化学第1节 走进化学科学导学案

第1节　走进化学科学

一、化学科学的形成与发展

1．化学科学的发展简史

(1)古代：①取火、保存火种；②烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类。

(2)近代：①波义耳提出化学元素的概念；②拉瓦锡提出氧化学说；③道尔顿提出原子论；④阿伏加德罗提出分子学说；⑤门捷列夫发现元素周期律。

(3)现代：①发现放射性元素；②建立现代量子化学理论；③创造新分子的合成化学的崛起；④创立高分子化学；⑤化学热力学与动力学的开创性研究；⑥化学工业的迅速发展。

2．我国化学家在化学研究中的重要成果

(1)1965年，我国科学家成功地合成结晶牛胰岛素，这是首次人工合成的、具有生理活性的蛋白质。

(2)2015年，我国科学家屠呦呦因发现抗疟新药青蒿素获得诺贝尔生理学或医学奖。

二、化学科学的主要特征

1．化学科学的含义及特征

2．现代化学研究的重要手段

(1)实验化学手段有波谱(如核磁共振光谱)、色谱、X射线衍射、飞秒化学、原子示踪等。

(2)理论化学以理论计算为主要手段，辅以计算机模拟。

3．先进技术手段的应用成果——抗疟新药的发现

三、化学科学的探索空间

1．微观层面上：操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件和分子机器等。

2．能源和资源方面：更加科学合理地开发与利用能源和资源。

3．材料科学方面：使各种新型材料的制造成为可能，进一步丰富人类的物质世界。

4．环境方面：为解决环境问题提供有力保障，实现对环境污染的科学防治。

5．生命科学方面：在分子层次上了解生命问题的本质、揭示生命运动的规律，在分子水平上了解疾病的病理，寻求新方法，研制新药物。

6．信息科学方面：研制功能各异的信息材料。

1．判断下列说法是否正确：

(1)化学研究的主要目的就是认识分子。(　　)

提示：×。化学研究的主要目的除认识分子外，还有制造分子。

(2)化学家可以依照化学规律创造出自然界中不存在的物质。(　　)

提示：√。人们可以通过化学反应合成自然界中不存在的物质。

(3)化学研究会造成严重的环境污染，最终人类将毁灭在化学物质中。(　　)

提示：×。通过化学研究可以解决一些环境问题。

(4)化学科学与其他科学分支的联系不密切。(　　)

提示：×。化学是一门中心科学，与其他科学分支密切联系。

2．教材中叙述“早在远古时代，我们的祖先就知道了如何取火和保存火种”，那么在中国古代的四大发明：火药、指南针、造纸术、印刷术，其中属于化学史上的贡献的是哪几项？

提示：指南针和古代印刷术均没有发生化学变化，所以属于化学史上的贡献的是火药和造纸术。

3．(1)很多军事武器中都有化学知识在起作用，化学科学已渗透到军事科学的各个领域。烟幕弹主要利用磷在燃烧时产生大量白烟的原理，其原理用化学方程式如何表示？

(2)气象武器可用来对敌占区实施人工降雨，人工降雨利用的化学物质是什么？

提示：(1)4P＋5O22P2O5　(2)干冰

化学科学的发展历程

　下图是我国从古代到当代的三位化学家及他们的成就：

认识化学科学的形成和发展

 (1)你能说出古代的化学实践活动有哪些吗？

提示：主要有烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类、炼制“仙丹”等。

(2)拉瓦锡的氧化学说对近代化学发展有什么贡献？

提示：拉瓦锡通过实验否定了燃素学说，提出了燃烧的氧化学说，并通过大量的实验让俄国化学家洛蒙诺索夫提出的质量守恒定律获得公认，使化学由定性研究到定量研究，逐步成为一门独立的自然科学。

