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化学与社会发展高考复习课件欢迎参加化学与社会发展高考复习课程化学是研究物质组成、结构、性质及其变化规律的科学,它与我们的日常生活和社会发展密切相关本课件旨在帮助同学们系统掌握化学知识与社会发展的联系,提高解题能力,为高考做好充分准备通过这套课件,我们将探索化学如何与能源、材料、环境保护、农业、医药卫生、食品科技以及现代工业等领域相互作用,以及化学在未来发展中的重要角色希望这些内容能够激发你对化学的兴趣,帮助你在高考中取得优异成绩课程概述化学与社会发展的关系探讨化学对能源、材料、环境、农业、医药等领域的影响高考考点分析分析历年高考题目,梳理重点知识和解题方法学习目标掌握核心概念,提高应用能力,培养科学思维方式本课程将系统地梳理化学与社会发展的多方面联系,帮助同学们理解化学如何推动社会进步我们将结合高考真题,剖析常见题型和解题技巧,强化知识点掌握通过本课程的学习,同学们将能够从宏观角度理解化学的重要性,并在高考中运用所学知识解决实际问题第一部分化学与能源化石能源煤、石油、天然气的化学组成、利用与环境影响新型能源太阳能、风能、核能、氢能等新能源的化学原理与应用生物质能源生物乙醇、生物柴油等可再生能源的开发与利用能源利用效率节能技术、能源回收利用的化学方法与原理能源是人类社会发展的基础,化学在能源的开发、利用和转化中发挥着关键作用本部分将详细探讨不同类型能源的化学本质,分析传统化石能源与新型清洁能源的优缺点,帮助同学们理解化学如何为解决能源问题提供方案通过学习,同学们将掌握能源相关的化学反应原理,能够分析能源利用过程中的化学变化化石燃料煤的成分与利用石油的成分与利用天然气的成分与利用煤主要由碳元素组成,含有少量的硫、氮和石油是各种烃类化合物的复杂混合物,主要天然气主要成分是甲烷CH₄,还含有少量的矿物质燃烧过程中发生氧化反应,释放热由碳氢化合物组成通过分馏可获得不同沸乙烷、丙烷等烃类燃烧产物主要是二氧化能点的馏分碳和水主要用途发电、炼焦、化工原料主要用途燃料、化工原料、润滑剂主要用途燃料、化工原料、发电化石燃料是目前世界能源结构中的主体,它们储存了远古生物残骸中的化学能这些燃料的燃烧过程是碳氢化合物与氧气反应生成二氧化碳和水的过程,同时释放大量热能了解化石燃料的化学组成和反应,对于理解能源利用和环境问题至关重要化石燃料的环境影响燃烧过程温室效应化石燃料燃烧释放CO₂、SO₂、NOₓ等气体CO₂等气体吸收红外线导致地球温度升高雾霾产生酸雨形成颗粒物与气态污染物形成悬浮微粒SO₂、NOₓ与水反应生成硫酸和硝酸化石燃料的广泛使用对环境造成了严重影响二氧化碳作为主要温室气体,导致全球气候变暖;含硫煤燃烧产生的二氧化硫与水反应生成硫酸,形成酸雨,破坏建筑物和生态系统;氮氧化物、挥发性有机物和颗粒物在特定气象条件下形成雾霾,危害人体健康了解这些环境问题的化学本质,有助于我们开发清洁能源和污染控制技术,减少化石燃料使用对环境的负面影响高考中常考察对这些环境问题成因的理解和解决方案的分析新能源开发太阳能风能利用光电效应将光能直接转化为利用风力驱动风车叶片旋转,将电能,或通过光热转换产生热能机械能转化为电能风机材料需硅材料是主要的太阳能电池材料,要轻质高强,通常采用复合材料通过掺杂形成P-N结,实现电子制造,涉及高分子化学和材料科定向移动学知识核能通过核裂变或核聚变释放巨大能量铀-235的核裂变反应是目前主要的核能利用方式,重水作为减速剂控制反应速率,涉及核化学知识新能源的开发利用是解决能源危机和环境污染的重要途径这些能源形式在利用过程中污染少、可再生性强,但也面临着转化效率低、成本高等问题化学在新材料开发、能量转换和储存等方面提供了关键技术支持高考中常考查新能源的化学原理及其优缺点比较氢能源氢气的制备方法燃料电池原理•水电解法2H₂Ol→2H₂g+O₂g阳极H₂→2H⁺+2e⁻•甲烷重整CH₄+H₂O→CO+3H₂阴极O₂+4H⁺+4e⁻→2H₂O•煤气化C+H₂O→CO+H₂总反应2H₂+O₂→2H₂O•生物质制氢利用微生物分解有机物氢燃料电池将化学能直接转化为电能,效率高达60%以上,排放物仅为水,是清洁高效的能源转换装置氢能源被认为是未来最有前途的清洁能源之一氢气燃烧热值高(142kJ/g),是汽油的近三倍,且燃烧产物仅为水,不产生有害物质然而,氢气的制备、储存和运输仍面临技术挑战目前,发展绿色制氢技术(如利用可再生能源电解水)是实现氢能源可持续利用的关键生物质能源生物质资源农作物秸秆、林业废弃物、能源作物生物质转化发酵、热解、气化等化学和生物化学过程生物燃料产品生物乙醇、生物柴油、沼气等可再生能源生物质能源是利用生物质中储存的化学能,通过生物化学或热化学转化获得的可再生能源生物乙醇主要通过粮食作物(如玉米、甘蔗)或纤维素原料发酵制得,可作为汽油添加剂或替代品;生物柴油则是通过植物油或动物油脂与醇发生酯交换反应生成的脂肪酸甲酯,其化学结构与石化柴油相似,可直接用于柴油机生物质能源的优势在于可再生性和碳中和特性,但也存在与粮食竞争、转化效率低等问题高考中常考察生物燃料的化学组成、制备原理及其环境效益分析能源利用效率30%传统能源转化率传统火力发电厂能量转化效率约为30-40%60%联合循环效率燃气-蒸汽联合循环发电效率可达60%95%照明效率LEDLED灯将电能转化为光能的效率高达95%40%能源消耗减少通过化学催化剂优化工业过程可减少40%能耗提高能源利用效率是缓解能源短缺和减少环境污染的有效途径化学在这一领域的贡献主要体现在新型催化剂开发、热能回收材料研究、化学储能技术等方面例如,沸石分子筛催化剂大大降低了石油炼制的能耗;相变材料可有效存储和释放热能;新型电池技术提高了电能的存储效率高考中常考察能源利用效率的计算、节能技术的原理分析以及能源转化过程中的化学反应了解这些知识有助于培养节约能源、保护环境的意识,也是解答相关题目的基础第二部分化学与材料功能材料与纳米材料具有特殊性能的先进材料生物材料与智能材料响应环境变化的新型材料高分子材料与复合材料多样化的有机和混合材料金属材料工业基础材料材料科学是化学的重要应用领域,也是现代工业和技术发展的基础从传统的金属材料到现代的功能材料、智能材料,化学在材料的设计、合成和改性方面发挥着关键作用本部分将系统介绍各类材料的化学本质、制备方法和应用,帮助同学们理解化学如何通过材料创新推动科技进步金属材料钢铁材料铝及其合金钢是铁碳合金,含碳量一般不超过2%通过控制碳含量和加入合金元铝是地壳中含量最丰富的金属元素之一,通过电解氧化铝提取素可得到不同性能的钢种2Al₂O₃溶融→4All+3O₂g•碳钢主要含铁和碳铝合金通过添加Cu、Mg、Si、Zn等元素获得强度高、质量轻、耐腐•不锈钢含铬
