项目
内容
课标主题
必修 · 主题 2 常见的无机物及其应用（2.5 非金属及其化合物，条目点名的是氯、氮、硫，硅没有单列；2.6 物质性质及物质转化的价值）；主题 5 化学与社会发展（5.1 化学促进可持续发展；5.2 化学科学在材料科学、人类健康等方面的重要作用；5.3 化学在自然资源和能源综合利用方面的重要价值；5.4 化学在环境保护中的作用；5.5 化学应用的安全与规则意识）
人教版（2019）
必修第二册 第五章“化工生产中的重要非金属元素”第三节“无机非金属材料”；第八章“化学与可持续发展”（第一节 自然资源的开发利用，第二节 化学品的合理使用，第三节 环境保护与绿色化学）
考试地位
选择题第一题常以生活、科技、传统文化为情境考物质的性质与用途，芯片、光纤、玻璃、陶瓷、新材料、化石燃料、食品添加剂几乎是固定素材（常考，多为一个选项）；海水提镁、提溴、提碘和高纯硅的制备是工艺流程题、原理题的常见情境，考每一步的目的和方程式
前置知识
第 3 章酸性氧化物；第 4 章离子反应；第 5 章氧化还原；第 7 章卤素单质的置换（C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X − \ce{Br-} Br X − I X − \ce{I-} I X −
这一章前半讲硅：从沙子（S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
知识点
一句话
考试中
12.2 硅与二氧化硅
S i \ce{Si} Si S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H F \ce{HF} HF 常考，选择题的性质与用途；高纯硅制备流程
12.3 硅酸盐与无机非金属材料
陶瓷、玻璃、水泥是传统硅酸盐材料；碳化硅、氮化硅、富勒烯、碳纳米管、石墨烯是新型无机非金属材料
常考，选择题判断材料类别
12.4 海水资源的综合利用
海水提镁（沉淀富集、电解熔融 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
常作流程题素材，考每步目的和方程式
12.5 煤、石油、天然气的综合利用
煤的干馏、气化、液化和石油的裂化、裂解都是化学变化，石油分馏是物理变化
常考，选择题判断变化类型和产物
12.6 环境保护与绿色化学
酸雨、光化学烟雾、温室效应等对应各自的污染物；绿色化学从源头减少污染，原子利用率越高越好
常考，选择题；流程评价和原子利用率计算
12.7 化学品的合理使用
化肥农药、药物、食品添加剂在规定范围内合理使用
常考，选择题第一题的情境
宏观 ：硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位。自然界没有游离态的硅，硅都以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石、沙子和土壤里。单质硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体 材料，用来做芯片和太阳能电池。二氧化硅是沙子、石英、水晶、玛瑙的主要成分，熔点高、硬度大、不溶于水，用来做光导纤维、石英坩埚和光学仪器。
微观 ：硅位于第三周期第 ⅣA 族，最外层 4 个电子，既不容易得到 4 个电子，也不容易失去 4 个电子，所以主要形成共价键，化合物里常见 + 4 +4 + 4 共价晶体 （第 18 章）：S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 1 : 2 1 : 2 1 : 2
符号 ：硅的价类二维图上只有几种物质，转化如下图。
单质硅（常温下化学性质不活泼，只与 F X 2 \ce{F2} F X 2 H F \ce{HF} HF O X 2 \ce{O2} O X 2 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2
② S i + O X 2 = Δ S i O X 2 \ce{Si + O2} \xlongequal{\Delta} \ce{SiO2} Si + O X 2 Δ SiO X 2
S i + 4 H F = S i F X 4 ↑ + 2 H X 2 ↑ \ce{Si + 4HF = SiF4 ^ + 2H2 ^} Si + 4 HF = SiF X 4 ↑ + 2 H X 2 ↑ ④ S i + 2 N a O H + H X 2 O = N a X 2 S i O X 3 + 2 H X 2 ↑ \ce{Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 ^} Si + 2 NaOH + H X 2 O = Na X 2 SiO X 3 + 2 H X 2 ↑
③ 工业制粗硅：S i O X 2 + 2 C = 高温 S i + 2 C O ↑ \ce{SiO2 + 2C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si + 2CO ^} SiO X 2 + 2 C 高温 Si + 2 CO ↑
① 甲硅烷 S i H X 4 \ce{SiH4} SiH X 4 S i H X 4 = Δ S i + 2 H X 2 \ce{SiH4} \xlongequal{\Delta} \ce{Si + 2H2} SiH X 4 Δ Si + 2 H X 2 S i H X 4 \ce{SiH4} SiH X 4 C H X 4 \ce{CH4} CH X 4
二氧化硅（酸性氧化物，但不与水反应）：
⑤ 与强碱：S i O X 2 + 2 N a O H = N a X 2 S i O X 3 + H X 2 O \ce{SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O} SiO X 2 + 2 NaOH = Na X 2 SiO X 3 + H X 2 O S i O X 2 + 2 O H X − = S i O X 3 X 2 − + H X 2 O \ce{SiO2 + 2OH- = SiO3^2- + H2O} SiO X 2 + 2 OH X − = SiO X 3 X 2 − + H X 2 O
与碱性氧化物：S i O X 2 + C a O = 高温 C a S i O X 3 \ce{SiO2 + CaO} \xlongequal{\text{高温}} \ce{CaSiO3} SiO X 2 + CaO 高温 CaSiO X 3
与氢氟酸（特性）：S i O X 2 + 4 H F = S i F X 4 ↑ + 2 H X 2 O \ce{SiO2 + 4HF = SiF4 ^ + 2H2O} SiO X 2 + 4 HF = SiF X 4 ↑ + 2 H X 2 O
与纯碱、石灰石（玻璃工业）：S i O X 2 + N a X 2 C O X 3 = 高温 N a X 2 S i O X 3 + C O X 2 ↑ \ce{SiO2 + Na2CO3} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Na2SiO3 + CO2 ^} SiO X 2 + Na X 2 CO X 3 高温 Na X 2 SiO X 3 + CO X 2 ↑ S i O X 2 + C a C O X 3 = 高温 C a S i O X 3 + C O X 2 ↑ \ce{SiO2 + CaCO3} \xlongequal{\text{高温}} \ce{CaSiO3 + CO2 ^} SiO X 2 + CaCO X 3 高温 CaSiO X 3 + CO X 2 ↑
硅酸和硅酸钠：
⑥ 硅酸是不溶于水的弱酸，酸性比碳酸还弱，用“强酸制弱酸”制得：N a X 2 S i O X 3 + 2 H C l = 2 N a C l + H X 2 S i O X 3 ↓ \ce{Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 v} Na X 2 SiO X 3 + 2 HCl = 2 NaCl + H X 2 SiO X 3 ↓ N a X 2 S i O X 3 + C O X 2 + H X 2 O = N a X 2 C O X 3 + H X 2 S i O X 3 ↓ \ce{Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3 v} Na X 2 SiO X 3 + CO X 2 + H X 2 O = Na X 2 CO X 3 + H X 2 SiO X 3 ↓
⑦ 硅酸受热分解：H X 2 S i O X 3 = Δ S i O X 2 + H X 2 O \ce{H2SiO3} \xlongequal{\Delta} \ce{SiO2 + H2O} H X 2 SiO X 3 Δ SiO X 2 + H X 2 O 硅胶 ，作干燥剂和催化剂载体
N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 水玻璃 ，有黏性，作黏合剂和木材防火剂
高纯硅的制备 ：芯片用的硅纯度要求很高（通常要 99.9999999% 以上）。工业流程是：焦炭还原石英砂得到粗硅；粗硅与 H C l \ce{HCl} HCl 300 ∘ C 300\ ^\circ\mathrm{C} 300 ∘ C S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 32 ∘ C 32\ ^\circ\mathrm{C} 32 ∘ C S i C l X 4 \ce{SiCl4} SiCl X 4 58 ∘ C 58\ ^\circ\mathrm{C} 58 ∘ C 1100 ∘ C 1100\ ^\circ\mathrm{C} 1100 ∘ C H X 2 \ce{H2} H X 2
S i + 3 H C l = 300 ∘ C S i H C l X 3 + H X 2 , S i H C l X 3 + H X 2 = 1100 ∘ C S i + 3 H C l \ce{Si + 3HCl} \xlongequal{300\ ^\circ\mathrm{C}} \ce{SiHCl3 + H2}, \qquad \ce{SiHCl3 + H2} \xlongequal{1100\ ^\circ\mathrm{C}} \ce{Si + 3HCl} Si + 3 HCl 300 ∘ C SiHCl X 3 + H X 2 , SiHCl X 3 + H X 2 1100 ∘ C Si + 3 HCl
选择题以芯片、光纤、太阳能电池、玻璃刻蚀、试剂保存为情境，判断硅和二氧化硅的性质与用途 → 对照”S i \ce{Si} Si S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
题目要求写硅及其化合物之间转化的方程式，或给出陌生的含硅物质问性质 → 先在价类二维图上定位：价态变了是氧化还原，类别变了按酸性氧化物、弱酸、弱酸盐的通性 → 写方程式。
流程题或原理题以高纯硅制备为情境，问每一步的目的、方程式、为什么要无水无氧 → 用“粗硅 → S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 H X 2 \ce{H2} H X 2
题目用一组反应比较碳酸和硅酸的酸性，或问“高温下 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H F \ce{HF} HF H F \ce{HF} HF S i F X 4 \ce{SiF4} SiF X 4 盛 N a O H \ce{NaOH} NaOH ：玻璃中的 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a O H \ce{NaOH} NaOH N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 氢氟酸不能用玻璃瓶盛放 ：要用塑料瓶。S i O X 2 + 2 C \ce{SiO2 + 2C} SiO X 2 + 2 C C O \ce{CO} CO C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 C O \ce{CO} CO C O X 2 + C = 高温 2 C O \ce{CO2 + C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{2CO} CO X 2 + C 高温 2 CO S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 C O \ce{CO} CO S i \ce{Si} Si N a O H \ce{NaOH} NaOH H X 2 \ce{H2} H X 2 N a O H \ce{NaOH} NaOH 光导纤维的主要成分是 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i \ce{Si} Si ；芯片、太阳能电池板用的是 S i \ce{Si} Si S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 + 4 +4 + 4 − 1 -1 − 1 + 1 +1 + 1 + 2 +2 + 2
为什么 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 ：S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 452 k J / m o l 452\ \mathrm{kJ/mol} 452 kJ/mol 1700 ∘ C 1700\ ^\circ\mathrm{C} 1700 ∘ C C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 关键一步 ：结构不同才是性质差别的根源，不是“硅比碳活泼”）。严格解释要用到大学结构化学的轨道重叠理论。
为什么只有 H F \ce{HF} HF S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 ：反应 S i O X 2 + 4 H F = S i F X 4 ↑ + 2 H X 2 O \ce{SiO2 + 4HF = SiF4 ^ + 2H2O} SiO X 2 + 4 HF = SiF X 4 ↑ + 2 H X 2 O 565 k J / m o l 565\ \mathrm{kJ/mol} 565 kJ/mol S i F X 4 \ce{SiF4} SiF X 4 H C l \ce{HCl} HCl H F \ce{HF} HF
为什么高温下 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 ：比较酸性要在水溶液里，用“强酸制弱酸”（第 4 章）。高温下没有水溶液，反应能进行靠的是 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 H C l \ce{HCl} HCl N a C l + H X 2 S O X 4 ( 浓 ) = Δ N a H S O X 4 + H C l ↑ \ce{NaCl + H2SO4(\text{浓})} \xlongequal{\Delta} \ce{NaHSO4 + HCl ^} NaCl + H X 2 SO X 4 ( 浓 ) Δ NaHSO X 4 + HCl ↑
高纯硅为什么要绕一圈 ：固体粗硅里的杂质很难直接除去。先把硅变成液态的 S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 无水、无氧 ：S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 S i H C l X 3 + 3 H X 2 O = H X 2 S i O X 3 + 3 H C l + H X 2 ↑ \ce{SiHCl3 + 3H2O = H2SiO3 + 3HCl + H2 ^} SiHCl X 3 + 3 H X 2 O = H X 2 SiO X 3 + 3 HCl + H X 2 ↑ H X 2 \ce{H2} H X 2 O X 2 \ce{O2} O X 2 O X 2 \ce{O2} O X 2
例 1 （场景：硅和二氧化硅的性质与用途）化学与科技、生活密切相关。下列说法正确的是（ ）。
A. 光导纤维和太阳能电池板的主要成分都是单质硅
