化学与STSE
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化学与STSE
一. 化学与能源
化石燃料:煤、石油、天然气
1.煤
煤主要是有机物和无机物组成的复杂混合物,主要由碳、氢、氧、氮等元素构成。
煤经过干馏(隔绝空气加强热,化学变化)可获得粗氨水、苯、甲苯、二甲苯、焦炭等化工原料。
煤的气化和液化都是化学变化。
煤的脱硫技术可以减少二氧化硫的排放,钙基固硫是最常见的脱硫技术。
2.石油
石油是由有烷烃、环烷烃、芳香烃组成混合物,主要由碳、氢、硫、氧、氮等元素构成。
石油的分馏可获得液化石油气(主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯)、汽油、煤油、柴油等工业制品(都是混合物)。
石油的催化重整是获得芳香烃的重要来源。
石油的裂化是为获得较多的轻质油。
石油的裂解是为获得较多的气态烯烃。
3.天然气
天然气是以甲烷为主的烃类气体,是高效清洁燃料,也是一种重要的化工原料。
4.乙醇汽油
在汽油在添加乙醇,可以减少二氧化碳的排放,减轻对石油的依赖。
目前我国使用的车用乙醇汽油E10是指加入10%的乙醇(体积分数)的汽油混合燃料。
93号汽油是指汽油的辛烷值不低于93,目前使用的都是无铅汽油(使用甲基叔丁基醚代替四乙基铅来提高汽油的辛烷值)。
5.一碳化学(C1化学)简介
化学反应过程中反应物只含一个碳原子的反应统称为一碳化学。
一碳化学的主要目的是节约煤炭和石油资源,用少的碳原料生成多的燃料,提供给人类。
如:甲醇和一氧化碳之醋酸、醋酸酐。
合成气(CO和H2)一步制二甲醚,合成气制烃类,乙醇,二氧化碳的固定等。
二化学与材料
材料:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料
金属材料:分为黑色金属材料(铁、铬、锰及其合金)和有色金属材料(其他金属及其合金)。
无机非金属材料:玻璃、水泥、陶瓷等称为传统无机非金属材料,新型无机非金属材料种类非常广泛,如高温结构陶瓷、磁性材料、光学材料、生物陶瓷等属于新型无机非金属材料。
有机高分子材料:塑料、合成纤维、合成橡胶
纤维的分类:天然纤维,人造纤维,合成纤维
三化学与食品安全
食品添加剂是为改善食品色、香、味等品质,以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化合物质或者天然物质。
目前我国食品添加剂有23个类别,2000多个品种,包括酸度调节剂、抗结剂、消泡剂、抗氧化剂、漂白剂、膨松剂、着色剂、护色剂、酶制剂、增味剂、营养强化剂、防腐剂、甜味剂、增稠剂、香料等。
食品添加剂必须严格按用量使用,滥用食品添加剂也是造成食品安全的一个原因。
常见食品添加剂:抗氧化剂(维生素C、维生素E),着色剂(姜黄素,番茄红素,辣椒红),增味剂(谷氨酸钠、肌苷酸二钠、鸟苷酸二钠),防腐剂(苯甲酸及钾盐,山梨酸及其钾盐,二氧化硫,亚硫酸钠,亚硝酸钠),甜味剂(蔗糖、果糖、木糖醇、阿斯巴甜)。
严格禁止使用的非食品添加剂:增塑剂、吊白块、甲醛、苏丹红、皮革水解物、三聚氰胺、地沟油、孔雀石绿、荧光增白剂、工业明胶、工业酒精等未在食品添加剂中列出的物质。
四. 化学与环境保护
大气污染:酸雨、温室效应、臭氧层空洞、光化学烟雾、雾霾。
气污染所导致。
两者可从空气湿度上作出大致判断,通常在相对湿度大于90%时称之为雾,小于80%时称之为霾,80%~90%之间则为雾霾混合物。
PM2.5即细颗粒物,指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物,可以由硫和氮的氧化物转化而成。
在室内,二手烟是颗粒物最主要的来源。