10.5%,具有耐腐蚀性蚀的材料,广泛应用于航空、建筑和包装领域•合金钢添加Mn、Ni、Mo等元素改善性能金属材料是现代工业的基础,其制备和应用涉及多种化学原理钢铁的冶炼过程包括还原反应和氧化反应,焦炭在高炉中还原铁矿石,同时发生一系列复杂的化学反应铝的提取则是典型的电化学过程,需要大量电能了解这些金属材料的化学性质、制备方法和应用特点,对于理解工业生产和技术发展具有重要意义高分子材料塑料橡胶纤维聚乙烯PE、聚氯乙烯天然橡胶顺-1,4-聚异戊二天然纤维棉、毛、丝和合PVC、聚苯乙烯PS等通烯和合成橡胶如丁苯橡胶成纤维涤纶、尼龙、腈纶过加聚或缩聚反应生成的高通过硫化处理形成交联结构,合成纤维通过熔融纺丝或湿分子材料可根据热性能分提高弹性和耐久性主要用法纺丝制得,具有特定的物为热塑性和热固性塑料应于轮胎、密封件等理化学性能主要用于纺织用广泛,但面临环境污染问和工业材料题高分子材料是由许多相同或不同的单体通过共价键连接形成的大分子化合物这类材料因其多样的性能和广泛的应用,已成为现代材料科学的重要组成部分高分子材料的合成原理、结构特点和性能关系是高考中的常见考点了解高分子材料的化学本质,不仅有助于解答高考题目,也对理解日常生活中接触的各种材料有重要意义同时,可降解塑料、生物基高分子等新型环保材料的发展方向也值得关注功能材料半导体材料超导材料半导体是导电性介于导体与绝缘体之间的材料,其电导率随温度升高而超导体在特定温度临界温度以下电阻为零,同时具有完全抗磁性迈增大常见的半导体材料包括斯纳效应•元素半导体Si、Ge等超导材料分类•化合物半导体GaAs、InP等•低温超导体需液氦冷却,如Nb₃Sn通过掺杂可形成N型掺入五价元素或P型掺入三价元素半导体,是现•高温超导体如YBa₂Cu₃O₇₋ₓYBCO代电子器件的基础应用于强磁场、医学成像、电力传输等领域功能材料是一类具有特殊电、磁、光、声、热等性能的材料,其功能性源自材料的特定化学组成和微观结构半导体和超导体是两类具有代表性的功能材料,它们的发展极大地推动了电子技术和能源技术的进步研究功能材料的化学原理、结构特点和性能关系,有助于理解现代科技发展的基础,也是高考中材料科学相关题目的重要知识点纳米材料纳米技术原理纳米材料制备方法纳米材料是至少在一维上尺寸在1-自上而下法通过物理或机械方法将100nm范围内的材料在这一尺度下,宏观材料粉碎至纳米尺度;自下而上材料表现出量子尺寸效应、表面效应法通过化学合成使原子、分子组装和小尺寸效应,导致其物理化学性质成纳米结构,如化学气相沉积法、溶与常规材料显著不同胶-凝胶法等纳米材料应用催化剂纳米金、铂等金属催化剂活性高;医药纳米药物载体、靶向传递;能源纳米电极材料提高电池性能;环保纳米吸附剂高效去除污染物;电子碳纳米管、量子点等新型电子材料纳米技术被视为21世纪最具革命性的科技之一,纳米材料因其特殊的性质在多个领域展现出广阔的应用前景纳米材料的特殊性能源于其大的比表面积和量子尺寸效应,这些特性使得纳米金属催化剂活性大大提高,纳米药物能够实现靶向传递理解纳米材料的基本概念、制备方法和应用原理,不仅对于高考答题有帮助,也有助于了解当前科技发展的前沿领域生物材料生物相容性材料1能与人体组织和体液和谐共存,不引起有害反应的材料包括•金属类钛及其合金、不锈钢•高分子类聚乙烯、聚氨酯•陶瓷类氧化铝、羟基磷灰石主要用于人工关节、心脏瓣膜等医疗植入物生物降解材料2在体内或自然环境中能被分解的材料包括•聚乳酸PLA通过乳酸环化、开环聚合制备•聚羟基脂肪酸酯PHA微生物发酵产物•壳聚糖甲壳素脱乙酰化产物应用于可吸收缝合线、药物缓释载体、组织工程支架等生物材料是专门用于与生物系统接触并在医疗诊断、治疗或组织替代中发挥功能的材料生物材料的发展体现了化学、材料科学和生物医学的交叉融合,对于提高医疗水平、改善人类健康具有重要意义理解生物材料的化学组成、结构特点以及与生物体相互作用的原理,有助于理解现代医学技术的发展,这也是高考中生物材料相关题目的常考内容复合材料碳纤维复合材料玻璃钢碳纤维是含碳量在90%以上的高强度纤维,以聚丙烯腈PAN为原料,玻璃钢是以玻璃纤维为增强材料、合成树脂为基体的复合材料,也称纤经过预氧化、碳化和石墨化制得维增强塑料FRP碳纤维增强复合材料CFRP由碳纤维作为增强体,环氧树脂等作为基制备方法体组成,具有高强度、高模量、轻质、耐腐蚀等特点•手糊法适合大型简单构件主要应用于航空航天、体育器材和高端汽车制造•模压法适合批量生产•缠绕法适合管道、压力容器具有重量轻、强度高、耐腐蚀、绝缘性好等特点,广泛应用于建筑、交通、化工等领域复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成,通过复合获得单一材料所不具备的性能复合材料的设计原理是充分发挥各组分材料的优势,并通过界面相互作用产生协同效应化学在复合材料的发展中发挥着重要作用,包括基体材料的合成、界面改性和复合工艺的优化等了解复合材料的构成、制备方法和性能特点,对于理解现代材料科学的发展趋势和解答高考相关题目具有重要意义智能材料形状记忆合金压电材料在特定温度下能恢复预先设定形状的合金能将机械能与电能相互转换的功能材料材料典型代表是镍钛合金Nitinol,具常见的压电材料包括压电陶瓷如PZT和有形状记忆效应和超弹性变形机理与材压电晶体如石英压电效应源于晶体结料的马氏体相变有关,涉及晶体结构的可构在应力作用下电偶极矩的变化广泛应逆转变主要应用于医疗器械、航空航天用于传感器、执行器、超声换能器和能量和智能执行器等领域收集装置等感温变色材料随温度变化而改变颜色的材料,如液晶温度计和温敏涂料变色原理涉及分子结构或晶体结构随温度变化而改变,导致对光的吸收或反射特性发生变化应用于温度指示、防伪和智能显示等领域智能材料是一类能够对外界刺激如温度、压力、电场、磁场等做出可预测响应的功能材料这类材料具有感知和执行双重功能,可实现对环境变化的自适应调节,代表了材料科学的未来发展方向智能材料的工作原理往往涉及材料在微观结构或分子水平上的变化,理解这些原理需要综合运用化学、物理和材料科学的知识高考中可能涉及智能材料的基本概念、工作原理和应用案例的分析第三部分化学与环境保护大气环境水环境土壤环境绿色化学探讨大气污染物的化学性分析水污染的来源、危害研究土壤污染物的化学行探索环境友好的化学反应质、迁移转化过程及控制及处理工艺的化学原理为及修复技术和工艺,实现可持续发展技术环境保护是当今社会面临的重要挑战,而化学在环境污染控制和生态修复中发挥着关键作用一方面,化学工业是环境污染的重要来源;另一方面,化学技术又是解决环境问题的有力工具本部分将从大气、水和土壤三个环境要素出发,探讨环境污染的化学本质和防治原理,帮助同学们理解化学与环境保护的密切关系大气污染主要大气污染物大气污染防治措施•颗粒物PM
2.