B. 用氢氟酸刻蚀玻璃，利用了 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a O H \ce{NaOH} NaOH N a O H \ce{NaOH} NaOH S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a O H \ce{NaOH} NaOH
解 ：C。
判断依据 ：S i \ce{Si} Si S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H F \ce{HF} HF
A 光导纤维的主要成分是 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i \ce{Si} Si S i O X 2 + 4 H F = S i F X 4 ↑ + 2 H X 2 O \ce{SiO2 + 4HF = SiF4 ^ + 2H2O} SiO X 2 + 4 HF = SiF X 4 ↑ + 2 H X 2 O S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H F \ce{HF} HF S i F X 4 \ce{SiF4} SiF X 4
容易卡在：D 看到“与酸、碱都反应”就判两性。两性要看产物是不是盐和水，还要看与一般的酸能否反应。
例 2 （场景：价类二维图上的转化）按硅的价类二维图（本节说明）完成：（1）写出 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H X 2 S i O X 3 \ce{H2SiO3} H X 2 SiO X 3 N a O H \ce{NaOH} NaOH N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
解 ：
（1）S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H X 2 S i O X 3 \ce{H2SiO3} H X 2 SiO X 3
S i O X 2 + 2 N a O H = N a X 2 S i O X 3 + H X 2 O \ce{SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O} SiO X 2 + 2 NaOH = Na X 2 SiO X 3 + H X 2 O N a X 2 S i O X 3 + 2 H C l = 2 N a C l + H X 2 S i O X 3 ↓ \ce{Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 v} Na X 2 SiO X 3 + 2 HCl = 2 NaCl + H X 2 SiO X 3 ↓
（2）纵向走（0 价 → + 4 +4 + 4 S i + 2 O H X − + H X 2 O = S i O X 3 X 2 − + 2 H X 2 ↑ \ce{Si + 2OH- + H2O = SiO3^2- + 2H2 ^} Si + 2 OH X − + H X 2 O = SiO X 3 X 2 − + 2 H X 2 ↑ + 1 +1 + 1 氧化剂是 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O 。
（3）C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − S i O X 3 X 2 − + 2 C O X 2 + 2 H X 2 O = H X 2 S i O X 3 ↓ + 2 H C O X 3 X − \ce{SiO3^2- + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3 v + 2HCO3-} SiO X 3 X 2 − + 2 CO X 2 + 2 H X 2 O = H X 2 SiO X 3 ↓ + 2 HCO X 3 X −
三查 ：（2）原子 Si 1、O 3、H 4，两边相等；电荷 − 2 = − 2 -2 = -2 − 2 = − 2 − 2 = − 2 -2 = -2 − 2 = − 2
容易卡在：（2）以为 N a O H \ce{NaOH} NaOH N a \ce{Na} Na
例 3 （场景：高纯硅制备）（陌生情境）工业上制高纯硅的流程如下图。已知：S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 − 1 -1 − 1 S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 32 ∘ C 32\ ^\circ\mathrm{C} 32 ∘ C S i C l X 4 \ce{SiCl4} SiCl X 4 58 ∘ C 58\ ^\circ\mathrm{C} 58 ∘ C C O \ce{CO} CO S i C l X 4 \ce{SiCl4} SiCl X 4 S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 H X 2 \ce{H2} H X 2 1 m o l S i 1\ \mathrm{mol}\ \ce{Si} 1 mol Si
解 ：
（1）操作 → 目的 ：焦炭作还原剂，把 + 4 +4 + 4 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 C O \ce{CO} CO C O \ce{CO} CO S i O X 2 + 2 C = 高温 S i + 2 C O ↑ \ce{SiO2 + 2C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si + 2CO ^} SiO X 2 + 2 C 高温 Si + 2 CO ↑
（2）依据 ：S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 S i C l X 4 \ce{SiCl4} SiCl X 4 26 ∘ C 26\ ^\circ\mathrm{C} 26 ∘ C S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 S i C l X 4 \ce{SiCl4} SiCl X 4
（3）找变价 ：S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 − 1 -1 − 1 − 1 -1 − 1 + 4 +4 + 4 S i H C l X 3 + H X 2 = 1100 ∘ C S i + 3 H C l \ce{SiHCl3 + H2} \xlongequal{1100\ ^\circ\mathrm{C}} \ce{Si + 3HCl} SiHCl X 3 + H X 2 1100 ∘ C Si + 3 HCl + 4 → 0 +4 \to 0 + 4 → 0 S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 − 1 → + 1 -1 \to +1 − 1 → + 1 H X 2 \ce{H2} H X 2 0 → + 1 0 \to +1 0 → + 1 1 m o l S i 1\ \mathrm{mol}\ \ce{Si} 1 mol Si 4 m o l 4\ \mathrm{mol} 4 mol 4 N A 4N_\mathrm{A} 4 N A
（4）H C l \ce{HCl} HCl H X 2 \ce{H2} H X 2
（5）操作 → 目的 ：防止 S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3 H X 2 \ce{H2} H X 2 O X 2 \ce{O2} O X 2
三查 ：步骤②原子 Si 1、H 3、Cl 3，两边相等，电子 Si 失 4、3 个 H 中 2 个降到 0 价各得 1、1 个降到 − 1 -1 − 1
容易卡在：（3）按 H 为 + 1 +1 + 1 + 2 +2 + 2 1 m o l S i 1\ \mathrm{mol}\ \ce{Si} 1 mol Si 2 m o l 2\ \mathrm{mol} 2 mol
例 4 （场景：比较碳酸和硅酸的酸性）下列事实能说明碳酸的酸性比硅酸强的是（ ）。
A. C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
解 ：C。
判断依据 ：比较酸性只能用水溶液中的“强酸制弱酸”。
A 溶解性和酸性无关；B 高温固相反应，靠 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 N a X 2 S i O X 3 + C O X 2 + H X 2 O = N a X 2 C O X 3 + H X 2 S i O X 3 ↓ \ce{Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3 v} Na X 2 SiO X 3 + CO X 2 + H X 2 O = Na X 2 CO X 3 + H X 2 SiO X 3 ↓
非金属性 C > Si，所以酸性 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 H X 2 S i O X 3 \ce{H2SiO3} H X 2 SiO X 3 C H X 4 \ce{CH4} CH X 4 S i H X 4 \ce{SiH4} SiH X 4 S i O X 2 + 2 C \ce{SiO2 + 2C} SiO X 2 + 2 C
1 m o l S i O X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{SiO2} 1 mol SiO X 2 4 m o l 4\ \mathrm{mol} 4 mol 1 m o l 1\ \mathrm{mol} 1 mol 2 m o l 2\ \mathrm{mol} 2 mol 4 × 1 2 = 2 4 \times \dfrac{1}{2} = 2 4 × 2 1 = 2 N A N_\mathrm{A} N A 硅酸盐溶液和酸反应都得到 H X 2 S i O X 3 \ce{H2SiO3} H X 2 SiO X 3 S i O X 3 X 2 − \ce{SiO3^2-} SiO X 3 X 2 −
能“腐蚀”玻璃的只有两类：氢氟酸（与 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i F X 4 \ce{SiF4} SiF X 4 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
错在哪 ：说“光导纤维的主要成分是硅”。
为什么错 ：记忆性错误。光纤靠全反射传光，用的是透明的 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 正确做法 ：记“硅导电（芯片、光电池），二氧化硅导光（光纤）”。错在哪 ：写 S i O X 2 + 2 C = 高温 S i + 2 C O X 2 \ce{SiO2 + 2C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si + 2CO2} SiO X 2 + 2 C 高温 Si + 2 CO X 2 S i O X 2 + C = 高温 S i + C O X 2 \ce{SiO2 + C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si + CO2} SiO X 2 + C 高温 Si + CO X 2 为什么错 ：记忆性错误。高温下碳过量，产物是 C O \ce{CO} CO 正确做法 ：S i O X 2 + 2 C = 高温 S i + 2 C O ↑ \ce{SiO2 + 2C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si + 2CO ^} SiO X 2 + 2 C 高温 Si + 2 CO ↑ 错在哪 ：认为 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i O X 2 + H X 2 O = H X 2 S i O X 3 \ce{SiO2 + H2O = H2SiO3} SiO X 2 + H X 2 O = H X 2 SiO X 3 为什么错 ：理解性错误。把“酸性氧化物 + 水 → 酸”当成铁律。S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 正确做法 ：硅酸由可溶性硅酸盐与比它强的酸反应制得。错在哪 ：S i \ce{Si} Si N a O H \ce{NaOH} NaOH N a O H \ce{NaOH} NaOH 为什么错 ：理解性错误。化合价降低的是水中的 H。
正确做法 ：先标出价态变化的元素，再找它来自哪种物质。
把 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 S i F X 4 \ce{SiF4} SiF X 4 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
一句话记法：硅做芯片二氧化硅做光纤；二氧化硅不溶水、怕氢氟酸、怕强碱。
前置：第 3 章酸性氧化物的通性（S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
前置：第 5 章氧化还原（S i H C l X 3 \ce{SiHCl3} SiHCl X 3
后续：第 13 章无机化工流程，高纯硅制备是典型流程，“无水无氧”“精馏”“循环物质”都是常见设问。
后续：第 15 章元素周期律，C 与 Si 同主族的递变；第 18 章晶体，S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
后续：第 24 章化学反应的调控，高纯硅制备里的平衡和条件选择常作为原理题情境。
常一起考：第 37 章试剂的保存（N a O H \ce{NaOH} NaOH
宏观 ：无机非金属材料 是除金属材料、有机高分子材料以外的固体材料，多数耐高温、硬度大、耐腐蚀。分两大类：
传统无机非金属材料 ，即硅酸盐材料 ：陶瓷、玻璃、水泥。新型无机非金属材料 ：高纯硅和二氧化硅（12.2 节），新型陶瓷（碳化硅、氮化硅等），碳纳米材料（富勒烯、碳纳米管、石墨烯）。
材料
主要原料
生产要点
性质与用途
陶瓷
黏土
成型后高温烧结
耐高温、耐腐蚀、绝缘；日用器皿、建筑材料、卫生洁具
普通玻璃
纯碱、石灰石、石英砂
在玻璃窑中高温熔融
主要成分 N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 C a S i O X 3 \ce{CaSiO3} CaSiO X 3 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
普通硅酸盐水泥
黏土、石灰石
在水泥回转窑中煅烧，加适量石膏（调节硬化速率）研成细粉
与水混合后硬化；与沙子、碎石、水混合成混凝土
新型材料
组成和结构
主要性能和用途
碳化硅 S i C \ce{SiC} SiC
C 原子和 Si 原子以共价键结合的共价晶体，结构类似金刚石
硬度很大，高温抗氧化性能优异；作砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料
氮化硅 S i X 3 N X 4 \ce{Si3N4} Si X 3 N X 4
共价晶体
硬度大、耐高温、耐磨；作高温结构陶瓷，如发动机部件、轴承、切削刀具
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼状分子 ，代表是 C X 60 \ce{C60} C X 60
在电化学、催化剂、化妆品、抗癌药物等方面有应用
碳纳米管
石墨片层卷成的管状结构，直径为纳米级
比表面积大、强度高、导电性好；用于复合材料、电池、传感器
石墨烯
只有一个碳原子层厚的石墨片
电阻率低、导热性好、强度高；用于光电器件、超级电容器、电池、复合材料
新型陶瓷除碳化硅外，还有高温结构陶瓷（如氮化硅，用于火箭发动机、汽车发动机）、压电陶瓷（机械能与电能相互转化，用于滤波器、扬声器、超声波探伤器）、透明陶瓷（用于高压钠灯、激光器、高温探测窗）、超导陶瓷（临界温度下有超导性）。
富勒烯、碳纳米管、石墨烯都是碳的单质 ，和金刚石、石墨互为同素异形体，属于无机非金属材料，不是有机物，也不是有机高分子。
