化學無處不在

1、第一章 化學無處不在1化學與“衣、食、住、行”有何關系？請各舉5個以上例子說明之。答：衣食住行泛指穿衣、吃飯、住房、行路等生活上的基本需要，是我們每個人都離不開 的，而衣食住行的方方面面都與化學密切相關。 衣：化學纖維布料；衣服著色的染料；塑料紐扣；洗衣粉；漂白劑；香精；棉花種植需化肥、農(nóng)藥；布匹染色；衣服的清洗；皮革的處理；尼龍-66（即聚酰胺-66）；洗衣粉。 食：農(nóng)藥殘留與祛除；化肥與蔬菜生長；咸鴨蛋與蘇丹紅；奶粉與三聚氰胺；食鹽；糧食蔬果的種植、貯藏、深加工；畜禽類的養(yǎng)殖，肉制品加工，食品烹飪。 ?。核嗯c建筑，玻璃的生產(chǎn)，陶瓷與裝飾，墻面漆與涂料，室內(nèi)甲醛與健康。 行：金屬材料與車輛

2、，燃油與動力，耐磨材料與輪胎，汽車尾氣，合金材料與發(fā)動機。 2化學與信息社會有何關系？請舉5個以上例子說明之。 答：社會要信息化，必須與化學信息學聯(lián)系起來，它是利用計算機技術和計算機網(wǎng)絡技術，對化學信息進行表示，管理，分析，模擬和傳播，以實現(xiàn)化學信息的提取，轉(zhuǎn)化與共享，揭示化學信息的實質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系，促進化學學科的知識創(chuàng)新。 例子：芯片與半導體材料；光纖；電路元件的焊接；衛(wèi)星與太陽能電池；電鍍；集成電路基板（Al2O3, AlN)； 傳感器；寄存器（BaTiO3)。利用化學材料進行信息的傳輸和傳導。 3化學與國防有何關系？請舉5個以上例子說明之。 答：國防，就是國家的防務，是指為捍衛(wèi)國家主權、領

3、土完整，防備外來侵略和顛覆，所進行的軍事及與軍事有關的政治、外交、經(jīng)濟、文化等方面的建設和斗爭，要做到國家的防衛(wèi)，其高科技材料就需要更先進。 例子：槍械的鑄造，航空母艦與核能，火箭染料與肼的制備，隱形飛機與表面涂料，輪 船的防腐；鋼材；炸藥；火箭燃料；化學武器都與化學息息相關。 4化學與環(huán)境有何關系？請舉10個以上例子說明之。 答：可以說是環(huán)境資源促進了化學的發(fā)展，同時化學也給環(huán)境帶來了一定的災難，人們利用環(huán)境，但是也污染了環(huán)境。 例子：塑料袋與白色污染；可降解塑料的生產(chǎn)；污水排放與水污染；水污染的處理；生活用水與水體富營養(yǎng)化；汽車尾氣與大氣污染；氟利昂與臭氧空洞；重金屬與土壤，酸雨；光化學污

4、染；核污染與處理,PM2.5,霧霾. 5化學與資源有何關系？請舉10個以上例子說明之。 答：我國資源總量豐富，但人均占有量少，總體質(zhì)量不高，分布不均。不過這些資源都與化學有關,化學主要是在兩個方面改變，一是提高利用率節(jié)約資源,二是廢物利用節(jié)約資源。 例如：煤炭的形成；天然氣的開發(fā)與運輸；石油的生產(chǎn)；原油的提煉；水資源的保護；森林資源的開發(fā)與保護；稀土資源的開發(fā)與利用；大氣的凈化與利用；國際鐵礦石漲價；煤、石油、天然氣漲價；提高利用率節(jié)約資源（催化劑，燃料電池等）；廢物利用節(jié)約資源(廢秸稈氣化合成油,)； 沼氣。 6化學與能源有何關系？請舉10個以上例子說明之。 答：我們要利用能源就必須用到化學

5、的方法，將能源轉(zhuǎn)化為我們可以直接利用的資源。例如：太陽能的利用與太陽能電池的研究；生物的光合作用的產(chǎn)物直接成為人的能量來源；煤炭石油天然氣的開發(fā)與利用；二次能源如乙醇等的生產(chǎn)與合成；催化劑與生產(chǎn)中的能源節(jié)約；工廠廢熱的有效利用；燃料電池及氫燃料；生物石油，超導材料的研發(fā)與電能的節(jié)約；煤間接液化合成汽油。 第一章思考題總結：化學是一門基礎學科，中心學科。它在社會各領域都發(fā)揮著重要作用。了解這些知識對于一個化學師范生來說是非常重要的。 第二章 化學對社會形成與發(fā)展的作用1什么是社會？ 答： 馬克思說：“社會-不管其形式如何-究竟是什么呢？是人們交互作用的產(chǎn)物.” 可見，社會是由一群人組成的，人是生

6、活在社會群體之中的，任何人都不能離群索居。人們在社會生活中，彼此結成一定的社會關系，并發(fā)生社會行為。一個簡單的道理就是：人不聚到一起，就不能形成社會。總之社會是由一定的經(jīng)濟基礎與上層建筑構成的整體。 外國學者的表述：（1）a group of people related to each other through persistent relations such as social statusoles and social networks. （2）A large social grouping that shares the same geographical territory an