5、PM10悬浮在空气中的固体和液体微粒源头控制使用清洁能源,优化燃烧工艺,减少污染物产生•硫氧化物SOₓ主要来源于含硫燃料的燃烧过程控制脱硫技术如石灰石-石膏法、脱硝技术如选择性催化还原•氮氧化物NOₓ高温燃烧过程中氮气被氧化生成SCR、VOCs吸附与催化氧化技术•挥发性有机物VOCs来源于溶剂使用、燃料挥发等监测预警建立大气污染监测网络,实时监控污染物浓度•臭氧O₃光化学烟雾的主要成分,二次污染物大气污染是指大气中存在的有害物质达到足以影响人体健康和环境质量的浓度水平了解大气污染物的化学性质和反应转化规律是制定有效防治措施的基础例如,二氧化硫与水反应生成亚硫酸,进一步氧化形成硫酸,导致酸雨;氮氧化物和挥发性有机物在阳光照射下发生光化学反应,生成臭氧和其他光化学氧化剂,形成光化学烟雾水污染水质指标污水处理技术•物理指标色度、浊度、温度•物理处理格栅、沉淀、过滤•化学指标pH值、溶解氧DO、生化•化学处理混凝、沉淀、氧化还原、中需氧量BOD、化学需氧量COD、总和、吸附氮、总磷•生物处理活性污泥法、生物膜法、厌•生物指标大肠杆菌群数、浮游生物氧消化•深度处理高级氧化、膜分离技术水处理化学原理混凝过程中,铝盐或铁盐水解形成胶体,吸附水中悬浮物,例如Al₂SO₄₃+6H₂O→2AlOH₃↓+3H₂SO₄生物处理中,微生物将有机物氧化分解为CO₂和H₂O,同时合成新的细胞物质水污染是指水体中有害物质的含量超过了环境容量,导致水质恶化、危害人体健康和生态平衡污水处理的目标是去除污水中的污染物,使出水达到排放标准或回用要求化学在水处理中的应用主要体现在混凝剂的选择、pH调节、消毒剂的使用以及高级氧化技术等方面了解水污染控制的化学原理,有助于理解水环境保护的科学基础土壤污染重金属污染来源矿业、冶金、电镀等工业活动排放的含铅、汞、镉、铬等重金属废物危害重金属不可降解,可在食物链中富集,对生物体产生毒性作用治理化学固定法添加磷酸盐、铁锰氧化物等、植物修复法、微生物修复法农药残留来源农业生产中使用的有机氯、有机磷等农药残留在土壤中危害部分农药持久性强,可影响土壤微生物活性,并可能随地下水迁移治理微生物降解利用特定微生物分解农药、化学氧化臭氧、过氧化氢等、热解吸技术有机污染物来源石油泄漏、化工厂排放物、生活垃圾渗滤液等危害影响土壤物理化学性质,抑制植物生长,污染地下水治理土壤气相抽提法、生物通风法、化学氧化法土壤污染是指有害物质在土壤中积累,导致土壤质量下降、生态功能受损的现象与大气和水体污染不同,土壤污染具有隐蔽性强、持久性长、治理难度大的特点化学在土壤污染治理中的应用主要包括污染物的固定化、萃取和降解等技术了解土壤污染的化学行为和修复原理,有助于理解土壤环境保护的重要性和复杂性固体废物处理垃圾分类物理回收按性质分为可回收物、厨余垃圾、有害垃圾和塑料回收根据密度、熔点等物理性质分选,再其他垃圾加工成再生塑料分类的化学基础材料组成、可降解性、毒性和金属回收利用磁性、电导率等特性分选,熔炼资源价值成再生金属热处理生物处理焚烧在850-1100℃下,有机物氧化分解为CO₂堆肥有机废物在微生物作用下分解为腐殖质和H₂O,同时产生热能厌氧消化产生沼气主要成分CH₄和有机肥料热解在缺氧条件下加热,生成可燃气体、液体燃料和固体炭固体废物处理是环境保护的重要内容,其目标是减少废物数量、回收有用资源、降低对环境的影响化学在固体废物处理中的应用体现在材料识别与分选、化学转化与资源化利用等方面例如,塑料的回收利用需要了解不同塑料的化学组成和性质;焚烧处理中需控制温度和氧气供应,减少二噁英等有害物质的产生;厌氧消化过程中的化学反应包括水解、酸化和甲烷化等阶段绿色化学原子经济性可再生原料利用追求反应中原料原子最大限度地转化为目使用来自可再生资源的原料替代石化原料,标产物,减少副产物和废物产生例如,如利用生物质生产燃料和化学品例如,加成反应的原子利用率为100%,而取代利用甘蔗或玉米生产生物乙醇,用植物油反应则会产生废物绿色合成路线设计强制备生物柴油,从纤维素原料提取化学中调选择原子经济性高的反应类型间体绿色溶剂使用水、超临界CO₂、离子液体等环境友好型溶剂替代有毒有害的有机溶剂水作为最理想的绿色溶剂,安全无毒且来源丰富;超临界CO₂具有良好的溶解性能且易于回收;离子液体具有低蒸气压和可设计性等特点绿色化学是以减少或消除化学品使用和生产过程中的危害为目标的化学理念和方法,它遵循从源头预防污染的基本原则绿色化学的十二项原则涵盖了预防废物、原子经济性、使用安全试剂、能源效率等多个方面,旨在实现化学过程的环境友好和可持续发展绿色化学的实践包括开发催化反应代替计量反应、使用可再生资源代替不可再生资源、设计可降解产品等了解绿色化学的原理和实践,对于培养环保意识和可持续发展理念具有重要意义生态修复植物修复微生物修复植物修复是利用植物去除、转化或固定环境中的污染物的技术,包括微生物修复利用微生物的代谢活动降解或转化污染物,主要包括•生物降解微生物分解有机污染物,如石油烃、多环芳烃等•植物吸收超积累植物吸收土壤中的重金属,如印度芥菜可富集镉•生物转化改变污染物的化学形态,如将六价铬还原为毒性较低的三价铬•植物挥发某些植物可将土壤中的污染物转化为气态形式释放,如•生物吸附利用微生物细胞表面的官能团吸附重金属离子将砷转化为挥发性砷化物技术途径原位生物修复(直接在污染地进行)和异位生物修复(挖出•植物稳定通过根系吸附或沉淀作用固定污染物,减少其生物可利后处理)用性生态修复是利用生物系统的自然功能修复受损环境的技术方法,它强调通过生态过程而非工程手段解决环境问题与传统物理化学修复方法相比,生态修复具有成本低、环境友好、适用于大面积污染场地等优势,但修复周期较长,效果受环境条件影响较大化学在生态修复中的作用体现在了解污染物的化学行为、优化修复条件和评估修复效果等方面理解生态修复的原理和应用,有助于培养生态文明意识和环境保护理念环境监测技术样品采集大气监测采用滤膜采样器采集颗粒物,吸收液采集气态污染物;水质监测采用采水器采集不同深度的水样,添加保存剂防止样品变质样品前处理大气样品溶剂萃取、酸碱处理;水样过滤、消解、富集、衍生化等处理,提高分析效率和准确度仪器分析大气监测常用仪器气相色谱法GC测VOCs,离子色谱法测SO₂和NOₓ,β射线法测PM
2.5;水质监测常用仪器原子吸收光谱法AAS测重金属,高效液相色谱法HPLC测有机污染物数据处理与评价应用统计方法分析监测数据,评估环境质量状况,判断是否达标,为环境管理决策提供科学依据环境监测是环境保护的基础,通过监测可以掌握环境质量状况、污染物来源和变化趋势,为环境管理和决策提供依据化学分析方法是环境监测的核心,包括经典分析方法和现代仪器分析方法随着科技的发展,环境监测技术向自动化、连续化、在线化和智能化方向发展,如自动监测站、遥感监测和生物监测等技术的应用,极大地提高了监测效率和准确度第四部分化学与农业农业是人类社会的基础产业,而化学在现代农业发展中发挥着不可替代的作用从化肥、农药的开发应用,到植物生长调节剂的研究,再到土壤改良和农产品保鲜技术,化学知识和技术贯穿于农业生产的各个环节本部分将系统介绍化学在农业领域的应用,帮助同学们理解化学如何促进农业生产力提高和农产品质量改善化肥氮肥磷肥主要类型主要类型•尿素[CONH₂₂]含氮46%,水溶性好•过磷酸钙[CaH₂PO₄₂·H₂O+CaSO₄]•铵态氮肥如硫酸铵[NH₄₂SO₄]•钙镁磷肥[Ca₃PO₄₂+CaMgCO₃₂]•硝态氮肥如硝酸铵[NH₄NO