《化学与生活》备课素材

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1、宇航员饮用的化学水自从年月日（苏联成功地发射第一颗人造卫星）进入太空时代以来，现在已有多人乘坐宇宙飞船，在太空轨道站，或在航天飞机上，共逗留了万多个小时。其中，在天上连续生活时间最长的是苏联宇航员罗曼年科，他从年月日至门月日，在和平号太空站生活了个多月（天入美国宇航员迈克尔柯林斯等人乘阿波罗飞船登上了月球并安全返回。人们一定会问：这些巡天揽月的英雄们不需要喝水吗？他们喝的是天上水，还是从地面上带去的水？都不是，他们喝的是特殊的水-化学水。科学家们怎么想到制造化学水？这与美苏两大国在年代末实行空间竞赛相关。当时，苏联发射卫星的消息传到美国，美国舆论大哗，因为他们在原子时代（反应堆、原子弹和氢弹等

2、）一直领先，可万万没有想到在开辟空间时代方面却落在苏联后头。美国总统肯尼迪对此也深感遗憾，于年月日在国会上断然决定制造阿波罗登月飞船，争取在年内抢先登上月球。这就遇到一个问题：飞船内部所用的电能从何而来？宇航员所需要的水怎样解决呢？当时有人建议带蓄电池或高效的银锌干电池；在飞船上放个水箱，从地球上带水上去。不过这样一来，飞船的重量太大了，显然这不是上策。至此，化学家们自然想起了氢氧燃料电池。关于氢氧燃料电池的原理，早在多年前就有人提出来了，不过，因为生不逢时，没有派上什么用场。如今却时来运转，有幸补天了。这种航天用的氢氧燃料电池主要由燃料电极（阳极）、氧化剂电极（阴极）、电解质等组成。燃料是氢

3、气，氧气是氧化剂。两个电极之间是浸透氢氧化钾溶液的石棉隔膜，隔膜靠阳极的一侧有一层含有金属铂的催化剂。电子从阳板上的氢中逸出流向氧；阴极上的氧得到电子后生成氢氧根，并使阴极带正电。然后，氢氧报通过电解质扩散到阳极，在催化剂的作用下与氢结合生成水，并且放出电子，使阳极带负电。当在两个电极之间接上负载时，电子从负极流向正极，从而产生电流。这样，只要对电池系统维持一定的温度、一定的电解质浓度、持续地供给燃料和氧化剂，并且不让反应产物-水在电池内部储留，那么就可从电池中源源持续地输出电能。同时，从电池中排出来的水经过净化以后就可供宇航员饮用。 为了满足宇宙飞船的实际需要，需将几十个这样的单电池串连起来

4、组成一个电池组。然后，再将几个电池组并联起来为飞船供电。自从年美国的阿波罗号飞船采用这种既可发电又可供水的新型化学电池之后，美国的天空实验室、哥伦比亚号航天飞机，苏联的礼炮号轨道站等均采用这种先进技术。因为这种电池有它突出的优点：能量转换效率高达，居现在所有热机之首；寿命长，只要持续地添加活性物质（氢气、氧气等），就可源源不绝地获得电能。所以，美、苏等国除了用于航天事业之外，还着手用于民用发电。美国已在曼哈顿地区建成一座千瓦的燃料电池发电站。年美国在展开能源替代方案研究中，燃料电池被列为个先进发电设备之一。专家们估计，到下一世纪，燃料电池将成为一颗新的“电星”。 “苏丹红一号”型色素是一种红色

5、染料，一种人造化学制剂，世界多数国家都禁止将其用于食品生产。这种色素常用于工业方面，比如溶解剂、机油、蜡和汽油增色以及鞋、地板等的增光。科学家通过实验发现，“苏丹红一号”会导致鼠类患癌，它在人类肝细胞研究中也显现出可能致癌的特性。据相关媒体报道，苏丹红有1、2、3、4号四种，经毒理学研究表明，苏丹红具有致突变性和致癌性，苏丹红(1号)在人类肝细胞研究中显现可能致癌的特性。但当前仅仅在老鼠实验中发现有致癌性，对人体的致癌性还没有明确。 “苏丹红”属于染色剂 “苏丹红”不是食品添加剂，而是一种化学染色剂，它的化学成份是一种叫萘的化合物，也是一种人造化学制剂。苏丹红属于偶氮类化工染色剂，主要用于溶剂

