专题20 化学与STS
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【专题目标】
1．使学生了解化学在社会生活中的应用，如：环境、能源、医药、材料等
1． 进一步强化基本解题技能，提高学生综合运用知识的能力。
【经典题型】
题型一：化学与环境
【例1】1995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境化学家。大气中的臭氧层可滤除大量的紫外线，保护地球上的生物。氟利昂（如CCl2F2）可在光的作用下能够分解，产生Cl原子，Cl原子对臭氧层产生长久的破坏作用（臭氧的分子式为O3）。有关反应为：O3 hv O2 +O；Cl+O3→ClO+O2；ClO+O→Cl+O2 总反应：2O3→3O2
根据以上叙述，回答下列问题：
（1）在上述臭氧被氧化的反应过程中，Cl是
A 反应物 B 生成物 C 中间产物 D 催化剂
（2）O3和O2是
A 同分异构体 B 同系物 C 氧的同素异形体 D 氧的同位素
【点拨】这是96年的高考题，它是一道与环境相结合的题目。 这道题目要求同学们在分析了臭氧层被破坏的反应机理后，回答问题。（1）臭氧被氧化的反应过程中，Cl原子只出现在反应过程中，而在反应的始末都没有，所以Cl原子应是催化剂。答案应选D。（2）O3和O2是由同种元素组成的不同单质，所以应互称为氧的同素异形体。答案应选C。
【规律总结】
环境问题是当今社会的热点、焦点问题，这就要求我们的学生多关心我们的家园，多关心整个人类的生存和发展，并能够去思考这些问题产生的原因与解决的方法。从而提高自身的综合素质。当今的环境问题主要包括：温室效应、酸雨、臭氧层被破坏、光化学烟雾、白色污染、赤潮、含磷洗衣粉的使用、重金属及其盐的污染、沙漠化等。
【巩固】
1、上海环保部门为了使城市生活垃圾得到合理利用，近年来逐步实施了生活垃圾分类投放的办法。其中塑料袋、废纸、旧橡胶制品等属于
A．无机物 B．有机物 C．盐类 D．非金属单质
题型二：化学与能源
【例2】熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用LiCO3和NaCO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：
阳极反应式：2CO + 2CO32- → 4CO2 + 4e
阴极反应式：――――――――――――――――――――，总电极反应式：――――――――――――――――――。
【点拨】这是2000年的高考题，它以一种燃料电池的工作原理为背景来命题，主要考查化学能如何转变成电能。这道题目中所提及的电池同学们并不熟悉，那么，要解决它就要求同学们必须具有扎实的电化学知识和将所学知识与现实问题综合起来分析的能力。由于阴极是得电子的反应，所以在阴极的电子的是O2，O2+CO2+4e=CO32-。将阴、阳两极的反应式叠加可得总反应式：2CO+O2=2CO2 。
【规律总结】
能源问题是当今社会的热点、焦点问题同时也是高考命题的热点，尤其是综合考试。在中学化学中讨论能量或能源问题的章节主要有：化学反应及其能量变化、电化学、煤和石油等。关于能源问题，同学们必须注意以下转化关系：
核能
潮汐能
水能
生物能 太阳能 化学能
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风能 电能
热能
【巩固】
2、有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视。
（1）可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入CH3OC(CH3)3来生产“无铅汽油”。CH3OC(CH3)3分子中必存在原子间连接形式有______（填写编号，多选倒扣）。
①C=0 ②―C―OH ③―C―O―C―
(2)天然气的燃烧产物无毒、热值高、管道输送方便，将成为我国西部开发的重点之一开然气常和石油伴生，其主要的成分是_________。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是_________(填写编号，多选倒扣)
① 其一元取代物不存在同分异构体
② 其二元取代物不存在同分异构体
③ 它是非极性分子
