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硫
硫（俗称硫黄）是一种黄色晶体，质脆，易研成粉末。 硫难溶于水，微溶于酒精，易
溶于二硫化碳。
二氧化硫
具有漂白作用，工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝等。二氧化硫的漂白作用是由
于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。这些无色物质容易分解而使有色物质恢复原
来的颜色。
二氧化硫可用于杀菌消毒，还是一种食品添加剂。
食品中的二氧化硫食品中添加适量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例
如，在葡萄酒酿制过程中，葡萄汁中某些细菌的繁殖会影响发酵，添加适量的二氧化硫可以
起到杀菌的作用。
二氧化硫又是一种抗氧化剂，能防止葡萄酒中的一些成分被氧化，起到保质作用，并有
助于保持葡萄酒的天然果香味。
尽管二氧化硫在蜜饯、干果、食糖、果酒等食品的加工中起着重要作用，但如果使用不
当就有可能造成食品中二氧化硫的残留量超标，从而对人体健康造成不利影响。为保证消费
者健康，我国在食品添加剂使用标准中规定了二氧化硫在食品中的使用范围和最大使用量，
如二氧化硫用于葡萄酒的最大使用量为0.25 g/L
工业制硫酸的原理示意图
硫酸盐
硫酸钙
自然界中的硫酸钙常以石膏 （CaSO·2HO）的形式存在。石膏被加热到 150 ℃时，会
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失去所含大部分结晶水而变成熟石膏（2CaSO ·HO）。熟石膏与水混合成糊状物后会很快凝
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固，重新变成石膏。
学科网（北京）股份有限公司利用这种性质，石膏可被用来制作各种模型和医疗用的石膏绷带。在工业上，石膏还被
用来调节水泥的硬化速率。
硫酸钡
自然界中的硫酸钡以重晶石（BaSO4）的形式存在。重晶石是生产其他钡盐的原料。硫
酸钡不溶于水和酸，且不容易被X射线透过，因此在医疗上可被用作消化系统X射线检查的
内服药剂，俗称“钡餐”。
硫酸铜
硫酸铜（CuSO4）是白色的粉末，结合水后会变成蓝色晶体，俗称胆矾 （CuSO4·5H2O）。
硫酸铜的这一性质可以用来检验酒精中是否含少量水。胆矾可以和石灰乳混合制成一种常用
的农药——波尔多液。
BaCl
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、Ba(OH)
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等可溶性钡的化合物和BaCO
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有毒！使用时须做好个人防护，相关废弃物应进
行无害化处理。
自然界中硫的存在和转化
硫元素广泛存在于自然界中，是植物生长不可缺少的元素，组成生命体的蛋白质中就含有硫。
游离态的硫存在于火山口附近 或地壳的岩层中。在岩层深处和海底的无氧环境下，硫元素与铁、铜
等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在，如黄铁矿（FeS ）、黄 铜 矿（CuFeS ） 等。
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在地表附近，由于受氧气和水的长期作用，硫化物 会转化为硫酸盐，如石膏（CaSO ·2H O）、
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芒 硝（Na SO·10HO 等。 火 山 口 附 近 的硫单质会被大气中的氧气氧化成二氧化硫，二氧化
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硫可被进一步氧化生成三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫遇水分别形成亚硫酸和硫酸。
常用的氧化剂有浓硫酸、Cl、KMnO 等，还原剂 有金属单质、H、NaS等。
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将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。大自然通过闪电释放的能