₃]制备磷矿石与硫酸反应作用促进植物茎叶生长,提高叶绿素含量作用促进植物根系发育,增强抗病能力钾肥主要类型•氯化钾KCl含钾约60%•硫酸钾K₂SO₄含钾约50%作用提高植物抗旱、抗寒能力,改善农产品品质化肥是提供植物生长所需营养元素的化学物质,是现代农业增产的重要物质基础氮、磷、钾是植物生长的三大必需元素,也是化肥的主要种类合理施用化肥可以显著提高作物产量和品质,但过量使用则会导致土壤酸化、地下水污染等环境问题因此,了解化肥的化学组成、作用机理和合理使用方法,对于实现农业可持续发展具有重要意义农药杀虫剂杀菌剂类型•有机氯类如DDT,稳定性高但环境持久性强类型•有机磷类如马拉硫磷,抑制胆碱酯酶活性•无机杀菌剂如波尔多液CuSO₄+CaOH₂•拟除虫菊酯类作用于神经系统,毒性低•有机杀菌剂如百菌清,干扰真菌能量代谢•生物源杀虫剂如青蒿素衍生物,环境友好•系统性杀菌剂如三唑类,能在植物体内运输除草剂类型•选择性除草剂如2,4-D,杀灭阔叶杂草•灭生性除草剂如草甘膦,抑制芳香族氨基酸合成•土壤处理剂阻止杂草种子萌发农药是用于防治农业有害生物的化学物质,包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂等现代农药的发展经历了从无机化合物到有机合成化合物,再到生物源农药的过程理想的农药应具有高效性(对目标生物毒性高)、选择性(对非目标生物影响小)和可降解性(不在环境中长期存在)了解农药的化学组成、作用机理和环境行为对于合理使用农药、减少环境风险和保障农产品安全具有重要意义高考中常涉及农药分子结构特点、作用原理及其环境影响的分析植物生长调节剂生长素赤霉素其他调节剂代表物质吲哚-3-乙酸IAA、萘乙酸NAA代表物质赤霉素A₃GA₃细胞分裂素如6-苄基腺嘌呤6-BA,促进细胞分裂,延缓衰老化学结构四环二萜类化合物化学结构含吲哚环或萘环及乙酸侧链脱落酸促进器官脱落和休眠,提高作物抗生理作用旱性生理作用•促进茎的伸长生长乙烯通常以乙烯利2-氯乙基磷酸形式应用,•促进细胞伸长和分裂•打破种子休眠促进果实成熟•诱导不定根形成•诱导单性结实•控制顶端优势•延缓果实衰老•防止果实脱落应用增加果实大小、提高作物产量、改善应用扦插生根、疏花疏果、防止落果葡萄品质植物生长调节剂是一类能调节植物生长发育过程的化学物质,通常在极低浓度下即可发挥作用它们可以是天然的植物激素或人工合成的类似物与肥料不同,植物生长调节剂不直接提供营养,而是通过影响植物内源激素平衡来调控生长发育过程合理使用植物生长调节剂可以调节作物生长节律、提高产量和品质、改善农产品外观等土壤改良酸碱度调节有机质添加酸性土壤改良剂石灰[CaO]、石灰石[CaCO₃]腐殖酸、堆肥、绿肥等有机物质2物理结构改善盐碱地改良粘土、砂质土添加相应介质改善质地石膏[CaSO₄·2H₂O]置换Na⁺,降低碱性土壤改良是通过物理、化学或生物方法改善土壤理化性质,提高土壤肥力的过程酸碱度是影响作物生长的重要因素,大多数作物适宜在pH值
5.5-
7.5的土壤中生长酸性土壤改良的化学原理是利用石灰等碱性物质中的钙离子置换土壤胶体上的氢离子和铝离子,提高土壤pH值;盐碱土改良则利用石膏等含钙物质置换土壤胶体上的钠离子,降低土壤碱性有机质是土壤肥力的重要组成部分,它能改善土壤结构、增强保水保肥能力、促进微生物活动添加有机质改良剂不仅能提供养分,还能通过腐殖酸等有机物质的缓冲作用稳定土壤pH值,减少养分流失农产品保鲜技术低温保鲜气调保鲜通过降低温度减缓农产品的呼吸作用和酶在密闭空间内调节O₂、CO₂和水蒸气等促反应速率,延缓衰老不同农产品有适气体组成,抑制呼吸强度和乙烯生成常宜的保存温度,如苹果0-4℃,香蕉13-用气调条件为2-5%O₂、3-10%CO₂气14℃冷藏保鲜能显著延长果蔬保质期,调保鲜能减缓果实成熟和衰老,但需精确但需注意防止冷害控制气体成分,防止厌氧呼吸产生异味辐照保鲜利用电离辐射如γ射线破坏微生物DNA,杀灭害虫和病原体低剂量
0.1-1kGy可抑制发芽,中等剂量1-10kGy可杀菌灭虫辐照处理不会导致农产品变为放射性物质,但可能影响某些营养成分农产品保鲜技术是利用物理、化学或生物学方法,延缓农产品采后衰老,保持品质的技术体系除上述方法外,化学保鲜剂如乙烯吸收剂、抗氧化剂和生物保鲜技术如益生菌、蜡质涂层也被广泛应用这些技术的化学原理是通过控制呼吸作用、酶促褐变、微生物繁殖等过程,减缓农产品的质量劣变了解农产品保鲜的化学原理,不仅有助于理解食品科学的基础知识,也对日常生活中正确储存食物有实际指导意义高考中可能涉及保鲜原理分析和保鲜方法比较等内容农业废弃物利用秸秆资源化利用秸秆直接还田增加土壤有机质,改善土壤结构秸秆制肥堆肥发酵,微生物分解纤维素等大分子物质秸秆饲料氨化处理提高消化率,NH₃与纤维素结构中的酯键反应秸秆能源热解气化产生可燃气体,发酵制取生物乙醇沼气技术原理厌氧条件下,微生物分解有机物产生CH₄和CO₂过程水解阶段→酸化阶段→产甲烷阶段技术关键温度控制35℃左右、pH值调节
6.8-
7.
2、C/N比例产物利用沼气用于炊事取暖,沼液和沼渣作为优质有机肥农业塑料废弃物处理机械回收破碎、清洗、熔融、造粒,再制成新产品化学回收热解、液化,转化为燃油或化工原料生物降解塑料开发淀粉基、聚乳酸PLA等可降解地膜农业废弃物利用是实现农业循环经济和可持续发展的重要途径化学在农业废弃物处理和资源化利用中发挥着重要作用,包括理解有机物分解转化的化学机制、开发高效处理技术、设计新型可降解材料等通过合理利用农业废弃物,不仅可以减少环境污染,还能创造经济价值,实现变废为宝第五部分化学与医药卫生现代医药医学诊断疾病预防化学药物合成、中诊断试剂、医学影疫苗技术、消毒与药现代化、生物技像材料、生物传感杀菌、防护材料术药物器前沿技术基因治疗、纳米医学、精准医疗医药卫生是化学应用最为广泛和重要的领域之一从传统的药物合成到现代的生物制药,从简单的消毒剂到复杂的诊断材料,化学为人类健康提供了强有力的科技支撑本部分将介绍化学在药物研发、疾病诊断、医学治疗等方面的应用,帮助同学们了解化学如何为改善人类健康和延长寿命做出贡献药物合成解热镇痛药抗生素代表药物阿司匹林、对乙酰氨基酚扑热息痛、布洛芬代表药物青霉素、头孢菌素、四环素阿司匹林合成水杨酸与乙酸酐反应生成乙酰水杨酸青霉素结构特点含β-内酰胺环结构,是其抗菌活性的关键作用机理通过抑制前列腺素合成酶环氧合酶活性,减少前列腺素的作用机理抑制细菌细胞壁合成,干扰细菌正常生理功能,导致细菌死生成,从而发挥解热、镇痛、抗炎作用亡青霉素半合成以发酵法获得的青霉素G为原料,通过化学修饰提高稳定性和抗菌谱药物合成是利用化学反应制备药物分子的过程,是现代制药工业的核心技术药物分子的设计和合成需要考虑药效团结构、药代动力学特性和安全性等多方面因素药物合成的发展经历了从经验发现到理性设计的过程,如今计算机辅助药物设计和组合化学等技术大大加速了新药研发进程了解常见药物的分子结构、合成路线和作用机理,不仅是医药化学的基础知识,也是理解药物合理使用的重要前提高考中可能涉及药物结构分析、合成反应类型识别等内容中药现代化中药提取中药有效成分•溶剂提取法利用有效成分在不同溶剂中溶•生物碱如麻黄碱、青蒿素、吗啡解度不同进行提取,如水提取、醇提取•黄酮类如芦丁、槲皮素•超临界流体提取利用超临界CO₂的良好溶•萜类如人参皂苷、甘草酸解性和选择性•多糖类如灵芝多糖、黄芪多糖•超声波辅助提取提高提取效率,减少溶剂用量中药质量控