微观 ：硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体 （12.2 节图）：一个 Si 原子在中心，四个 O 原子在顶点。四面体之间通过共用顶点的 O 原子连成链状、层状或立体网状，多余的负电荷由 N a X + \ce{Na+} Na X + C a X 2 + \ce{Ca^2+} Ca X 2 + A l X 3 + \ce{Al^3+} Al X 3 +
符号 ：
玻璃生产：S i O X 2 + N a X 2 C O X 3 = 高温 N a X 2 S i O X 3 + C O X 2 ↑ \ce{SiO2 + Na2CO3} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Na2SiO3 + CO2 ^} SiO X 2 + Na X 2 CO X 3 高温 Na X 2 SiO X 3 + CO X 2 ↑ S i O X 2 + C a C O X 3 = 高温 C a S i O X 3 + C O X 2 ↑ \ce{SiO2 + CaCO3} \xlongequal{\text{高温}} \ce{CaSiO3 + CO2 ^} SiO X 2 + CaCO X 3 高温 CaSiO X 3 + CO X 2 ↑
碳化硅的制备：S i O X 2 + 3 C = 高温 S i C + 2 C O ↑ \ce{SiO2 + 3C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{SiC + 2CO ^} SiO X 2 + 3 C 高温 SiC + 2 CO ↑
氮化硅的一种制法：3 S i C l X 4 + 2 N X 2 + 6 H X 2 = 高温 S i X 3 N X 4 + 12 H C l \ce{3SiCl4 + 2N2 + 6H2} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si3N4 + 12HCl} 3 SiCl X 4 + 2 N X 2 + 6 H X 2 高温 Si X 3 N X 4 + 12 HCl
硅酸盐常用氧化物的形式表示组成，如高岭石 A l X 2 S i X 2 O X 5 ( O H ) X 4 \ce{Al2Si2O5(OH)4} Al X 2 Si X 2 O X 5 ( OH ) X 4 A l X 2 O X 3 ⋅ 2 S i O X 2 ⋅ 2 H X 2 O \ce{Al2O3.2SiO2.2H2O} Al X 2 O X 3 ⋅ 2 SiO X 2 ⋅ 2 H X 2 O K A l S i X 3 O X 8 \ce{KAlSi3O8} KAlSi X 3 O X 8 K X 2 O ⋅ A l X 2 O X 3 ⋅ 6 S i O X 2 \ce{K2O.Al2O3.6SiO2} K X 2 O ⋅ Al X 2 O X 3 ⋅ 6 SiO X 2
选择题给出一组材料（陶瓷、玻璃、水泥、碳化硅、石墨烯、聚乙烯、钛合金……），问哪个属于新型无机非金属材料或传统硅酸盐材料 → 先分“金属、有机高分子、无机非金属”三大类，再分传统和新型 → 逐项判断。
题目给出硅酸盐的化学式，要求改写成氧化物形式或判断组成 → 按“活泼金属氧化物 · 较活泼金属氧化物 · 二氧化硅 · 水”的顺序，原子个数守恒 → 改写。
题目问玻璃、水泥、陶瓷的原料、设备或生产中的反应 → 用本节的表和玻璃生产的两个方程式 → 作答。
题目给出一种新型陶瓷的制备信息（陌生情境），要求写方程式、判断氧化剂还原剂 → 题给反应物和产物，用氧化还原配平 → 写方程式。
陶瓷、玻璃、水泥的共同点是含硅酸盐、都要经过高温；陶瓷不用石灰石 ，玻璃和水泥都用石灰石。
玻璃不是晶体 ，没有固定熔点；钢化玻璃和普通玻璃成分相同，有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）是有机高分子，不是硅酸盐。碳纳米材料是单质 ：石墨烯、碳纳米管、富勒烯都只含碳一种元素，不是化合物，更不是有机物或有机高分子。C X 60 \ce{C60} C X 60 写氧化物形式时，各元素化合价不变、原子个数守恒；系数只能写在氧化物前面，出现分数时整体乘以最小公倍数（钾长石 K A l S i X 3 O X 8 \ce{KAlSi3O8} KAlSi X 3 O X 8 1 2 K X 2 O ⋅ 1 2 A l X 2 O X 3 ⋅ 3 S i O X 2 \ce{1/2K2O.1/2Al2O3.3SiO2} 2 1 K X 2 O ⋅ 2 1 Al X 2 O X 3 ⋅ 3 SiO X 2
水泥加石膏是为了调节硬化速率，不是为了增加强度。
为什么硅酸盐材料耐高温、耐腐蚀 ：硅酸盐的骨架是硅氧四面体连成的网络，靠牢固的 Si–O 键维系，阳离子嵌在网络里。要熔化或溶解它，必须破坏大量 Si–O 键（关键一步 ：材料的性质由化学键的强弱和连接方式决定，和 12.2 节 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 O H X − \ce{OH-} OH X −
为什么玻璃没有固定熔点 ：晶体中微粒按规律重复排列，所有化学键“一样牢”，到某一温度一起被破坏，所以有固定熔点。玻璃里的四面体排列杂乱，各处结合强弱不一，受热时从弱处开始逐渐软化，所以只有软化温度范围（第 18 章晶体与非晶体）。
碳纳米材料的性能从哪来 ：石墨烯是石墨的一层，每个碳原子与另外三个碳原子以共价键相连成六边形网，每个碳剩下一个电子在整个平面内自由移动，所以导电、导热好；平面内的共价键很牢，所以强度高。碳纳米管是石墨烯卷成的管，继承了这些性质。富勒烯是封闭的笼状分子，分子之间靠范德华力结合，所以 C X 60 \ce{C60} C X 60
例 1 （场景：判断材料类别）下列物品所用的主要材料属于新型无机非金属材料的是（ ）。
A. 景德镇青花瓷
B. 用于制作航天器隔热瓦的碳化硅陶瓷
C. 飞机机身使用的铝锂合金
D. 制作矿泉水瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）
解 ：B。
判断依据 ：先分金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料，无机非金属材料再分传统（硅酸盐）和新型。
A 青花瓷是陶瓷，属于传统硅酸盐材料；B 碳化硅是新型陶瓷，属于新型无机非金属材料；C 合金是金属材料；D PET 是有机高分子材料（第 36 章）。
容易卡在：A 看到“陶瓷”就选。陶瓷分传统陶瓷和新型陶瓷，青花瓷是黏土烧成的传统陶瓷，碳化硅、氮化硅才是新型陶瓷。
例 2 （场景：硅酸盐改写成氧化物形式）（1）把石棉 C a M g X 3 S i X 4 O X 12 \ce{CaMg3Si4O12} CaMg X 3 Si X 4 O X 12 N a X 2 O ⋅ C a O ⋅ 6 S i O X 2 \ce{Na2O.CaO.6SiO2} Na X 2 O ⋅ CaO ⋅ 6 SiO X 2
解 ：
（1）依据 ：原子个数守恒，按“活泼金属氧化物 · 较活泼金属氧化物 · S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O C a O \ce{CaO} CaO C a O \ce{CaO} CaO 3 M g O \ce{3MgO} 3 MgO 4 S i O X 2 \ce{4SiO2} 4 SiO X 2
C a M g X 3 S i X 4 O X 12 \ce{CaMg3Si4O12} CaMg X 3 Si X 4 O X 12 C a O ⋅ 3 M g O ⋅ 4 S i O X 2 \ce{CaO.3MgO.4SiO2} CaO ⋅ 3 MgO ⋅ 4 SiO X 2
检查 O：1 + 3 + 8 = 12 1 + 3 + 8 = 12 1 + 3 + 8 = 12
（2）Na 2、Ca 1、Si 6、O 1 + 1 + 12 = 14 1 + 1 + 12 = 14 1 + 1 + 12 = 14 2 : 1 : 6 : 14 2 : 1 : 6 : 14 2 : 1 : 6 : 14 N a X 2 C a S i X 6 O X 14 \ce{Na2CaSi6O14} Na X 2 CaSi X 6 O X 14
容易卡在：（1）数 O 原子时漏了 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
例 3 （场景：传统材料的原料和生产）关于玻璃、水泥和陶瓷，下列说法正确的是（ ）。
A. 三者的生产原料中都有石灰石
B. 普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料，在玻璃窑中熔融制得的晶体
C. 生产水泥时加入适量石膏，目的是调节水泥的硬化速率
D. 玻璃生产中 S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
解 ：C。
判断依据 ：本节传统材料表；比较酸性只能用水溶液中的反应（12.2 节）。
A 陶瓷的原料是黏土，不用石灰石，错；B 玻璃是非晶体，没有固定熔点，错；C 正确；D 高温下的反应靠 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
例 4 （场景：新型陶瓷的制备）（陌生情境）氮化铝（A l N \ce{AlN} AlN A l X 2 O X 3 \ce{Al2O3} Al X 2 O X 3 N X 2 \ce{N2} N X 2 A l N \ce{AlN} AlN 1 m o l A l N 1\ \mathrm{mol}\ \ce{AlN} 1 mol AlN A l N \ce{AlN} AlN
解 ：
（1）题给信息 ：反应物 A l X 2 O X 3 \ce{Al2O3} Al X 2 O X 3 N X 2 \ce{N2} N X 2 A l N \ce{AlN} AlN 课本知识 ：高温下碳过量，含碳的可燃性气体是 C O \ce{CO} CO S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
标价态：A l N \ce{AlN} AlN + 3 +3 + 3 − 3 -3 − 3 0 → − 3 0 \to -3 0 → − 3 N X 2 \ce{N2} N X 2 0 → + 2 0 \to +2 0 → + 2 N X 2 \ce{N2} N X 2
A l X 2 O X 3 + 3 C + N X 2 = 高温 2 A l N + 3 C O \ce{Al2O3 + 3C + N2} \xlongequal{\text{高温}} \ce{2AlN + 3CO} Al X 2 O X 3 + 3 C + N X 2 高温 2 AlN + 3 CO （2）氧化剂 N X 2 \ce{N2} N X 2 2 m o l A l N 2\ \mathrm{mol}\ \ce{AlN} 2 mol AlN 6 m o l 6\ \mathrm{mol} 6 mol 1 m o l 1\ \mathrm{mol} 1 mol 3 m o l 3\ \mathrm{mol} 3 mol 3 N A 3N_\mathrm{A} 3 N A
（3）新型无机非金属材料（新型陶瓷）。
三查 ：原子 Al 2、O 3、C 3、N 2，两边相等；无离子，电荷不需检查；电子 N 得 2 × 3 = 6 2 \times 3 = 6 2 × 3 = 6 3 × 2 = 6 3 \times 2 = 6 3 × 2 = 6 C O \ce{CO} CO N X 2 \ce{N2} N X 2
容易卡在：（1）以为 Al 被还原。A l X 2 O X 3 \ce{Al2O3} Al X 2 O X 3 A l N \ce{AlN} AlN + 3 +3 + 3
三大传统硅酸盐材料的共同原料和设备：陶瓷（黏土）、玻璃（纯碱、石灰石、石英砂；玻璃窑）、水泥（黏土、石灰石；水泥回转窑，加石膏）。玻璃、水泥都用石灰石。
氧化物形式的书写顺序：活泼金属氧化物 → 较活泼金属氧化物 → S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O
判断“新型无机非金属材料”的捷径：含 Si、C、N 等非金属元素的高性能陶瓷（S i C \ce{SiC} SiC S i X 3 N X 4 \ce{Si3N4} Si X 3 N X 4 A l N \ce{AlN} AlN
错在哪 ：说“石墨烯是一种新型有机高分子材料”。
为什么错 ：记忆性错误。石墨烯只含碳元素，是单质，属于无机非金属材料。
正确做法 ：碳纳米材料（富勒烯、碳纳米管、石墨烯）都是碳的同素异形体，归入新型无机非金属材料。错在哪 ：说“玻璃有固定的熔点”或“玻璃是晶体”。
为什么错 ：理解性错误。玻璃内部微粒排列无序，是非晶体。
正确做法 ：玻璃在一定温度范围内逐渐软化，没有固定熔点。错在哪 ：把 K A l S i X 3 O X 8 \ce{KAlSi3O8} KAlSi X 3 O X 8 K X 2 O ⋅ A l X 2 O X 3 ⋅ 3 S i O X 2 \ce{K2O.Al2O3.3SiO2} K X 2 O ⋅ Al X 2 O X 3 ⋅ 3 SiO X 2 为什么错 ：规范性错误。K、Al 原子数翻倍了，Si 没有同步翻倍，原子不守恒。
正确做法 ：先写成 1 2 K X 2 O ⋅ 1 2 A l X 2 O X 3 ⋅ 3 S i O X 2 \ce{1/2K2O.1/2Al2O3.3SiO2} 2 1 K X 2 O ⋅ 2 1 Al X 2 O X 3 ⋅ 3 SiO X 2 K X 2 O ⋅ A l X 2 O X 3 ⋅ 6 S i O X 2 \ce{K2O.Al2O3.6SiO2} K X 2 O ⋅ Al X 2 O X 3 ⋅ 6 SiO X 2
硅酸盐像用“硅氧四面体积木”搭的房子：积木本身很结实（Si–O 键），用阳离子当胶水粘在一起。积木搭得整齐的是晶体，乱堆的是玻璃。新型陶瓷换了更结实的积木（Si–C、Si–N 共价键），碳纳米材料则是只用碳原子搭的：铺成一层是石墨烯，卷成管是碳纳米管，团成球是富勒烯。
前置：12.2 硅与二氧化硅（S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2
后续：第 18 章晶体结构，晶体与非晶体、共价晶体、混合型晶体（石墨）、分子晶体（C X 60 \ce{C60} C X 60
后续：第 9 章合金（金属材料），第 36 章合成高分子（有机高分子材料），选择题常把三类材料放在一起判断。
常一起考：第 5 章氧化还原，陌生新材料制备方程式的配平。
宏观 ：海水约占地球总水量的 97%，含有大量的 N a X + \ce{Na+} Na X + M g X 2 + \ce{Mg^2+} Mg X 2 + C l X − \ce{Cl-} Cl X − S O X 4 X 2 − \ce{SO4^2-} SO X 4 X 2 −
海水水资源的利用 ：海水淡化（蒸馏法、电渗析法、离子交换法、反渗透法等），以及直接用海水作工业冷却水。海水化学资源的利用 ：海水晒盐得到粗盐，粗盐提纯后用于氯碱工业（第 21 章）；从海水中提取镁、溴，从海带等海藻中提取碘。
镁、溴、碘在海水中浓度都很低（海水中溴约 65 m g / L 65\ \mathrm{mg/L} 65 mg/L 富集 ：先把要的元素浓缩起来，再转化为单质。
海水提镁 （如下图）：
步骤
方程式
化学依据
①② 制石灰乳
C a C O X 3 = 高温 C a O + C O X 2 ↑ \ce{CaCO3} \xlongequal{\text{高温}} \ce{CaO + CO2 ^} CaCO X 3 高温 CaO + CO X 2 ↑ C a O + H X 2 O = C a ( O H ) X 2 \ce{CaO + H2O = Ca(OH)2} CaO + H X 2 O = Ca ( OH ) X 2 就地取材（贝壳），碱便宜
③ 沉淀镁
M g C l X 2 + C a ( O H ) X 2 = M g ( O H ) X 2 ↓ + C a C l X 2 \ce{MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 v + CaCl2} MgCl X 2 + Ca ( OH ) X 2 = Mg ( OH ) X 2 ↓ + CaCl X 2 M g ( O H ) X 2 \ce{Mg(OH)2} Mg ( OH ) X 2 M g X 2 + \ce{Mg^2+} Mg X 2 +
④ 溶解
M g ( O H ) X 2 + 2 H C l = M g C l X 2 + 2 H X 2 O \ce{Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O} Mg ( OH ) X 2 + 2 HCl = MgCl X 2 + 2 H X 2 O 转化为 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