6、、蜡、汽油的增色和鞋、地板等的增光。 我国对于食品添加剂有着严格的审批制度，我国从未批准将“苏丹红”染剂用于食品生产，此次的“苏丹红”事件类似于“吊白块”、“瘦肉精”，都是食品生产企业违规在食品中加入非法添加物。 “胭脂红”、“落日黄”等与“苏丹红”的性质有着本质区别，前两者都是列入国家目录的食品添加剂，可在部分食品中使用，但国家有严格的限量规定，严禁超量使用。在标准范围之内使用食品添加剂，没有安全问题。疏松剂中的化学知识疏松剂是以小麦粉为主要原料的糕点、饼干等焙烤仪器及膨化食品生产用的添加剂，亦称膨松剂、膨胀剂和面团调节剂。在和面工序中加入疏松剂，在焙烤或油炸过程中它受热而分解，产生气体使面

7、胚起发，体积胀大，内部形成均匀致密海棉状多孔组织，使食品具有酥脆、疏松或柔软等特征。疏松剂变用于水产品、豆制品、羊奶和代乳品。 疏松剂可分为碱性疏松剂、酸性疏松剂、复合疏松剂和生物疏松剂。我国食品添加剂使用卫生标准中列入的疏松剂列于表1一、碱性疏松剂1碳酸氢钠碳酸氢钠，化学式为NaHCO3相对分子质量84.01（1）性状 碳酸氢钠为白色晶体粉末，无臭，味咸，相对密度2.20，熔点270。加热自50起开始失去CO2；热至100成为倍半碳酸钠（Na2CO3NaHCO32H2O）；热至270300经2小时，转变为碳酸钠。在干燥空气中稳定,在潮湿空气中缓慢分解,失去CO2。易溶于水,8.8g/mL（1

8、5）;11.2g/100mL; （30);13.86g/100mL(45）。水溶液呈弱碱性，pH为8.3，遇弱酸则强烈分解。水溶液放置稍久，或振摇，或加热，碱性则增强。不溶于乙醇。（2）疏松性能 碳酸氢钠受热分解放出二氧化碳，使食品产生多孔海棉状疏松组织，但由于产气过快，容易使食品出现大空洞。此外，碳酸氢钠分解后形成的碳酸钠，使食品的碱性增强，不但影响口味，还会破坏某些维生素；甚而导致食品发黄或杂有黄斑，使食品质量降低。（3）毒性 钠离子是人体内正常成分，一般长期摄入碳酸氢钠对身体无害。此外。碳酸氢钠与碳酸在体内形成NaHCO3/H2CO3缓冲体系，对多量酸或碱性物进入体内起缓冲作用，使pH无

9、显著变化。一次服用大量碳酸氢钠，可引起胃膨胀，甚至胃破裂。（4）制法 由碳酸钠浓溶液或结晶碳酸钠吸收二氧化碳而得。（5）应用 按我国食品添加剂使用卫生标准规定，碳酸氢钠的使用范围和最大使用量见表1。在饼干、糕点生产中，常与碳酸氢铵复配使用，配合比视原料性质、成品形态和操作条件而异，添加总量为小麦粉的0.5%1.5%。使用时为了便于均匀分散和防止出现黄色斑点，应将其溶于冷水中，随后立即添加。也用作苏打汽水和盐汽水的二氧化碳发生剂，在苏打汽水中使用量为0.1%，在盐汽水中使用量为0.61%。还可用作果蔬的护色剂，如洗涤果蔬时添加约0.1%0.2%的碳酸氢钠，可使绿色稳定。在果蔬加工中也用作处理剂，

10、如用于食品烫漂、去涩味等。碳酸氢钠能使pH升高，可提高蛋白质的持水性，促使食品组织细胞软化，促进涩味成分溶出。此外对羊奶有去膻作用，用量为0.001%0.002%。2碳酸氢铵碳酸氢铵，分子式NH4HCO3，相对分子质量79.06。（1）性状 碳酸氢铵为白色晶体粉末，有氨臭，相对密度1.586，熔点3660。性质不稳定，在36以上分解为二氧化碳、氨和水，60可完全分解，而在室外温下相当稳定。在空气中易风化，有吸湿性，潮解后分解加快。易溶于水，17.4g/100mL（20），水溶性呈碱性，0.08%水的溶液的pH为7.8。溶于甘油，不溶于乙醇。（2）疏松性能 碳酸氢铵受热后分解产生二氧化碳和氨气，