制•指纹图谱技术建立中药化学成分特征图谱•色谱分析HPLC、GC等测定有效成分含量•光谱分析紫外、红外、质谱等鉴定结构•重金属和农药残留检测确保安全性中药现代化是运用现代科学技术和方法研究中药,使中药走向标准化、规范化和国际化的过程化学在中药现代化中的作用主要体现在有效成分的分离鉴定、含量测定和质量标准建立等方面例如,青蒿素的分离提取和结构鉴定是中药现代化研究的典范,为疟疾治疗提供了新武器,屠呦呦因此获得诺贝尔生理学或医学奖中药现代化面临的挑战包括成分复杂多样、作用机制不明确、质量标准难以统一等通过化学分析技术揭示中药的物质基础和作用机理,是推动中医药走向世界的重要途径生物制药疫苗疫苗是含有抗原物质的生物制品,能刺激机体产生特异性免疫应答按制备方法分为灭活疫苗、减毒活疫苗、亚单位疫苗、重组疫苗和核酸疫苗等类型近年来mRNA疫苗技术突破,利用脂质纳米颗粒包裹mRNA分子,进入细胞后直接表达抗原蛋白,引发免疫反应基因工程药物通过重组DNA技术在微生物或哺乳动物细胞中表达人源蛋白质药物代表产品包括重组胰岛素、干扰素、生2长激素和单克隆抗体等生产过程涉及基因克隆、表达载体构建、转染、细胞培养、蛋白质纯化等步骤优势在于可大量制备结构精确的人源蛋白,避免免疫排斥反应细胞治疗产品利用体外操作的活细胞治疗疾病的生物制品CAR-T细胞治疗是代表性技术,通3过基因修饰使T细胞表面表达嵌合抗原受体CAR,特异性识别并杀伤肿瘤细胞细胞治疗产品的制备过程涉及细胞分离、基因修饰、体外扩增和质量控制等环节生物制药是利用生物技术生产药物的领域,与传统化学合成药物相比,生物药具有特异性高、副作用小的优势化学在生物制药中的应用体现在基因操作试剂开发、蛋白质结构修饰、生物大分子分析检测等方面随着基因编辑、合成生物学等技术的发展,生物制药正进入个性化、精准化的新时代靶向药物抗癌靶向药物纳米药物载体靶向药物是针对特定疾病相关分子靶点设计的药物,具有选择性高、副纳米药物载体是将药物包裹或连接在纳米材料上,实现定向输送和控制作用小的特点抗癌靶向药物主要包括释放的递药系统主要类型包括•酪氨酸激酶抑制剂如伊马替尼格列卫,特异性抑制BCR-ABL•脂质体由磷脂双分子层组成的球形囊泡融合蛋白•聚合物纳米粒如聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA纳米粒•单克隆抗体如曲妥珠单抗赫赛汀,靶向HER2受体•树枝状大分子具有规则分支结构的合成高分子•小分子抑制剂如索拉非尼,多靶点抑制肿瘤血管生成•无机纳米材料如金纳米粒、磁性纳米粒这些药物通过干扰癌细胞特异性信号通路,抑制肿瘤生长和扩散靶向机制包括主动靶向修饰靶向配体和被动靶向利用EPR效应靶向药物的发展代表了现代医药从广谱到精准的转变化学在靶向药物研发中的作用体现在药物分子设计、药物-靶点相互作用分析、药物缀合物和载体合成等方面例如,抗体-药物缀合物ADC将细胞毒性小分子通过连接臂与抗体连接,实现对特定细胞的精准打击随着对疾病分子机制认识的深入和药物化学技术的进步,靶向药物将在精准医疗中发挥越来越重要的作用了解靶向药物的基本概念和作用原理,有助于理解现代医药发展的前沿方向诊断试剂生化检测免疫检测2基于化学或酶促反应的检测方法,常用于测定基于抗原-抗体特异性反应的检测方法主要血液中的生化指标如葡萄糖氧化酶法测血糖技术包括酶联免疫吸附测定ELISA、胶体金葡萄糖在葡萄糖氧化酶催化下氧化生成葡萄糖免疫层析、化学发光免疫分析等例如,新冠酸和过氧化氢,后者可通过显色反应或电化学病毒抗原检测试剂卡采用胶体金免疫层析技术,方法检测其他生化检测包括胆固醇、肝功能、特异性抗体固定在硝酸纤维素膜上,当样本中肾功能等指标,通常采用自动化分析仪器进行存在病毒抗原时,与标记抗体结合并在检测线检测处显色分子诊断3基于核酸检测的诊断方法,具有特异性高、灵敏度强的特点聚合酶链式反应PCR是常用技术,通过引物特异性结合目标序列,在DNA聚合酶作用下扩增特定DNA片段核酸检测广泛应用于病原体检测、基因突变分析和肿瘤标志物检测等荧光定量PCR通过荧光信号实时监测扩增过程,实现定量分析诊断试剂是用于疾病诊断的化学或生物制剂,在疾病预防、诊断和治疗监测中发挥重要作用化学在诊断试剂开发中的贡献体现在显色底物设计、标记物合成、稳定剂配方优化等方面随着检测技术的进步,诊断方法向快速、便携、高灵敏度和多指标同时检测方向发展了解常见诊断试剂的原理和应用,不仅有助于理解现代医学诊断技术,也对认识化学在医学领域的实际应用具有重要意义高考中可能涉及诊断原理分析、检测数据解读等内容医学影像材料射线造影剂磁共振成像造影剂X•原理高原子序数元素对X射线的吸收能力强,•原理顺磁性离子影响周围水质子弛豫时间,增形成影像对比强对比•碘造影剂如碘海醇、碘帕醇等,含碘有机化合•类型主要为钆螯合物,如钆DTPA马钠特、物钆DOTA等•钡造影剂硫酸钡悬浊液,用于消化道检查•特点通过配体螯合降低钆离子毒性,提高稳定性•特点碘造影剂水溶性好,可静脉注射;钡剂不溶于水,仅用于外腔检查•新进展开发特异性靶向MRI造影剂,如肝脏特异性造影剂核医学显像剂•原理放射性核素发射的射线被探测器接收形成图像•常用核素锝-99m、碘-
131、氟-18等•PET显像氟-18标记脱氧葡萄糖18F-FDG用于肿瘤检测•特点可提供组织功能和代谢信息,而非仅解剖结构医学影像材料是现代医学诊断技术的重要组成部分,通过提高组织器官间的对比度,帮助医生发现病变化学在医学影像材料研发中的贡献体现在造影剂分子设计、配体合成、药代动力学优化等方面理想的造影剂应具备良好的显影效果、低毒性、适宜的代谢路径和良好的稳定性医学影像技术的发展趋势是向多模态融合、分子影像和个性化诊断方向发展了解医学影像材料的化学原理,有助于理解现代医学诊断技术的科学基础消毒与杀菌化学消毒剂氯类消毒剂如次氯酸钠NaClO、二氧化氯ClO₂作用机理释放活性氯,氧化微生物蛋白质和核酸应用饮用水消毒、环境表面消毒、医疗器械消毒醇类消毒剂乙醇70-75%、异丙醇70%作用机理破坏微生物细胞膜,使蛋白质变性应用皮肤消毒、小面积物体表面消毒物理消毒方法紫外线消毒波长254nm紫外线破坏微生物DNA高温高压灭菌121℃、15-20分钟,破坏微生物所有结构射线灭菌γ射线或电子束,适用于热敏感材料新型消毒技术季铵盐类如苯扎氯铵,作用于细胞膜过氧化物如过氧乙酸,强氧化剂光催化消毒TiO₂在紫外光照下产生活性氧消毒与杀菌是预防和控制感染的重要措施,其目的是杀灭或去除环境中的病原微生物不同消毒剂具有不同的化学性质和作用机理,应根据消毒对象和环境选择适当的消毒方法例如,含氯消毒剂对细菌、病毒均有效,但对金属有腐蚀性;醇类消毒剂作用快速但持久性差;戊二醛对细菌芽孢有效但毒性较大了解常用消毒剂的化学组成、作用机理和适用范围,不仅有助于理解消毒杀菌的科学原理,也对日常生活中正确使用消毒产品有实际指导意义第六部分化学与食品科技食品科技是化学应用的重要领域,涉及食品生产、加工、保存和安全等多个方面化学原理和技术在食品添加剂开发、食品加工工艺改进、食品安全检测以及功能性食品研发中发挥着关键作用本部分将系统介绍化学与食品科技的密切关系,帮助同学们了解化学如何保障食品安全和改善食品品质,促进人类健康食品添加剂防腐剂抗氧化剂防腐剂是抑制微生物生长、延长食品保质期的添加剂常用防腐剂包括抗氧化剂是防止食品中脂肪和油脂氧化变质的添加剂常用抗氧化剂包括•苯甲酸及其盐抑制微生物细胞内酶活性,适用于pH