⑤ 结晶
蒸发浓缩、冷却结晶得 M g C l X 2 ⋅ 6 H X 2 O \ce{MgCl2.6H2O} MgCl X 2 ⋅ 6 H X 2 O
M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
⑥ 脱水
M g C l X 2 ⋅ 6 H X 2 O = Δ H C l 气流 M g C l X 2 + 6 H X 2 O \ce{MgCl2.6H2O} \xlongequal[\Delta]{\ce{HCl}\text{气流}} \ce{MgCl2 + 6H2O} MgCl X 2 ⋅ 6 H X 2 O HCl 气流 Δ MgCl X 2 + 6 H X 2 O H C l \ce{HCl} HCl M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
⑦ 电解
M g C l X 2 ( 熔融 ) = 电解 M g + C l X 2 ↑ \ce{MgCl2(\text{熔融})} \xlongequal{\text{电解}} \ce{Mg + Cl2 ^} MgCl X 2 ( 熔融 ) 电解 Mg + Cl X 2 ↑ Mg 很活泼，只能电解熔融盐制得（第 9 章冶炼方法）；C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 H C l \ce{HCl} HCl
海水提溴 （空气吹出法，如下图）：
步骤
方程式
化学依据
① 酸化
加 H X 2 S O X 4 \ce{H2SO4} H X 2 SO X 4
抑制 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 C l X 2 + H X 2 O ⇌ H C l + H C l O \ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO} Cl X 2 + H X 2 O HCl + HClO H X + \ce{H+} H X + C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2
② 氧化
C l X 2 + 2 B r X − = 2 C l X − + B r X 2 \ce{Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2} Cl X 2 + 2 Br X − = 2 Cl X − + Br X 2 氧化性 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2
③ 吹出
通热空气或水蒸气
B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 59 ∘ C 59\ ^\circ\mathrm{C} 59 ∘ C
④ 吸收
B r X 2 + S O X 2 + 2 H X 2 O = 2 H B r + H X 2 S O X 4 \ce{Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4} Br X 2 + SO X 2 + 2 H X 2 O = 2 HBr + H X 2 SO X 4 把低浓度的溴蒸气吸收成高浓度的 H B r \ce{HBr} HBr 富集 溴
⑤ 再氧化
C l X 2 + 2 H B r = 2 H C l + B r X 2 \ce{Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br2} Cl X 2 + 2 HBr = 2 HCl + Br X 2 把富集后的 B r X − \ce{Br-} Br X − B r X 2 \ce{Br2} Br X 2
⑥ 蒸馏
—
得到液溴（也可以萃取后蒸馏）
吸收一步也可以用纯碱溶液：3 B r X 2 + 3 N a X 2 C O X 3 = 5 N a B r + N a B r O X 3 + 3 C O X 2 ↑ \ce{3Br2 + 3Na2CO3 = 5NaBr + NaBrO3 + 3CO2 ^} 3 Br X 2 + 3 Na X 2 CO X 3 = 5 NaBr + NaBrO X 3 + 3 CO X 2 ↑ 5 B r X − + B r O X 3 X − + 6 H X + = 3 B r X 2 + 3 H X 2 O \ce{5Br- + BrO3- + 6H+ = 3Br2 + 3H2O} 5 Br X − + BrO X 3 X − + 6 H X + = 3 Br X 2 + 3 H X 2 O
海带提碘 （如下图）：
步骤
方程式或操作
化学依据
① 灼烧
在坩埚中灼烧干海带
除去有机物，使碘转化为可溶的碘化物
②③ 浸泡、过滤
加水煮沸、过滤
使 I X − \ce{I-} I X −
④ 氧化
2 I X − + H X 2 O X 2 + 2 H X + = I X 2 + 2 H X 2 O \ce{2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O} 2 I X − + H X 2 O X 2 + 2 H X + = I X 2 + 2 H X 2 O H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 C l X 2 + 2 I X − = 2 C l X − + I X 2 \ce{Cl2 + 2I- = 2Cl- + I2} Cl X 2 + 2 I X − = 2 Cl X − + I X 2
⑤ 萃取分液
加 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
I X 2 \ce{I2} I X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
⑥ 蒸馏
—
分离 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 I X 2 \ce{I2} I X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
微观 ：三个流程的化学原理都是第 4、5 章讲过的：镁靠沉淀 （M g X 2 + \ce{Mg^2+} Mg X 2 + O H X − \ce{OH-} OH X − 电解 （电子直接从阴极给到 M g X 2 + \ce{Mg^2+} Mg X 2 + 氧化还原 （C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 B r X − \ce{Br-} Br X − I X − \ce{I-} I X − 挥发 或萃取 分离。
流程题以海水提镁为背景，问某一步的试剂、目的或方程式（为什么用石灰乳、为什么在 H C l \ce{HCl} HCl M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 M g O \ce{MgO} MgO
流程题以海水提溴为背景，问酸化、两次氧化、吹出、吸收的目的或方程式 → 抓住“富集”这条主线和每步的依据 → 作答。
实验题以海带提碘为背景，问仪器（灼烧、过滤、萃取各用什么）、氧化剂的选择、萃取剂的要求、怎样检验碘 → 用提碘表和第 37、38 章的操作 → 写出规范的答题句式。
题目给出提溴（或提碘）流程中的浓度和体积，问理论上消耗多少氧化剂、吸收剂 → 每一步写关系式，或用得失电子守恒 → 计算。
电解的是熔融 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 ：电解溶液时阴极是水中的 H X + \ce{H+} H X + H X 2 \ce{H2} H X 2 M g ( O H ) X 2 \ce{Mg(OH)2} Mg ( OH ) X 2 不电解熔融 M g O \ce{MgO} MgO ：M g O \ce{MgO} MgO 2800 ∘ C 2800\ ^\circ\mathrm{C} 2800 ∘ C M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 714 ∘ C 714\ ^\circ\mathrm{C} 714 ∘ C A l X 2 O X 3 \ce{Al2O3} Al X 2 O X 3 A l C l X 3 \ce{AlCl3} AlCl X 3 A l C l X 3 \ce{AlCl3} AlCl X 3 M g C l X 2 ⋅ 6 H X 2 O \ce{MgCl2.6H2O} MgCl X 2 ⋅ 6 H X 2 O M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 H C l \ce{HCl} HCl M g ( O H ) C l \ce{Mg(OH)Cl} Mg ( OH ) Cl M g O \ce{MgO} MgO M g C l X 2 ⋅ 6 H X 2 O = Δ M g O + 2 H C l ↑ + 5 H X 2 O \ce{MgCl2.6H2O} \xlongequal{\Delta} \ce{MgO + 2HCl ^ + 5H2O} MgCl X 2 ⋅ 6 H X 2 O Δ MgO + 2 HCl ↑ + 5 H X 2 O 沉淀镁用石灰乳，不用澄清石灰水 ：C a ( O H ) X 2 \ce{Ca(OH)2} Ca ( OH ) X 2 O H X − \ce{OH-} OH X − 提溴两次用 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 ：第一次得到的 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 海带提碘的氧化剂要适量 ：C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 I X 2 \ce{I2} I X 2 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X − 5 C l X 2 + I X 2 + 6 H X 2 O = 2 H I O X 3 + 10 H C l \ce{5Cl2 + I2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl} 5 Cl X 2 + I X 2 + 6 H X 2 O = 2 HIO X 3 + 10 HCl H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 萃取剂不能用酒精 ：酒精与水互溶，不分层。也不能用裂化汽油（含烯烃，会与 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 I X 2 \ce{I2} I X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 灼烧海带用坩埚 （配泥三角、三脚架或铁架台、酒精灯），不用蒸发皿和烧杯（第 37 章）。
富集为什么是必要的 ：化学反应的产量和分离的难易都取决于浓度。海水中 M g X 2 + \ce{Mg^2+} Mg X 2 + B r X − \ce{Br-} Br X − 关键一步 ：富集的本质是让目标元素转化成另一种容易和水分开的形态——沉淀、挥发性单质、易溶于有机溶剂的单质，或高浓度溶液）。
H C l \ce{HCl} HCl M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 M g C l X 2 + 2 H X 2 O ⇌ M g ( O H ) X 2 + 2 H C l \ce{MgCl2 + 2H2O <=> Mg(OH)2 + 2HCl} MgCl X 2 + 2 H X 2 O Mg ( OH ) X 2 + 2 HCl H C l \ce{HCl} HCl H C l \ce{HCl} HCl H C l \ce{HCl} HCl Q > K Q > K Q > K M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
酸化为什么提高 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 ：C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 C l X 2 + H X 2 O ⇌ H X + + C l X − + H C l O \ce{Cl2 + H2O <=> H+ + Cl- + HClO} Cl X 2 + H X 2 O H X + + Cl X − + HClO H X + \ce{H+} H X + C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X − \ce{Br-} Br X − B r X 2 \ce{Br2} Br X 2
萃取的依据 ：I X 2 \ce{I2} I X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
例 1 （场景：海水提镁）从海水中提取镁的主要流程见本节说明的图。回答：（1）步骤③为什么用石灰乳而不用 N a O H \ce{NaOH} NaOH M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 M g O \ce{MgO} MgO
解 ：
（1）操作 → 目的 ：石灰乳由贝壳（C a C O X 3 \ce{CaCO3} CaCO X 3 N a O H \ce{NaOH} NaOH M g C l X 2 + C a ( O H ) X 2 = M g ( O H ) X 2 ↓ + C a C l X 2 \ce{MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 v + CaCl2} MgCl X 2 + Ca ( OH ) X 2 = Mg ( OH ) X 2 ↓ + CaCl X 2
（2）原因 ：M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 H C l \ce{HCl} HCl M g ( O H ) C l \ce{Mg(OH)Cl} Mg ( OH ) Cl M g O \ce{MgO} MgO M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 H C l \ce{HCl} HCl M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
（3）M g C l X 2 ( 熔融 ) = 电解 M g + C l X 2 ↑ \ce{MgCl2(\text{熔融})} \xlongequal{\text{电解}} \ce{Mg + Cl2 ^} MgCl X 2 ( 熔融 ) 电解 Mg + Cl X 2 ↑ M g O \ce{MgO} MgO 2800 ∘ C 2800\ ^\circ\mathrm{C} 2800 ∘ C M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
（4）C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 H X 2 \ce{H2} H X 2 H C l \ce{HCl} HCl
三查 ：（1）原子 Mg 1、Cl 2、Ca 1、O 2、H 2，两边相等；（3）原子 Mg 1、Cl 2，相等，电子 Mg 得 2、2 个 Cl 各失 1，相等；条件“电解”，C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2
容易卡在：（3）写成电解 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
例 2 （场景：海水提溴）空气吹出法提溴的流程见本节说明的图。回答：（1）步骤①酸化的目的；（2）步骤③为什么能用热空气把溴吹出；（3）写出步骤④的离子方程式，并说明这一步在流程中的作用；（4）步骤②已经得到了 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2
解 ：
（1）操作 → 目的 ：抑制 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2
（2）依据 ：B r X 2 \ce{Br2} Br X 2