量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨，从而
实现自然固氮。
王 水
学科网（北京）股份有限公司浓硝酸和浓盐酸的混合物（体积比为1：3）叫做王水， 能使一些不溶于硝酸的金属如
金、铂等溶解
硅酸盐的结构
硅酸盐材料
陶瓷
陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。
高压输电线路使用了陶瓷绝缘材料
玻璃
普通玻璃的主要成分为Na SiO 、CaSiO 和SiO ，它是以纯碱、石灰石和石英砂（主要
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成分是SiO ）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得
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的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材
料等。
水泥
普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料。二者与其他辅料经混合、研磨后在
水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成
细粉就能得到普通水泥。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水
利工程。
学科网（北京）股份有限公司 新型无机非金属材料
硅和二氧化硅
现代信息技术是建立在半导体材料基础上的。位于元素周期表第三周期、第ⅣA族的硅
元素，正好处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用
最为广泛的半导体材料。
硅在自然界主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式
存在。晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。工业上用焦炭还原石
英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。
高纯硅的制备
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利 用其半导体性能可以制成计算机、
通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。
二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不
易衰减，能有效提高通信效率。
新型陶瓷
学科网（北京）股份有限公司新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光 学、热学、电学、磁学等方面具
有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如，碳化硅（SiC）俗 称金刚砂，
其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和
砂轮的磨料。
碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达 1 600 ℃，大大超过了普通金属
材料所能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
新型陶瓷
随着人们对材料性能要求的不断提高，具有特殊功能的陶瓷材料迅速发展，一系列如高
温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等新型陶瓷相继问世。这些新型陶瓷与传统陶
瓷相比，在成分上有了很大变化。
• 高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅 或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高
温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动
机、汽车发动机和高温电极材料等。
• 压电陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等， 能实现机械能与电能的相互转化。可用于滤波器、
扬声器、超声波探伤器和点火器等。
• 透明陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，