(3)近代化学诞生的标志是什么？

提示：1661年英国科学家波义耳提出化学元素的概念，标志着近代化学的诞生。

体会化学科学的主要特征

　化学科学是一门具有创造性的科学，是不是我们可以通过化学反应制造原子、分子呢？

提示：不是。化学学科只能通过化学反应制造分子，不能制造原子。

1．化学科学：

2．物理性质和化学性质：

3.物理变化和化学变化：

(1)在化学反应中分子发生变化，而原子不变。

(2)从宏观和微观角度分析化学反应，不变的是反应物和生成物总质量、元素种类、原子种类和数目，但物质的种类和分子的种类一定改变。

　　　【思考讨论】

(1)(思维升华)物质发生化学变化后，物质组成发生了改变，是否有新元素生成？如何判断一个反应是化学变化还是物理变化？(宏观辨识与微观探析)

提示：物质在发生化学变化后，物质组成发生了改变，也就是说由原物质变成了新物质，组成物质分子的原子重新组合，但没有新元素生成。判断一个反应是化学变化还是物理变化就看是否有新物质生成。

(2) (情境应用)中国传统文化博大精深，而古诗词是古人为我们留下的宝贵精神财富。古诗“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”是否包含化学变化？(科学探究与创新意识)

提示：“爆竹声中一岁除”牵扯到火药的爆炸，当然也有新物质生成，包含化学变化。

【典例】(2021·泰安高一检测)化学在古代与现代的科技发展中起到了十分重要的作用，下列说法中正确的是(　　)

【思维建模】判断化学变化的流程如下：

【解析】选A。金属的冶炼是将金属元素由化合态变为游离态，古代和现代的冶金技术不同，但原理相同，故A项正确；古代的火箭所用燃料是火药，现代的火箭使用的是液态燃料，故B项错误；无论是古代捣碎中药还是现代中药纳米粉碎，均无新物质生成，发生的是物理变化，故C项错误；现代热气球飞行是利用燃料燃烧提供热量，使热气球中气体的密度小于空气，故D项错误。

(1)A选项中涉及的反应过程属于化学变化还是物理变化？(关键能力——理解与辨析)

提示：化学变化，因为在冶金的过程中生成了新物质金属单质。

(2)C选项中现代中药纳米粉碎的过程中分子是不是也被粉碎了？(关键能力——理解与辨析)

提示：否，现代中药纳米粉碎属于物理变化，其中分子不会被破坏。

　　　　　【规律方法】

(1)常见的物理变化：物质的三态变化(熔化、汽化、升华、凝华、液化、凝固)，金属导电，蒸馏、粉碎、金属受热发光。

(2)常见的化学变化：分解、化合、复分解、置换、燃烧、氧化、还原、风化等。

　　　【备选例题】

(2021·潍坊高一检测)下列变化不属于化学变化的是(　　)

A.CuSO4白色粉末吸水变蓝色

B.NH4HCO3受热分解

C.汽油消失

D.铜板表面生锈

【解析】选C。A项，CuSO4吸水成为CuSO4·5H2O是化学变化； B项，NH4HCO3受热分解是发生分解反应生成NH3、H2O和CO2，是化学变化；C项，汽油消失是因为汽油具有挥发性，是物理变化； D项，铜板生锈是单质铜被氧化的过程，属于化学变化。

1．(2021·郑州高一检测)化学科学是一门具有创造性的科学。下列事实不能直接体现这一说法的是(　　)

A.结晶牛胰岛素的合成

B.水力发电

C.新型复合材料的发明

D.“21世纪的金属”——钛的冶炼

【解析】选B。结晶牛胰岛素的合成能说明化学具有创造性，故A项不符合题意；水力发电是将势能转化为电能，该过程中无新物质生成，不能说明化学具有创造性，故B项符合题意；新型复合材料的发明是制造新物质的过程，能说明化学具有创造性，故C项不符合题意；钛的冶炼过程中有新物质生成，能说明化学具有创造性，故D项不符合题意。

2．(2021·济南高一检测)《食品安全法》的立法是为了保障食品安全，根本目的是预防疾病、保障民众健康。下列造假行为中涉及化学变化的是(　　)

A.用淀粉、蔗糖、奶、香精等掺和成“假奶粉”

B.用工业石蜡等给瓜子“美容”

C.用硫黄燃烧去熏蒸粉丝

D.用毛发水、酱色水、盐等兑制成“假酱油”