4.5的食品•合成抗氧化剂如BHA丁基羟基茴香醚、BHT二丁基羟基甲苯、TBHQ特丁基对苯二酚•山梨酸及其盐干扰微生物能量代谢,抑制酶活性,适用于pH
6.5的食品•天然抗氧化剂如维生素E生育酚、维生素C抗坏血酸、茶多酚•丙酸及其盐主要抑制霉菌生长,常用于面包等烘焙食品作用机理抗氧化剂分子具有供氢能力,能与自由基反应生成稳定产物,中断链式氧化反应;或与过氧化物分解产物结合,防止二次氧化作用机理防腐剂分子以未解离形式穿透微生物细胞膜,在细胞内释放H⁺,干扰正常代谢食品添加剂是为改善食品品质和保障食品安全而加入食品中的人工合成或天然物质除防腐剂和抗氧化剂外,还包括着色剂、甜味剂、增味剂、乳化剂等多种类型食品添加剂的使用必须遵循安全性、必要性和最小添加量原则,并符合国家标准规定了解常用食品添加剂的化学结构、功能特性和作用机理,有助于正确认识食品添加剂的作用和合理使用食品添加剂高考中可能涉及食品添加剂分类、作用原理和安全使用等内容食品加工技术新型加工技术超高压、脉冲电场、冷等离子体热处理技术2巴氏杀菌、UHT灭菌、微波加热发酵技术乳酸发酵、酒精发酵、醋酸发酵基础加工技术粉碎、混合、分离、干燥食品加工技术是利用物理、化学或生物方法改变食品原料性状,制成各种食品的技术发酵技术是最古老的食品加工方法之一,涉及复杂的生物化学转化过程例如,乳酸发酵中,乳酸菌将乳糖分解为乳酸,导致pH降低,抑制杂菌生长;酒精发酵中,酵母将葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳,生产啤酒、葡萄酒和白酒等现代食品加工技术注重保留食品营养和风味的同时,延长保质期和提高食品安全性超高压处理300-600MPa能使微生物蛋白质变性而灭活微生物,同时保留食品的营养和感官特性;脉冲电场通过电击穿微生物细胞膜实现杀菌,对热敏感成分影响小了解这些技术的原理和应用,有助于理解现代食品工业的科技基础食品安全检测重金属检测农药残留检测重金属污染是食品安全的重要风险因素常见农药残留检测主要采用色谱技术,包括气相色检测方法包括原子吸收光谱法AAS、电感耦谱法GC、高效液相色谱法HPLC,常与质合等离子体质谱法ICP-MS等这些方法基谱联用提高灵敏度和选择性样品前处理包括于不同元素在特定波长下的吸收或发射特性,提取、净化和浓缩步骤,常用方法有可同时检测多种重金属元素,如铅、汞、镉、QuEChERS快速、简便、经济、有效、稳定、砷等样品前处理通常需要酸消解,将有机物安全技术近年来,生物传感器和免疫分析分解,使重金属以离子形式存在便于检测技术在农药快速检测中得到应用,如基于乙酰胆碱酯酶抑制原理的生物传感器微生物检测微生物污染是食品安全的主要风险之一传统检测方法基于培养计数原理,如平板计数法、最大或然数MPN法等现代分子生物学技术如聚合酶链反应PCR可快速检测特定病原菌检测指标包括菌落总数、大肠菌群、致病菌如沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌等现场快速检测技术如ATP生物发光法可实时监控清洁度食品安全检测是保障食品安全的重要手段,涉及理化指标、污染物、添加剂和微生物等多方面内容化学分析方法在食品安全检测中发挥着核心作用,从样品前处理到定性定量分析,都需要应用化学原理和技术随着科技进步,食品安全检测技术向快速、灵敏、多残留同时检测方向发展,如多组分联用技术和生物传感技术等的应用功能性食品益生菌膳食纤维益生菌是对宿主有益的活性微生物,主要包括膳食纤维是人体消化酶不能降解的植物多糖和木质素,分为•乳酸菌如嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等•不溶性纤维如纤维素、半纤维素、木质素•酵母菌如酿酒酵母等•可溶性纤维如果胶、β-葡聚糖、阿拉伯胶功能机制生理功能•调节肠道菌群平衡•促进肠道蠕动,预防便秘•产生短链脂肪酸等有益代谢物•延缓葡萄糖吸收,调节血糖•增强肠道屏障功能•降低胆固醇,预防心血管疾病•调节免疫系统•增加饱腹感,帮助控制体重应用形式发酵乳制品、益生菌胶囊、益生菌饮料等来源谷物麸皮、蔬菜、水果、豆类等功能性食品是指具有特定生理调节功能,用于特定人群,能调节机体功能,不以治疗疾病为目的的食品除益生菌和膳食纤维外,常见的功能性成分还包括多不饱和脂肪酸、植物甾醇、多酚类、寡糖、矿物质和维生素等化学在功能性食品研发中的贡献体现在活性成分分离提取、结构鉴定、功能评价和稳定性研究等方面了解功能性食品的科学内涵和作用机理,有助于理性认识和选择功能性食品,避免盲目追捧或过度宣传高考中可能涉及功能性成分的化学本质和作用机制等内容食品包装材料可食用包装智能包装活性包装可食用包装是由可食用高分子材料制成的薄膜或涂层,主要原智能包装能监测食品质量变化并传递信息,主要类型包括活性包装能与食品或包装内环境发生相互作用,延长保质期料包括•时间-温度指示剂基于可逆化学反应或酶反应,监测温•氧气吸收剂铁粉、抗坏血酸等,防止氧化变质•多糖类淀粉、纤维素衍生物、海藻酸盐、果胶度变化历史•乙烯吸收剂高锰酸钾、活性炭等,延缓果蔬成熟•蛋白质类明胶、玉米蛋白、大豆蛋白、酪蛋白•气体指示剂对氧气、二氧化碳等气体敏感,变色指示•抗菌包装含银离子、壳聚糖等抗菌物质包装内气体组成•脂质类蜡、油脂、脂肪酸•新鲜度指示剂对食品腐败产生的挥发性胺类、有机酸功能特点可直接食用,降解性好,可携带抗氧化剂、防腐剂等敏感等功能性添加剂•防伪标签含特殊化学试剂,用于识别真伪工作原理通常基于pH敏感染料、氧化还原指示剂或特殊高分子材料食品包装材料是保护食品、延长保质期的重要手段传统包装材料如玻璃、金属、纸和塑料各有优缺点,而新型包装材料如可食用包装、智能包装和活性包装代表了食品包装技术的发展方向化学在食品包装材料研发中的贡献体现在新型高分子材料合成、功能添加剂开发、包装-食品相互作用研究等方面随着社会对食品安全和环境保护要求的提高,生物降解包装材料和智能包装技术将获得更广泛的应用了解食品包装材料的化学组成和功能特性,有助于理解食品保鲜的科学原理第七部分化学与现代工业基础工业高科技产业精细化工石油化工、冶金工电子化学品、表面染料、香料等高附业等支柱产业处理技术等尖端领加值产品域绿色工业催化技术、清洁生产工艺现代工业是人类社会发展的物质基础,而化学则是现代工业的核心科学之一从大宗基础原料的生产到高精尖材料的制备,化学原理和技术贯穿于工业生产的各个环节本部分将介绍化学在石油化工、冶金工业、电子化学品、表面处理技术等领域的应用,帮助同学们了解化学如何推动现代工业的发展和技术创新石油化工石油炼制石油化工产品石油炼制是将原油加工成各种燃料油和化工原料的过程,主要包括石油化工产品是以石油和天然气为原料生产的化学品•基本有机原料乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯•常压蒸馏根据沸点差异分离出汽油、煤油、柴油等馏分•塑料聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC•减压蒸馏处理常压蒸馏的残渣,得到润滑油馏分•合成橡胶顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶•催化裂化大分子烃类在催化剂作用下断裂为小分子•合成纤维涤纶、锦纶、腈纶•催化重整直链烃转化为环烃和芳烃,提高辛烷值•中间体环氧乙烷、乙二醇、苯酚、丙酮•加氢处理去除硫、氮等杂