(3)1980年我国首次制成一辆燃氢汽车，乘员12人，以50公里/小时行驶了40公里。为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济的制氢方法是_______（填写编号，多选倒扣）
①电解水 ②锌和稀硫酸反应 ③光解海水
其次，制得纯氢气后还需要解决的问题是_________（写出其中一个）
题型三：化学与材料
【例3】BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：①在BGO中，锗处于其最高价态；②在BGO中铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构；③BGO可看成由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：
（1）锗和铋的元素符号分别是――――――――――――和――――――――――――。
（2）BGO晶体的化学式是――――――――――――――――――――――――――――。
（3）BGO晶体中所含铋氧化物的化学式是――――――――――――――――――。
【点拨】这是98年的高考题，它以一种材料的结构为背景来命题。要解决它必须具有三个层次上的能力：1、阅读能力，即首先要能通过阅读题目来弄清出题人的意图。2、分析能力，即能分析题目中每一个信息与我们所学知识之间的联系。3、运用知识解决问题的能力。答案如下：（1）Ge Bi （2）要写出BGO的化学式，就必须知道它的组成元素和这些元素各自的化合价。由题中③可得BGO组成元素为Ge、Bi、O，由题中①可得Ge的化合价为+4价，由题中②可得Bi的化合价为+3价，所以BGO由GeO2和Bi2O3组成。又因为在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同，所以BGO晶体的化学式是：
3GeO2?2Bi2O3 （3）Bi2O3
【规律总结】
材料是当今化学领域研究的重要内容之一，常见的材料有无机非金属材料、金属材料和有机高分子材料等。而新材料的开发利用，更是人类文明大厦的基石，它包括对超导材料、耐高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、高性能结构材料等的开发利用。在高考命题时，材料方面的知识往往只是作为命题的背景材料，作为一种载体考查基本概念、基本理论。要解决好这一类问题，就必须在牢固掌握双基知识的基础上，提高阅读能力、分析能力、知识运用能力。
【巩固】
3、录像用的高性能磁带的磁粉，主要材料之一是由三种元素组成的化学式CoxFe3-xO3+x的化合物。已知氧为-2价，钴（Co）和铁可能呈现+2价或+3价，且上述化合物每种元素都只有一种化合价，则x的值为 ，铁的化合价为 ，钴的化合价为 。
题型四：化学与生活
【例4】随着人们生活节奏的加快，方便的小包装食品已被广泛接受。为了延长食品的保质期，防止食品受潮及富脂食品氧化变质，在包装袋中应放入的化学物质是
A．无水硫酸铜、蔗糖 B．硅胶、硫酸亚铁
C．食盐、硫酸亚铁 D．生石灰、食盐
【点拨】本题考查化学在日常生活中的应用，解题时应注意分析关键词，如本题中的防止食品受潮及富脂食品氧化变质，从中可知加入的物质应为还原剂和干燥剂。故答案为B。
【规律总结】
化学与生活的联系，随着人们生活水平的提高日趋密切，生活中的化学知识到处可见。在高考化学试题中，对这方面知识也进行了一定程度的考查。现将日常生活中的化学问题列举如下：无铅汽油、可降解饭盒、无磷洗衣粉、含氟牙膏的使用，旧电池的回收，食用含碘盐，明矾净水及各种消毒剂的使用，钢铁腐蚀，各种新型电池等。解决好这类问题关键在于知识的积累和化学原理的应用。
【巩固】
4、下列过程中，不涉及化学变化的是
A.甘油加水作护肤剂
B.用明矾净化水
C.烹鱼时加入少量的料酒和食醋可减少腥味，增加香味
D.烧菜用过的铁锅，经放置常出现红棕色斑迹
题型五：诺贝尔奖构造题
【例5】NO分子曾因污染空气而臭名昭著。Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能，近来此领域研究有很大进展而荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。