7、d is subject to the same political authority and dominant cultural expectations 。 2為何說化學促進了社會的形成？ 答：在原始社會，火 促進人類合群而居?；鹗亲畛Ｒ姷?、最普通的一種化學現(xiàn)象。借助于 火，人類掌握了巨大的能量，并且開始初步利用它來改造自然，促進了人類自身進化和促成了人類社會的形成。化學研究了自然界中物質(zhì)的組成、結構和性質(zhì)，為人們制造生 產(chǎn)工具等提供了指導作用，而作為生產(chǎn)資料的一大組成的生產(chǎn)工具，是經(jīng)濟的基礎。人類在無形中利用各種化學知識，才在生產(chǎn)的過程中出現(xiàn)剩余產(chǎn)品，從而才有了社會形成的經(jīng)濟基礎。 （

8、1）自然環(huán)境的形成大都是化學過程; （2）社會環(huán)境的形成與化學關系：火，（遠古，50萬年前利用火） 火=人聚集，進化 =社會形成 . 3什么是陶器？什么是瓷器？二者有何本質(zhì)區(qū)別？ 答：陶器先于瓷器出現(xiàn)。瓷器比陶器更高。陶器起源(1萬多年前，江西萬年縣）; 我國發(fā)明瓷器(第五大, 東漢末，約公元220）陶器指用黏土含鐵量高于2%在9501100燒制的器皿，瓷器指用高嶺土含鐵量在1%以下，長石，石英等在12001300燒制的器皿。 它們的本質(zhì)區(qū)別在于其氣孔的大小，即吸水性的不同。普通陶器總氣孔率為12538；精陶為1230；細炻器（原始瓷）為48；硬質(zhì)瓷為26。普通陶器吸水率都在8以上，細炻器為0

9、512，瓷器為005。 4什么是搪瓷？什么是景泰藍？什么是琺瑯？三者有何異同？ 答：搪瓷是指以金屬做胎的瓷器。 景泰藍 (藝術搪瓷）又名“銅胎掐絲琺瑯”，是一種瓷銅結合的獨特工藝品。制作景泰藍先要用紫銅制胎，接著工藝師在上面作畫，再用銅絲在銅胎上根據(jù)所畫的圖案粘出相應的花紋，然后用色彩不同的琺瑯釉料鑲嵌在圖案中，最后再經(jīng)反復燒結，磨光鍍金而成。這種銅的琺瑯器創(chuàng)始于明代景泰年間，因初創(chuàng)時只有藍色，故名景泰藍?，F(xiàn)代景泰藍已變成了一種工藝品名稱，而不是顏色了。景泰藍是明朝景泰年間盛產(chǎn)的一種藝術搪瓷?，m瑯是藝術搪瓷的同義詞。 搪瓷是一種統(tǒng)稱，有生活用搪瓷與藝術搪瓷，即琺瑯；景泰藍是搪瓷的一種。 5什么

10、是玻璃？什么是琉璃？二者有何區(qū)別？ 答：玻璃指用石英砂、石灰石、純堿等混合燒制而成的一種硬而脆的無機材料。 琉璃是古代對玻璃的統(tǒng)稱，現(xiàn)在指加入各種過渡金屬氧化物燒制而成的有色玻璃制品。 琉璃是中國古代對玻璃的稱呼?，F(xiàn)琉璃一般是指加入各種氧化物燒制而成的有色玻璃作品。現(xiàn)今無論是光學玻璃、平板玻璃、水晶玻璃、或是硼砂玻璃等材質(zhì)所創(chuàng)作之作品，皆通稱為玻璃藝術品。可見，琉璃只是玻璃的一個種類。 6什么是青銅？我國青銅器時代屬于什么社會制度？ 答：青銅是以錫為主要合金元素的銅基合金。這種豎爐主要以孔雀石CuCO3.Cu(OH)2為原料，以木炭作燃料和還原劑，進行鼓風熔煉，得到純度較高的銅。我國的青銅器時

11、代屬于奴隸社會。 7生鐵和熟鐵有何區(qū)別？鋼與鐵有何區(qū)別？碳鋼和不銹鋼有何區(qū)別？我國鐵器時代屬于什么社會制度？ 答： 生鐵指含碳量大于2的鐵碳合金，熟鐵含碳量在0.02%以下，由生鐵煅煉而來。鋼，是對含碳量質(zhì)量百分比介于0.02%至2.04%之間的鐵合金的統(tǒng)稱。 區(qū)別：三者主要是含碳量的不同。不銹鋼是鐵鉻合金，當鉻的含量達到一定量時，可在表面形成一層氧化膜阻住繼續(xù)氧化。鐵是社會形態(tài)變化的催化劑，鐵器的使用導致封建社會形成。 8第一次技術革命的關鍵技術是什么？它與化學有何關系？它導致什么社會制度？ 答：第一次技術革命的關鍵技術是蒸汽機和內(nèi)燃機的發(fā)明。 蒸汽機和內(nèi)燃機使用中要用到燃料，燃燒是化學反應

12、。 它帶來了資本主義社會。9第二次技術革命的關鍵技術是什么？它與化學有何關系？它導致什么社會制度？ 答：第二次技術革命的關鍵技術是電氣技術的發(fā)展，即電力技術，內(nèi)燃機 等的使用。電力的生產(chǎn)依賴于化學：火電，核電，燃料電池等都是直接跟化學相關的。電廠的各種設備都是化學合成材料的，而電力的運輸也直接跟材料化學相關。第二次技術革命從很大程度上促進了資本主義的發(fā)展與擴張，帝國主義的苗頭開始顯現(xiàn)。 10第三次技術革命的關鍵技術是什么？它與化學有何關系？它導致什么社會 制度？ 答：第三次技術革命的關鍵技術是計算機等信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展。 可以說，離開了材料化學技術合成的半導體材料，信息社會極有可能不復存在。

