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第1節(jié)　走進化學科學 1．化學科學的含義 化學是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、制備和應用的自然科學。其中，性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學性質(zhì)；變化包括物理變化和化學變化。 在理解化學科學的含義時應注意以下幾點： ①化學是一門自然科學，而不是社會科學或人文科學。 ②化學研究的對象是由原子、分子、離子等微觀粒子構(gòu)成的物質(zhì)。 ③化學研究的內(nèi)容是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、制備和應用。 ④化學研究的最主要手段是化學實驗。 ⑤化學反應的本質(zhì)是原子的重新組合，生成新物質(zhì)，在反應中原子種類并沒有發(fā)生改變，所以，原子彈、氫彈爆炸等原子核發(fā)生了改變的反應屬于核反應，而不屬于化學反應，也不是化學研究的對象。 辨誤區(qū) 原子是最小的微粒嗎 原子是物質(zhì)化學變化中最小粒子的含義是指原子在化學變化中不能再分，而不是指微粒的大小，原子是由質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成的，故不是最小微粒。 【例1】 1998年諾貝爾化學獎授予科恩(美)和波普爾(英)，以表彰他們在理論化學領域做出的重大貢獻。他們的工作使實驗和理論共同協(xié)力探討分子體系的發(fā)生，引起整個化學領域經(jīng)歷了一場革命性的變化。下列說法正確的是(　　) A．化學不再是純實驗科學 B．化學不再需要實驗 C．化學不做實驗，就什么都不知道 D．未來化學的發(fā)展方向還是經(jīng)驗化 解析：本題考查化學的概念?；瘜W是一門以實驗為基礎的科學，化學理論對現(xiàn)代化學的精確化起了重要作用?；瘜W需要實驗，但不再是純實驗科學。21世紀的化學將是一門實驗與理論互相推動、相互促進的科學。 答案：A 2．化學科學的創(chuàng)造性和實用性 (1)化學科學的創(chuàng)造性 化學科學的特征是認識分子和制造分子。 ①發(fā)現(xiàn)物質(zhì)：從礦物、巖石以及生物體中發(fā)現(xiàn)有用物質(zhì)，并能進行提取。 ②創(chuàng)造物質(zhì)：能夠根據(jù)需要，運用物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學反應的規(guī)律和現(xiàn)代技術(shù)，設計具有特殊性質(zhì)或功能的新分子，創(chuàng)造出自然界中不存在的物質(zhì)。 科學家合成化合物的速度是驚人的，至1990年合成的物質(zhì)剛剛突破1 000萬種大關，21年后的今天，已超過3 700萬種。 (2)化學科學的實用性 合成氨技術(shù)的應用，解決了饑餓對人類的威脅；醫(yī)藥的合成，使人的壽命大大提高；芯片和光導纖維，引導人們進入信息時代；食品添加劑、化妝品、塑料、橡膠、纖維的合成，使我們的生活豐富多彩；新型信息材料、低毒副作用的藥物、高效催化劑等的合成，將進一步提高人類的生活質(zhì)量，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，化學又是一門在人類生產(chǎn)和生活中有重要作用的實用科學。 【例2】 下列不能說明化學具有創(chuàng)造性和實用性的是(　　) A．化學家哈伯用催化法合成氨后，德國就能生產(chǎn)硝酸 B．科學家們合成碳納米管，用作分子導線和超小型的電子器件 C．俄國科學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律 D．諾貝爾用硝化甘油制成了炸藥，并用于工業(yè)生產(chǎn) 解析：提出一種新理論不能說明化學的創(chuàng)造性和實用性。