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雨星的博客

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美国化学课本中的“生活中的化学”  

2013-01-30 19:52:26|  分类: 网络日志 |  标签: |举报 |字号 订阅

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生活中的化学

1.人体中有哪些化学物质?(必修二第 章元素周期表)

组成人体的元素及各种元素所占比例如图所示。人体中的元素并不是游离态的,而是以化合物的形式存在的。

 

2.色彩斑斓的烟花(必修一第三章金属及其化合物、焰色反应)

大多数的烟花都含有以下成分:氧化剂、燃料、结合剂以及着色剂。氧化剂是主要成分,约占烟花总量的38%64%。常用的氧化剂叫高氯酸钾,化学式为KClO4。点燃时,氧化剂会分解成盐酸,增加烟花的亮度,并使烟花色彩斑斓。氧化剂还会氧化其中的结合剂,如铝和镁等,与之发生放热反应,使烟花燃放时产生爆鸣声,以及美丽的烟花。燃放时产生的爆鸣声来自于气体的迅速膨胀。结合剂铝和镁则使得烟花变成蓝白色,结合剂除了可使点燃后的温度升高外,还有将各种成分粘结起来使用。

在制作烟花时,常常选用各种金属盐,以产生各种色彩的烟花。烟花中的结合剂,必须科学地进行选择,以免在贮存及运输时其与这些金属盐反应而发生爆炸。

进一步探索  烟火中的氧化剂可以迅速分解放出氧气,后者使燃料燃烧。那么,为什么烟火中必须使用氧化剂,而不是直接从空气中获得氧气?

 

3.保持人体健康的化学元素(必修二第 章元素周期表)

你知道人体中大约可以发现60种化学元素吗?在所有这些元素中,大约有一半是生命活动所必需的。下表列举了至今为止科学家认为属于生命活动所必需的一些元素。

生命活动的必需元素

矿质元素

FNaMgSiPSClKC

aVCrMnFeCoNiCuZ

nAsSeSnI

非矿质元素

HCON

 

功能各异的矿质元素  钙的化合物组成了人体中一些坚硬的部分,如骨骼和牙齿,钙是这些组织生长和发育所必需的。铁参与构成了血液血红蛋白的活性部分,而血红蛋白在机体中负责将氧气输送给细胞。氟有助于牙齿的形成和维持,也可能有助于防止骨质疏松——一种骨降解速度超过骨合成速度而导致的疾病。你可能不知道,镁跟钾是神经和肌肉功能正常行使所必需的。锌和硒在参与细胞分裂和生长相关的酶的活性以及免疫系统的功能行使中同样是必需的。

不同含量的化学元素  在人体中,维持各种矿质元素的合适含量,对于健康来说是非常重要的。营养学家为此提出了人类日常饮食中必须含有的各种矿物质的数量,如推荐膳食供给量和估计安全和足够的摄入量,还列举了所需的饮食。


进一步探索  为什么在沸水中煮食物会降低食物的矿物质含量?

 

4.硬水(必修一第二章离子反应)

硬水这一名称并不是用来描述水的物理状态的,而是指一类溶有钙、镁和碳酸氢根离子的水溶液。用肥皂洗衣服时,不能使用这种硬水。

肥皂的主要成分是硬脂酸钠——NaC18H35O2,这种物质可将衣服上的赃物吸住,且本身可溶于水。但如果使用的是硬水,则水中的钙离子会与硬脂酸根离子结合形成不溶于水的硬脂酸钙——Ca(C18H35O2)2,水槽和浴缸中经常能见到的肥皂垢就是这种物质。因此,硬水通常需要经过软水器除去硬水中的钙离子后,才能使用。

在日常生产、生活中,如果使用硬水,也会产生其他一些问题。例如用硬水烧水时,水中的钙粒子和碳酸氢根离子会发生反应,生成碳酸钙。由于碳酸钙不溶于水,所以就在热水器或水管中沉淀下来形成水垢。这些水垢容易堵塞水管,影响热水器的加热效果。

离子交换器  人们通常使用离子交换器来软化硬水,降低水中钙离子和镁离子的数量。离子交换器中含有一种由碳、氢元素和钠元素构成的物质,称为树脂。硬水流过树脂时,水中的钙离子或镁离子与树脂中的钠离子发生交换,从而减少硬水中钙、镁离子的数量,而水中的钠离子数量则增加。

进一步探索  为什么在硬水中,洗涤剂的洗涤效果比肥皂更好?

 

5.漂白(必修一第四章氯气和二氧化硫的漂白作用  新课引入)

家用漂白剂  最受欢迎的家用漂白剂也许是次氯酸钠(NaClO)的水溶液。次氯酸钠可以通过氯气和氢氧化钠的水溶液反应制得。这个反应可以用下面的反应方程式表示:

Cl2(g) + 2NaOH(aq)     NaClO(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

在水溶液中,NaClO并不是以完整的单元存在的,而是以钠离子(Na+)和次氯酸根离子(ClO-)的形式存在的。在这种类型的漂白剂中,真正起漂白作用的有效成分是次氯酸根离子。在许多其他类型的固体和液体漂白剂中,过氧化氢(H2O2)取代了次氯酸钠的位置。这些漂白剂溶液中的有效成分是过氧氢根离子(HOO-)。那么ClO-HOO-都有哪些共同点呢?