11、使食品形成海棉状疏松结构体。碳酸氢铵分解时产生的氨气溶于食品的水中生成一水合氨，可使食品的碱性的增加，还会影响食品的风味，即有氨的臭味。此外，一水合氨还有皂化油脂的缺陷。（3）毒性 碳酸氢铵的分解产物为二氧化碳和氨均为人体代谢物，适量摄入对人体健康无害。美国食品和药物管理局（1985）将碳酸氢铵列为一般公认安全物质。（4）制法 以氨水吸收二氧化碳生成碳酸氨铵，冷却析出结晶，经离心分离，干燥脱水而得。若有必要精制，则将其溶于水，添加乙醇，使之重结晶。（5）应用 按我国食品添加剂使用卫生标准，碳酸氢铵的使用范围和最大使用量见表1。作为疏松剂，通常与碳酸氢钠复配使用，也可单独使用。与碳酸氢钠复配时用

12、于食品中配方如下：酥性饼干：碳酸氢铵0.2%0.3%，碳酸氢钠0.5%0.6%韧性饼干：碳酸氢铵0.35%5.4%，碳酸氢钠0.7%0.8%甜酥饼干：碳酸氢铵0.15%0.2%，碳酸氢钠0.3%0.4%酥性糕点：碳酸氢铵0.2%0.6%，碳酸氢钠0.16%0.45亦可与发酵粉复配使用。用于绿色蔬菜、竹笋等烫漂时，用量为0.1%0.3%。轻质碳酸钙轻质碳酸钙即沉淀碳酸钙，化学式CaCO3，相对分子质量100.09。（1）性状 轻质碳酸钙为白色微细轻质粉末，无臭，无味，相对密度2.52.7。在空气中稳定，不发生化学变化，易吸收臭气，有轻微吸湿性。强热至82589.6时发生分解，释出二氧化碳，变为氧

13、化钙。几乎不溶于水和乙醇，如有铵盐或二氧化碳存在可提高溶解度。在含有二氧化碳的水溶液中，生成溶解性重碳酸钙。溶于稀酸，产生二氧化碳。（2）疏松性能 碳酸氢钠、明矾等与轻质碳酸钙复配得到的疏松剂，遇热则缓慢地释出二氧化碳，使食品产生均质、细腻的膨松结构体，可提高糕点、面包、饼干的品质。此外还有强化钙的作用。（3）毒性 钙为人体的正常成分，需经常由食物补充。内服无毒性反应。美国食品和药物管理局（1985）将轻质碳酸钙列为一般公认安全物质。（4）制法 在石灰乳中通入二氧化碳而得。也可由碳酸钠与氯化钙作用来制备。（5）应用 按我国食品添加剂使用卫生标准，轻质碳酸钙用于配制发酵粉和罐头中，用量按正常生产

14、需要而定。在日本，轻质碳酸钙用作疏松剂，一般食品中用量为1%。轻质碳酸钙在食品制造还可用作营养强化剂、碱性剂、抗结块剂、凝固剂，面胚调节剂和用于酵母食品。碱性膨松剂的使用及其优缺点碳酸氢钠和碳酸氢铵都是碱性化合物，受热后它们产生气体的反应式如下：2NaHCO3CO2+H2O+Na2CO3 NH4HCO3CO2+NH3+H2O 碳酸氢钠分解后残留碳酸钠，使成品呈碱性，影响口味，使用不当时还会使成品表面呈黄色斑点。碳酸氢铵分解后产生气体的量比碳酸氢钠为多，起发能力大，但容易造成成品过松，使成品内部或表面出现大的空洞。此外加热时产生带强烈刺激性的氨气，虽然很容易挥发，但成品中还可能残留一些，从而带来