合成氨、制炸藥、合成碳納米管都體現(xiàn)出化學的創(chuàng)造性，它們應用于生產(chǎn)和生活，則體現(xiàn)出化學的實用性。 答案：C 3.化學科學的形成和發(fā)展 化學發(fā)展簡史 時代 古代實用技術(shù) 近代化學 現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論 主要成就 冶金、制藥、造紙、燒制陶瓷 原子—分子學說 現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論 實踐 銅、鐵合金冶煉； 釀酒等 化石燃料的開采利用；藥物化學的興起；冶金化學的探索等 微觀粒子的研究；物質(zhì)的合成；化學與其他學科的滲透等 理論 沒有科學理論做指導 原子—分子學說的建立、元素周期律的發(fā)現(xiàn)等 現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論 特點 用其物不知其理 用其物知其理 知其理造其物 說明：(1)早期的化學只是一門實用技術(shù)。 (2)在對藥物化學和冶金化學的廣泛探究基礎上，產(chǎn)生了原子—分子學說，使化學從實用技術(shù)跨入了科學之門。在這一理論的指導下，人們發(fā)現(xiàn)了大量元素，同時揭示了物質(zhì)世界的根本性規(guī)律——元素周期律。 (3)近代化學科學發(fā)展的四個里程碑：①1661年，英國科學家波義耳提出化學元素的概念，標志著近代化學的誕生；②1771年，法國科學家拉瓦錫建立燃燒現(xiàn)象的氧化學說，使近代化學取得了革命性進展；③1803年，英國科學家道爾頓提出了原子學說，為近代化學的發(fā)展奠定了堅實的基礎；④1869年，俄國科學家門捷列夫，在前人工作的基礎上發(fā)現(xiàn)元素周期律，把化學元素及其化合物納入了一個統(tǒng)一的理論體系。 (4)現(xiàn)代化學科學的發(fā)展：①現(xiàn)代化學的重大成就：放射性元素的發(fā)展、現(xiàn)代量子化學理論的建立、創(chuàng)造新分子的合成化學的崛起、高分子化學的創(chuàng)立、化學熱力學與動力學的開創(chuàng)性研究以及化學工業(yè)的迅速發(fā)展等，都是現(xiàn)代化學的重大成就，都充分體現(xiàn)了現(xiàn)代化學“從宏觀到微觀，從感性到理性，從實踐到理論，又從理論到實踐”的發(fā)展過程；②現(xiàn)代化學研究的重要手段：X射線、原子吸收光譜、紫外和紅外光譜、色譜、質(zhì)譜、核磁共振、交叉分子束技術(shù)、晶體管和掃描隧道顯微鏡等，這些手段對測定微觀粒子和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)揮了重要作用，有力地促進了現(xiàn)代化學的發(fā)展。 相關參考：我國 化學發(fā)展史上的業(yè)績 ①古代：冶金、陶瓷、釀酒、造紙、火藥等等。 ②近現(xiàn)代：1965年，人工合成的牛胰島素是世界上第一次用人工方法合成的具有生命活性的蛋白質(zhì)，為人類探索生命的奧秘邁出了第一步；1981年，人工合成的酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸，是世界上首次人工合成的核糖核酸，這項研究帶動了多種核酸類藥物，包括抗腫瘤藥物、抗病毒藥物的研制和應用。 【例3】 在科學史上，中國有許多重大的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，為現(xiàn)代物質(zhì)文明奠定了基礎。以下發(fā)明或發(fā)現(xiàn)屬于化學史上中國對世界做出重大貢獻的是(　　) ①造紙　②印刷技術(shù)?、刍鹚帯、苤改厢槨、轃掋~、煉鐵　⑥合成有機高分子材料?、呷斯ず铣膳Ｒ葝u素　⑧提出原子—分子學說 A．①②③④⑧ B．①③⑤⑦ C．②④⑥ D．⑤⑥⑦⑧ 解析：造紙、印刷技術(shù)、火藥、指南針、煉銅、煉鐵、人工合成牛胰島素等都屬于中國重大的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，但印刷技術(shù)、指南針與化學關聯(lián)不大。 