质,提高产品质量石油化工是以石油和天然气为原料,生产燃料和各种化学品的工业,是国民经济的支柱产业石油化工的发展经历了从燃料为主到化学品并重的转变,现代石油化工技术注重提高原料利用率、产品选择性和能源效率化学在石油化工中的应用体现在复杂的分离技术、高效催化剂开发和各种化学转化过程等方面了解石油化工的基本流程和主要产品,有助于理解化石资源的高效利用和现代化工产业链的构成高考中常涉及石油炼制原理、化工产品合成路线和应用特点等内容冶金工业钢铁冶炼有色金属冶炼高炉炼铁、转炉炼钢、电炉炼钢工艺铜、铝、铅、锌等金属的提取工艺特种冶金环保冶金稀有金属、高纯金属、特种合金制备3减排技术、资源综合利用、循环经济冶金工业是从矿石或其他原料中提取金属并制成金属材料的工业钢铁冶炼是冶金工业的核心,其基本原理是将铁矿石中的铁氧化物还原为单质铁高炉炼铁的主要化学反应包括Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂,碳在高温下与氧气反应生成CO,作为还原剂转炉炼钢则是将生铁中多余的碳、硅、磷等杂质氧化去除,得到成分合适的钢有色金属冶炼方法多样,包括火法冶炼、湿法冶炼和电解冶金等例如,铜的火法冶炼经历富集、熔炼、吹炼、精炼等步骤;铝则主要通过霍尔法电解氧化铝制取冶金工业面临的主要挑战是能源消耗高和环境污染,现代冶金技术注重清洁生产和资源综合利用电子化学品光刻胶超纯试剂其他电子化学品光刻胶是微电子制造中用于图形转移的关键材料,超纯试剂是杂质含量极低的化学品,在电子工业电子工业还需要多种特种化学品主要成分包括中用于清洗、蚀刻和掺杂等工艺•蚀刻液如氢氟酸、硝酸混合液•感光树脂如酚醛树脂、环氧树脂•超纯酸如硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸•CMP抛光液含微粒和化学试剂•光敏剂如重氮萘醌类化合物•超纯碱如氢氧化钠、氢氧化钾•封装材料环氧树脂、硅胶等•溶剂如丙二醇甲醚醋酸酯PGMEA•超纯溶剂如丙酮、异丙醇•掺杂源如三氯化硼、砷烷、磷烷•添加剂抗反射剂、稳定剂等•高纯气体如氮气、氢气、氦气工作原理正性光刻胶在紫外光照射区域溶解度纯度要求电子级硫酸中金属杂质控制在增加;负性光刻胶则相反光刻胶分辨率决定了ppb10⁻⁹级别,半导体级则要求ppt10⁻¹²芯片制程水平级别电子化学品是电子工业的基础材料,其纯度、均一性和稳定性直接影响电子产品的性能和可靠性随着集成电路制程不断缩小,对电子化学品的纯度和性能要求越来越高现代电子化学品的研发和生产涉及复杂的合成路线、精密的纯化技术和严格的质量控制,是化学与电子工业结合的典范了解电子化学品的种类、性能和应用,有助于理解现代电子工业的材料基础和工艺流程这一领域的发展对推动信息技术进步具有重要意义表面处理技术电镀电镀是利用电解原理,在金属表面沉积一层其他金属或合金的工艺基本原理在电解槽中,被镀物体作为阴极,待镀金属作为阳极,通电后,阳极金属溶解成离子,在阴极表面还原为金属膜常见电镀镀铬装饰性、耐磨、镀锌防腐、镀镍防腐、装饰、镀金导电、抗氧化影响因素电流密度、电解液成分、温度、pH值、添加剂等阳极氧化阳极氧化是将金属主要是铝作为阳极,在电解质溶液中通电,在金属表面形成氧化物膜的工艺反应过程阳极2Al+3H₂O→Al₂O₃+6H⁺+6e⁻;阴极6H⁺+6e⁻→3H₂氧化膜特点多孔结构,可进行着色处理;硬度高,耐磨损;良好的绝缘性和耐腐蚀性应用领域建筑铝型材、电子产品外壳、航空航天部件其他表面处理化学镀无需外加电流,通过还原剂在催化活性表面上还原金属离子化学转化膜磷化、铬酸盐处理等,在金属表面形成保护性转化膜物理气相沉积PVD如真空蒸发、溅射镀膜化学气相沉积CVD利用气相化学反应在基体表面沉积薄膜表面处理技术是通过物理、化学或电化学方法改变材料表面组成、结构和性能的工艺,广泛应用于机械、电子、建筑等领域表面处理不仅能提高材料的耐蚀性、耐磨性和装饰性,还能赋予材料特殊功能,如导电性、绝缘性、润滑性等化学在表面处理中的应用体现在电解液配方设计、镀层成分控制、反应机理研究等方面现代表面处理技术向环保、节能和功能化方向发展,如无氰电镀、无铬钝化和纳米表面处理等了解表面处理的基本原理和工艺特点,有助于理解材料表面改性的科学基础催化技术催化剂种类催化作用原理催化应用•均相催化剂与反应物处于同一相,如酸碱催化、•降低活化能提供反应的新路径,降低能量壁垒•石油炼制催化裂化沸石、催化重整Pt-配合物催化Re/Al₂O₃•增加活性位提供吸附和活化反应物的活性中心•多相催化剂与反应物处于不同相,如负载型金属•改变反应选择性通过形状选择性或立体选择性控•基础化工合成氨Fe催化剂、硫酸制造V₂O₅催催化剂、分子筛制产物分布化剂•生物催化剂酶和酶模拟物,具有高选择性和温和•稳定过渡态与反应中间体形成稳定配合物•精细化工不对称合成手性催化剂、C-C偶联Pd反应条件催化剂•光催化剂在光照下产生电子-空穴对,如TiO₂、•环境保护汽车尾气净化三效催化剂、VOCs氧ZnO化贵金属催化剂催化技术是化学工业的核心技术之一,约90%的化工产品生产过程中使用了催化剂催化剂能够加速化学反应速率而不改变反应的热力学平衡,其本身在反应结束后不发生化学变化催化作用的本质是降低反应活化能,提供更有效的反应路径现代催化剂设计强调选择性、活性、稳定性和环境友好性的平衡绿色催化技术是当前研究热点,包括开发高效非贵金属催化剂、固体酸碱催化剂替代传统液体酸碱、温和条件下的选择性催化等了解催化原理和应用,有助于理解化学反应控制的科学基础,以及化学工业实现绿色可持续发展的途径精细化工香料染料香料是具有芳香气味的化学物质,用于食品、化妆品、洗涤剂等产品中香染料是能与纤维结合并显色的有机化合物,广泛用于纺织、皮革、塑料等行料分类业染料分类•天然香料从植物、动物中提取,如薄荷醇、香叶醇、麝香•按化学结构偶氮染料、蒽醌染料、靛蓝染料等•合成香料通过化学合成制备,如香兰素香草味、乙酸苄酯茉莉味•按应用方法直接染料、酸性染料、碱性染料、分散染料等香料分子特点通常含有酯基、羰基、羟基等官能团;分子量适中,具有一染料分子特点含有发色团如偶氮基-N=N-和助色团如羟基-OH、氨基-定挥发性;结构与气味关系复杂,微小结构变化可导致气味显著差异NH₂;具有共轭系统,能选择性吸收可见光;含有能与纤维结合的基团香料合成通常采用酯化、氧化、环化等反应,对产品纯度要求高染料合成通常涉及复杂的多步反应,包括重氮化、偶合、氧化等步骤现代染料开发注重环保性能和牢固度精细化工是生产具有特定功能、高附加值的化学品的工业部门,与大宗化工相比,精细化工产品产量小、品种多、技术含量高除香料和染料外,精细化工还包括医药中间体、农药中间体、食品添加剂、造纸化学品等多个领域精细化工的特点是产品分子结构复杂,合成路线长,对产品纯度和质量一致性要求高精细化工的发展方向是绿色化、功能化和专业化,注重减少三废排放,提高原子利用率,开发具有特殊功能的新产品了解精细化工产品的结构特点和合成原理,有助于理解化学合成的艺术性和化学产业的高端化发展趋势第八部分化学与未来发展化学作为中心科学,不仅是理解自然界物质变化规律的基础,也是推动未来科技创新的核心力量随着人工智能、大数据、材料科学等领域的飞速发展,化学正进入一个充满机遇和挑战的新时代本部分将探讨化学与前沿科技的交叉融合,展望化学在可持续发展、太空探索等未来重大领域的应用前景,帮助同学们了解化学的发展趋势和未来方向人工智能与化学计算化学智