（1）NO对环境的危害在于（填编号，有一个或多个答案） 。
（A）破坏臭氧层 （B）高温下能使一些金属被氧化
（C）造成酸雨 （D）与人体内的血红蛋白结合
（2）在含Cu+的酶的活化中心中，亚硝酸根离子可转化为NO，写出Cu+和亚硝酸根离子在酸性水溶液中反应的离子方程式 。
（3）常温下把NO气体压缩到100个大气压，在一个体积固定的容器里加热到50度，发现气体的压强迅速下降，降至略小于原压强的2/3就不在改变，已知产物之一为N2O，写出上述变化的化学方程式 。
（4）解释变化（3）中为什么最后的气体总压力略小于原压力的2/3？（用化学方程式表示） 。
【点拨】这是一道以科学发现为背景的综合题，涉及到环境、元素化合物的性质、氧化还原反应、阿佛加德罗定律、化学平衡等多个知识块内的知识点。另外，本题暗含社会热点、焦点问题，有利于学生积极关注人类的前途和命运。本题主要考查学生运用多个知识点和新信息解决实际问题的能力。要能解决好，同学们必须理顺各知识块之间的联系。详解如下：（1）NO中N的化合价为+2价，所以NO具有还愿性能被臭氧氧化；NO排放到空气中能最终氧化成硝酸；同CO一样NO也能与人体内的血红蛋白结合使人体缺氧而死亡。故答案为（A）（C）（D）。
（２） 根据信息可得此反应中亚铜离子为还原剂、亚硝酸根离子为氧化剂、NO为还原产物、铜离子为氧化产物，再根据电子、电荷、原子守恒可得方程式：Cu+ ＋ NO2 ＋2H+ ==Cu2+ ＋ＮＯ ＋Ｈ２Ｏ。
（３） 据阿佛加德罗定律的推论可得方程式：３ＮＯ＝ＮＯ２＋Ｎ２Ｏ
（4）主要由于部分ＮＯ２聚合生成Ｎ２Ｏ４使气体的物质的量减小。２ＮＯ２＝Ｎ２Ｏ４
【规律总结】
以诺贝尔奖为背景的考题在近几年的高考中出现几率较高。这类题目往往综合性较强，考查的知识点较多。起点高，落点低，解答时不要被这个“新”所迷惑，只要认真审题，把握关键，吃透信息，即可迎刃而解。
【巩固】
5、美籍埃及人泽维尔用激光闪烁照相机拍摄到化学反应中化学键断裂和形成的过程，因而获得1999年诺贝尔化学奖。激光有很多用途，例如波长为10.3微米的红外激光能切断B(CH3)3分子中的一个B―C键，使之与HBr发生取代反应：
B(CH3)3+HBr
B(CH3)2Br+CH4
而利用9.6微米的红外激光却能切断两个B―C键，使之与HBr+CH4
而利用9.6微米的红外激光却能切断两个B―C键，并与HBr发生二元取代反应。
（1）试写出二元取代的代学方程式：
（2）用5.6g B(CH3)3和9.72g HBr正好完全反应，则生成物中除了甲烷外，其他两种产物的物质的量之比为多少？
【随堂作业】
一、选择题（每题有1~2个答案）
1．为维持人体内电解质平衡，人在大量出汗后应及时补充的离子是
A Mg2＋ B Ca2＋ C Na＋ D Fe3＋
2．下列物质不属于“城市空气质量日报”报道的是
A 二氧化硫 B 氮氧化物 C 二氧化碳 D 悬浮颗粒
3．苹果汁是人们喜爱的饮料。由于此饮料中含有Fe2+，现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色变化为棕黄色。若榨汁时加入维生素C，可有效防止这种现象发生。这说明维生素C具有
A．氧化性 B．还原性 C．碱性 D．酸性
4．在人体所需的十多种微量元素中，有一种称为“生命元素”的R元素，对延长人类寿命起着重要的作用。已知R元素的原子有四个电子层，其最高价氧化物分子式为RO3，则R元素的名称为
A 硫 B 砷 C 硒 D 硅
5．油脂是油与脂肪的总称，它是多种高级脂肪酸的甘油酯。油脂既是重要食物，又是重要的化工原料。油脂的以下性质和用途与其含有的不饱和双键（
）有关的是
A 适量摄入油脂，有助于人体吸收多种脂溶性维生素和胡萝卜素
B 利用油脂在碱性条件下的水解，可以生产甘油和肥皂
C 植物油通过氢化可以制造植物奶油（人造奶油）
D 脂肪是有机体组织里储存能量的重要物质
6．某气体在近地面空气中浓度稍大时是一种污染物，而在高空却对人类有保护作用，该气体是
A．NO B．O
7．营养学研究发现，大脑的生长发育与不饱和脂肪酸密切相关，深海鱼油中提取的“DHA”就是一种不饱和程度很高的脂肪酸，被称为“脑黄金”，它的分子中含有6个碳碳双键，学名为二十六碳六烯酸，它的化学式应是
A．C25H50COOH B．C26H41COOH C．C25H29COOH D．C26H47COOH