15、不良的风味，所以使用时要适当控制其用量。一般将碳酸氢钠与碳酸氢铵混合使用，可以减弱各自的缺陷，获得较好的效果。这些碱性膨松剂除具有上述缺点外，其气体产生量比优质的复合膨松剂为少；此外食品中的有些维生素，在碱性条件下加热也容易被破坏。碱性膨松剂具有价格低廉、保存性较好、使用时稳定性较高等优点；所以它仍是现在饼干、糕点生产中广泛使用的膨松剂。二、酸性疏松剂1钾明矾钾明矾亦称明矾，学名硫酸铝钾，化学式AlK(SO4)212H2O，相对分子质量为474.39。（1）性状 钾明矾为无色透明结晶，或白色晶体粉末，无臭，味微甜带涩，在空气中由于风化而变得不透明，熔点92.5，加热至200以上失去全部结晶水而

16、成为白色粉末，称为烧明矾。相对密度1.757，可溶于水，5.42g/100mL（0）；9.25g/100mL（15）；12.2g/100mL（25）；54.5g/100mL（60）；28.3g/100mL（100）。18%水溶液的pH为3.3，1%水溶液的pH为1.0。钾明矾在水中水解成氢氧化铝胶体沉淀；不溶于乙醇；缓慢地溶于甘油。（2）疏松性能 硫酸铝钾为酸性盐，主要用于中和碱性疏松剂，产生二氧化碳和中性盐，可避免食品产生不良气味，又可避免因碱性增大而导致食品品质下降，还能控制疏松剂产生的快慢。钾明矾与碳酸氢钠反应较慢，产气较缓和，降低碱性可使食品酥脆。钾明矾有收敛作用，能和蛋白质结合导致蛋

17、白质形成疏松凝胶而凝固，使食品组织致密化，有防腐作用。（3）毒性 钾明矾浓溶液有腐蚀性。2g钾明矾可引起胃痛、恶心和呕吐，大量内服可导致炎症，甚至引起致死性腐蚀现象。钾明矾是我国长期以来使用的食品添加剂，在政常使用量范围内，无明显的毒性影响。（4）制法 主要采取煅烧法制取。以明矾石为原料，经煅烧、提取、结晶而得。（5）应用 按我国食品添加剂使用卫生标准，钾明矾的使用范围和最大使用量列于表1。用于油炸食品，如油条，用量为1030g/kg，用量多，制品质地硬而脆，如北京小吃焦圈、薄脆等使用量高于最大用量。用量过多会给食品带上涩味。在虾片中参考用量为6g/kg。用于配制发酵粉，在有些配方中钾明矾占5

18、0%左右。在果蔬加工中可用作保脆剂，用量为0.1%。还可用作抗氧化剂防止果蔬变色，如加工白糖藕片时，在烫煮过程中加入鲜藕量0.8%的钾明矾和3%的碳酸钠，可防止藕片变色，又可使制品品质提高。能凝聚水中的杂质，故可用作净水剂，用量为0.01%。还可用作鱼类的保鲜剂，如腌制海蜇和银鱼等用。2铵明矾铵明矾又称铝铵矾或铵矾，学名硫酸铝铵，化学式AlNH4(SO4)12H2O，相对分子质量453.33。（1）性状 铵明矾为无色透明坚硬的晶体颗粒或粉末，无臭，味微甜带涩，有较强的收敛性，相对密度1.645，熔点94.5。加热至120失去10个结晶水，至250成为无水物，至250开始分解。它溶于水和甘油，在

19、水中溶解5g/100mL（常温）；66g/100mL（66）。水溶液呈酸性。不溶于乙醇。（2）疏松性能 铵明矾是硫酸铝和硫酸铵的复盐，水解生成弱碱、强酸、水溶液呈酸性，其性能与钾明矾同。（3）毒性 铵明矾的毒性与钾明矾相同，参看钾明矾。（4）制法 用矾石或铝矾土与硫酸反应生成硫酸铝铵，再经过滤、浓缩、冷却析出结晶而制得。（5）应用 按我国食品添加剂使用卫生标准，铵明矾的使用范围和最大使用量列于表1。用作疏松剂，在面包、糕点中使用量为小麦粉的0.15%0.5%。例如在威夫饼干中用量为0.45%以上。在某些食品中利用铵明矾的收敛作用，可改善食品的咀嚼感。与钾明矾一样可作果蔬的保色剂。3 磷酸氢钙磷