13、同電力的運輸一樣，信息的傳輸同樣直接依賴于無機非金屬材料和其他各種合成材料。 第三次技術革命很大程度上帶來了社會主義的產(chǎn)生與繁榮。 11合成氨催化劑有哪些組分組成？它的發(fā)明對農(nóng)業(yè)和社會發(fā)展有何影響？ 答：以鐵的氧化物狀態(tài)存在，其主要成分是三氧化二鐵（Fe2O3）和氧化亞鐵（FeO）。此外，觸媒中還加入各種促進劑。當二價鐵與三價鐵之比等于或接近0.5時，觸媒還原后的活性最好。 合成氨催化劑的發(fā)明極大地提高了氨的合成效率，使得工業(yè)合成氮肥的大量生產(chǎn)成為可能。工業(yè)氮肥的大量生產(chǎn)極大地提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量。 12何謂齊格勒催化劑？何謂納塔催化劑？它們的發(fā)明對社會發(fā)展有何影響？ 答： 齊格勒催化劑：高壓低

14、密度聚乙烯：1933， 英國ICI 公司 E.C. Fawett 發(fā)明，乙烯聚合生產(chǎn)聚乙烯的方法， 并于1937年工業(yè)化。 以微量氧和過氧化物為引發(fā)劑，在12千個大氣壓，200-300oC 合成多支鏈的低密度聚乙烯。四氯化鈦與烷基鋁構成的催化劑TiCl4-Al(C2H5)3。此類催化劑可在低壓下使乙烯聚合，得到線型、高結晶度的高強度、高熔點、高密度聚乙烯。 納塔催化劑是在齊格勒催化劑的基礎上改進得到的，TiCl3-Al(C2H5)3 。用于丙烯聚合，獲得了分子結構高度規(guī)整的等規(guī)聚丙烯，開創(chuàng)了立體定向聚合的新領域。 齊格勒 - 納塔催化劑的發(fā)明極大地溫和了合成巨乙烯聚丙烯的條件，同時使產(chǎn)物得到了

15、優(yōu)化，是優(yōu)質(zhì)有機合成材料的低成本大規(guī)模成產(chǎn)成為可能，極大地促進了社會生產(chǎn)力。 第三章 現(xiàn)代生活中的化學1. 常言道”生活要過得有滋有味”, 味道有哪幾種? 味是如何感知的? 答：吃到嘴里的食物（或喝到嘴里的飲料）的味道，一部分取決于它所激活的味蕾：甜、酸、苦、咸、鮮。所有的味蕾均可識別所有的味道。但舌的前部邊緣對咸味最敏感；舌尖對甜味最敏感；舌根對苦味最敏感；舌兩側(cè)靠腮的部位對酸味最敏感。味道有五種：酸、甜、苦、咸、鮮。除了味蕾，口腔里的感覺細胞也很重要，它們就并排在味蕾的旁邊，讓我們能感知溫熱、潤滑之類的口感。嗅覺則是由鼻子和嘴共同完成的，嘴里沒有負責分辨氣味的細胞，大部分的氣味信息由鼻孔負

16、責收集，一小部分氣味信息由嘴后側(cè)的通道到達鼻腔通道末端。甜、苦和鮮是通過G蛋白偶聯(lián)受體來識別的；酸味，是氫離子刺激味蕾引起的；咸味，是咸味物質(zhì)離解的陽離子被味蕾中的蛋白質(zhì)的羧基吸附而成的；澀味，是使口腔黏膜中的蛋白質(zhì)凝固而引起收斂，從而刺激觸覺神經(jīng)末梢引起的一種感覺；辣味，實際是一種刺激引起的痛覺。辣味不但能刺激口腔黏膜，還能刺激鼻腔黏膜甚至皮膚。味蕾、感覺細胞、鼻腔，共同完成對食物味道的判斷，缺了哪個，我們得到的味道都不完整。 2味精的化學名？做菜時味精需在做好后加，為何？210oC以上高溫下味精會變成何物？ 答：化學名稱為谷氨酸鈉，是谷氨酸的一價鈉鹽，分子式為：C5H8NO4Na，有肉類鮮

17、味，是商品味精的主要成分（商品味精有含谷氨酸鈉60%、70%、80%、90%等不同規(guī)格）。谷氨酸鈉還可作藥，其針劑可在臨床上靜脈滴注治療肝昏迷等。作菜使用味精，應在起鍋時加入。 味精不宜在高溫下使用，谷氨酸鈉150失去結晶水，210生成對人體有害的焦谷氨酸鹽。故味精最好只用來做湯，不能在油炸或高溫燒烤時加味精。因為在高溫下，味精會分解為焦谷氨酸鈉，即脫水谷氨酸鈉，不但沒有鮮味，而且還會產(chǎn)生輕微的毒素，危害人體。 210oC以上高溫下味精會變成焦谷氨酸鈉。 3雞精和雞有關嗎？ 答： 雞精和雞沒有關系，不是從雞身上提取的，以雞肉/雞骨的粉末或其濃 縮抽提物、味精、食用鹽、呈味核苷酸二鈉(簡稱imp

