化学就在我们身边。炒菜的铁锅放久了会生锈。银首饰戴一段时间发黑。这些现象都是化学反应。高中化学知识解释这些日常问题。金属腐蚀是一个重要话题。铁锅的主要材料是铁。铁是一种活泼金属。空气中有氧气。水蒸气也存在于空气中。铁与氧气、水接触发生反应。反应生成铁锈。铁锈的成分很复杂。主要是氧化铁的水合物。氧化铁是红棕色的。所以铁锈呈现红褐色。铁锈的结构疏松。不能保护内部的铁。铁锅会一直锈蚀下去。防止铁锅生锈有方法。用完铁锅需要擦干。水是反应的必要条件。没有水反应难以进行。保持干燥可以延缓生锈。也可以在铁锅表面涂油。油膜隔绝空气。空气无法接触铁表面。反应无法发生。

银首饰变黑是另一个现象。银是一种不活泼的金属。空气中含有少量硫化氢。硫化氢来自许多地方。汽车尾气中有硫化氢。鸡蛋腐败也会产生硫化氢。银与硫化氢发生反应。反应生成硫化银。硫化银是黑色的固体。所以银首饰表面出现黑斑。这个反应速度很慢。需要一段时间才能观察到。清洁银首饰可以用牙膏。牙膏含有细小的摩擦颗粒。摩擦可以去除硫化银层。银首饰恢复光亮。也可以使用铝箔和盐水。将银饰与铝箔放入盐水。铝比银活泼。铝与硫化银发生置换反应。银被还原出来。黑色消失。

厨房里的化学更多。小苏打常用于烘焙。小苏打是碳酸氢钠。碳酸氢钠受热分解。产生二氧化碳气体。面团中的气体受热膨胀。面包和蛋糕变得松软。食醋的主要成分是醋酸。醋酸是一种弱酸。清洁水垢可以使用食醋。水垢的主要成分是碳酸钙。碳酸钙难溶于水。醋酸与碳酸钙发生反应。生成醋酸钙、水和二氧化碳。醋酸钙溶于水。水垢就被清除了。柠檬汁也可以除水垢。柠檬汁含有柠檬酸。柠檬酸也能与碳酸钙反应。

食物腐败是化学变化。细菌在食物上生长。细菌分解食物中的有机物。产生各种代谢产物。有些产物有难闻的气味。食物因此变质。防腐方法基于化学原理。腌制使用大量食盐。食盐溶液浓度很高。细菌细胞内的水分向外渗透。细菌失水死亡。食物得以保存。糖渍的原理相似。高浓度糖溶液也有防腐作用。真空包装是另一种方法。抽出包装袋内的空气。没有氧气细菌难以生长。化学反应需要反应物。去除反应物反应停止。

电池为各种设备供电。电池利用化学反应产生电流。干电池是最常见的电池。干电池中央有碳棒。碳棒是正极。锌筒是负极。电解质是氯化铵糊状物。锌失去电子变成锌离子。电子通过导线流向碳棒。电流产生了。电池用久了电力耗尽。反应物消耗完毕。反应无法继续进行。充电电池可以重复使用。比如锂电池。充电时电能转化为化学能。放电时化学能转化为电能。锂电池常用于手机和电动车。

塑料制品广泛使用。塑料是高分子聚合物。聚乙烯是一种常见塑料。聚乙烯由乙烯分子连接而成。乙烯分子含有碳碳双键。在催化剂作用下双键打开。大量乙烯分子连接成长链。这就是聚合反应。塑料耐用不易分解。废弃塑料造成环境问题。塑料难以被自然降解。焚烧塑料产生有毒气体。回收利用是重要途径。塑料可以重新熔融塑形。制成新的塑料产品。

肥料帮助植物生长。氮肥、磷肥、钾肥是主要肥料。氮元素促进植物叶片生长。空气中含有大量氮气。但植物不能直接吸收氮气。工业合成氨是重要方法。氮气和氢气在高温高压下反应。使用铁催化剂。生成氨气。氨气可以进一步制成各种氮肥。尿素是一种常用氮肥。尿素含氮量很高。尿素在土壤中分解。释放出铵离子。植物吸收铵离子获得氮元素。

肥皂用于清洁油污。肥皂的主要成分是高级脂肪酸钠。制作肥皂使用油脂和氢氧化钠。油脂在碱性条件下水解。这个反应叫皂化反应。生成肥皂和甘油。肥皂分子结构特殊。一端亲水一端亲油。亲油端插入油污中。亲水端朝向水中。揉搓形成泡沫。油污被包围起来。随水流冲走。这就是去污原理。合成洗涤剂有类似结构。洗涤效果更好。

汽油为汽车提供动力。汽油来自石油。石油是多种烃的混合物。烃只含有碳和氢。汽油的主要成分是辛烷。辛烷在发动机气缸内燃烧。与氧气发生反应。生成二氧化碳和水。同时释放大量能量。能量推动活塞运动。汽车获得动力。燃烧不完全会产生一氧化碳。一氧化碳有毒。排入空气造成污染。汽车尾气净化装置使用催化剂。铂和钯是常用催化剂。一氧化碳在催化剂作用下。进一步氧化成二氧化碳。减少有毒气体排放。

铁矿石炼铁是重要工业过程。铁矿石含有氧化铁。高炉中焦炭燃烧产生一氧化碳。一氧化碳还原氧化铁。生成铁和二氧化碳。铁水从高炉底部流出。冷却后成为生铁。生铁含有较多碳。性能脆硬。炼钢需要降低碳含量。向铁水中吹入氧气。氧气与碳反应生成二氧化碳。碳含量降低得到钢。钢的韧性更好。用途更广泛。

酸雨是环境问题。工厂燃烧煤和石油。燃料中含有硫元素。硫燃烧生成二氧化硫。汽车尾气含有氮氧化物。二氧化硫和氮氧化物进入大气。与雨水结合。形成硫酸和硝酸。雨水酸度升高。这就是酸雨。酸雨危害很大。腐蚀建筑物。大理石主要成分是碳酸钙。碳酸钙与酸反应。建筑物表面受损。酸雨使土壤酸化。影响植物生长。湖泊酸化危害水生生物。减少污染物排放是关键。使用低硫燃料。尾气处理后再排放。

化学知识解释自然现象。天空为什么是蓝色的。空气中有氮气和氧气分子。太阳光由不同颜色组成。蓝光波长短容易被散射。散射光布满天空。我们看到蓝色天空。傍晚天空呈现红色。傍晚太阳角度低。阳光穿过更厚的大气层。蓝光被散射到其他方向。红光穿透力强到达地面。天空呈现红色。海水为什么是蓝色的。水分子对蓝光吸收少散射多。大量海水看起来是蓝色的。实际海水是无色的。

这些例子都与高中化学有关。金属腐蚀涉及氧化还原反应。银器变黑是化合反应。小苏打分解是分解反应。醋酸除垢是复分解反应。食物腐败包含复杂化学变化。电池利用原电池原理。塑料来自聚合反应。肥料涉及工业合成。肥皂去污是乳化作用。汽油燃烧是氧化反应。炼铁炼钢是还原过程。酸雨涉及环境污染。自然现象与光散射有关。化学并不遥远。化学就在日常生活中。理解化学原理可以更好理解世界。运用化学知识可以解决实际问题。学习化学很有意义。