具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好。可用于高压钠灯、激光器和高温 探测窗等。
• 超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗 等领域。
碳纳米材料
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳
米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
神奇的催化剂
催化剂是现代化学中关键而神奇的物质之一。据统计，有80%以上的化工生产过程（如
氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，煤、石油、天然气的综合利 用，等
等）使用了催化剂，目的是增大反应速率，提高生产效率。
在资源利用、能源开发、医药制造、环境保护等领域，催化剂有着广泛的应用。催化剂
十分神奇，它能极大地提高化学反应速率（可使反应速率增大几个到十几个数量级），而自
身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化；它和一些反应体系的关系就像钥匙与锁
的关系，具有一定的选择性。
学科网（北京）股份有限公司生物体内几乎所有的化学反应（如淀粉、脂肪、蛋白质的水解，DNA的复制等） 都是
由生物体内存在的特殊催化剂——酶所催化的。酶比一般的催化剂具有更高的选择 性和催
化效率，而且是在正常体温的条件 下发生作用，反应条件温和。
受酶的启示， 科学家开辟了设计和合成催化剂的新途径， 正在研制具有生物酶某些特
性的化学酶，以期实现“仿酶催化”。催化剂的神奇面纱至今尚未完全揭开，对催化剂的研
究是当代化学一个极具魅力和应用前景的重要课题。
塑料
塑料的主要成分是合成树脂，像聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等都是生产塑料
的合成树脂。此外，人们还根据需要加入一些具有特定作用的添加剂，如能提高塑性的增塑
剂，防止塑料老化的防老剂，以及增强材料、着色剂等，再经过压制等加工处理，才能得到
各种塑料制品。
塑料具有强度高、密度小、耐腐蚀、易加工等优良的性能，在日常生活和工业生产中大
量代替了钢铁、木材等传统材料。
学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司 橡胶
橡胶是一类具有高弹性的高分子材料，是制造汽车、飞机轮胎和各种密封材料所必需的
原料。
天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。
许多橡胶具有线型结构，有一定弹性，但强度和韧性差。
为了克服这些缺点，工业上常用硫与橡胶作用进行橡胶硫化，使线型的高分子链之间通
过硫原子形成化学键，产生交联，形成网状结构。硫化橡胶具有更好的强度、韧性、弹性和
化学稳定性。
人们还开发了耐热和耐酸、碱腐蚀的氟橡胶，耐高温和严寒的硅橡胶等特种橡胶。特种
橡胶在航空、航天和国防等尖端技术领域中发挥着重要的作用。
硫化后的橡胶适合制造轮胎，加入炭黑可提高轮胎的 耐磨性
橡胶消声瓦可有效降低潜艇航行时的噪声，提高潜艇的隐蔽性
黏合剂和涂料
黏合剂又称胶黏剂，日常生活中常用的糨糊、胶水就是最普通的黏合剂。黏合剂根据来
源可分为天然黏合剂和合成黏合剂。人们很早就使用动物的皮或鱼鳔熬胶，用于黏结木材。
合成黏合剂的黏结力强，性能优异，得到了广泛的应用。近几十年来，汽车、电子等行
业的发展对黏合剂的性能提出了更高的要求，一系列具有耐高温、耐低温、导电、导磁和导
热等性能的特种黏合剂相继问世。
涂料是一类含有机高分子的混合液或粉末，能在物体表面形成附着坚固的涂膜，油漆就
是一种常见的涂料。涂料可用于建筑、 船舶、车辆，以及家电、家具的保护和装饰。
特种涂料在化工、航空等领域具有重要的用途。
学科网（北京）股份有限公司酒类产品标签中的酒精度是指乙醇的体积分数，白酒一般在25% -68%，啤酒一般在3% -
5%。乙醇进入人体后，会在肝中通过酶的催化作用被氧化为乙醛和乙酸，最终被氧化为二氧
化碳和水。过量饮酒会加重肝负担，血液中较高浓度的乙醇和 乙醛也会对人体产生毒害作
用。
乙醇和乙酸乙酯是常用的化工原料和有机溶剂。它们在储存时应置于密闭容器，存放在
阴凉、通风处，并与氧化剂、易燃物等分开存放，注意远离火种和热源
蛋白质在一些化学试剂，如重金属的盐类、强酸、强 碱、乙醇、甲醛等，以及一些物
理因素，如加热、紫外线等的作用下会发生变性，溶解度下降，并失去生理活性。