（3）B r X 2 + S O X 2 + 2 H X 2 O = 4 H X + + S O X 4 X 2 − + 2 B r X − \ce{Br2 + SO2 + 2H2O = 4H+ + SO4^2- + 2Br-} Br X 2 + SO X 2 + 2 H X 2 O = 4 H X + + SO X 4 X 2 − + 2 Br X − 富集 ：把大量空气中低浓度的溴吸收成浓度较大的 H B r \ce{HBr} HBr
（4）步骤②得到的溴水浓度很低，直接蒸馏要加热大量的海水，能耗大、成本高；经过吹出、吸收，溴的浓度大大提高，再氧化、蒸馏就经济得多。答题句式：“富集溴元素，降低能耗。”
三查 ：（3）原子 Br 2、S 1、O 4、H 4，两边相等；电荷左边 0，右边 4 − 2 − 2 = 0 4 - 2 - 2 = 0 4 − 2 − 2 = 0 + 4 +4 + 4 + 6 +6 + 6
容易卡在：（3）把 H B r \ce{HBr} HBr H X 2 S O X 4 \ce{H2SO4} H X 2 SO X 4
例 3 （场景：海带提碘实验）某小组按本节说明的流程从海带中提取碘。回答：（1）灼烧海带时，除酒精灯外还需要哪些仪器？（2）步骤④选用 H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 I X − \ce{I-} I X −
解 ：
（1）坩埚、泥三角、三脚架（或铁架台和铁圈）、坩埚钳。灼烧温度高，要用耐高温的坩埚，不能用蒸发皿或烧杯（第 37 章）。
（2）操作 → 目的 ：H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 I X 2 \ce{I2} I X 2 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X −
（3）不能用酒精，酒精与水互溶，不能分层。用 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 下层 ，I X 2 \ce{I2} I X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 紫红色 （上图）；下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。
（4）答题句式：“取少量滤液于试管中，加入稀硫酸酸化，再滴加 H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 I X − \ce{I-} I X − 2 I X − + H X 2 O X 2 + 2 H X + = I X 2 + 2 H X 2 O \ce{2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O} 2 I X − + H X 2 O X 2 + 2 H X + = I X 2 + 2 H X 2 O I X 2 \ce{I2} I X 2
三查 ：（4）原子 I 2、H 4、O 2，两边相等；电荷 − 2 + 2 = 0 -2 + 2 = 0 − 2 + 2 = 0 H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 − 1 -1 − 1 − 2 -2 − 2
容易卡在：（4）直接向滤液中加淀粉。淀粉遇 I X 2 \ce{I2} I X 2 I X − \ce{I-} I X −
例 4 （场景：提溴的定量计算）某浓缩海水中 B r X − \ce{Br-} Br X − 1.6 g / L 1.6\ \mathrm{g/L} 1.6 g/L S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 10 m 3 10\ \mathrm{m^3} 10 m 3 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2
解 ：
找关系 ：步骤② C l X 2 + 2 B r X − = 2 C l X − + B r X 2 \ce{Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2} Cl X 2 + 2 Br X − = 2 Cl X − + Br X 2 B r X 2 + S O X 2 + 2 H X 2 O = 2 H B r + H X 2 S O X 4 \ce{Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4} Br X 2 + SO X 2 + 2 H X 2 O = 2 HBr + H X 2 SO X 4 C l X 2 + 2 H B r = 2 H C l + B r X 2 \ce{Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br2} Cl X 2 + 2 HBr = 2 HCl + Br X 2 2 B r X − ∼ B r X 2 2\ce{Br-} \sim \ce{Br2} 2 Br X − ∼ Br X 2 1 m o l B r X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{Br2} 1 mol Br X 2 1 m o l C l X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{Cl2} 1 mol Cl X 2 B r X 2 ∼ 2 C l X 2 \ce{Br2} \sim 2\ce{Cl2} Br X 2 ∼ 2 Cl X 2
列式 ：n ( B r X − ) = 1.6 g / L × 1.0 × 10 4 L 80 g / m o l n(\ce{Br-}) = \dfrac{1.6\ \mathrm{g/L} \times 1.0 \times 10^4\ \mathrm{L}}{80\ \mathrm{g/mol}} n ( Br X − ) = 80 g/mol 1.6 g/L × 1.0 × 1 0 4 L n ( B r X 2 ) = 1 2 n ( B r X − ) n(\ce{Br2}) = \dfrac{1}{2}n(\ce{Br-}) n ( Br X 2 ) = 2 1 n ( Br X − ) n ( C l X 2 ) = 2 n ( B r X 2 ) n(\ce{Cl2}) = 2n(\ce{Br2}) n ( Cl X 2 ) = 2 n ( Br X 2 )
计算 ：n ( B r X − ) = 200 m o l n(\ce{Br-}) = 200\ \mathrm{mol} n ( Br X − ) = 200 mol n ( B r X 2 ) = 100 m o l n(\ce{Br2}) = 100\ \mathrm{mol} n ( Br X 2 ) = 100 mol m ( B r X 2 ) = 100 × 160 g = 16 k g m(\ce{Br2}) = 100 \times 160\ \mathrm{g} = 16\ \mathrm{kg} m ( Br X 2 ) = 100 × 160 g = 16 kg n ( C l X 2 ) = 200 m o l n(\ce{Cl2}) = 200\ \mathrm{mol} n ( Cl X 2 ) = 200 mol m ( C l X 2 ) = 200 × 71 g = 14.2 k g m(\ce{Cl2}) = 200 \times 71\ \mathrm{g} = 14.2\ \mathrm{kg} m ( Cl X 2 ) = 200 × 71 g = 14.2 kg
检验 ：10 m 3 10\ \mathrm{m^3} 10 m 3 B r X − \ce{Br-} Br X − 16 k g 16\ \mathrm{kg} 16 kg B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 16 k g 16\ \mathrm{kg} 16 kg C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2
另一种解法 ：用得失电子守恒，只看始末。Br 从 − 1 -1 − 1 200 m o l B r X − 200\ \mathrm{mol}\ \ce{Br-} 200 mol Br X − 200 m o l 200\ \mathrm{mol} 200 mol B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 2 × 100 = 200 m o l 2 \times 100 = 200\ \mathrm{mol} 2 × 100 = 200 mol n ( S O X 2 ) = n ( B r X 2 ) = 100 m o l n(\ce{SO2}) = n(\ce{Br2}) = 100\ \mathrm{mol} n ( SO X 2 ) = n ( Br X 2 ) = 100 mol C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 2 n ( C l X 2 ) = 200 + 200 2n(\ce{Cl2}) = 200 + 200 2 n ( Cl X 2 ) = 200 + 200 n ( C l X 2 ) = 200 m o l n(\ce{Cl2}) = 200\ \mathrm{mol} n ( Cl X 2 ) = 200 mol
三个提取流程的骨架都是”富集 → 转化 → 分离 “：镁用沉淀富集，溴用吹出加吸收富集，碘先从海带（海藻本身已富集了碘）灼烧浸取。第 13 章流程题里”这一步的目的是富集“是高频答案。
活泼金属（K、Ca、Na、Mg、Al）只能用电解法冶炼：Na、Mg 电解熔融氯化物，Al 电解熔融氧化铝（加冰晶石降低熔点）。理由见第 9 章、第 21 章。
加热易水解的金属氯化物结晶水合物（M g C l X 2 ⋅ 6 H X 2 O \ce{MgCl2.6H2O} MgCl X 2 ⋅ 6 H X 2 O A l C l X 3 ⋅ 6 H X 2 O \ce{AlCl3.6H2O} AlCl X 3 ⋅ 6 H X 2 O F e C l X 3 ⋅ 6 H X 2 O \ce{FeCl3.6H2O} FeCl X 3 ⋅ 6 H X 2 O C u C l X 2 ⋅ 2 H X 2 O \ce{CuCl2.2H2O} CuCl X 2 ⋅ 2 H X 2 O H C l \ce{HCl} HCl
提溴每得到 1 m o l B r X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{Br2} 1 mol Br X 2 2 m o l C l X 2 2\ \mathrm{mol}\ \ce{Cl2} 2 mol Cl X 2 1 m o l S O X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{SO2} 1 mol SO X 2
错在哪 ：写“电解 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 为什么错 ：理解性错误。溶液中 H X + \ce{H+} H X + M g X 2 + \ce{Mg^2+} Mg X 2 + H X 2 \ce{H2} H X 2 正确做法 ：电解熔融的 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 M g C l X 2 ( 熔融 ) = 电解 M g + C l X 2 ↑ \ce{MgCl2(\text{熔融})} \xlongequal{\text{电解}} \ce{Mg + Cl2 ^} MgCl X 2 ( 熔融 ) 电解 Mg + Cl X 2 ↑ 错在哪 ：把 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 为什么错 ：理解性错误。这一步的目的是把溴吸收富集，硫酸是副产物。
正确做法 ：答“富集溴元素”。错在哪 ：检验 I X − \ce{I-} I X − 为什么错 ：记忆性错误。淀粉只遇 I X 2 \ce{I2} I X 2 正确做法 ：先加氧化剂（酸性 H X 2 O X 2 \ce{H2O2} H X 2 O X 2 I X − \ce{I-} I X − I X 2 \ce{I2} I X 2 错在哪 ：用酒精萃取碘水中的碘。
为什么错 ：规范性错误。萃取剂必须与原溶剂互不相溶。
正确做法 ：用 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
从海水里提镁、溴、碘，像从一大缸清水里捞几粒芝麻：直接舀水晒干太费劲，要先用“网”把芝麻兜起来（富集）。镁的网是石灰乳（变成沉淀），溴的网是热空气加 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2
前置：第 7 章卤素单质的氧化性递变（C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 I X 2 \ce{I2} I X 2 B r X − \ce{Br-} Br X − I X − \ce{I-} I X −
前置：第 9 章金属的冶炼方法（活泼金属电解冶炼）。
后续：第 13 章无机化工流程，提镁、提溴、提碘是富集、氧化还原除杂、循环物质的典型例子。
后续：第 21 章电解（电解熔融盐、氯碱工业）；第 27 章盐类水解（H C l \ce{HCl} HCl
常一起考：第 37、38 章实验操作（灼烧、过滤、萃取分液、蒸馏）。
宏观 ：煤、石油、天然气是化石燃料 ，是不可再生资源。直接燃烧利用率低、污染大，综合利用是把它们加工成更清洁的燃料和化工原料。
煤 ：由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含少量 H、O、N、S 等。石油 ：主要是多种烃 （烷烃、环烷烃、芳香烃）组成的混合物，没有固定沸点。天然气 ：主要成分是甲烷 C H X 4 \ce{CH4} CH X 4
煤的综合利用 （如下图）：
方法
做法
主要产物
变化类型
干馏
隔绝空气加强热，使煤分解
焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦炉气（含 H X 2 \ce{H2} H X 2 C H X 4 \ce{CH4} CH X 4 C X 2 H X 4 \ce{C2H4} C X 2 H X 4 C O \ce{CO} CO
化学变化
气化
煤与水蒸气在高温下反应
水煤气（C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2
化学变化
液化
直接液化：煤与 H X 2 \ce{H2} H X 2 C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2
液体燃料、甲醇
化学变化
石油的综合利用 （如下图）：
方法
做法
目的和产物
变化类型
分馏
利用各组分沸点不同，加热汽化后在分馏塔中按沸点范围分开
石油气、汽油、煤油、柴油、重油等，各馏分仍是混合物
物理变化
裂化
在加热和催化剂作用下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂成相对分子质量小、沸点低的烃
提高轻质油（特别是汽油）的产量和质量
化学变化
裂解
在更高温度下深度裂化
获得乙烯、丙烯等短链不饱和烃，作基本化工原料
化学变化
催化重整
在加热和催化剂作用下使链状烃转化为环状烃
获得苯、甲苯等芳香烃
化学变化
石油化工的产品再经聚合等反应，得到塑料、合成橡胶、合成纤维 三大合成材料（第 36 章）。
微观 ：干馏、气化、液化、裂化、裂解都有化学键断裂和新化学键形成 ，生成了新物质，所以是化学变化。分馏只是分子挣脱分子间作用力变成蒸气、再冷凝，分子本身没变，是物理变化。裂化和裂解是 C–C 键断裂，一个长链烷烃断成一个较短的烷烃和一个烯烃（H 原子不够分，必有一段形成 C=C 双键），所以裂化汽油含烯烃。
符号 ：
煤的气化：C + H X 2 O ( g ) = 高温 C O + H X 2 \ce{C + H2O(g)} \xlongequal{\text{高温}} \ce{CO + H2} C + H X 2 O ( g ) 高温 CO + H X 2
间接液化合成甲醇：C O + 2 H X 2 → Δ 催化剂 C H X 3 O H \ce{CO + 2H2 ->[\text{催化剂}][\Delta] CH3OH} CO + 2 H X 2 催化剂 Δ CH X 3 OH