18、+gmp)等為原料，添加或不添加香辛料和/或食用香精等增味、增香劑經(jīng)混合、干燥加工而成，具有雞的鮮味和雞的香味的復合調(diào)味料。它是在味精的基礎上加入新鮮的核苷酸制成的。由于核苷酸帶有雞肉的鮮味，故稱雞精，不過雞精比味精更鮮。 4酒量是天生的嗎？酒在肝臟中如何代謝？常言酒精中毒，是酒精本身對人體有毒嗎？ 答：乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶在體內(nèi)的多寡，決定一個人的酒量，是天生的。酒在人體內(nèi)的代謝、分解過程: 進入消化道的酒精，主要在胃中被吸收而進入血液，其中20%的酒精在肺循環(huán)中，通過換氣經(jīng)呼吸排出體外。80%酒精的代謝過程，主要在肝臟中進行。這是因為酒的主要成分是乙醇，乙醇進入體內(nèi)以后，在肝臟中的代謝主

19、要通過肝臟中的乙醇脫氫酶的氧化作用轉(zhuǎn)變成乙醛，然后再由乙醛脫氫酶催化生成乙酸，最后生成二氧化碳和水。常言酒精中毒，不是酒精本身對人體有毒，而是乙醇在乙醇脫氫酶的氧化作用轉(zhuǎn)變成的乙醛。 5為何適量飲酒有益健康？過量飲酒有何害處？ 答：酒可以行氣、活血通絡，適量飲酒對人體健康有益。酒中的多酚有抗氧化作用及防止腦功能衰退、促進腦智力的作用。適量飲酒可助消化，能預防心血管疾病，減輕心臟負擔；還可增加高密度脂蛋白，降低冠心病的發(fā)生率；可調(diào)節(jié)人體正常的生理代謝，加速血液循環(huán)；酒可以作為某些疾病的輔助治療劑，尤其對老年人或身體虛弱的人是良好的滋補劑。適量飲酒可防止冠心病和動脈硬化。少量酒精能興奮神經(jīng)系統(tǒng)，有

20、助于消除疲勞?？梢?，適量飲酒對人體有一定的益處。同時啤酒、黃酒和果酒中含有多種氨基酸和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，被稱為“液體面包”。但應注意，正常人體血液中，酒精平均含量為0003，當酒精含量達到07左右時就會導致死亡，所以我們說適量飲酒有益健康，過量酗酒則有損健康。過量飲酒能破壞胃黏膜，導致胃炎、黏膜糜爛，嚴重者會引起急性胃出血、胃潰瘍。酒精對肝有直接的損傷作用，常造成脂肪肝、酒精性肝硬化。喝酒可以損害消化系統(tǒng)。酒的主要成分是酒精，主要通過肝臟解毒，連續(xù)過量飲酒者易患脂肪肝、酒精性肝炎，進而可轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭愿斡不?。一次飲酒量過大，還可能誘發(fā)兇險的急性壞死型胰腺炎，可危及生命。酒精還能刺激食管和胃黏膜，

21、引起食管炎、胃炎等。長期、大量飲酒能增加患高血壓和中風的危險。酒精影響脂肪的代謝，它使血液中的膽固醇和甘油三酯升高，從而發(fā)生高脂血癥或?qū)е鹿跔顒用}硬化。血液中的脂質(zhì)沉積在血管壁上，使血管腔變小引起高血壓。大量飲酒會使心率加快，血壓升高，易誘發(fā)中風。長期飲酒還可造成體內(nèi)多種維生素缺乏。無節(jié)制地飲酒會使食欲下降，食物攝入減少，以至發(fā)生多種營養(yǎng)素缺乏；酒精還影響葉酸的吸收，致使體內(nèi)葉酸缺乏，葉酸缺乏可導致巨幼細胞貧血。喝酒過度還能損害大腦。 6常見食品防腐劑有哪兩種？哪種更安全？ 答：食品添加劑定義為：“為了改善食物的外觀、質(zhì)地或貯存性能而加入到食物中的少量非營養(yǎng)性物質(zhì)?！?不排除既能達到上述目的又

22、有營養(yǎng)價值。常見食品防腐劑有山梨酸和苯甲酸。山梨酸更安全，其一大好處是它在起到防腐作用的同時，不會傷害消化器官。山梨酸在99.9%的人群中不會引起副作用，可在食物和飲料中添加。 7蘇丹紅是合法食品色素嗎？亞硝酸鈉既是防腐劑又是發(fā)色劑，原理？ 答：我國允許使用并訂有國家標準的食品添加劑有:防腐劑、抗氧化劑、著色劑、發(fā)色劑、漂白劑、酸味劑、凝固劑、增稠劑、乳化劑、疏松劑、甜味劑、品質(zhì)改良劑等。蘇丹紅不是合法食品色素。亞硝酸鹽俗稱工業(yè)用鹽，為一種白色或微黃色結晶，有的為顆粒狀粉末，無臭、味微咸澀，易潮解，易溶于水。在食品生產(chǎn)中亦用作食品著色劑和防腐劑。允許用于肉及肉制品的生產(chǎn)加工中，添加亞硝酸鹽可以

23、抑制肉毒芽孢桿菌，故可以作為防腐劑；并使肉制品呈現(xiàn)鮮紅色，故可以作為發(fā)色劑；但是亞硝酸鹽的添加使肉制品中亞硝酸鹽殘留。 8服過量亞硝酸鹽會導致缺氧癥，原因？ 答：硝酸鈉(鉀)和亞硝酸鈉(鉀)一般允許作為肉及肉制品的防腐劑和發(fā)色劑。亞硝酸鹽是強氧化劑，進入血液后與血紅蛋白結合，使氧合血紅蛋白變?yōu)楦哞F血紅蛋白，從而失去攜氧能力，導致組織缺氧，而出現(xiàn)一系列缺氧的中毒病癥，嚴重時可使人死亡。另外亞硝酸鹽對周圍血管有擴張作用。大劑量的亞硝酸鹽能夠使血色素中二價鐵氧化成為三價鐵，產(chǎn)生大量高鐵血紅蛋白從而使其失去攜氧和釋氧能力，引起全身組織缺氧，產(chǎn)生腸源性青紫癥，當體內(nèi)高鐵血紅蛋白達到20-40%就出現(xiàn)缺氧