蛋白质还可以与一些试剂发生显色反应，如很多蛋白质与浓硝酸作用时呈黄色，可用于
蛋白质的检验。此外，蛋白质被灼烧时，会产生类似烧焦羽毛的特殊气味。
蛋白质是人类必需的营养物质，在工业上也有很多应用。用蚕丝织成的丝绸可以制作服
装；从动物皮、骨中提取的明胶可用作食品增稠剂，生产医药用胶囊和摄影用感光材料，驴
皮制的阿胶还是一种中药材；从牛奶和大豆中 提取的酪素可以用来制作食品和涂料。
绝大多数酶也是蛋白质，是生物体内重要的催化剂，在医药、食品、纺织等领域中有重
要的应用价值。
常见的食用油中普遍含有油酸等不饱和脂肪酸的甘油酯，其分子中含有碳碳双键，在空
气中放置久了会被氧化，产生过氧化物和醛类等。
学科网（北京）股份有限公司变质的油脂带有一种难闻的 “哈喇”味，不能食用。因此 很多食品的包装中常有一小
包含有铁粉等物质的脱氧剂，市售的食用油中也普遍加入 叔丁基对苯二酚（TBHQ）等 抗氧
化剂，以确保食品安全。
奶 油
奶油俗称黄油，是将牛乳中的脂肪成分经 过提炼浓缩而得到的动物油脂产品。奶油中
含有较多的饱和脂肪酸甘油酯，熔化温度在30 ℃左右，比一般植物油的高。这使其在室 温
下有一定硬度，具有可塑性，适于糕点裱花和保持糕点外形完整；同时，奶油的熔化温度并
不太高，因此入口即化，具有良好的口感。
另外，奶油具有浓郁的奶香味，还含有较丰富的脂溶性维生素，一直是制作蛋糕、饼干、
面 包等烘焙食品和巧克力、冰淇淋的重要原料， 受到人们的普遍喜爱。
奶油不易保存，且生产成本较高，因此人们很早就开始寻找其代用品。人们发现，液态
植物油可以与氢气发生加成反应，生成类似动物脂肪的硬化油脂，即氢化植物油。氢化植物
油不易变质，且成本低廉，被大量用来生产人造奶油。
人造奶油，又称人造黄油、植物奶油、麦淇淋，是以氢化植物油和植物油为主要原料，
加入水、乳制品、乳化剂、防腐剂、抗氧化剂、香精、色素、维生素等物质生产出来的。
其外观和风味与天然奶油十分接近，具有良好的加工性能，能够延长食品的保质期，且
成本较低，在现代食品工业中得到了广泛的应用。
自然资源与可持续发展
自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础，包括土地与土壤资源、矿产资源、
生物资源、水资源、能源资源、 环境资源等，根据其能否再生可以分为可再生资源和不可
再生资源。
可持续发展的目标是 在满足人类需要的同时，强调人类的行为要受到自然界的制约，
强调人类代际之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经
济可持续发展、社会可 持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展等方面。
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组 成以碳元素为主，还含有少量氢、
氧、氮、硫等元素。通过煤的干馏、气化和液化获得清洁的燃料和多种化工原料，是目前实
现煤的综合利用的主要途径。
煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程， 工业上也叫煤的焦化。从煤的干
馏产物中可以获得重要的化工原料（如表8-1）。
学科网（北京）股份有限公司煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应 是碳与水蒸气反应生成水煤气等。
煤可以直接液化，使煤与氢气作用生成液体燃料；煤也可以间接液化，一般是先转化为
一氧化碳和氢气，然后在催化剂的作用下合成甲醇等。
天然气水合物
天然气水合物是天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲
烷水合物，其组成可表示为CH ·nHO， 甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。天然气水
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合物的外观像冰，具有可燃性，故又被称为“可燃冰”。
它被认为是21世纪的高效清洁能源。但是，储量巨大的天然气水合物的分解和甲烷释
放，可能会诱发海底地质灾害，加重温室效应。目前，开发利用天然气水合物已经成为人们
关注的重要领域，相关研究取得了多项进展。
我国的天然气水合物开采技术处于世界先进水平。
学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司化学品可以分为大宗化学品和精细化学品两大类。乙烯、硫酸、纯碱和化肥等属于大宗
化学品，医药、农药、 日用化学品、食品添加剂等属于精细化学品。
化肥、农药的合理施用