【解析】选C。化学变化的实质是有新物质生成。A、D项是物质的混合，B项是石蜡熔化又冷却的过程，只有C项中硫黄燃烧有新物质SO2生成。

【补偿训练】

(2021·上海实验学校高一检测)中国科学技术大学钱逸泰教授等人以CCl4和金属钠为原料，在700 ℃时制备出纳米级金刚石粉末。下列有关说法错误的是(　　)

A.化学是一门具有创造性的科学

B.制备过程中元素的种类发生了改变

C.人们可以根据需要制备出某些新物质

D.该反应属于置换反应

【解析】选B。化学反应前后元素的种类不变，B项错误。

宣传科学知识，介绍和推广高新科技，揭露伪科学，是科学工作者和学生的义务。以下说法中属于伪科学的有哪些？

①合成像肌肉等生理体系一样具有刺激响应性的仿生材料

②舞台上的“云雾”可用干冰制造出来

③新粉刷过石灰浆的墙壁“出汗”是因为Ca(OH)2与CO2反应生成H2O

④某种环保汽车不消耗任何能源

⑤某品牌的高科技产品能利用催化剂使“水变汽油”

提示：④⑤。自然界中能量是守恒的，汽车的运动需要能量；水是由H、O元素组成的，而汽油主要含有C、H元素，所以利用催化剂不能使水变成汽油。

化学科学与其他学科的关系

　北京时间2020年10月7日傍晚，瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松宣布，将2020年诺贝尔化学奖颁给Emmanuelle Charpentier和Jennifer A．Doudna两位科学家。该学院表示，这个奖项是她们应得的，因为她们在“基因编辑技术方面”有杰出的贡献，并感谢她们为这个领域所做出的努力。随着科学的发展，近年来兴起了营养化学、地球化学、海洋化学等科学。

认识化学科学与其他学科的关系

　(1)请从化学与其他学科关系方面分析化学是一门什么样的科学？

提示：由于化学科学的基础性、创造性和实用性，化学成为了名副其实的“中心科学”。

(2)今年的诺贝尔化学奖的获得是因为基因编辑技术，这属于生物科学的内容，是不是这意味着化学科学的作用在科学研究中越来越弱？

提示：不是。这更进一步说明了化学科学是一门中心科学，与其他科学都有着密切的联系。

“中心科学”——化学与各个领域的密切关系

　　　【思考讨论】

两位美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，因为发现细胞膜水通道以及对离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献而获得诺贝尔化学奖。为什么他们获得的是诺贝尔化学奖而不是生理学或医学奖？

提示：因为他们的研究涉及的是物质的分子、原子和离子的层次，属于化学研究的范畴，故获得的是化学奖。

【典例】(2021·海口高一检测)下列描述中不正确的是(　　)

A．化学的特征就是认识分子和制造分子，它是一门具有创造性和实用性的科学

B．人们可以利用先进的技术和设备通过化学变化制造出新的原子和新的分子

C．制陶瓷、冶金及酿酒过程中，肯定发生了化学变化

D．化学家可以在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件和分子机器等

　　　　　　【解题指南】解答本题时要注意以下几点：

(1)理解化学的主要特征。

(2)化学变化的本质是有新物质生成。

【解析】选B。化学科学的特征是认识分子和制造分子，化学是一门具有创造性和实用性的科学，A项正确；化学变化可以制造分子，但不能制造原子，B项错误；制陶瓷、冶金及酿酒过程均生成了新物质，发生了化学变化，C项正确；科学家可以在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件和分子机器等，D项正确。

在理解化学科学的概念时应注意以下三点

(1)化学研究的对象是原子和分子等微观粒子。

(2)化学研究的内容是物质的组成、结构、性质、转化及其应用等。

(3)化学是一门自然科学。

　　　【备选例题】

化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是(　　)

A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药

B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理

C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源

D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用

【解析】选D。化肥和农药的使用可以提高农作物的产量和质量，但大量使用时会污染土壤。绿色化学的核心是实现零排放。化石燃料在自然界中的含量是有限的，在利用化石燃料的同时，还应开发其他清洁新能源。

1．(2021·潍坊高一检测)下列各项中，与化学科学关系不大的是(　　)