答案：B 4．化學科學的探索空間 (1)展望未來，化學科學有十分廣闊的探索空間 ①在化學科學領域，化學家可以在微觀層面上操縱分子和原子，進行分子擴展，以及組裝分子材料、分子器件和分子機器(如碳納米管分子導線、分子開關、分子磁體、分子電路、分子計算機)等。 ②在能源和資源方面：有了化學科學，人類能夠合理開發(fā)和安全應用能源和資源，既能得到充足的能源和資源，又能處理好能源和資源的開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護之間的關系。 ③在材料科學方面：化學將推動材料科學的發(fā)展，使各種新型功能材料的生產(chǎn)成為可能。 ④在環(huán)境方面：化學為解決環(huán)境問題提供了有力保障，使人類能夠使用無害的化妝品和生活用品，既優(yōu)化了環(huán)境，又提高了生活質(zhì)量。 (2)現(xiàn)代化學研究的主要手段 并非所有的化學實驗都是在試管、燒杯等簡單的化學儀器中完成的。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，化學實驗室中出現(xiàn)了許多先進的儀器。例如：利用色譜儀可以把某種物質(zhì)從混合物中分離出來，而X射線儀、質(zhì)譜儀、核磁共振儀等則可以幫助人們測定化學物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還可以跟蹤化學反應的過程。 計算機技術(shù)的興起為化學實驗研究開辟了一個新領域——計算化學，使化學達到了一個新的層次。 【例4】 下列不符合當今化學研究方向的是(　　) A．發(fā)現(xiàn)新物質(zhì) B．合成新材料 C．研究化學反應的微觀過程 D．研究化學反應中的原子守恒關系 解析：化學反應中的原子守恒關系，即質(zhì)量守恒定律，從科學的層面來說，人們對它早已完全掌握并能熟練地應用了，因此它不屬于當今化學研究的方向。通過化學研究，發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)，合成新材料，能滿足人類日益增長的物質(zhì)需求；研究化學反應的微觀過程，能為化學科學的發(fā)展提供必要的理論支持。 答案：D 解技巧 對化學的認識和理解： 要從化學科學的研究領域、研究范疇、研究方法及實用價值等方面的學習中，深刻理解化學科學的含義，認識化學是在原子、分子層次上認識物質(zhì)和制備新物質(zhì)的一門科學。 5．物理變化和化學變化的區(qū)別與聯(lián)系 物理變化 化學變化 概念 無新物質(zhì)生成的變化 有新物質(zhì)生成的變化 特征 化學性質(zhì)不變 化學性質(zhì)發(fā)生了變化，生成了新物質(zhì) 現(xiàn)象 形狀、狀態(tài)等變化 常伴有發(fā)光、放熱、變色、產(chǎn)生氣體、沉淀等 聯(lián)系 物質(zhì)發(fā)生化學變化時一定有物理變化發(fā)生 【例5】 在下列變化過程中，只發(fā)生物理變化的是(　　) A．荔枝釀酒 B．酸雨侵蝕建筑物 C．空氣液化制取氮氣 D．生石灰遇水成為熟石灰 解析：物理變化主要與物質(zhì)的三態(tài)變化等有關，實質(zhì)是無新物質(zhì)生成，而化學變化的實質(zhì)是有新物質(zhì)生成，荔枝釀酒是由糖變?yōu)榇迹嵊昵治g建筑物是H2SO3和H2SO4與建筑物中的金屬等發(fā)生反應，生石灰遇水生成熟石灰有新物質(zhì)生成，因此A、B、D三項中均發(fā)生了化學變化。故正確答案為C。 答案：C 6．高中化學學習與初中化學學習的不同 (1)學習目的不同 高中化學課程，目的是使同學們主動構(gòu)建自身發(fā)展所需的化學基礎知識和基本技能，增進對物質(zhì)世界的認識，進一步了解化學學科的特點；有利于同學們體驗科學探究的過程，學習科學研究的基本方法，加深對科學本質(zhì)的認識，發(fā)展創(chuàng)新精神和實踐能力；有利于同學們形成科學的自然觀和嚴謹求實的科學態(tài)度，更深刻地認識科學、技術(shù)和社會之間的相互關系，樹立可持續(xù)發(fā)展的思想。 (2)學習內(nèi)容不同 為了達到上述高中化學學習的目的，高中化學課程安排了8個模塊供同學們學習，其中包括必修“化學1”和“化學2”，這是所有的高中生必須學習的模塊，主要內(nèi)容是“認識化學科學、化學實驗基礎、常見無機物及其應用、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學反應與能量、化學與可持續(xù)發(fā)展等”。這些模塊從不同的層面和視角構(gòu)建同學們所學的知識體系，有關實驗技能、科學探究能力和情感態(tài)度與價值觀等方面的目的在各模塊中都得到了體現(xiàn)。 (3)學習方法不同 ①運用探究方法進行學習 對于化學知識、化學原理、實驗技能盡量采用探究學習的方法，同學們在學習的過程中經(jīng)歷對化學物質(zhì)及其變化進行探究的過程，進一步理解科學探究的意義，學習科學探究的基本方法，提高自己的科學探究能力。 ②樹立問題意識進行學習 在高中化學的學習中，同學們必須具有較強的問題意識，通過發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學問題來學習化學；敢于質(zhì)疑，勤于思索，逐步形成獨立思考問題的能力；學習中要善于與他人合作，培養(yǎng)自己的團隊精神。 ③通過課外實驗、調(diào)查進行學習 新課標形勢下的學習，課堂可以延伸到實驗室、街道、廠礦、家庭等環(huán)境，為了便于這種廣義上的學習，希望同學們能夠建立自己的家庭實驗室：如自制酒精燈，利用廚房中的筷子(代替玻璃棒)、杯子(代替集氣瓶、燒杯等)等，收集生活廢棄物品(如飲料罐、塑料瓶等)來做化學實驗，這些收集的物品都可以構(gòu)成你實驗室中的儀器。 【例6－1】 下列廣告語在科學上沒有錯誤的是(　　) A．這種飲料不含任何化學物質(zhì) B．這種口服液含豐富的氮、磷、鋅等微量元素 C．這種“神奇液體”加入水中，可以“以水代油”作發(fā)動機的燃料 D．沒有水就沒有生命 解析：在市面上一些廣告中，出現(xiàn)了一些違背化學基本常識的語言，這說明了某些廣告制作人的化學知識貧乏，他們誤導了廣大消費者。對于這些錯誤，中學生應該能作出判斷。A項，飲料中“不含任何化學物質(zhì)”，這顯然與常識相悖，水就是化學物質(zhì)，該廣告原意可能想說，不含任何人工合成的化學制品；B項，氮、磷都不是微量元素；C項中，違背了化學反應中各種元素的原子種類和數(shù)目不變的規(guī)律；D項是正確的，水是生命之源，沒有水就沒有生命。 答案：D 【例6－2】 酸、堿指示劑遇酸或堿溶液會發(fā)生顏色變化，以此確定溶液的酸堿性。某課外活動小組做了一個化學實驗：在一試管中滴入2～3滴酚酞，再加入5 mL NaOH溶液，溶液變?yōu)榧t色，然后又加5 mL HNO3溶液，溶液紅色退去。一位同學提出問題：紅色退去是因為溶液由堿性變?yōu)樗嵝?，還是HNO3將酚酞徹底破壞掉？一部分同學認為是因為溶液顯酸性，另一部分同學認為是酚酞被破壞，爭論不休，如何確定退色原因？ 解析：如果退色原因是溶液由堿性變?yōu)樗嵝?，那么溶液中的酚酞仍然存在，此時再向退色后的溶液中加過量堿，應變紅；若退色是因為稀HNO3將酚酞徹底破壞掉，那么溶液中就不存在酚酞了，此時再向退色后的溶液中加過量的堿，也不變紅。 答案：加足量堿，若變紅色，則溶液紅色退去的原因是溶液由堿性變成酸性；若不變紅色，則溶液紅色退去的原因是酚酞被HNO3破壞掉。 【例6－3】 化學科學將在能源和資源的合理開發(fā)、安全應用方面大顯身手。當前我國農(nóng)業(yè)地區(qū)大量的植物秸稈如何處理的問題備受關注。下列提出的幾種植物秸稈處理方法中，不正確的是(　　) A．出售給工廠作工業(yè)原料 B．應用化學科學的有關原理和方法制成優(yōu)質(zhì)的牲畜飼料 C．就地焚燒成草木灰，作植物的鉀肥 D．應用化學科學的有關原理和方法制成甲烷作燃料 解析：就地焚燒植物秸稈，不但可能引起火災，還會因為焚燒過程中產(chǎn)生許多有害氣體及濃煙而污染空氣。與其燃燒生成的鉀肥相比，是弊大于利。 答案：C