20、酸氢钙，化学式为CaHPO40-2H2O，相对分子质量172.09（无水物）。（1）性状 磷酸氢钙为白色晶体粉末，无臭，无味，相对密度2.32，在空气中稳定不发生变化。它微溶于水，0.02g/100mL（25）；不溶于乙醇；易溶于稀盐酸、稀硝酸和柠檬酸铵溶液；微溶于稀乙酸。加热至75以上失去结晶水，成为无水盐，强热则变为焦磷酸盐。（2）疏松性能 磷酸氢钙分解缓慢，产气亦较慢，有迟效性，能使食品组织稍有不规则的缺点，但口味与光泽为好。（3）毒性 磷和钙为人体必需元素，是食品的正常成分。磷酸氢钙对人体无毒性，但在工业生产中可能混入氟化物，而对人体有不良影响，氟含量超标时不可食用。（4）制法 使磷酸

21、与碳酸钠进行中和反应，生成磷酸氢二钠，然后再与氯化钙进行复分解反应，即生成磷酸氢钙，再经洗涤、分离、干燥、粉碎而得。（5）应用 按我国食品添加剂使用卫生标准，磷酸氢钙的使用范围和最大用量见表1。此外，在钙质饼干、钙质面包和钙质糖果中，它代替磷酸钙作为营养强化剂使用。也用于制造面包时的酵母培养基的缓冲剂和面团改良剂。酒石酸氢钾酒石酸氢钾，化学式为C4H5KO6相对分了质量188.18，结构式为：（1）性状 酒石酸氢钾为白色晶体粉末，无臭，有快活的清凉酸味，相对溶于热水，6.9g/100mL（100）；17下饱和水溶液的pH为3.66（2）疏松性能 其性能与磷酸氢钙相似，产气较缓慢。（3）毒性 与

22、酒石酸同。（4）制法 由D-酒石酸与碳酸钾中和后，再加D-酒石酸溶液使酒石酸氢钾结晶析出而得。也可用葡萄酿造的副产物获得。（5）应用 主要用于焙烤食品，用量不作规定，最高可达疏松剂总量的1/2。此外，D-酒石酸也用作疏松剂，具有速效疏松作用。在焙烤食品中用量为0.1%，在布丁类中用量为0.006%。3复合疏松剂复合疏松剂是由多种成分配合而成的，如发酵粉即是。发酵粉亦称焙粉，一般是用碳酸氢盐（如钠盐、铵盐）、（如酒石酸、柠檬酸、乳酸等）、酸性盐（如酒石酸氢钾、富马酸一钠、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、焦磷酸二氢钙、磷酸铝钠等）、明矾（如钾明矾、铵明矾、烧铵明矾等）及淀粉（阻酸、碱作用和防潮作用等）配制而

23、成。（1）性状 发酵粉为白色粉末，遇水加热产生二氧化碳。一般产生的二氧化碳量高于20%。2%水溶液产气后的pH为6.57.0。（2）疏松性能 发酵粉较单纯碱性盐产气量大，在凉面坯中产气缓慢，加热后产气多而均匀，分解后的残留物对食品的风味、品质影响也较小。（3）毒性 各组分凡符合食品添加剂标准者，对人体无毒。（4）制法 表2列出一些发酵粉的配方。按表中各组分比例，将碱性盐和酸性盐分别与部分淀粉混合，然后再混合一起而成。在调配发酵粉时，酸性盐与碱性盐的比例要匹配，以避免中和后残留过量的酸性盐或碱性盐。（5）应用发酵粉根据需要制成快速发酵粉、慢速发酵粉和双重反应发酵粉。快速发酵粉通常在食品焙烤前已开

24、始产生二氧化碳，而焙烤时得不到需要膨胀之气体，致使食品易塌陷，相反，若使用慢性发酵粉，在焙烤后期，食品组织凝固后才释放出大量的二氧化碳，食品体积不能膨胀，因此失去了疏松剂的意义。而双重反应发酵粉克服了这两种缺陷，由于它是将快性和慢性的酸性盐适当配合，使加热前后都能释放出适量的气体，以满足焙烤食品膨胀之需。发酵粉用于生产糕点、馒头等，用量为13%。4生物疏松剂生物疏松剂是指酵母。酵母在发酵过程中由于酶的作用，使糖类发酵生成酒精和二氧化碳，而使面坯起发，体积增大，经焙烤后使食品形成膨松体，并具有一定的弹性。同时在食品中还产生醛类、酮类和酸类等特殊风味物质，此外酵母体也含有蛋白质、糖、脂肪和维生素，