合理施用化肥，除了要考虑土壤酸碱性、作物营养 状况等因素，还必须根据化肥本身
的性质进行科学施用。例如，硝酸铵是一种高效氮肥，但受热或经撞击易发生爆炸，因此必
须作改性处理后才能施用。
由于很多化肥易溶于水，过量施用不仅会造成浪费，部分化肥会随着雨水流入河流和湖
泊，造成水体富营养化，产生水华等污染现象。另外，不合理施用化肥还会影响土壤酸碱性
和土壤结构。
滴滴涕的功与过
历史上，滴滴涕（DDT）和六六六等有机氯杀虫剂揭开了人类施用有机合成农药的新篇
章。它们有较高和较宽广的杀虫活性， 对人体的急性毒性较低，还有容易生产、价格低廉
等优点。
在第二次世界大战期间和战后，DDT的施用使疟蚊、跳蚤和苍蝇等得到有效的防治， 控
制了疟疾、伤寒、鼠疫、霍乱等传染病的流行，挽救了数千万人的生命，为人类的卫生防疫
事业作出了巨大的贡献。
但由于DDT 对光、空气、酸、碱等表现出很稳定的化学 性质，难溶于水，易溶于脂肪，
大量施用后会长期存在于自然界中而难以降解，并通过 食物链富集在动物的脂肪中，从而
对鸟类等昆虫的天敌产生慢性毒害。
另外，长期施用 DDT，一些害虫体内的酶会使DDT发生催化反应脱去HCl变成DDE。结
构的改变使DDE 的毒性较低，害虫就具有了对DDT的抗药性。
处方药与非处方药
学科网（北京）股份有限公司处方药需要凭医生处方才 能从药房或药店获得，并要在医生的指导下使用。非处方药
则不需要凭医生处方，消费者可自行购买和使用，其包装上 有“OTC”标识。
阿司匹林是一种重要的合成药物，化学名称为乙酰水杨酸，具有解热镇痛作用。阿司匹
林的发现源于柳树皮中含有的一种物质——水杨酸，阿司匹林就是以水杨酸为原料生产的。
着色剂、增味剂
有些食品在加工过程中，其中含有的色素有可能减少、消失或者改变颜色，有些食品营
养丰富但色泽较差，添加着色剂可以改善这些状况。天然色素可以从植物或微生物中得到，
常见的有红曲红、β-胡萝卜素、姜黄、叶绿素铜 钠盐、焦糖色等。
合成色素的着色力强，稳定性好，成本 较低，常见的有苋菜红、柠檬黄、靛蓝等。
味精能增加食品的鲜味，是一种常用的增味剂，其化学名称为谷氨酸钠。通常状况下它
是一种无色晶体，易溶于水。味精最早是从海带中发现和提取出来的，现在主要以淀粉为原
料通过发酵法生产。
膨松剂、凝固剂
加工馒头、面包和饼干等产品时，加入的一些膨松剂 （如碳酸氢铵、碳酸氢钠等）可
中和酸并受热分解，产生大量气体，使面团疏松、多孔，生产的食品松软或酥脆，易于消化
吸收。
实际生产中还会使用由碳酸盐和酸性物质等混合而成的复合膨松剂。
为了改善食品的形态，食品加工中还会使用凝固剂等物质。例如，豆腐是我国具有悠久
历史的传统美食，它是利用盐卤等物质能使豆浆中的蛋白质聚沉的原理制成的。 盐卤中含
有的氯化镁、硫酸钙，另外还有葡萄糖酸-δ-内酯等都是制作豆腐常用的凝固剂。
防腐剂、抗氧化剂
防止食品腐败变质需要杀灭微生物或者控制其滋生条件，如采用加入食盐、干燥、加热、
冷冻、抽真空等方法。有的方法可能会改变食品原有的味道，有的需要一定的设备才能进行。
添加少量防腐剂可以克服上述缺点，又便于食品的工业化生产。常见的防腐剂有苯甲酸
及其钠盐、山梨酸及其钾盐等。亚硝酸钠是一种防腐剂和护色剂，可用于一些肉制品如腊肉、
香肠等的生产。它不但使肉制品较长时间地保持鲜红色，而且具有防止变质的作用。
但是，亚硝酸钠具有一定毒性，还会与食物作用生成致癌物。因此，食品中亚硝酸钠的
最大使用量和残留量都有严格规定。
同时，亚硝酸钠的外观与食盐相似，应防止误食中毒。
学科网（北京）股份有限公司有些食品会因在空气中被氧化而变质，需要加入抗氧化剂。例如，抗坏血酸（即维生素
C）能被氧化为脱氢抗坏血酸而发挥抗氧化作用，是水果罐头中常用的抗氧化剂。
营养强化剂
由于人们的年龄阶段（如婴幼儿时期、中老年时期等）、工作环境及地方性营养状况等
的特殊要求，需要食品中加入营养强化剂，以补充必要的营养成分。例如， 在食盐中添加
碘酸钾，在奶粉中添加维生素、碳酸钙、硫酸亚铁、硫酸锌等。
是否需要含有营养强化剂的食品，应根据个人不同情况和医生、营养师的建议而作出选
择。
食品添加剂使用时应符合以下基本要求：
① 不应对人体产生任何健康危害；
② 不应掩盖食品腐败变质；
③ 不应掩盖食品本身或加工过程中的质量缺陷，或以掺杂、掺假、伪造为目的而使 用
食品添加剂；
学科网（北京）股份有限公司④ 不应降低食品本身的营养价值；
⑤ 在达到预期效果的前提下尽可能降低 在食品中的使用量。
在下列情况下可使用食品添加剂：
① 保持或提高食品本身的营养价值；
② 作为某些特殊膳食用食品的必要配料或成分；
③ 提高食品的质量和稳定性，改进其感官特性；
④ 便于食品的生产、加工、包装、运输 或者储藏。
学科网（北京）股份有限公司