A．航空航天　　　　　　　　 B．合成新药物

C．食品成分检测        D．组装空气压缩机

【解析】选D。组装空气压缩机未发生化学变化。

2．下列对化学科学的应用叙述不正确的是(　　)

A．化学科学将继续推动材料科学的发展

B．化学科学将为环境问题的解决提供有力的保障

C．化学科学在了解疾病的病理方面无能为力

D．化学科学使人类能够更好地利用能源和资源

【解析】选C。化学科学具有十分广阔的探索空间，包括材料、能源、环境、生命等各个领域。化学科学可以使研究人员在分子水平上了解疾病的病理，并寻求有效的防治措施，故C错误。

　　　【拔高题组】

1．(2021·泉州高一检测)进入20世纪以后，化学科学经历了迅速发展的时期，取得了若干项现代化学的重大成就。下列各项中，不属于这个时期重大化学成就的是(　　)

A．放射性元素的发现

B．现代量子化学理论的建立

C．化学工业的迅速发展

D．制陶技术的成熟

【解析】选D。化学科学在20世纪进入现代化学科学的发展阶段，研究手段向精细、综合方向发展，逐渐形成了现代物质结构理论，并带动了化学工业的迅速发展。而制陶技术的成熟属于古代实用技术。

2．(2021·西安高一检测)关于化学科学探索的意义，下列有关说法错误的是(　　)

A．通过化学探索可提高粮食产量、缓解能源危机、合理利用资源，以保障人类的生存

B．通过化学探索可合成新物质，以提高人类的生活质量

C．通过化学探索可探明生命过程中的奥秘、合成新药物，以促进人类的身心健康

D．通过化学探索可制造出对环境无害的化学品及生活用品，完全杜绝对环境的影响

【解析】选D。人类的活动不可避免会对环境造成一定的影响，不可能完全杜绝，D项错误。

　(1)“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向。“绿色化学”要求从根本上消除污染，是一门能彻底阻止污染产生的科学。它包括“绿色生产”和“绿色销毁”等内容。据报道，某地在整顿音像市场的活动中，查获了一批盗版光盘，并进行了“绿色销毁”。以下做法中，属于“绿色销毁”的是________(填字母)。

A．泼上汽油焚烧　　　 B．倾倒入江河中

C．深埋于土壤中      D．碾压粉碎后再回收利用

(2)化学是一门创造性科学，它的特征体现在________，同时，它也是一门实用性科学，在人类生产和生活中有着重要的作用。

(3)市场上出现的“葡萄糖酸钙”“加碘食盐”“含氟牙膏”等商品中的钙、碘、氟应理解为________。

A．原子    B．分子    C．离子    D．元素

(4)某种麦片中含有微量极细小的还原铁粉，食用这种麦片后，铁在人体胃液中变成亚铁盐，其反应的化学方程式为____________________________________

___________________________________________________________________。

【解析】(1)泼上汽油焚烧，浪费能源，并产生污染性气体；倾倒入江河中，会造成水污染；深埋于土壤中，会造成土壤污染和地下水污染；碾压粉碎后再回收利用可节约资源，实现循环利用，同时减少污染。

(2)化学是一门具有创造性、实用性的科学。它的特征体现在认识分子和制造分子上。

(3)“葡萄糖酸钙”“加碘食盐”“含氟牙膏”等商品中的钙、碘、氟应理解为元素。

(4)人体胃液中含有盐酸，铁与盐酸反应生成亚铁盐。

答案：(1)D　(2)认识分子和制造分子上

(3)D

(4)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑

1．(水平1)下列关于化学发展的重大事件或者里程碑中，我国科学家做出贡献的是(　　)

A．1869年元素周期律的发现，使化学变得有规律可循

B．1965年，世界上首次合成结晶牛胰岛素

C．1777年，提出燃烧的氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展

D．1811年，分子学说使人们对物质结构的发展到了一个新的阶段

【解析】选B。元素周期律是俄国的门捷列夫发现的，故A错误；1965年，我国科学家首次合成结晶牛胰岛素，故B正确；法国拉瓦锡提出燃烧的氧化学说，故C错误；意大利的阿伏加德罗提出分子学说，故D错误。

　　　【补偿训练】

(水平1)法国化学家拉瓦锡对近代化学的最大贡献是(　　)

