hb•O2濃度的0.02倍。
（3）進入肺部的眾多有害物質中，除CO外還有一種稱為尼古丁的
劇毒的物質，它的結構簡式為：
式中以線示鍵，線的交點處代表有碳原子，并用原子數補足四價，
但C、H原子都未標記出來。試寫出這它的分子式：
14．汽車尾氣（含有烴類、CO、SO2與NO等物質）是城市空氣的污染源。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉換器”（用鉑、鈀合金作催化劑）。它的特點是使CO與NO反應，生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒及SO2的轉化。
（1）寫出一氧化碳與一氧化氮反應的化學方程式
（2）“催化轉換器”的缺點是在一定程度上提高空氣的酸度，其原因是
（3）控制城市空氣污染源的方法可以有 （多選扣分）
a 開發(fā)氫能源 b 使用電動車 c 植樹造林 d 戴上呼吸面具
15．利用天然氣合成氨的工藝流程示意如下：
依據上述流程，完成下列填空：
（1）天然氣脫硫時的化學方程式是
（2）n mol CH4經一次轉化后產生CO 0.9n mol、產生H2 mol（用含n的代數式表示）
（3）K2CO3（aq）和 CO2反應在加壓下進行，加壓的理論依據是 （多選扣分）
（a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理 （c）酸堿中和原理
（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于
（寫出CO2的一種重要用途）。
（5）整個流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3（aq）循環(huán)，請在上述流程圖中標出第三處循環(huán)（循環(huán)方向、循環(huán)物質）。
三、計算題：
16．為測定一種復合氧化物開支的磁性粉末材料的組成，稱取
17．美國《科學美國人》雜志在1971年7月刊登的“地球的能量資源”一文中提供了如下數據：到達地球表面的太陽輻射能的幾條主要去路
直接反射
52，0000×109 千焦/秒
以熱能的方式離開地球
81，000×109 千焦/秒
水循環(huán)
40，000×109 千焦/秒
大氣流動
370×109 千焦/秒
光合作用
40×109 千焦/秒
請選用以上數據計算：
（1）地球對太陽能的利用率約為
（2）通過光合作用，每年有 千焦的能轉化為化學能（每年按365天計）。
（3）每年由綠色植物通過光合作用(6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2)為我們生存的環(huán)境除去二氧化碳的質量。試根據能量關系列出的計算式。列式中缺少的數據用符號表示。
A= （千克）所缺數據的化學含義為
18．聚氯乙烯[(CH2CHCl)n]是最早工業(yè)化生產的重要塑料品種之一，其具有價格低廉、難燃燒等優(yōu)點，因此產量僅次于聚乙烯居第二位，約是世界熱塑性塑料產品的23%。但是，其加工過程需要使用許多有毒添加劑。有毒的添加劑會滲出對人類造成危害；另外，其燃燒值低，聚乙烯[(CH2CH2)n]等烯烴聚合物廢物燃燒產生的能量與燃油相當，而聚氯乙烯產生的能量僅與紙張相當，且有劇毒的二惡英的深沉（二惡英是目前對人類最毒的物質）。
（1）計算聚氯乙烯中氯的質量分數（相對原子質量數據：氯―35.5；氫―1；碳―12；）。
（2）聚氯乙烯、聚乙烯的原料都是石油。其中。聚乙烯中的CH2=CH2都是來自石油；而聚氯乙烯中的CH2=CHCl，除來自石油外，還有HCl�，F(xiàn)有1噸石油，試計算可得到多少噸聚乙烯和聚氯乙烯（理論上假設石油的全部成分為碳和氫，并且在生產聚乙烯、聚氯乙烯的過程中沒有碳原子和氫原子的損失）。
（3）如果地球目前所蘊藏的石油全部生產聚乙烯僅可以用50年，則生產聚氯乙烯可以用多少年？
（4）試根據上述信息及計算結果，談談人類該如何對待聚氯乙烯的使用。
鞏固：1、B 2、.(1) ③ （2）甲烷 ②（3）③ 氫氣的輸送和貯存
3、 2 3 2 4、B
5、（1）B(CH3)3+2HBr
B(CH3)Br2+2CH4
（2）n[B(CH3)3]=
n(HBr)=
設生成B(CH3)2Br為a mol B(CH3)Br2為b mol
則：
a+b=
a+2b=0.12 b=0.02mol
∴n[B(CH3)Br]:n[B(CH3)Br2]=4:1
隨堂作業(yè):
1、C 2、C 3、B 4、C 5、C 6、B 7、C 8、B 9、C 10、C
11．（1）3.5 （2）+3，-3 （3）SiC
12、（1）H++OH-=H2O，使平衡向脫礦方向移動 （2）5Ca2++3PO
+F-=Ca5（PO4）
（3）加Ca2+ 或加PO，或其它合理的方法
13、（1）K=
（2）大于 （3）C10H14N2
14、（1）2CO+2NO
2CO2+N2 (2)SO2轉化為SO3，產生硫酸酸霧 (3)a b
15、（1）3H2S＋2Fe(OH)3→Fe2S3＋6H2O
（2）27n （3）b
（4）生產純堿（或作制冷劑等，其它合理答案也給分）
（5）
16、（1）鋇的質量為
（2）原子個數比為Ba：Fe：O=1：2：4，化學式為BaFe2O4（或BaO?Fe2O3）
17、（1）23.3%
（2）1.26×1018 千焦 （3）A=
千克 Q為每生成1摩爾葡萄糖所需要吸收的能量（或：每消耗6摩爾CO2所需吸收的能量）
18．解：（1）35.5/(12×2+1×3+35.5)×100%=56.8%
（2）1噸聚乙烯：1噸×(12×2+1×3+35.5)/(12×2+1×2)=2.4噸聚氯乙烯
（3）50年×2.4=120年
（4）計算表明，與其他通用塑料不同，聚氯乙烯含56.8%的氯，可以大量節(jié)約天然資源。可見聚氯乙烯雖然存在不足，但也有不少優(yōu)點，因此對聚氯乙烯的使用要一分為二，即：既要充分利用，發(fā)揮其優(yōu)點，節(jié)約資源；又要注意使用方法，如避免在一次性情況下使用聚氯乙烯因為焚燒回收的能源少，且污染環(huán)境，避免使用聚氯乙烯制品裝食物、藥品、日用品等。
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