无机合成方法概述
无机合成方法包括常规经典方法、极端条件下的合成方法及特殊的合成方法。
16.1 高温、低温法
1. 高温合成
高温合成的应用范围包括：用C、N、B、Si等制备各种陶瓷材料、金属氧化物的固相合成；用H₂、CO还原金属化合物制备金属；高温熔盐电解、高温合成单晶等。
高温合成的加热装置
| 加热装置 | 温度范围 (K) |
|---|---|
| 高温电阻炉 | 1273 ~ 3273 |
| 聚焦炉 | 4000 ~ 6000 |
| 等离子体电弧 | 20000 |
| 激光 | 10⁵ ~ 10⁶ |
<300K
300-1000K
1000-3000K
>3000K
2. 低温合成
低温合成是指在低于室温条件下进行的合成。冰盐低共熔体系、干冰、液氮是实验室常用的制冷源，采用减压过冷液氮浴，最低温度可达-205 ℃。
16.2 高压、低压法
1. 高压合成
石墨在常温常压下难以变为金刚石，但在5 GPa、1500 ℃下经相变可合成出人造金刚石。
2. 低压（真空）合成
若反应物、产物的化学性质极为活泼，极少量的空气或水都能与之反应而使其变质时，则只能在真空系统内进行制备。
| 真空度 | 压强范围/Pa |
|---|---|
| 低真空 | 10⁵ ~ 3.3×10³ |
| 中真空 | 3.3×10³ ~ 10⁻¹ |
| 高真空 | 10⁻¹ ~ 10⁻⁴ |
| 超高真空 | 10⁻⁷ ~ 10⁻¹⁰ |
16.3 水热法
水热合成是指在密闭体系中，以水为溶剂在一定温度(100~1000℃)和压力(10~100 MPa)下进行的合成反应。产物结晶形态好，有利于纳米材料的稳定性。
- 超导体薄膜BaxP1-xBiO₃
- 铁电、磁电、光电固体材料
- 声光晶体铝酸锂LiNbO₃
- 纳米ZrO₂粒子（粒径25 nm）
16.4 溶胶-凝胶法（sol-gel）
sol-gel法在较低温度下可以制得高纯的超细粉末，工艺简单，原料纯度可以保证，是合成精细陶瓷粉末的有效方法。
以金属醇盐为原料，在950℃氧气氛下灼烧，可制得纯相YBa₂Cu₃O₇超导化物，超导性能良好。
16.5 电化学合成
利用电化学反应进行合成的方法，本质上是电解。活泼性很强的金属和非金属，用电解法是实现氧化还原反应最有效的手段。
电解制备单质
氯碱工业（离子膜电解法）
离子膜法优点：无石棉和汞公害，NaOH纯度高，能耗低。
16.8 化学气相沉积法（CVD）
利用气态或蒸气态的物质，在气相或气、固界面上反应生成固态沉积物的技术，广泛用于制备单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。
CVD方法包括：热分解法、化学合成法、化学转移反应
生态环境与无机化学
生态学是研究生物与其环境之间的相互关系的学科。随着社会和科学的发展，与人类密切相关的环境问题成为研究热点，其核心是生态系统。
17.1 生态系统功能与生态环境保护
生态平衡是指生态系统的各成分之间相互适应、相互协调、相互补偿，使整个系统结构、功能良好的一种状态。生态系统具有自我调节机能，但有一定限度（生态阈值）。
17.2 化学元素与人体健康
生命元素
人体内大约含有28种必需元素：
- 常量元素：O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、Cl、Mg等，约占人体重的99.95%
- 微量元素：Fe、F、Zn、Si、Cu、I、Mn、Cr、Se、Mo、Co等，占0.05%，但作用不小
微量元素的生理功能
1. 金属酶活性中心：如细胞色素氧化酶中的Cu²⁺，超氧化物歧化酶中的Zn²⁺、Mn²⁺
2. 参与激素作用：胰岛素含锌，甲状腺素含碘
3. 参与运载传递：铁可载氧，酶的金属部分起传递电子作用
4. 维持核酸代谢：核酸含有Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Zn等
污染元素的危害
| 元素 | 危害 | 最小致死量/10⁻⁶ |
|---|---|---|
| Be | 致癌 | 4 |
| Cd | 气肿、肾炎、高血压，致癌 | 0.3~0.6 |
| Hg | 脑炎，损害中枢神经及肾脏 | 16 |
| Pb | 贫血，损害肾脏及神经 | 50 |
| As | 损害肝、肾及神经，致癌 | 40 |
17.3 环境污染及其防治
17.3.1 大气污染
硫氧化物的治理
全球性大气污染
CO₂等温室气体吸收地表长波辐射，使能量截留在大气层内。全球平均温度在1990—2100年间预计升高4~5.8℃。
主要由SO₂和NOx造成，pH < 5.6。危害土壤、水体、建筑物。世界三大酸雨区：西欧、北美、中国西南部。
氟利昂(CFCl₃、CF₂Cl₂)在紫外线下产生Cl原子，催化破坏O₃。
17.3.2 水体污染
化学污染物主要有：重金属离子（Hg、Cd、Pb等）、氰化物、有机农药（DDT）、多氯联苯等。
废水处理方法：物理法、化学法（沉淀、中和、氧化还原）、物理化学法（吸附、离子交换）、生物法。
17.5 绿色化学
绿色化学（green chemistry）是用化学的技术和方法从根本上消灭污染，不再使用有毒有害物质，不再产生废物，是一门从源头上防止污染的化学。
- 防止废物的产生优于事后处理
- 设计高效益、低毒性的化学产品
- 尽量使用可再生资源
- 使用高选择性的催化剂
- 最大化原子经济性
- 使用安全的溶剂和温和条件
- 设计可降解的化学产品
绿色化学实例
- 绿色产品：无毒海洋生物防垢剂Sea-Nine、选择性杀虫剂CONFIRM
- 绿色原料：用生物质（葡萄糖）代替苯合成己二酸
- 绿色溶剂：水替代有机溶剂、超临界CO₂、离子液体
- 绿色工艺：H₂O₂的乙基蒽醌法合成（原子利用率100%，零排放）
目前对绿色化学的研究仍处于起始阶段，任重道远，发展绿色化学是化学工作者责无旁贷的历史使命。
思考题
- 你的家乡或周围环境是否存在环境污染问题？你认为该如何治理？
- 分析你所做过的无机化学制备实验，哪些会造成环境污染？并设计一个绿色化学实验方案。
- 我国大气污染的特点是什么？简述防治的基本对策。
- 我国出现的酸雨属哪种类型？分布情况？防治的措施有哪些？
- 什么是生命必需元素？什么是微量元素？它们有哪些生物功能？