裂化：C X 16 H X 34 → Δ 催化剂 C X 8 H X 18 + C X 8 H X 16 \ce{C16H34 ->[\text{催化剂}][\Delta] C8H18 + C8H16} C X 16 H X 34 催化剂 Δ C X 8 H X 18 + C X 8 H X 16
裂解：C X 8 H X 18 → Δ 催化剂 C X 4 H X 10 + C X 4 H X 8 \ce{C8H18 ->[\text{催化剂}][\Delta] C4H10 + C4H8} C X 8 H X 18 催化剂 Δ C X 4 H X 10 + C X 4 H X 8 C X 4 H X 10 → Δ 催化剂 C H X 4 + C X 3 H X 6 \ce{C4H10 ->[\text{催化剂}][\Delta] CH4 + C3H6} C X 4 H X 10 催化剂 Δ CH X 4 + C X 3 H X 6 C X 4 H X 10 → Δ 催化剂 C X 2 H X 6 + C X 2 H X 4 \ce{C4H10 ->[\text{催化剂}][\Delta] C2H6 + C2H4} C X 4 H X 10 催化剂 Δ C X 2 H X 6 + C X 2 H X 4
天然气的燃烧：C H X 4 + 2 O X 2 → 点燃 C O X 2 + 2 H X 2 O \ce{CH4 + 2O2 ->[\text{点燃}] CO2 + 2H2O} CH X 4 + 2 O X 2 点燃 CO X 2 + 2 H X 2 O C H X 4 + H X 2 O → 催化剂 高温 C O + 3 H X 2 \ce{CH4 + H2O ->[\text{高温}][\text{催化剂}] CO + 3H2} CH X 4 + H X 2 O 高温 催化剂 CO + 3 H X 2
裂化、裂解方程式的条件，各版本教材和资料写法不完全一致（“催化剂、加热”，或再加“加压”），所举的具体产物也不唯一；考试以题目给出的条件为准，方程式只要原子守恒、裂化产物“一烷一烯”即可。
选择题判断“煤的干馏 / 气化 / 液化 / 石油的分馏 / 裂化 / 裂解是物理变化还是化学变化”，或判断产物、目的 → 有新物质生成就是化学变化，只有分馏是物理变化 → 逐项判断。
题目要求写煤气化、液化或石油裂化、裂解的方程式，或问裂化汽油的性质 → 气化是 C 与水蒸气、液化是 C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2
题目给出分馏塔示意图，问各馏分的位置和沸点高低 → 塔内温度下高上低，沸点越低的馏分越从上部出来 → 读图。
只有石油的分馏是物理变化 ；煤的干馏、气化、液化，石油的裂化、裂解、催化重整都是化学变化。煤的干馏和石油的分馏名字相似、常放在一起考，一个是“隔绝空气加强热分解”，一个是“按沸点分离”。煤中本来没有苯、甲苯、焦炭 ：它们是干馏时煤分解后新生成的，所以不能说“煤中含有苯，可以通过分馏得到”。石油的各馏分仍是混合物 ：汽油、煤油、柴油都没有固定沸点。裂化汽油不能用来萃取溴水中的溴 ：裂化汽油含烯烃，会与 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 裂化和裂解的目的不同 ：裂化是为了多产汽油（燃料），裂解是为了得到乙烯、丙烯（化工原料）。乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志。煤的气化产物 C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2 气体燃料和化工原料 ；“煤气化后燃烧放出的总热量更多”是错的（能量守恒，气化本身吸热），气化的好处是燃烧更充分、污染更少、便于输送。
分馏为什么能分开石油 ：石油里的烃，碳原子数越多，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高（第 17 章）。分馏塔底部温度高、顶部温度低，汽化的原油向上走，沸点高的组分在下部先冷凝流出，沸点低的继续上升到上部才冷凝（关键一步 ：每一层塔板的温度不同，相当于在不同温度下各蒸馏一次，所以能按沸点范围把混合物分成几段）。过程中分子没有变，只是状态改变，所以是物理变化。
为什么裂化产物必有烯烃 ：烷烃通式 C X n H X 2 n + 2 \ce{C_nH_{2n+2}} C X n H X 2 n + 2 C X 16 H X 34 \ce{C16H34} C X 16 H X 34 C X 8 H X 18 + C X 8 H X 18 \ce{C8H18 + C8H18} C X 8 H X 18 + C X 8 H X 18
气化和液化的意义 ：固体煤燃烧不充分，生成烟尘、S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2 C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2
例 1 （场景：判断变化类型和产物）下列关于化石燃料综合利用的说法正确的是（ ）。
A. 石油的分馏、裂化和煤的干馏都是化学变化
B. 煤中含有苯和甲苯，可以通过煤的干馏把它们分离出来
C. 石油裂解的主要目的是获得乙烯、丙烯等短链不饱和烃
D. 将煤气化后再燃烧，可以使煤燃烧放出的总热量增加
解 ：C。
判断依据 ：有新物质生成的是化学变化，只有分馏是物理变化；裂化为燃料，裂解为化工原料（本节注意点）。
A 石油分馏是物理变化，错；B 苯和甲苯是干馏时煤分解生成的，煤本身不含，错；C 正确；D 按能量守恒（盖斯定律，第 19 章），同样多的煤最终变成 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
容易卡在：B 把“干馏”当成“蒸馏”，以为是把煤里原有的成分分离出来。
例 2 （场景：写方程式、判断裂化汽油的性质）（1）写出煤的气化和以水煤气为原料合成甲醇的化学方程式；（2）十六烷（C X 16 H X 34 \ce{C16H34} C X 16 H X 34
解 ：
（1）C + H X 2 O ( g ) = 高温 C O + H X 2 \ce{C + H2O(g)} \xlongequal{\text{高温}} \ce{CO + H2} C + H X 2 O ( g ) 高温 CO + H X 2 C O + 2 H X 2 → Δ 催化剂 C H X 3 O H \ce{CO + 2H2 ->[\text{催化剂}][\Delta] CH3OH} CO + 2 H X 2 催化剂 Δ CH X 3 OH
（2）C X 16 H X 34 → Δ 催化剂 C X 8 H X 18 + C X 8 H X 16 \ce{C16H34 ->[\text{催化剂}][\Delta] C8H18 + C8H16} C X 16 H X 34 催化剂 Δ C X 8 H X 18 + C X 8 H X 16
（3）判断依据 ：裂化产物“一烷一烯”。不能用裂化汽油，因为裂化汽油中含有烯烃，会与 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 C X 8 H X 16 + B r X 2 → C X 8 H X 16 B r X 2 \ce{C8H16 + Br2 -> C8H16Br2} C X 8 H X 16 + Br X 2 C X 8 H X 16 Br X 2 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
三查 ：（1）气化原子 C 1、H 2、O 1，两边相等；电子 C 失 2、2 个 H 各得 1，相等；水写 (g)，表示是水蒸气。合成甲醇原子 C 1、O 1、H 4，相等。（2）C 16、H 34，相等。
例 3 （场景：读分馏塔示意图）下图是石油分馏塔的示意图。回答：（1）塔内从下到上温度怎样变化？（2）汽油、煤油、柴油中，沸点最高的是哪一种？它们分子中碳原子数大小关系如何？（3）从塔顶出来的石油气属于纯净物还是混合物？
解 ：
（1）读图 ：原油在塔底加热汽化进入，越往上离热源越远，温度越低（图左侧箭头）。
（2）沸点越高越先冷凝、出口越低。图中三者出口从上到下是汽油、煤油、柴油，所以柴油沸点最高。沸点随碳原子数增多而升高（本节原理解释），碳原子数：柴油 > 煤油 > 汽油。
（3）混合物。石油气是多种低沸点烃（主要含 1 到 4 个碳原子）的混合物，每一种馏分都是在一定沸点范围内冷凝下来的多种烃。
容易卡在：（2）以为“上面出来的东西重”。分馏塔上部出来的是沸点低、分子小的组分。
判断物理变化还是化学变化，化石燃料加工里只记一个例外：石油分馏是物理变化 ，其余（干馏、气化、液化、裂化、裂解、催化重整）都是化学变化。
烷烃裂化：C X n H X 2 n + 2 \ce{C_nH_{2n+2}} C X n H X 2 n + 2 n n n
能使溴水和酸性 K M n O X 4 \ce{KMnO4} KMnO X 4
水煤气 C O \ce{CO} CO H X 2 \ce{H2} H X 2 1 : 1 1 : 1 1 : 1 1 : 2 1 : 2 1 : 2 C O + H X 2 O ( g ) \ce{CO + H2O(g)} CO + H X 2 O ( g )
错在哪 ：说“煤的干馏和石油的分馏都是物理变化”。
为什么错 ：记忆性错误。干馏是隔绝空气加强热使煤分解，生成了焦炭、煤焦油等新物质。
正确做法 ：干馏是化学变化，分馏是物理变化。错在哪 ：用裂化汽油萃取溴水中的溴。
为什么错 ：理解性错误。萃取剂不能与溶质反应，裂化汽油中的烯烃与 B r X 2 \ce{Br2} Br X 2 正确做法 ：用直馏汽油、苯或 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4 错在哪 ：认为石油分馏得到的汽油是纯净物。
为什么错 ：理解性错误。每种馏分都在一个温度范围内冷凝，包含多种沸点相近的烃。
正确做法 ：石油的各馏分都是混合物。
石油分馏像用不同孔径的筛子分沙子，只是把大小不同的颗粒分开，颗粒本身没变；裂化、裂解像把大石块砸碎成小石子，石块本身变了。煤的干馏则是把木头放进密封的炉子里“闷烧”，烧出来的炭、焦油、煤气都是新东西，原来的木头里并没有。
前置：第 3 章物理变化与化学变化；第 19 章化学反应与能量（燃料燃烧的热量、能量守恒）。
后续：第 31 章烷烃、烯烃与炔烃（裂化产物、烯烃的加成）；第 32 章芳香烃的来源（煤焦油、催化重整）。
后续：第 36 章合成高分子，乙烯、丙烯聚合成塑料。
常一起考：第 38 章萃取剂的选择（裂化汽油不能萃取溴）；12.6 节环境保护（化石燃料燃烧与大气污染）。
宏观 ：化学工业和化石燃料的使用带来了环境问题，主要有“三废”（废气、废水、废渣）污染。常见的环境问题和对应的污染物：
环境问题
主要污染物
危害和治理
酸雨
S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 N O X x \ce{NO_x} NO X x pH < 5.6 的降水，腐蚀建筑、破坏植被；燃煤脱硫、汽车尾气催化转化（第 10、11 章）
光化学烟雾
氮氧化物、碳氢化合物
在阳光下生成臭氧等刺激性物质；控制机动车尾气
臭氧层破坏
氟氯代烷（氟利昂）、氮氧化物
紫外线增强；淘汰氟利昂
温室效应
C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 C H X 4 \ce{CH4} CH X 4 全球变暖；减少化石燃料使用，发展新能源，碳捕集
白色污染
难降解的塑料
回收利用，开发可降解塑料
水体富营养化
含 N、P 的废水
藻类疯长，形成水华（淡水）、赤潮（海水）；控制含磷洗涤剂和化肥流失
重金属污染
H g \ce{Hg} Hg C d \ce{Cd} Cd P b \ce{Pb} Pb C r \ce{Cr} Cr 在生物体内积累；沉淀法处理废水
绿色化学 ：又称环境友好化学，核心思想是利用化学原理和技术手段，从源头上减少或消除 环境污染，而不是污染产生后再治理。理想状态是原料中的原子全部转化为期望的最终产物，即原子利用率 达到 100%。
原子利用率 = 期望产物的总质量 生成物的总质量 × 100 % \text{原子利用率} = \frac{\text{期望产物的总质量}}{\text{生成物的总质量}} \times 100\% 原子利用率 = 生成物的总质量 期望产物的总质量 × 100% 按质量守恒，生成物总质量等于参加反应的反应物总质量，所以分母也可以用反应物的总质量。
微观 ：原子利用率衡量的是反应物中的原子有多大比例进入了想要的产物。化合反应、加成反应、加聚反应只生成一种产物，原子利用率为 100%；分解、置换、复分解、取代、消去反应都有副产物，原子利用率小于 100%。
符号 ：以环氧乙烷（C X 2 H X 4 O \ce{C2H4O} C X 2 H X 4 O
经典的氯代乙醇法，总反应：C H X 2 = C H X 2 + C l X 2 + C a ( O H ) X 2 → C X 2 H X 4 O + C a C l X 2 + H X 2 O \ce{CH2=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 -> C2H4O + CaCl2 + H2O} CH X 2 = CH X 2 + Cl X 2 + Ca ( OH ) X 2 C X 2 H X 4 O + CaCl X 2 + H X 2 O
现代的银催化氧化法：2 C H X 2 = C H X 2 + O X 2 → Δ Ag 2 C X 2 H X 4 O \ce{2CH2=CH2 + O2 ->[\text{Ag}][\Delta] 2C2H4O} 2 CH X 2 = CH X 2 + O X 2 Ag Δ 2 C X 2 H X 4 O
环境治理中常见的反应：
燃煤加石灰石脱硫：2 C a C O X 3 + 2 S O X 2 + O X 2 = 高温 2 C a S O X 4 + 2 C O X 2 \ce{2CaCO3 + 2SO2 + O2} \xlongequal{\text{高温}} \ce{2CaSO4 + 2CO2} 2 CaCO X 3 + 2 SO X 2 + O X 2 高温 2 CaSO X 4 + 2 CO X 2
汽车尾气催化转化：2 C O + 2 N O = 催化剂 N X 2 + 2 C O X 2 \ce{2CO + 2NO} \xlongequal{\text{催化剂}} \ce{N2 + 2CO2} 2 CO + 2 NO 催化剂 N X 2 + 2 CO X 2
选择题给出环境问题（酸雨、雾霾、温室效应、臭氧空洞、水华、白色污染）和污染物、治理措施，判断对应关系 → 对照本节环境问题表 → 逐项判断。
题目给出一个反应或流程，要求计算原子利用率，或判断哪个反应原子利用率为 100% → 用“期望产物质量 / 生成物总质量”；化合、加成、加聚反应为 100% → 计算或判断。
题目给出制备同一物质的几种方案，问哪种最符合绿色化学 → 比较原子利用率、原料消耗、有无污染物生成、条件是否温和 → 评价并说出理由。
绿色化学是“源头预防”，不是“末端治理” ：用碱液吸收 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 正常雨水因溶有 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 pH < 5.6 才是酸雨 。C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
PM2.5 指直径小于或等于 2.5 μ m 2.5\ \mu\mathrm{m} 2.5 μ m 1 1 1 100 n m 100\ \mathrm{nm} 100 nm 水华、赤潮由 N、P 元素过多引起 ；“无磷洗衣粉”针对的是这一问题。原子利用率 100% 不等于产率 100%：原子利用率看反应式本身，产率看实际得到多少产物。
废旧电池含 Hg、Cd、Pb 等重金属，要集中回收，不能填埋或焚烧。
为什么化合、加成反应原子利用率是 100% ：这类反应只有一种生成物，反应物中所有原子都进入这一种产物，期望产物质量等于生成物总质量（关键一步 ：原子利用率只和反应式中有没有副产物有关；只要生成物只有期望产物一种，比值就是 1）。有副产物的反应，副产物带走了一部分原子，利用率必然小于 100%。
为什么银催化法更好 ：氯代乙醇法每生成 1 m o l 1\ \mathrm{mol} 1 mol 1 m o l C a C l X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{CaCl2} 1 mol CaCl X 2 1 m o l H X 2 O 1\ \mathrm{mol}\ \ce{H2O} 1 mol H X 2 O C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2 C a C l X 2 \ce{CaCl2} CaCl X 2