荣获2001年诺贝尔化学奖的科学家的科研成果，不仅具有巨大的理论意义，并且已经成功地运用于生产实际，取得了良好的经济效益。例如，美国科学家的成果被应用于工业合成重要的治疗帕金森症（震颤麻痹症）的药物左旋多巴（C）。下面是它们的结构式以及美国科学家发明的合成路线。
8．在上述反应中，关于（1）、（2）两步的反应类型，全部正确的是
A．化合反应，分解反应 B．加成反应，水解反应
C．还原反应，分解反应 D．氧化反应，水解反应
9．在上述化合物中，多巴、甘氨酸都是氨基酸，它们的共同点是具有两性，即：既有酸性，也有碱性。因此，它们只是与下列物质中的（ ）不进行反应。
A．金属钠 B．氢氧化钠 C．氯化钠 D．盐酸
10．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
二、填空题
11．GaAs是仅次于硅的一种新型化合物半导体材料，其性能比硅更优越。Ga位于周期表的第IIIA族，As位于周期表的第VA族。
（1）Ga和As的最外层电子数分别是 。
（2）GaAs中Ga和As的化合价分别是 。
（3）第IVA族的C和Si也可以形成类似的化合物半导体材料，该化合物半导体材料的化学式可表示为 。
12．羟磷灰石[Ca3(PO4)2 ?Ca(OH)2]是牙齿表面的一层坚硬物质，它可保护牙齿，它在唾液中存在如下平衡：
Ca3(PO4)2 ?Ca(OH)2 4Ca2+
+ 2PO43- + 2OH-
（1）进食后，细菌和酶作用于食物产生有机酸，这时牙齿会受到腐蚀，其原因是____________________________________________________________________________________________________。
（2）已知氟磷石灰石[Ca3(PO4)2 ?CaF2]的溶解度比上面的羟磷灰石更小，请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物后，能防止龋齿的原因
。
（3）根据以上原理，请你提出一种其他促进牙齿矿化的方法
。
13．抽烟对人体有害。烟草不完全燃烧产生的一氧化碳被吸进肺里跟血液中的血红蛋白（用Hb表示）化合，发生下述反应：CO+Hb•O2 ㄐO2+Hb•CO实验表明，Hb•CO的浓度即使只有Hb•O2浓度的2%，也足以使人的智力受损。试回答：
（1）上述反应的平衡常数表达式为：K= 。
（2）抽烟后，吸入肺部的空气中测得的CO和O2的浓度分别为10-6摩/升和10-2摩/升。已知37℃时，平衡常数K=220，这时Hb•CO的浓度 （填大于、等于或小于）Hb•O2浓度的0.02倍。
（3）进入肺部的众多有害物质中，除CO外还有一种称为尼古丁的
剧毒的物质，它的结构简式为：
式中以线示键，线的交点处代表有碳原子，并用原子数补足四价，
但C、H原子都未标记出来。试写出这它的分子式：
14．汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂）。它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。
（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式
（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是
（3）控制城市空气污染源的方法可以有 （多选扣分）
a 开发氢能源 b 使用电动车 c 植树造林 d 戴上呼吸面具
15．利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：
依据上述流程，完成下列填空：
（1）天然气脱硫时的化学方程式是
（2）n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2 mol（用含n的代数式表示）
（3）K2CO3（aq）和 CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是 （多选扣分）
（a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理 （c）酸碱中和原理
（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于