25、使食品的营养价值明显提高。目前还未将生物疏松列入食品添加剂使用卫生标准。市售的酵母有3种：（1）鲜酵母 鲜酵母是将优良酵母菌种经培养、繁殖后，将发酵液进行离心分离、压榨除去大部分水后，压成块状体。每克鲜酵母块约含酵母50100亿个。新鲜品易腐败变质，需在低温04下保存。（2）干酵母 将鲜酵母挤压成小颗粒状体，以热空气进行干燥除去水分，温度控制在3233下保存。（3）液体酵母 液体酵母是醇母菌培养后的发酵液。制法如下：取小麦粉0.5kg，加开水1kg搅拌成浆糊状，加酵母液0.5kg，搅匀，取酒花50g、砂糖50g加于2.5kg水中，煮沸后过滤，冷却后注入淀粉浆内，搅匀，于2528下培养2430小

26、时。鲜酵母应有淡黄色或乳白色外观，具有酵母的特殊味，不准有腐败味，它还有不发软、不沾手、无杂质的特性。发酵力要求在600mL以上。摘自食品添加剂实用大全刘程、周汝忠 主编尼龙与绚丽多彩的生活尼龙又名锦纶，是聚酰胺纤维。 第一个研制出尼龙的人是美国杜邦公司的化学家卡罗瑟斯。早在1930年，他就预言：用煤、空气和水的分子可以制造出一种结实的纤维。有一次，他和同事希尔在对由乙二醇和癸二酸制成的聚酯进行实验时，发现烧杯里产生了一种很稠的浆料。当希尔试图从杯子里取出经过加热的物质时，发现它能被拉出很多长纤维状细丝，就像拉拔丝苹果一样，而且拉丝不会断。更令人吃惊的是，这种纤维冷却之后，凝结变成有韧性、有光

27、泽的固体，拉伸长度仍比最初的长度高几倍。他们以前从未观察到类似现象。这种能拉成丝的东西使他们敏锐地意识到，制造合成纤维的可能性是存在的。在以后的四年时间里，卡罗瑟斯领导研究小组进行了数千次化学组合试验，得到了一种令人满意的高分子聚合物。1934年，卡罗瑟斯用皮下注射器制成的纺丝管头挤出了聚酰胺的一根丝，这就是尼龙66，是第一根有用的合成纤维。为了把尼龙变成产品，杜邦公司投入了大量的人力、物力。在耗费2700万美元和230名化学家、工程师数年的心血之后， 世界上第一种尼龙制品长统女袜于1940年问世。由于它与西方国家过去流行的袜子相比具有颜色浅淡、质地细薄、经久耐用、洗涤简单的优点，所以首批上市

28、的400万双，4天内就销售一空，成为轰动世界的事件。尼龙的出现，预示着人类将会不断地创造出新的合成纤维，人们的生活也因此变得绚丽多彩了。 特种部队队员的“个人应急宝盒”-高锰酸钾特种部队队员为执行任务，身上常藏着各种各样的小物品。它们有的看来很新奇，有的则普通得家家都有，比如说高锰酸钾。大家知道高锰酸钾是种药品，但它在特种队员的眼中可是个宝。为什么呢？不妨来做个实验。把一份砂糖和两份高锰酸钾混合，夹在两片干木材中研磨，如果天气干燥，木块很快就能燃起来。或者舀上一小勺高锰酸钾晶体倒在报纸上，加上几滴防冻液，把报纸揉成一团，30秒内就会着火。这种方法生火简单方便，很适合在野外执行秘密任务的特种部队。除此之外，高锰酸钾能净化水，在每升水里加进34粒，30分钟后水呈淡紫色，即可饮用和煮食。高锰酸钾溶液可以清洗伤口或治疗真菌引起的感染。把它洒在雪地上，还能利用显眼的紫颜色向救援人员发出信号。一小瓶高锰酸钾就能派上这么多用途，因此，特种部队的“个人应急宝盒”中总少不了它的身影