24、癥狀，達到70%以上可導致死亡。 9食品變質(zhì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)通常是什么？為何油炸后可生吃。 答：食品變質(zhì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)通常是黃曲霉素。黃曲霉素是一種酶，有強烈的至癌作用，主要存在霉變的花生、大米等食物中。黃曲霉素主要存在于被黃曲霉菌污染過的糧、油及其制品中。例如黃曲霉污染的花生、花生油、玉米、大米、棉籽中最為常見，在干果類食品如胡桃、杏仁、榛（zhen）子、干辣椒中，在動物性食品如肝、咸魚中以及在奶和奶制品中也曾發(fā)現(xiàn)過黃曲霉素。由于黃曲酶素不溶于水，不耐高溫（300即分解），所以干炒、油炸有可能破壞黃曲酶素。煮沸是不能將其破壞，只有在280度高溫以后，才能將其黃曲霉素破壞，故油炸后可生吃。 10.

25、烤焦的肉、萬年油的炸制食品中都可能一種致癌物，其名為什么？ 答：烤焦的肉、萬年油的炸制食品中都可能一種致癌物，其名為苯并芘。食品加工貯存過程中以苯并a芘的污染最為嚴重，有人認為40年內(nèi)攝入的苯并a芘總量達80mg以上就可能致癌。因此，要少吃熏制食物。不要食用“萬年油”（長期反復使用的油）炸的油條、油餅等。 第四章 能源科學與化學1我國目前消費的一次能源主要有哪些？目前它們在我國使用的比例分別為多少？ 答：我國目前消耗的一次能源主要有煤、石油、天然氣，目前他們依賴進口的比例分別為：煤：（3）、 石油（50%）、天然氣（30）。 2. 煤炭是如何形成的？主要有哪些元素組成？煤的工業(yè)分析主要有哪四個

26、指標？依年齡由年輕到年老，煤主要分為哪四大類？其中煙煤又可細分為哪五類？冶金焦通常用哪幾種煤作原料來煉制？煤的結構是怎樣的？煤間接液化合成汽油目前國內(nèi)以工業(yè)化，請寫出其化學方程式并指出所用催化劑。 答：煤炭是千百萬年來植物的枝葉和根莖，在地面上堆積而成的一層極厚的黑色的腐殖質(zhì)，由于地殼的變動不斷地埋入地下，長期與空氣隔絕，并在高溫高壓下，經(jīng)過一系列復雜的物理化學變化等因素，形成的黑色可燃沉積巖，這就是煤炭的形成過程。煤主要的元素組成為：碳（8387%）、氫（1114%）、其余為硫（0.060.8%）、氧（0.081.82%）以及微量金屬元素（鎳、釩、鐵等）。煤的工業(yè)分析包括的四個指標是煤的水分

27、（M ）、灰分（A ）、揮發(fā)分（V ）和固定碳（Fc )。煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特性的主要指標，也是評價煤質(zhì)的基本依據(jù)。依年齡由年輕到年老，煤主要分為泥炭、褐煤、煙煤以及無煙煤。其中煙煤可以分為氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、平煤這五種。冶金焦是高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦和有色金屬冶煉用焦的統(tǒng)稱。由于90%以上的冶金焦均用于高爐煉鐵，因此往往把高爐焦稱為冶金焦。煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到950-1050，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段最終制成焦炭，這一過程叫高溫煉焦（高溫干餾）。煤的結構為：在我國，煤間接液化法的工藝流程包括兩種：1、以鐵為催化劑，溫度為250至300攝氏度，壓強為20

28、至30atm，得到的產(chǎn)物為一個碳到四十個碳的烴。2、分子篩法-5（ZSM），溫度為300至350攝氏度，壓強為20至30atm，得到的產(chǎn)物為汽油。這樣的方法大概5至6噸煤可以制造出一噸油。 3石油是如何形成的？主要由哪些元素組成？主要由哪些類型的化合物組成？石油原油經(jīng)過哪些加工才能得到商品汽油？請指出汽油辛烷值的概念，指出粗汽油進一步加工的原理和所用催化劑?；居袡C化工原料-乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯分別來自哪些加工過程？ 答：石油是由古代有機物變來的。在漫長的地質(zhì)年代里，海洋里繁殖了大量的海洋生物，它們死亡后的遺體隨著泥沙一起沉到海底，長年累月地一層層堆積起來，跟外界空氣隔絕著，經(jīng)過細菌的

29、分解，以及地層內(nèi)的高溫、高壓作用，生物遺體逐漸分解、轉(zhuǎn)化成石油和天然氣?；蛘哌z體進入海洋，因海洋含有大量的鹽份，保證了遺體不會馬上被細菌分解，大量地被保存下來，讓遺體得以沉入海底，又因海底的低溫進一步延長了遺體被保存的時間.就是這個時間讓遺體得以積累，并得以被泥沙覆蓋，被海水（鹽水）浸泡過的遺體，又被泥沙或者巖石覆蓋起來，后來在地熱的作用下，時間長了，就成了石油。石油的主要元素是：碳(C)和氫(H)，它們占元素總量的9699%。其中碳元素含量占8387%，氫元素占1114%；其次，含有硫、氮、氧，它們在石油中總含量占14%；再就是微量的重金屬元素，如釩V、鎳Ni、鈉Na、銅Cu、鐵Fe、鉛Pb