水体污染:工业污染源(工业污水未经处理或处理不合格导致重金属离子等超标),农业污染源(农药、化肥的滥用),生活污染源(生活污水的随意排放导致水体富营养化),其他突发性事件污染(如石油的泄露等)。
关键词:水体富营养化(磷元素),赤潮
五化学与健康
1.碘:在食盐中添加KIO3,碘元素是合成甲状腺素的基本元素,缺碘容易导致甲状腺增生(大脖子病),碘过量会因为甲状腺激素分泌过多导致亢奋(甲亢)。
2.氟:少量的氟可预防龋齿,过量容易导致脆骨病。
3.铁:铁是构成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素和多种氧化酶的重要成分,作为氧的载体,保证体组织内氧的正常输送;
4.钙:钙是人体含量最多的无机元素,构成骨骼和牙齿。
维持神经兴奋性。
参与血液凝固过程。
血钙少了,血液酸碱不平衡,导致手脚抽搐,因此兴奋。
5.钠:维持细胞外液的渗透压,参与体内酸碱平衡的调节,食盐摄入过量是高血压发病率高的主要原因之一。
6.糖类:糖的主要功能是提供热能,单糖指不能水解的糖,低聚糖指水解生成2-10 mol单糖的糖类,多糖指水解生成单糖超过10 mol的糖类。
单糖如葡萄糖和果糖,低聚糖如蔗糖和麦芽糖,多糖如淀粉和纤维素(化学式相同,但二者不是同分异构体)。
7.油脂:储存能量,有利于酯溶性维生素的吸收。
天然油脂是由多种酯类形成的混合物。
8.蛋白质:维持组织的生长更新和修补,参与重要的生理功能。
9.营养素:糖类、油脂、蛋白质、维生素、水和无机盐是人体所需的六大营养素,加上膳食纤维也成七大营养素。
其中前三中都可以产生能量,因此前三种又称产能营养素。
10.酸性食物和碱性食物:根据食物进入人体后所生成的最终代谢物的酸碱性而定,而不是根据人们的味觉判断。
如:淀粉类、动物性食物、甜食、油炸食品、豆类食品都属于酸性食物,而蔬菜、水果等富含膳食纤维类食物都属于碱性食物。
五. 绿色化学
在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂,使原子经济最大化。
绿色化学又称环境友好化学,Paul Anastas和John C Warner 提出绿色化学的12项原则:
1.防止废物:设计化学合成方法防止废物的产生,从而无需进行废物的处理。
2.设计更安全的化合物和产物:设计更有效,而且低毒或无毒的化合物。
3.降低化学合成方法的危险性:降低或消除生成产物的合成方法对人类及环境的毒性。
4.使用可再生的原料:使用可再生的原料而非消耗型原料;可再生的原料一般来源于农产品或是其他过程产生的废物;消耗型原料一般来源于,石油天然气煤矿物等。
5.使用催化剂而非当量试剂:通过催化反应将废物的量降到最低。
催化剂是指少量而可以多次催化反应进行的试剂,而当量试剂一般过量且只能反应一次。
6.避免化合物的衍生物:避免使用保护基或其他暂时的修饰,衍生物的产生将使用额外的试剂,并产生废物。
7.使原子经济最大化:最大比例的利用起始反应物的原子。
8.使用更安全的溶剂和反应条件:避免使用溶剂,混合物分离试剂,和其他的辅助化合物。
如果必须使用这些化合物,选择无害的物质。
如果需要使用溶剂,尽量选择水。
9.提高能源效率:可能的话,在常温常压下进行反应。
10.设计可降解的产物:产物在使用后,应可降解,而不会在环境累积。
11.全程分析并防止污染:在生产过程中进行全程监控,以减少或消除副产物的生成。
12.使事故的可能性降到最低:设计化合物及其状态(固态,液态,气态),以降低爆炸,火灾,泄漏发生的可能性。
原子利用率又称原子经济性,其计算公式如下:
=100% 目标产物的质量
原子利用率生成物的总质量
原理利用率为100%的有加成反应和化合反应。