人类进步的关键知识讲解
[学习目标]1.了解化学发展史,认识化学是人类进步的关键。
2.了解化学与社会的联系及化学对社会发展的影响。
3.认识高中阶段学习化学的方法。
[重点难点聚焦]
1.化学发展简史
自从有了人类,化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火、用火烧烤食物、烧制陶器、冶炼青铜器和铁器等都是化学技术的应用。正是这些应用,极大地促进了当时社会生产力的发展,成为人类进步的标志。今天,化学作为一门基础学科,在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。化学史大致分为:
(1)远古的工艺化学时期
这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺主要是在实践经验的直接启发下经过若干万年摸索而来的,还没有形成系统的化学知识。这是化学的萌芽时期。
司母戊鼎
秦陶
陶瓷的生产过程
(2)炼丹术和医药化学时期
从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得象征荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。在中国、阿拉伯、埃及、希腊都发现了不少记载、总结炼丹术的书籍。
这一时期积累了许多关于物质的化学变化的知识,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到正当发挥。在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍。第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy,即炼金术。Chemistry至今还保留着两个相关的含义:化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。
(3)燃素化学时期
从1650年到1775年,随着冶金工业和实验室经验的积累,人们总结感性知识,认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素,燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程,可燃物放出燃素后成为灰烬。
(4)定量化学时期,即近代化学时期
1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律,提出了原子学说;发现了元素周期律,发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。
(5)科学相互渗透时期,即现代化学时期。见下图;
二十世纪初,量子论的发展使化学和物理学有了共同语言,解决了化学上许多悬而未决的问题;另一方面,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使蛋白质、酶的结构问题得到了逐步的解决。到了今天,化学更是大放光彩,其作用体现在社会、生产、生命科学、科研等各方面。
2.我国在化学发展史上的成就
(1)我国古代在实用技术方面的成就主要有冶金、火药、造纸、陶瓷、酿造等。
(2)在医学巨着《本草纲目》中,记载了许多化学鉴定的试验方法。
(3)1965年,我国科学工作者在世界上第一次用化学方法合成了具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素。1981年,我国科学工作者又在世界上首次用人工方法合成了一种具有与天然分子相同化学结构和完整生物活性的核糖核酸。此外,我国还人工合成了许多结构复杂的天然有机化合物,如叶绿素、血红素、维生素B12等。
结晶牛胰岛素
3.材料
并不是所有物质都是材料。对于材料,应该有两个层次的涵义:一是为人类社会所需要的,二是能用于制造有用器物的。
人类很早就开始使用材料,从石器时代到现代,人类使用的材料不断地发生变化,材料的种类越来越多,用途也越来越广。历史的发展表明:没有新材料的出现,就没有工业的进步和大量新产品的涌现。材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是人类进步和社会发展的一种标志。根据材料的化学组成和使用功能可将其分类如下:
这里介绍一下生物陶瓷。生物陶瓷是指与生物或生物化学有关的新型陶瓷。根据使用情况,可以分为与生物体相关的植入陶瓷和与生物化学相关的生物工艺学陶瓷。前者植入体内以恢复和增强生物体的机能,是直接与生物体接触使用的生物陶瓷,主要有人造牙、人造骨、人造心脏瓣膜、人造血管和其它医用人造气管等。植入陶瓷一般要具有与生物体亲和性好、可靠性高、易短期内成型加工、容易灭菌等性能。目前已使用的植入陶瓷的品种很多。
4.化学学习方法
(1)注重化学实验。
化学离不开实验;通过实验可以获得、验证和扩展化学知识,可以培养实验能力和分析、解决化学问题的能力以及形成科学的世界观和方法论。因此学习化学一定要注意化学实验。
(2)熟练掌握化学基础知识和基本技能。
万丈高楼平地起,要学好化学就要熟练掌握化学的基础知识和基本技能,它是解决化学问题的前提和保证。
(3)重视训练科学方法,培养科学态度。
学习的目的就是要达到学以致用,因此科学方法的训练是非常必要的。爱因斯坦推崇“对真理的追求比对真理的占有更为可贵”,是说明掌握科学方法去探求新的科学知识比掌握一些孤立的科学知识更为重要。因此,学习要有科学的方法和科学的态度,敢于开拓进取,敢于拼搏。
(4)联系实际,培养观察和思考能力。
社会实践是最好的老师,学习化学要求联系实际,注意观察日常生活中各种与化学有关的知识和信息,尤其注意用已经掌握的有限的化学知识来解释生活和生产实际中的一些问题。
(5)扩大阅读量,以获得更多知识,培养自学能力。
[例题分析]
[例1] 为防止污染环境,下列燃料最理想的是( )
A.酒精
B.H2
C.天然气
D.CO
[分析]
酒精、天然气都是碳氢化合物,完全燃烧生成CO2和H2O,CO2是引起温室效应的主要物质之一;不完全燃烧生成CO造成的环境污染更为严重。CO燃烧也会生成CO2。H2燃烧只生成H2O,对环境没有污染,并且来源丰富(H2O)、燃烧时热值高。H2是现在大家公认的最清洁最理想的能源。
[答案]:B
[例2] 化石燃料的不可再生性,要求我们的努力方向是( )
A.提高燃料的燃烧效率和综合利用率
B.加快开发煤、石油、天然气等资源
C.从外国进口燃料
D.寻找新能源
[分析]
化石燃料是不可再生的,并且储藏量有限,这就要求我们综合利用能源,提高使用效率。但无论怎样,它们总有一天会枯竭,这就要求科学工作者想方设法提高现在这些化石燃料的利用率,并不断寻找新能源,如核能、太阳能、氢能等。
[答案]:AD
[例3] 1998年诺贝尔化学奖授予科恩和波普尔,以表彰他们在理论化学领域作出的重大贡献。他们的工作使实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质,引导整个化学领域正在经历一场革命性的变化。下列说法正确的是( )。
A.化学不再是纯实验科学
B.化学不再需要实验
C.化学不做实验,就什么都不知道
D.未来化学的方向还是经验化
[分析]
化学是以实验为基础的科学,但是,近年来理论推导和大型计算机的仿真计算也已经成为了研究化学的新的手段,正如题中信息所说,这两位科学家使理论和实验共同协力探讨分子体系的性质,这说明化学实验已经不再是研究化学的惟一手段。
[答案]:A
[例4] “药金”外观和金(Au)相似,常被误认为黄金。不法分子用炉甘石(ZnCO3)、赤铜矿(主要成分是Cu2O)和木炭粉混合加热至800℃左右,制得金光闪闪的假黄金(“药金”)以牟取暴利。试回答下列问题:
(1)用上述方法制得的“药金”不可能是黄金,理由是_________________________________________;
(2)“药金”的主要成分是_________________________;
(3)试写出一种鉴别该假黄金的方法_________________________。
[分析]
由熟悉的反应:CaCO3CaO+CO2↑ C+2CuO2Cu+CO2↑
可以类推写出:ZnCO3ZnO+CO2↑ C+2ZnO2Zn+CO2↑ C+2Cu2O4Cu+CO2↑
在800℃高温时发生上述一系列反应,得到铜、锌,即为它们熔合成的合金。所谓“药金”就是这种合金。
[答案]
(1)反应物中不含金元素,且化学反应不能得到新的元素。
(2)铜、锌合金。
(3)取少许样品加入少量盐酸,若有气泡产生,则说明是假黄金。因为金单质金属性很弱,不能与盐酸反应。
[例5] 为缓解能源危机,请设计一个由CO2和水重新组合成CH4和O2的方案,并写出有关反应的化学方程式。
[分析]
教材第4页有利用太阳能使燃料循环使用的构想图。根据此图,可以设想,能源物质CH4燃烧后变成了CO2和水,然后再利用太阳能,通过一些催化剂或其它手段,使CO2和水再结合成CH4和O2,从而达到循环使用CH4的目的。
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