30、，其含量只有ppm級；以及微量的非金屬元素，如砷As、磷P、氯Cl，其含量只有ppm級或者是ppb級。石油中的碳和氫組成碳氫化臺物，簡稱烴。硫、氧、氮等則與碳氫元素形成含硫化合物、含。氧化合物、含氮化合物、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等，簡稱非烴。還含有烴類，包括烷烴、環(huán)烷烴、芳徑(芳香烴)等。由石油分餾或重質(zhì)餾分裂化制得。原油蒸餾、催化裂化、熱裂化、加氫裂化、催化重整等過程都產(chǎn)生汽油組分。但從原油蒸餾裝置直接生產(chǎn)的直餾汽油，不單獨作為發(fā)動機燃料，而是將其精制、調(diào)配，有時還加入添加劑（如抗爆劑四乙基鉛）以制得商品汽油。汽油辛烷值是衡量汽油在氣缸內(nèi)抗爆震(knocking)燃燒能力的一種數(shù)字指標，其值高表示抗爆

31、性好。汽油在氣缸中正常燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?020m/s，在爆震燃燒時可達15002000m/s。后者會使氣缸溫度劇升，汽油燃燒不完全，機器強烈震動，從而使輸出功率下降，機件受損。與辛烷有同一分子方程式的異辛烷，其震爆現(xiàn)象最少，我們便把其辛烷值定為100。常以標準異辛烷值規(guī)定為100，正庚烷的辛烷值規(guī)定為零，這兩種標準燃料以不同的體積比混合起來，可得到各種不同的抗震性等級的混合液，在發(fā)動機工作相同條件下，與待測燃料進行對比。抗震性與樣品相等的混合液中所含異辛烷百分數(shù)，即為該樣品的辛烷值。汽油辛烷值大，抗震性好，質(zhì)量也好。 把汽油中不同種類碳氫化合物的百分比，與其辛烷值相乘，加起來便是該種汽油的

32、辛烷值。 粗汽油的精加工除采用原油減壓蒸餾過程外，還采用催化裂化、加氫裂化、石油焦化等原理以獲取更多的輕質(zhì)油品。常用鎢、鎳、鉬、鈷等非貴金屬或鈀、鉑等貴金屬，其酸性組分作為擔體具有裂化和異構化活性，常分別用硅酸鋁、分子篩、硅酸鋁加少量分子篩及層狀硅酸鋁或硅酸鎂做催化劑用于加氫裂化，用主要成分為硅酸鋁的固體酸催化劑作為催化裂化的催化劑。乙烯、丙烯主要來自裂解過程，苯、甲苯、二甲苯則多來自石油的分餾。4天然氣和沼氣的組成主要有哪些差別？請舉例說明它們的應用。 答：天然氣的主要成分是甲烷，一般會占90以上，有些則高達95，此外還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等。沼氣主要成分也是

33、甲烷，但是比例低很多，占5570左右，二氧化碳占2540左右，此外還有少量氫氣、硫化氫、一氧化碳、氮和氨等。 應用：天然氣可用于發(fā)電， 并且是制造氮肥的最佳原料，是城市燃氣事業(yè)特別是居民生活用燃料，此外，壓縮天然氣汽車，以天然氣代替汽車用油，具有價格低、污染少、安全等優(yōu)點。 沼氣是甲烷、二氧化碳和氮氣等的混合氣體,具有較高的熱值,可用做燒飯、點燈,也可以驅(qū)動內(nèi)燃機和發(fā)電機以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。 5干電池、蓄電池、鋰電池、燃料電池有何異同？有何優(yōu)缺點？請舉例說明各自的發(fā)電原理。 答： 干電池屬于化學電源中的原電池，是一種一次性電池。干電池是一種伏打電池,利用某種吸收劑(如木

34、屑或明膠)使內(nèi)含物成為不會外溢的糊狀。常用作手電筒照明、收音機等的電源。因為這種化學電源裝置其電解質(zhì)是一種不能流動的糊狀物，所以叫做干電池，這是相對于具有可流動電解質(zhì)的電池說的。干電池屬于化學電源中的原電池，是一種一次性電池，它的原理是碳棒以為正極，以鋅筒為負極，把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┙o外電路。在化學反應中由于鋅比錳活潑，鋅失去電子被氧化，錳得到電子被還原。蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲存起來，在合適的地方使用，屬于二次性電池。所謂蓄電池即是貯存化學能量，于必要時放出電能的一種電氣化學設備。其工作原理就是把化學能轉(zhuǎn)化為電能。蓄電池中最普遍常見的就是鉛蓄電池，它的發(fā)電原理是用填滿

35、海綿狀鉛的鉛板作負極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28%的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學能，放電時化學能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時，金屬鉛是負極，發(fā)生氧化反應，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復到放電前的狀態(tài)，組成化學電池。鉛蓄電池是能反復充電、放電的電池，叫做二次電池。 鋰電池也屬于二次電池，鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。不過它相對于蓄電池有更高的優(yōu)勢，它的1、能量比比較高。具有高儲存能量密度，目前已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6

36、-7倍；2、使用壽命長，使用壽命可達到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C（100%DOD）充放電，有可以使用10,000次的記錄；3、額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；4、具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；5、自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；6、重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5-6；7、高低溫適應性強，可以在-20-60的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45環(huán)境下使