（写出CO2的一种重要用途）。
（5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。
三、计算题：
16．为测定一种复合氧化物开支的磁性粉末材料的组成，称取
17．美国《科学美国人》杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如下数据：到达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路
直接反射
52，0000×109 千焦/秒
以热能的方式离开地球
81，000×109 千焦/秒
水循环
40，000×109 千焦/秒
大气流动
370×109 千焦/秒
光合作用
40×109 千焦/秒
请选用以上数据计算：
（1）地球对太阳能的利用率约为
（2）通过光合作用，每年有 千焦的能转化为化学能（每年按365天计）。
（3）每年由绿色植物通过光合作用(6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2)为我们生存的环境除去二氧化碳的质量。试根据能量关系列出的计算式。列式中缺少的数据用符号表示。
A= （千克）所缺数据的化学含义为
18．聚氯乙烯[(CH2CHCl)n]是最早工业化生产的重要塑料品种之一，其具有价格低廉、难燃烧等优点，因此产量仅次于聚乙烯居第二位，约是世界热塑性塑料产品的23%。但是，其加工过程需要使用许多有毒添加剂。有毒的添加剂会渗出对人类造成危害；另外，其燃烧值低，聚乙烯[(CH2CH2)n]等烯烃聚合物废物燃烧产生的能量与燃油相当，而聚氯乙烯产生的能量仅与纸张相当，且有剧毒的二恶英的深沉（二恶英是目前对人类最毒的物质）。
（1）计算聚氯乙烯中氯的质量分数（相对原子质量数据：氯―35.5；氢―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都是来自石油；而聚氯乙烯中的CH2=CHCl，除来自石油外，还有HCl。现有1吨石油，试计算可得到多少吨聚乙烯和聚氯乙烯（理论上假设石油的全部成分为碳和氢，并且在生产聚乙烯、聚氯乙烯的过程中没有碳原子和氢原子的损失）。
（3）如果地球目前所蕴藏的石油全部生产聚乙烯仅可以用50年，则生产聚氯乙烯可以用多少年？
（4）试根据上述信息及计算结果，谈谈人类该如何对待聚氯乙烯的使用。
巩固：1、B 2、.(1) ③ （2）甲烷 ②（3）③ 氢气的输送和贮存
3、 2 3 2 4、B
5、（1）B(CH3)3+2HBr
B(CH3)Br2+2CH4
（2）n[B(CH3)3]=
n(HBr)=
设生成B(CH3)2Br为a mol B(CH3)Br2为b mol
则：
a+b=
a+2b=0.12 b=0.02mol
∴n[B(CH3)Br]:n[B(CH3)Br2]=4:1
随堂作业:
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，使平衡向脱矿方向移动 （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转化为SO3，产生硫酸酸雾 (3)a b
15、（1）3H2S＋2Fe(OH)3→Fe2S3＋6H2O
（2）27n （3）b
（4）生产纯碱（或作制冷剂等，其它合理答案也给分）
（5）
16、（1）钡的质量为
（2）原子个数比为Ba：Fe：O=1：2：4，化学式为BaFe2O4（或BaO?Fe2O3）
17、（1）23.3%
（2）1.26×1018 千焦 （3）A=
千克 Q为每生成1摩尔葡萄糖所需要吸收的能量（或：每消耗6摩尔CO2所需吸收的能量）
18．解：（1）35.5/(12×2+1×3+35.5)×100%=56.8%
（2）1吨聚乙烯：1吨×(12×2+1×3+35.5)/(12×2+1×2)=2.4吨聚氯乙烯
（3）50年×2.4=120年
（4）计算表明，与其他通用塑料不同，聚氯乙烯含56.8%的氯，可以大量节约天然资源。可见聚氯乙烯虽然存在不足，但也有不少优点，因此对聚氯乙烯的使用要一分为二，即：既要充分利用，发挥其优点，节约资源；又要注意使用方法，如避免在一次性情况下使用聚氯乙烯因为焚烧回收的能源少，且污染环境，避免使用聚氯乙烯制品装食物、药品、日用品等。