漂白反应  正如你所看到的,这两种多原子离子都带1个单位负电荷,如果它们能与氢离子结合的话,那么以下两个化学反应就都有可能发生了。

因为化合物HClH2O比次氯酸根离子、过氧氢根离子都稳定,这些反应是可以发生的。反应的结果是起到漂白效果,因为反应所释放的氧可以与有色物质中的分子反应。参与染色的化合物分子具有一种独特的结构,这种结构使物质具有了颜色这样的物理性质。在这些化合物与氧原子反应时,所形成的额化合物改变了有色无知原先的结构,即使之不再具有产生颜色的结构,这样,漂白剂就将有色化合物漂白为无色。


进一步探索  你为何认为含有次氯酸钠的漂白剂对精细织物的损害要比含过氧化氢的漂白剂大?


6.宝石的颜色(必修一第三章硅和硅的化合物)

你是否增问过自己,究竟是什么让玻璃世界五彩斑斓,又是什么让镶嵌在戒指上的宝石光彩璀璨?现在就让我们来解开这些谜底吧!过渡元素的化合物可以创造出所有你想见的颜色。


给宝石和玻璃上色的过渡元素  过渡元素有着许多重要的应用,但备受人们关注的是它们可以让各种宝石和玻璃火的颜色。尽管并非所有过渡元素的化合物都有颜色,但有色的无机化合物中多数都含有一种过渡元素,例如铬、铁、钴、铜、锰、镍、镉、钛、金或钒等。化合物的颜色取决于三个元素:(1)金属身份;(2)金属元素的氧化数;(3)与金属阳离子结合的阴离子类型。


杂质让宝石获得颜色  晶体有着引人入胜的性质,一块透明、无色的石英晶体就是有纯的二氧化硅(SiO2)组成的。但一些无色的纯晶体,可以在掺入少量过渡元素的化合物(常常是过渡元素的氧化物)之后,成为五颜六色的宝石。紫水晶(紫色)、柠檬黄(黄棕色)和玫瑰石英(粉红色)就是一些过渡元素杂质散布在石英晶体中形成的。蓝宝石由氧化铝组成,当中掺有氧化亚铁(FeO)和二氧化钛(TiO2)。但如果氧化铝晶体中掺有少量的三氧化二铬(Cr2O3),它就会变成红宝石。另一种类型的宝石则完全是由有色化合物组成,大多数是过渡元素的化合物,如玫瑰红的菱锰矿(MnCO3)、灰黑色的赤铁矿(Fe2O3)和绿色的孔雀石(CuCO3·Cu(OH)2),等等。


金属离子是如何与光作用产生颜色的  为何在Al2O3晶体中存在少量的Cr2O3就可形成红宝石?因为Cr3+吸收了照射在红宝石上白色光中的黄绿色光线,剩下的红蓝光穿过宝石后就成了我们眼中的深红色。这个原理可以用来解释所有宝石的颜色,即宝石中的杂质吸收了白光中部分色调的光,剩下的光线或反射、或透射,从而差生出宝石的不同颜色。

有色玻璃中的过渡元素  在玻璃还处于熔融状态时,加入一些过渡元素可以使玻璃带有颜色。有色玻璃,如玻璃吹制和陶瓷釉,都是通过这种方式获得颜色的。有色化合物中的绝大多数是氧化物,在熔融玻璃中加入铜和或钴的氧化物后,玻璃就成为蓝色。其他氧化物所对应的颜色如下:锰的氧化物对应紫色,铁的氧化物对应绿色,金的氧化物对应深红色,铜或硒的氧化物对应红色,锑的氧化物对应黄色。也有一些有色化合物不是氧化物,例如铬酸盐可用于制造绿色玻璃,铁的硫化物可以让玻璃带有棕色。


进一步探索  找出是什么杂质,让紫水晶、柠檬黄和玫瑰石英获得颜色的。


7.火柴与化学


安全火柴的生产与使用过程中包括着许多化学知识。


生产普通火柴  首先将松木削成细棍,浸入硼砂(十水合硼酸钠,Na2B4O7·10H2O)或者磷酸铵[(NH4)3PO4]的溶液中,这样做可以增加火柴的安全性。在经过石蜡处理后,将火柴头浸入粘合剂、上色剂、可燃物和氧化剂的混合物中。可燃物一般选择硫或者三硫化二锑(Sb2S3),氧化剂则是氯酸钾(KClO3)和二氧化锰(MnO2)的混合物。最后一道工序是在火柴头上添加一些有三硫化四磷(P4S3)、玻璃粉和粘合剂组成的混合物。

划普通火柴时的化学反应  在火柴盒一侧的火柴皮上,含有玻璃粉盒粘合剂组成的化合物。



美国高中最为通行的化学教材中关于生活化学的整理


来源:http://gd2011.teacher.com.cn/UserLog/UserLogComment.aspx?UserlogID=104594

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