37、用；8、綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。9、生產(chǎn)基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。其原理為：鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應：Li+MnO=LiMnO，該反應為氧化還原反應，放電。正極上發(fā)生的反應為LiCoO=充電=Li（1-x）CoO+Xli+Xe(電子)；負極上發(fā)生的反應為6C+XLi+Xe=LixC6；電池總反應：LiCoO+6C=Li1-xCoO+LixC6。 6. 傳統(tǒng)發(fā)電方式有何缺點？為何現(xiàn)今大力研究燃料電池？ 答：火力發(fā)電，現(xiàn)階段最普及的發(fā)電方式，也是

38、技術最成熟的，缺點就是：污染厲害，利用率不高。風力發(fā)電，屬于新能源發(fā)電，潔凈，無污染，缺點就是：裝機容量太小，受地域限制。水力發(fā)電，裝機容量大，潔凈無污染，缺點：前期投資太大，建設周期長。燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。優(yōu)點，能量轉(zhuǎn)化率高，有害氣體及噪音排放都很低，適用范圍廣。從系統(tǒng)熵和能量的角度，對傳統(tǒng)方式發(fā)電和燃料電池發(fā)電機理進行熱力學分析，通過對兩種發(fā)電過程中的能損、熵增以及熱力學效率的比較得出：傳統(tǒng)發(fā)電裝置在發(fā)電過程中，高溫煙氣在推動熱機做功發(fā)電之前，由于升高自身溫度所耗能量已造成較高的能損；而燃料電池將燃料的化學能，即吉布斯自由能直接轉(zhuǎn)化為電能，

39、能損失明顯減少，提高了熱力學效率，因此燃料電池發(fā)電技術具有較為明顯的優(yōu)勢?？梢?，傳統(tǒng)發(fā)電方式的缺點是：升高自身溫度會造成較高的能損，降低了電池的效率?，F(xiàn)今大力研究燃料電池是因為燃料電池具有以下特點：1、能量轉(zhuǎn)化效率高，他直接將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料電能轉(zhuǎn)換效率在45%60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%40%。2、有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低 CO2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無機械振動。3、燃料適用范圍廣。4、積木化強 規(guī)模及安裝地點靈活，燃料電池電站占地面積小，建設周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組

40、裝，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適。5、負荷響應快，運行質(zhì)量高 燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻率偏移和電壓波動，降低了現(xiàn)有變電設備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。因為燃料電池有了這些優(yōu)點，就促使了現(xiàn)今人們對其的大力研究。 7. 燃料電池主要有哪三類材料構成？燃料電池可分為哪五種？各有何優(yōu)缺點？請舉出5個例子說明燃料電池的應用及優(yōu)點。 答：燃料電池是一種化學電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學反應時釋出的能量，直接將其變換為電能。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板

41、所組成。 燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段，按電解質(zhì)材料分為磷酸型、熔融碳酸鹽型、質(zhì)子交換膜型、固體氧化物型、堿性型五種類型。堿性燃料電池的優(yōu)點是工作溫度大約80，它們的啟動也很快，它們是燃料電池中生產(chǎn)成本最低的一種電池，因此可用于小型的固定發(fā)電裝置。如同質(zhì)子交換膜燃料電池一樣，堿性燃料電池對能污染催化劑的一氧化碳和其它雜質(zhì)也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因為一氧化碳能與氫氧化鉀電解質(zhì)反應生成碳酸鉀，降低電池的性能。缺點是其電力密度卻比質(zhì)子交換膜燃料電池的密度低十來倍，在汽車中使用顯得相當笨拙。質(zhì)子交換膜燃料電池具有如下優(yōu)點：其發(fā)電過程不涉及氫氧燃

42、燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高；發(fā)電時不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時也沒有噪音。所以，質(zhì)子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源。質(zhì)子交換膜燃料電池還具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單、操作方便等優(yōu)點。其缺點是：它以氫為燃料，而從能源方面來講，氫氣含量少，制備不便宜，且不易儲存。 熔融碳酸鹽燃料電池的優(yōu)點是：1、工作溫度高，電極反應活化能小，無論氫 的氧化還是氧的還原，都不需要貴金屬作催化劑，降低了成本。2、可以使用co含量高的燃料氣，如煤制氣。3、電池排放的余熱溫度高達673k之多，可用于底循環(huán)或回收利用，使總的熱效率達到80%。

43、4、可以不許用水冷卻，而用空氣冷卻代替，尤其適用于缺水的邊遠地區(qū)。其缺點是：1、高溫以及電解質(zhì)的強腐蝕性對電池各種材料的長期耐腐蝕性能都有十分嚴格的要求，電池的壽命也因此受到一定的限制。2、單電池邊緣的高溫濕密封難度大，尤其在陽極區(qū)，這里遭受到嚴重的腐蝕。另外，熔融碳酸鹽的一些固有問題，如由于冷卻導致的破裂問題等。3、電池系統(tǒng)中需要有CO2循環(huán)，將陽極析出的CO2重新輸送到陰極，增加了系統(tǒng)的復雜性。 磷酸鹽燃料電池的優(yōu)點是：1、排氣清潔，染料并不燃燒，就發(fā)點，所以，幾乎完全沒有一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫等污染大氣物質(zhì)。2、發(fā)電效率高，以前的內(nèi)燃機發(fā)電裝置是燃燒染料驅(qū)動渦輪等機械能使發(fā)電機轉(zhuǎn)換