例 1 （场景：环境问题与污染物的对应）下列有关环境问题的说法正确的是（ ）。
A. 大量排放 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 N a O H \ce{NaOH} NaOH S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2
解 ：B。
判断依据 ：本节环境问题表；绿色化学是从源头上减少污染。
A C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2
例 2 （场景：原子利用率计算）分别计算氯代乙醇法和银催化氧化法生产环氧乙烷（C X 2 H X 4 O \ce{C2H4O} C X 2 H X 4 O
解 ：
找关系 ：原子利用率 = m ( 期望产物 ) m ( 生成物总 ) × 100 % = \dfrac{m(\text{期望产物})}{m(\text{生成物总})} \times 100\% = m ( 生成物总 ) m ( 期望产物 ) × 100% M ( C X 2 H X 4 O ) = 44 g / m o l M(\ce{C2H4O}) = 44\ \mathrm{g/mol} M ( C X 2 H X 4 O ) = 44 g/mol M ( C a C l X 2 ) = 111 g / m o l M(\ce{CaCl2}) = 111\ \mathrm{g/mol} M ( CaCl X 2 ) = 111 g/mol M ( H X 2 O ) = 18 g / m o l M(\ce{H2O}) = 18\ \mathrm{g/mol} M ( H X 2 O ) = 18 g/mol
列式 ：氯代乙醇法 C H X 2 = C H X 2 + C l X 2 + C a ( O H ) X 2 → C X 2 H X 4 O + C a C l X 2 + H X 2 O \ce{CH2=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 -> C2H4O + CaCl2 + H2O} CH X 2 = CH X 2 + Cl X 2 + Ca ( OH ) X 2 C X 2 H X 4 O + CaCl X 2 + H X 2 O = 44 44 + 111 + 18 × 100 % = \dfrac{44}{44 + 111 + 18} \times 100\% = 44 + 111 + 18 44 × 100% 2 C H X 2 = C H X 2 + O X 2 → Δ Ag 2 C X 2 H X 4 O \ce{2CH2=CH2 + O2 ->[\text{Ag}][\Delta] 2C2H4O} 2 CH X 2 = CH X 2 + O X 2 Ag Δ 2 C X 2 H X 4 O C X 2 H X 4 O \ce{C2H4O} C X 2 H X 4 O = 2 × 44 2 × 44 × 100 % = \dfrac{2 \times 44}{2 \times 44} \times 100\% = 2 × 44 2 × 44 × 100%
计算 ：氯代乙醇法 44 173 × 100 % ≈ 25.4 % \dfrac{44}{173} \times 100\% \approx 25.4\% 173 44 × 100% ≈ 25.4% 100 % 100\% 100%
检验 ：用反应物算氯代乙醇法的分母：28 + 71 + 74 = 173 28 + 71 + 74 = 173 28 + 71 + 74 = 173
容易卡在：分母只算副产物（111 + 18 111 + 18 111 + 18
例 3 （场景：评价方案是否绿色）以铜为原料制取硫酸铜，有两种方案：
方案甲：C u + 2 H X 2 S O X 4 ( 浓 ) = Δ C u S O X 4 + S O X 2 ↑ + 2 H X 2 O \ce{Cu + 2H2SO4(\text{浓})} \xlongequal{\Delta} \ce{CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O} Cu + 2 H X 2 SO X 4 ( 浓 ) Δ CuSO X 4 + SO X 2 ↑ + 2 H X 2 O
方案乙：2 C u + O X 2 = Δ 2 C u O \ce{2Cu + O2} \xlongequal{\Delta} \ce{2CuO} 2 Cu + O X 2 Δ 2 CuO C u O + H X 2 S O X 4 = C u S O X 4 + H X 2 O \ce{CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O} CuO + H X 2 SO X 4 = CuSO X 4 + H X 2 O
哪种方案更符合绿色化学的要求？计算两方案的原子利用率并说明理由。
解 ：
找关系 ：方案甲按一个方程式算；方案乙两步相加，总反应 2 C u + O X 2 + 2 H X 2 S O X 4 = 2 C u S O X 4 + 2 H X 2 O \ce{2Cu + O2 + 2H2SO4 = 2CuSO4 + 2H2O} 2 Cu + O X 2 + 2 H X 2 SO X 4 = 2 CuSO X 4 + 2 H X 2 O M ( C u S O X 4 ) = 160 g / m o l M(\ce{CuSO4}) = 160\ \mathrm{g/mol} M ( CuSO X 4 ) = 160 g/mol M ( S O X 2 ) = 64 g / m o l M(\ce{SO2}) = 64\ \mathrm{g/mol} M ( SO X 2 ) = 64 g/mol
列式 ：甲 = 160 160 + 64 + 2 × 18 × 100 % = \dfrac{160}{160 + 64 + 2 \times 18} \times 100\% = 160 + 64 + 2 × 18 160 × 100% = 2 × 160 2 × 160 + 2 × 18 × 100 % = \dfrac{2 \times 160}{2 \times 160 + 2 \times 18} \times 100\% = 2 × 160 + 2 × 18 2 × 160 × 100%
计算 ：甲 160 260 × 100 % ≈ 61.5 % \dfrac{160}{260} \times 100\% \approx 61.5\% 260 160 × 100% ≈ 61.5% 320 356 × 100 % ≈ 89.9 % \dfrac{320}{356} \times 100\% \approx 89.9\% 356 320 × 100% ≈ 89.9%
检验 ：甲的反应物 64 + 2 × 98 = 260 64 + 2 \times 98 = 260 64 + 2 × 98 = 260 2 × 64 + 32 + 2 × 98 = 356 2 \times 64 + 32 + 2 \times 98 = 356 2 × 64 + 32 + 2 × 98 = 356
结论：方案乙更好。理由：原子利用率高；每生成 1 m o l C u S O X 4 1\ \mathrm{mol}\ \ce{CuSO4} 1 mol CuSO X 4 1 m o l H X 2 S O X 4 1\ \mathrm{mol}\ \ce{H2SO4} 1 mol H X 2 SO X 4 2 m o l 2\ \mathrm{mol} 2 mol S O X 2 \ce{SO2} SO X 2
三查 ：方案甲原子 Cu 1、H 4、S 2、O 8，两边相等，电子 Cu 失 2、S 由 + 6 +6 + 6 + 4 +4 + 4
另一种解法 ：不算原子利用率，直接比较“每生成 1 m o l C u S O X 4 1\ \mathrm{mol}\ \ce{CuSO4} 1 mol CuSO X 4 2 m o l H X 2 S O X 4 2\ \mathrm{mol}\ \ce{H2SO4} 2 mol H X 2 SO X 4 1 m o l S O X 2 1\ \mathrm{mol}\ \ce{SO2} 1 mol SO X 2 1 m o l H X 2 S O X 4 1\ \mathrm{mol}\ \ce{H2SO4} 1 mol H X 2 SO X 4
原子利用率为 100% 的反应类型：化合反应、加成反应、加聚反应（产物只有一种）。由原理解释直接得出。
评价一个制备方案是否“绿色”的四个角度：原子利用率高；原料无毒、用量少；不产生污染物（如 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 N O X x \ce{NO_x} NO X x C l X 2 \ce{Cl2} Cl X 2
金属与浓硫酸、硝酸直接反应制盐都会放出有毒气体；先把金属氧化成氧化物再与稀酸反应，更符合绿色化学（例 3）。
错在哪 ：认为“用碱液吸收尾气”“污水处理后排放”体现了绿色化学的核心思想。
为什么错 ：理解性错误。绿色化学强调从源头上不产生污染，这两项是污染产生后的治理。
正确做法 ：判断时问“是不是从一开始就不产生污染物”。错在哪 ：把 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 为什么错 ：记忆性错误。C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 正确做法 ：C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 错在哪 ：计算原子利用率时分母只用主要反应物的质量。
为什么错 ：规范性错误。分母是全部生成物（等于全部参加反应的反应物）的总质量。
正确做法 ：按配平的方程式把所有生成物的质量加起来作分母。
原子利用率像做衣服的用料率：一块布全部裁进衣服里是 100%，剪下来的边角料越多，用料率越低。绿色化学是在设计衣服时就让边角料最少，而不是做完衣服再想办法处理一地碎布。
前置：第 10 章硫的氧化物与酸雨；第 11 章氮氧化物的治理。
后续：第 13 章无机化工流程，“绿色与经济性”的评价（循环物质、副产物、原子利用率）。
后续：第 40 章实验方案的设计与评价（安全、绿色）。
常一起考：12.5 节化石燃料（燃烧的污染）、12.7 节化学品的合理使用（选择题第一题常把它们放在一起）。
宏观 ：化肥、农药、药物、食品添加剂都是化学品，用得合理能提高产量、治病、改善食品品质，用得不当会危害健康和环境。原则是在规定的范围和剂量内合理使用 。
化肥和农药 ：
化肥提供作物需要的 N、P、K 等元素。铵态氮肥（如 N H X 4 H C O X 3 \ce{NH4HCO3} NH X 4 HCO X 3 ( N H X 4 ) X 2 S O X 4 \ce{(NH4)2SO4} ( NH X 4 ) X 2 SO X 4 N H X 3 \ce{NH3} NH X 3
农药朝着高效、低毒、低残留的方向发展；过量使用会污染环境、在农产品中残留。
合理用药 ：
药物按来源分天然药物和合成药物；按使用分处方药 （标 Rx，须凭医生处方购买和使用）和非处方药 （标 OTC，可自行购买，按说明书使用）。
阿司匹林（乙酰水杨酸）是解热镇痛药，长期大量服用会引起胃肠道反应等不良反应。
抗酸药中和过多的胃酸，常见成分有 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 M g ( O H ) X 2 \ce{Mg(OH)2} Mg ( OH ) X 2 C a C O X 3 \ce{CaCO3} CaCO X 3 M g C O X 3 \ce{MgCO3} MgCO X 3 N a H C O X 3 + H C l = N a C l + H X 2 O + C O X 2 ↑ \ce{NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2 ^} NaHCO X 3 + HCl = NaCl + H X 2 O + CO X 2 ↑ A l ( O H ) X 3 + 3 H C l = A l C l X 3 + 3 H X 2 O \ce{Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O} Al ( OH ) X 3 + 3 HCl = AlCl X 3 + 3 H X 2 O
青霉素等抗生素可能引起过敏，使用前要做皮肤敏感试验。
毒品严重危害身心健康，要远离毒品。
安全使用食品添加剂 ：食品添加剂是为改善食品品质和色、香、味，以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的物质。
类别
例子
作用和说明
着色剂
胭脂红、柠檬黄（合成）；β-胡萝卜素、叶绿素铜钠盐（天然或天然来源）
改善色泽，限量使用
增味剂
谷氨酸钠（味精）
增加鲜味
膨松剂
N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 N H X 4 H C O X 3 \ce{NH4HCO3} NH X 4 HCO X 3 受热分解或遇酸放出气体，使面食疏松多孔
凝固剂
C a S O X 4 \ce{CaSO4} CaSO X 4 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 使豆浆中的蛋白质凝固成豆腐（胶体聚沉，第 3 章）
防腐剂
苯甲酸钠、山梨酸钾、N a N O X 2 \ce{NaNO2} NaNO X 2
抑制微生物生长；N a N O X 2 \ce{NaNO2} NaNO X 2
抗氧化剂
抗坏血酸（维生素 C）
具有还原性，自身先被氧化，防止食品被氧化变质
营养强化剂
加碘盐中的 K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3
补充人体所需的元素
葡萄酒中添加少量 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2
微观 ：添加剂的作用都能从性质上解释：维生素 C 有还原性，所以作抗氧化剂；N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 2 N a H C O X 3 = Δ N a X 2 C O X 3 + C O X 2 ↑ + H X 2 O \ce{2NaHCO3} \xlongequal{\Delta} \ce{Na2CO3 + CO2 ^ + H2O} 2 NaHCO X 3 Δ Na X 2 CO X 3 + CO X 2 ↑ + H X 2 O K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 K I \ce{KI} KI K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 H X + \ce{H+} H X +
符号 ：加碘盐中 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X − K I \ce{KI} KI I O X 3 X − + 5 I X − + 6 H X + = 3 I X 2 + 3 H X 2 O \ce{IO3- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O} IO X 3 X − + 5 I X − + 6 H X + = 3 I X 2 + 3 H X 2 O
选择题第一题以食品、饮料、药品为情境，判断添加剂的作用、用量或“不含添加剂更安全”一类说法 → 对照添加剂表和“合理使用”原则，再从物质性质（还原性、受热分解、毒性）解释 → 逐项判断。
题目问抗酸药、阿司匹林等药物的作用、方程式或注意事项（胃溃疡患者能否服用 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3
题目问化肥、农药的合理使用（铵态氮肥能否与草木灰混用）→ 铵盐遇碱放出 N H X 3 \ce{NH3} NH X 3
实验题检验食盐中是否加碘 → 酸性条件下 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X − I X − \ce{I-} I X − I X 2 \ce{I2} I X 2