能合成大数据化学利用量子力学和分子动力学模拟物质结构和性质,预测自动化合成平台结合人工智能算法,可以规划最优合成利用化学信息学从海量化学文献和数据库中挖掘知识,化学反应机理和热力学参数机器学习算法可以从大量路线,控制反应条件,实现化学合成的自动化和智能化发现新规律和新材料化学大数据平台整合实验数据、实验数据中提取规律,建立结构-性质关系模型,加速材智能实验室机器人能够执行复杂的实验操作,提高实验计算结果和专业知识,为科研和教学提供决策支持料设计和药物筛选过程效率和可重复性人工智能与化学的结合正在革新化学研究和工业生产的方式在材料科学领域,AI辅助设计已成功开发出新型电池材料、催化剂和药物分子例如,深度学习算法可以从分子结构预测药物活性,大大缩短新药研发周期;强化学习可以优化复杂的化学合成路线,提高合成效率和原子经济性未来,随着量子计算技术的发展,化学计算的精度和速度将获得质的飞跃,有望解决当前难以处理的复杂体系AI化学家和自动化实验室将承担更多常规研究工作,使人类科学家能够专注于创造性思维和重大科学问题了解这一前沿领域的发展趋势,有助于把握化学学科的未来方向打印技术3D打印材料化学应用3D3D打印技术使用的材料种类丰富,主要包括3D打印技术在化学领域的应用不断拓展•热塑性塑料如PLA聚乳酸、ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、•复杂反应器定制化微流控设备,提高反应效率和选择性尼龙•催化剂设计复杂结构的多孔催化剂,增大比表面积•光敏树脂含丙烯酸酯单体,在紫外光照射下聚合固化•药物制剂个性化药物剂量和缓释系统•金属粉末如钛合金、不锈钢、铝合金,通过激光或电子束熔融成•分析设备快速原型化的分析仪器部件型•材料研发梯度材料和复合材料的精确制备•生物材料藻酸盐、明胶、胶原蛋白等,用于生物医学3D打印•教学模型分子结构、晶体结构的立体模型•陶瓷氧化铝、氧化锆等,通常以粉末与粘合剂混合使用3D打印技术又称增材制造是通过逐层堆积材料来构建三维物体的技术,与传统减材制造相比,具有设计自由度高、材料利用率高、可实现复杂结构等优势化学在3D打印中的作用体现在新型打印材料开发、固化反应控制、表面处理等方面同时,3D打印也为化学研究提供了新工具,如定制化实验装置和功能性材料的精确制备未来,4D打印能随环境变化而改变形状的3D打印、生物打印活细胞和生物分子的打印、原子级3D打印等前沿技术将进一步拓展化学与3D打印的交叉应用了解3D打印技术与化学的结合,有助于把握材料加工与制造的创新方向可持续发展循环经济循环经济是一种资源高效利用的经济模式,强调减量化、再利用、再循环化学在循环经济中的应用包括废弃物资源化技术,如塑料回收再利用;产品设计阶段考虑全生命周期,开发易回收、可降解材料;工业共生,一个行业的废弃物成为另一个行业的原料,实现资源闭环利用绿色合成绿色合成是遵循绿色化学原则的化学反应路线,强调原子经济性、低毒试剂和可再生资源利用代表技术包括水相反2应替代有机溶剂;微波、超声等辅助技术提高反应效率;生物催化代替传统催化;连续流动反应替代间歇反应,提高安全性和效率碳中和技术碳中和技术旨在减少或抵消二氧化碳排放,实现温室气体净零排放化学在碳中和中的贡献包括CO₂捕集与利用技术,将CO₂转化为化学品和燃料;人工光合作用,模拟植物利用太阳能将CO₂转化为有机物;新型储能材料和技术,支持可再生能源发展;负碳技术如生物能源与碳捕集封存BECCS可持续发展是指既满足当代人需求,又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展模式化学作为转化物质的科学,在实现可持续发展目标中发挥着关键作用通过开发绿色化学工艺、设计环境友好型产品、发展循环利用技术,化学正在从传统的高能耗、高排放形象向绿色、可持续方向转变未来,随着全球对气候变化和环境保护关注度的提高,可持续化学将成为化学研究和应用的主流方向了解化学与可持续发展的关系,有助于培养责任意识和创新思维,为解决全球性环境问题贡献力量化学与太空探索航天材料生命支持系统太空环境极端苛刻,需要特殊材料满足航天器化学技术是太空生命支持系统的核心氧气再需求耐高温材料如陶瓷基复合材料,可耐受生系统利用电解水产生氧气2H₂O→2H₂+大气层再入时上千度高温;轻质高强材料如碳O₂;二氧化碳去除系统使用分子筛吸附CO₂,纤维复合材料,降低运载成本;抗辐射材料保或通过Sabatier反应转化CO₂CO₂+4H₂护电子设备免受空间辐射损伤;特种涂层调节→CH₄+2H₂O;废水回收系统采用蒸馏、过航天器热平衡,如白色反射涂层和黑色吸收涂滤和化学氧化等方法处理尿液和生活用水;太层空农业技术利用水培和气雾培技术在封闭环境中种植植物太空化学分析化学分析技术用于探测太空天体成分和寻找生命迹象探测器搭载质谱仪、气相色谱仪等仪器分析行星土壤和大气成分;拉曼光谱和X射线衍射仪用于识别矿物质类型;生物标志物检测技术寻找氨基酸、核苷酸等生命分子;水检测技术确定天体是否存在液态水,评估宜居性化学在太空探索中扮演着不可替代的角色,从火箭推进剂到宇航员生命支持,从行星探测到太空制造,无处不体现化学原理和技术的应用太空环境也为化学研究提供了独特条件,如微重力下的结晶实验、空间站上的燃烧实验等,有助于深入理解化学反应机理和物质性质随着人类太空活动的扩展,化学将在月球基地建设、火星探索和深空旅行中发挥更加重要的作用开发高效推进剂、原位资源利用技术如从月球土壤提取氧气、长期生命支持系统等,是未来太空化学的研究重点了解化学与太空探索的关系,有助于拓展视野,认识化学在人类探索宇宙过程中的贡献高考复习要点总结80%化学与社会发展考点覆盖率化学与社会发展相关题目占比逐年提高20%化学应用场景题型比例注重考查实际生产生活中的化学原理应用60%实验探究类题目占比强调科学研究方法和实验设计思维90%知识整合要求需要综合运用多个知识点解决复杂问题高考化学中的化学与社会发展主题试题,通常考查学生对化学基础知识的掌握程度,以及将这些知识应用于解决实际问题的能力重点考查内容包括环境保护中的化学原理,如污染物的性质和处理方法;能源开发与利用的化学过程;材料科学的基本概念和应用;食品、医药等与生活密切相关的化学知识解题技巧首先要扎实掌握基础知识,包括元素性质、化学反应原理、有机化学基础等;其次要关注知识的应用,理解化学原理如何在实际生产生活中发挥作用;最后要培养多角度思考问题的能力,从物质结构、反应原理、能量变化等多个维度分析问题做题时要仔细审题,抓住关键信息,灵活运用所学知识,避免机械套用公式结语化学与人类未来创新引领未来突破性化学发现推动科技革命可持续绿色发展化学助力环境保护与资源节约改善人类生活质量医药、材料、能源技术持续进步化学基础研究深入理解物质结构与转化规律纵观化学与社会发展的关系,化学始终是推动人类文明进步的重要力量从最早的冶金、制陶、染色,到如今的新能源、新材料、生物医药,化学知识和技术深刻改变着人类生活方式和生产方式化学的发展也经历了从经验积累到理性探索,从单纯追求产量到注重环境友好的转变过程展望未来,化学将继续在解决人类面临的重大挑战中发挥关键作用能源危机、环境污染、资源短缺、疾病威胁等问题的解决,都离不开化学的创新与应用作为新时代的学习者,我们应当牢固掌握化学基础知识,培养科学思维方法,关注化学前沿发展,将所学知识应用于实践,为人类可持续发展贡献力量化学不仅是一门学科,更是认识世界和改造世界的强大工具。