44、出電能的，能量損耗大；但是染料電池發(fā)電上是把染料的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的，所以，能量變換損失大，結果是發(fā)電效率遠高于以前的發(fā)電效率。3、低噪音，低振動，不判有旋轉(zhuǎn)機械的發(fā)電方式，所以是在低噪音低振動下運轉(zhuǎn)。 固體氧化物燃料電池的優(yōu)點是： (1)較高的電流密度和功率密度；(2)陽、陰極極化可忽略，彼化損失集中在電解質(zhì)內(nèi)阻降；(3)可直接使用氫氣、烴類(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用貴金屬作催化劑；(4)避免了中、低溫燃料電池的酸堿電解質(zhì)或熔鹽電解質(zhì)的腐蝕及封接問題；(5)能提供高質(zhì)余熱，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高，能量利用率高達80左右，是一種清潔高效的能源系統(tǒng)；(6)廣泛采用陶瓷材料作電解質(zhì)

45、、陰極和陽極，具有全固態(tài)結構；(7)陶瓷電解質(zhì)要求中、高溫運行(6001000)，加快了電池的反應進行，還可以實現(xiàn)多種碳氫燃料氣體的內(nèi)部還原，簡化了設備。 固體氧化物燃料電池具有燃料適應性廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、全固態(tài)、模塊化組裝、零污染等優(yōu)點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質(zhì)氣等多種碳氫燃料。其缺點是：氧化物燃料電池，其工作溫度一般在800左右。實現(xiàn)它的使用還需要一段時間的探索，而且電池在使用時溫度過高會對電池的材料有一定的要求。 應用舉例：1、低溫燃料電池的用途非常廣泛，電腦，汽車，甚至是家用發(fā)電設備，這些都可以用燃料電池來代替。2、節(jié)約配電網(wǎng)的建設費用，中國有許多偏遠

46、的山村和海島，遠離電網(wǎng)或處在電網(wǎng)的末端，用電量不大。有了燃料電池，用當?shù)厣镔|(zhì)氣體為燃料，再配合當?shù)氐娘L能、太陽能等，就可以滿足當?shù)氐拈L期的電能需求。3、提高電網(wǎng)的安全性，電網(wǎng)均采用高壓長距離輸電的方式使偏僻山區(qū)的水電和坑口、路口以及?？谔幍幕痣娸斔偷截摵芍行牡貛АＶ型饨甓啻坞娋W(wǎng)事故證明，在地震、水災、暴風、冰雪、雷電等自然災害面前，這種系統(tǒng)往往是十分脆弱的。而星羅棋布的燃料電池加入到電網(wǎng)中供電，將會大大提高電網(wǎng)的安全性。在某個遠距離的基本負荷電源跳閘時，燃料電池可以對電網(wǎng)起到一定的支承作用，保證重要用戶的電能需求。4、在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電聯(lián)供等民用領域作為固定電站，以及作

47、為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，都有廣闊的應用前景。5、燃料電池排放的污染物少，減少了對大氣的污染。 第五章 材料科學與化學1 按元素組成劃分，材料主要分為哪四類？按作用分，材料主要分為哪兩大類？ 答：按元素組成劃分，材料主要分為：金屬材料，無機非金屬材料，有機高分子材料，復合材料。 按作用分，材料主要分為：結構材料，功能材料。2 金屬材料，陶瓷材料，有機高分子材料各有何有缺點？ 答：金屬材料的特點是塑性好，耐久性，硬度高，強度高，耐磨，良好的導熱導電性，缺點是比重大，易腐蝕，有疲勞特性。金屬的冶煉成本高、機械加工也比較復雜。 陶瓷材料的優(yōu)點是高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等；陶

48、瓷材料的缺點是：很脆，保護不好容易破裂。 有機高分子材料的特性是大多數(shù)質(zhì)輕，化學性穩(wěn)定，不會銹蝕，耐沖擊性好，透明性、耐磨耗性、絕緣性好，導熱性低，一般成形性著色性好，加工成本低，大部分耐熱性差，熱膨脹效率大，易燃燒，尺寸穩(wěn)定性差，易變形，耐低溫性差，低溫下變脆，易老化，某些易溶于溶劑。 3、黃銅和青銅有何差別？傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷有何區(qū)別？橡膠和塑料有何區(qū)別？ 答：黃銅與青銅的區(qū)別在于：黃銅成分為銅和錫，青銅成分為銅和鋅黃銅（Cu-Zn）有優(yōu)良的導熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。如在黃銅中加入少量Sn，稱為海軍黃銅，具有很好的抗海水腐蝕的能力。在黃銅中加入少量的有潤滑作用的Pb，可用作滑動

49、軸承材料。青銅（Cu-Sn）在有錫的加入明顯地提高了銅的強度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強，因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。Sn較貴，目前已大量用Al、Si、Mn來代替Sn而得到一系列青銅合金。鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好。 傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷的區(qū)別在于：傳統(tǒng)陶瓷是指以傳統(tǒng)工藝按照坯料制備、制模、成型、干燥、裝燒、裝飾、包裝等工藝流程制作的陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常見的陶瓷材料有粘土、氧化鋁、高嶺土等。陶瓷材料一般硬度較高，但可塑性較差。除了在食器、裝飾的使用上，在科學、技術的發(fā)展中亦扮演重要角色。陶瓷原料是地球原有的大量資源黏土經(jīng)過淬取而成。而粘土的性質(zhì)具韌性，常溫遇水可塑，微干可雕，全干可磨；燒至700度可成陶器能裝水；燒至1230度則瓷化，可完全不吸水且耐高溫耐腐蝕。其用法之彈性，在今日文化科技中尚有各種創(chuàng)意的應用。特種陶瓷，又稱精細陶瓷，按其應用功能分類，大體可分為高強度、耐高溫和復合結構陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類。在陶瓷坯料中加入特別配方的無機材料，經(jīng)過1360度左右高溫燒結成型，從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能，成