食品添加剂不等于有害物质 ：按国家标准在规定范围内使用是安全的；“不含任何添加剂的食品才安全”是错误的说法。三聚氰胺、苏丹红、吊白块等是非法添加物 ，不属于食品添加剂。天然的不一定比合成的安全 ，合成的不一定有害：安全与否看物质本身和用量。N a N O X 2 \ce{NaNO2} NaNO X 2 胃溃疡患者不宜服用 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 C a C O X 3 \ce{CaCO3} CaCO X 3 ：生成的 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 M g ( O H ) X 2 \ce{Mg(OH)2} Mg ( OH ) X 2 加碘盐加的是 K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 I X 2 \ce{I2} I X 2 K I \ce{KI} KI ；碘盐不能直接用淀粉检验（淀粉只遇 I X 2 \ce{I2} I X 2 K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 铵态氮肥不能与草木灰混用 ：草木灰的主要成分 K X 2 C O X 3 \ce{K2CO3} K X 2 CO X 3 N H X 4 X + + O H X − = N H X 3 ↑ + H X 2 O \ce{NH4+ + OH- = NH3 ^ + H2O} NH X 4 X + + OH X − = NH X 3 ↑ + H X 2 O 处方药必须凭处方购买；“是药三分毒”，任何药物都不能随意加大剂量或长期服用。
为什么维生素 C 能作抗氧化剂 ：维生素 C 有较强的还原性，比食品中的油脂、色素等更容易被氧化，所以加进食品后，空气中的 O X 2 \ce{O2} O X 2 关键一步 ：这是氧化还原的“先后规律”，还原性强的先反应，第 5 章）。同理，F e X 2 + \ce{Fe^2+} Fe X 2 + F e X 2 + \ce{Fe^2+} Fe X 2 + F e X 3 + \ce{Fe^3+} Fe X 3 +
为什么加碘盐用 K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 ：I X − \ce{I-} I X − K I \ce{KI} KI O X 2 \ce{O2} O X 2 I X 2 \ce{I2} I X 2 4 I X − + O X 2 + 2 H X 2 O = 2 I X 2 + 4 O H X − \ce{4I- + O2 + 2H2O = 2I2 + 4OH-} 4 I X − + O X 2 + 2 H X 2 O = 2 I X 2 + 4 OH X − K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 + 5 +5 + 5 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X − + 5 +5 + 5 I X − \ce{I-} I X − − 1 -1 − 1 I X 2 \ce{I2} I X 2
抗酸药为什么选弱碱性物质 ：胃酸主要是盐酸。强碱（如 N a O H \ce{NaOH} NaOH N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 M g ( O H ) X 2 \ce{Mg(OH)2} Mg ( OH ) X 2
例 1 （场景：食品添加剂的判断）化学与生活密切相关。下列说法正确的是（ ）。
A. 食品中不应含有任何食品添加剂，不含添加剂的食品才安全
B. 维生素 C 常用作抗氧化剂，是因为它具有氧化性
C. N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2
解 ：C。
判断依据 ：添加剂在规定范围内合理使用是安全的；作用由性质决定（本节添加剂表和原理解释）。
A 食品添加剂按规定使用是安全的，很多食品离不开防腐剂、膨松剂等，错；B 维生素 C 作抗氧化剂是因为它有还原性，优先被氧化，错；C 2 N a H C O X 3 = Δ N a X 2 C O X 3 + C O X 2 ↑ + H X 2 O \ce{2NaHCO3} \xlongequal{\Delta} \ce{Na2CO3 + CO2 ^ + H2O} 2 NaHCO X 3 Δ Na X 2 CO X 3 + CO X 2 ↑ + H X 2 O N a N O X 2 \ce{NaNO2} NaNO X 2
容易卡在：B 把“抗氧化”理解成“有氧化性”。抗氧化剂是自己先被氧化，所以有还原性。
例 2 （场景：抗酸药）某抗酸药每片含 A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 0.39 g 0.39\ \mathrm{g} 0.39 g H C l \ce{HCl} HCl N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3
解 ：
（1）A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 A l ( O H ) X 3 + 3 H X + = A l X 3 + + 3 H X 2 O \ce{Al(OH)3 + 3H+ = Al^3+ + 3H2O} Al ( OH ) X 3 + 3 H X + = Al X 3 + + 3 H X 2 O
（2）
找关系 ：A l ( O H ) X 3 ∼ 3 H C l \ce{Al(OH)3} \sim 3\ce{HCl} Al ( OH ) X 3 ∼ 3 HCl M ( A l ( O H ) X 3 ) = 78 g / m o l M(\ce{Al(OH)3}) = 78\ \mathrm{g/mol} M ( Al ( OH ) X 3 ) = 78 g/mol
列式 ：n ( A l ( O H ) X 3 ) = 0.39 g 78 g / m o l n(\ce{Al(OH)3}) = \dfrac{0.39\ \mathrm{g}}{78\ \mathrm{g/mol}} n ( Al ( OH ) X 3 ) = 78 g/mol 0.39 g n ( H C l ) = 3 n ( A l ( O H ) X 3 ) n(\ce{HCl}) = 3n(\ce{Al(OH)3}) n ( HCl ) = 3 n ( Al ( OH ) X 3 )
计算 ：n ( A l ( O H ) X 3 ) = 0.005 m o l n(\ce{Al(OH)3}) = 0.005\ \mathrm{mol} n ( Al ( OH ) X 3 ) = 0.005 mol n ( H C l ) = 0.015 m o l n(\ce{HCl}) = 0.015\ \mathrm{mol} n ( HCl ) = 0.015 mol
检验 ：0.39 0.39 0.39 78 78 78 0.005 m o l 0.005\ \mathrm{mol} 0.005 mol A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 H X + \ce{H+} H X + 0.015 m o l 0.015\ \mathrm{mol} 0.015 mol
（3）N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 H C O X 3 X − + H X + = H X 2 O + C O X 2 ↑ \ce{HCO3- + H+ = H2O + CO2 ^} HCO X 3 X − + H X + = H X 2 O + CO X 2 ↑ A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3
三查 ：（1）原子 Al 1、O 3、H 6，两边相等；电荷 + 3 = + 3 +3 = +3 + 3 = + 3
例 3 （场景：化肥的合理使用）下列关于化肥和农药使用的说法正确的是（ ）。
A. 为了提高粮食产量，化肥施用得越多越好
B. 硫酸铵与草木灰混合施用可以同时补充氮和钾，效果更好
C. 农药应向高效、低毒、低残留的方向发展
D. 化肥、农药只会污染土壤，不会影响水体
解 ：C。
判断依据 ：合理使用原则；铵盐遇碱放出 N H X 3 \ce{NH3} NH X 3
A 过量施肥导致土壤板结、水体富营养化，错；B 草木灰（K X 2 C O X 3 \ce{K2CO3} K X 2 CO X 3 N H X 4 X + + O H X − = N H X 3 ↑ + H X 2 O \ce{NH4+ + OH- = NH3 ^ + H2O} NH X 4 X + + OH X − = NH X 3 ↑ + H X 2 O
例 4 （场景：检验食盐中是否加碘）（陌生情境）某品牌食盐包装上写“配料：精制盐、碘酸钾”。设计实验检验该食盐中含有碘元素，写出操作、现象和结论，以及相关的离子方程式。可选试剂：K I \ce{KI} KI
解 ：
题给信息 ：碘以 K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 K I \ce{KI} KI 课本知识 ：淀粉只遇 I X 2 \ce{I2} I X 2 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X − I X − \ce{I-} I X − I X 2 \ce{I2} I X 2
操作 → 现象 → 结论 ：“取少量食盐于试管中，加蒸馏水溶解，再加入适量 K I \ce{KI} KI I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X −
离子方程式：I O X 3 X − + 5 I X − + 6 H X + = 3 I X 2 + 3 H X 2 O \ce{IO3- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O} IO X 3 X − + 5 I X − + 6 H X + = 3 I X 2 + 3 H X 2 O
三查 ：原子 I 6、O 3、H 6，两边相等；电荷左边 − 1 − 5 + 6 = 0 -1 - 5 + 6 = 0 − 1 − 5 + 6 = 0 I O X 3 X − \ce{IO3-} IO X 3 X − + 5 +5 + 5 I X − \ce{I-} I X −
容易卡在：直接向食盐溶液中加淀粉。K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 I X − \ce{I-} I X − I X 2 \ce{I2} I X 2
食品添加剂的作用对应性质：抗氧化剂 ↔ 还原性（维生素 C、S O X 2 \ce{SO2} SO X 2 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 N H X 4 H C O X 3 \ce{NH4HCO3} NH X 4 HCO X 3 C a S O X 4 \ce{CaSO4} CaSO X 4 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2
抗酸药按“产不产生气体”分两类：N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 C a C O X 3 \ce{CaCO3} CaCO X 3 M g C O X 3 \ce{MgCO3} MgCO X 3 C O X 2 \ce{CO2} CO X 2 A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 M g ( O H ) X 2 \ce{Mg(OH)2} Mg ( OH ) X 2
铵态氮肥不能与碱性物质（草木灰、熟石灰）混用；也不宜在高温下暴晒（N H X 4 H C O X 3 \ce{NH4HCO3} NH X 4 HCO X 3
错在哪 ：认为“食品添加剂都对人体有害，越少越好，最好没有”。
为什么错 ：理解性错误。添加剂是经过安全评估、规定了用量的物质；非法添加物才是问题。
正确做法 ：判断“在规定范围内合理使用”即可。错在哪 ：说“维生素 C 作抗氧化剂利用了它的氧化性”。
为什么错 ：理解性错误。抗氧化剂自身被氧化，所以有还原性。
正确做法 ：抗氧化剂 = 还原剂。错在哪 ：说“加碘盐中加的是单质碘，遇淀粉变蓝”。
为什么错 ：记忆性错误。加的是 K I O X 3 \ce{KIO3} KIO X 3 正确做法 ：检验要在酸性条件下加 K I \ce{KI} KI
化学品像盐：做菜不放盐没味道，放多了齁得没法吃，关键在“量”。判断这一节的选择题，先问两件事：用的是不是允许的物质，用量是不是在规定范围内；再从物质的性质看它为什么能起这个作用。
前置：第 3 章胶体的聚沉（豆腐的凝固剂）；第 5 章氧化还原（抗氧化剂、碘盐的检验）。
前置：第 6 章 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 N H X 3 \ce{NH3} NH X 3
后续：第 36 章生物大分子（蛋白质的变性与盐析、药物中的有机物）。
常一起考：12.6 节环境保护（化肥、农药的污染），选择题第一题常把材料、环境、食品药品放在同一题的四个选项里。
本章六个知识点分成两组。前一组是“材料”：12.2 讲硅和二氧化硅本身，12.3 在它的基础上讲硅酸盐和新型材料，两者都靠结构解释性质（Si–O 网络、共价晶体）。后一组是“资源和环境”：12.4、12.5 讲怎样从海水和化石燃料里得到有用的物质，12.6、12.7 讲用的时候怎样不伤害环境和人。两组之间有两条线连着：高纯硅的制备本身就是一个流程，和海水提镁、提溴一样按“富集或转化 → 提纯 → 得到产品”组织，第 13 章统一讲；评价这些流程时用 12.6 的原子利用率和绿色化学。考试里遇到题目，先按情境归到下图的一组，再到对应的小节找依据。
写出工业上用焦炭还原石英砂制取粗硅的化学方程式。
判断：S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a O H \ce{NaOH} NaOH
实验室盛放 N a O H \ce{NaOH} NaOH
下列材料中属于新型无机非金属材料的是：①普通玻璃 ②石墨烯 ③水泥 ④碳化硅陶瓷 ⑤有机玻璃。
把 M g X 2 S i O X 4 \ce{Mg2SiO4} Mg X 2 SiO X 4
海水提镁时，为什么要在 H C l \ce{HCl} HCl M g C l X 2 ⋅ 6 H X 2 O \ce{MgCl2.6H2O} MgCl X 2 ⋅ 6 H X 2 O
写出空气吹出法提溴中用 S O X 2 \ce{SO2} SO X 2
海带提碘时，用 C C l X 4 \ce{CCl4} CCl X 4
下列过程属于物理变化的是：①煤的干馏 ②石油的分馏 ③石油的裂化 ④煤的气化。
某反应 A + B → C + D \ce{A + B -> C + D} A + B C + D 100 g 100\ \mathrm{g} 100 g 40 g 40\ \mathrm{g} 40 g
维生素 C 作食品抗氧化剂，利用了它的什么性质？
胃溃疡患者应选择含 A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3
答案 ：1. S i O X 2 + 2 C = 高温 S i + 2 C O ↑ \ce{SiO2 + 2C} \xlongequal{\text{高温}} \ce{Si + 2CO ^} SiO X 2 + 2 C 高温 Si + 2 CO ↑ S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 H F \ce{HF} HF S i F X 4 \ce{SiF4} SiF X 4 N a O H \ce{NaOH} NaOH S i O X 2 \ce{SiO2} SiO X 2 N a X 2 S i O X 3 \ce{Na2SiO3} Na X 2 SiO X 3 2 M g O ⋅ S i O X 2 \ce{2MgO.SiO2} 2 MgO ⋅ SiO X 2 M g C l X 2 \ce{MgCl2} MgCl X 2 B r X 2 + S O X 2 + 2 H X 2 O = 2 H B r + H X 2 S O X 4 \ce{Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4} Br X 2 + SO X 2 + 2 H X 2 O = 2 HBr + H X 2 SO X 4 60 % 60\% 60% A l ( O H ) X 3 \ce{Al(OH)3} Al ( OH ) X 3