A．最早使用天平研究化学

B．最早提出空气是由O2和N2组成的结论

C．提出氧化学说

D．用加热HgO的方法制取O2

【解析】选C。法国科学家拉瓦锡对近代化学的最大贡献是提出了氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展。

2．(水平1)下列科技成果主要属于化学研究范畴的是(　　)

A．利用人体皮肤细胞“仿制”胚胎干细胞

B．发现类似地球的太阳系外行星

C．发现由碳水化合物制取氢气的新技术

D．量子通讯距离创下新纪录

【解析】选C。由碳水化合物制取H2，产生了新物质是化学变化，属于化学研究范畴。

　　　【补偿训练】

下列叙述中，不属于化学学科研究的问题是(　　)

A．研制攻克H1N1病毒的药物

B．玉树地震水源的净化

C．怎样将汽车尾气中的有害气体转化为无害气体

D．研究人造地球卫星的运行轨迹

【解析】选D。化学是研究物质的组成、结构、性质及变化规律的基础自然科学，A、B、C三项研究的是物质的制取、性质、变化及用途等，都属于化学研究的范畴；D项属于物理研究的范畴。

3．(水平2)2020年，全球暴发了新型冠状病毒肺炎疫情。以下是人们在面对“新型冠状病毒肺炎”时的一些认识，你认为符合科学道理的是(　　)

A．家庭消毒时，消毒液越浓越好

B．吸烟、喝酒可以预防“新型冠状病毒肺炎”

C．应经常保持室内清洁卫生和通风

D．必须每天吃药，补充人体所需化学物质

【解析】选C。消毒液要有一定的浓度限制，否则会对身体产生危害，A错误；吸烟、喝酒对身体不好，不能预防“新型冠状病毒肺炎”，B错误；药物都有一定的副作用，必须按照医生的建议选择服用或不服用，D错误。

4．(水平2)下列我国古代的技术应用中，其工作原理不涉及化学反应的是(　　)

【解析】选C。火药爆炸时的化学反应为2KNO3＋S＋3C===K2S＋N2↑＋3CO2↑；粮食酿酒的过程是淀粉转化为葡萄糖，葡萄糖经发酵转化为酒精，涉及的化学反应有(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6，C6H12O62C2H5OH＋2CO2↑；转轮排字不涉及化学反应；铁的冶炼是铁由化合态转化为游离态，高炉炼铁过程中涉及的化学反应为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。

　　　【补偿训练】

第五季《中国诗词大会》于2020年1月28日在中央电视台综合频道首播，2020年2月9日完结。节目以“赏中华诗词、寻文化基因、品生活之美”为宗旨，中国古代诗词是先人留给我们的文化瑰宝，是宝贵的精神财富，值得我们继承、发扬。下列古诗词涉及的知识与化学变化无关的是(　　)

A.野火烧不尽，春风吹又生

B.春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干

C.只要功夫深，铁杵磨成针

D.爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏

【解析】选C。判断物理变化和化学变化的方法就是看变化过程中是否有新物质生成，没有新物质生成的变化是物理变化；有新物质生成的变化是化学变化。

5．(水平2)化学科学将在能源和资源的合理开发、安全应用方面大显身手。当前我国农业地区大量植物秸秆如何处理的问题备受关注。下列提出的几种植物秸秆处理方法中，不正确的是(　　)

A.出售给工厂作工业原料

B.应用化学科学的有关原理和方法制成优质的牲畜饲料

C.就地焚烧成草木灰，作植物的钾肥

D.应用化学科学的有关原理和方法制成甲烷作燃料

【解析】选C。就地焚烧植物秸秆，不但可能引起火灾，还会因为焚烧过程中产生许多有害气体及浓烟而污染空气，与其燃烧生成的钾肥相比，是弊大于利。

6．(水平2)下列广告语在科学上没有错误的是(　　)

A.这种饮料不含任何化学物质

B.这种口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素

C.这种“神奇液体”加入水中，可以“以水代油”做发动机的燃料

D.没有水就没有生命

【解析】选D。A项，饮料中“不含任何化学物质”，这显然与常识相悖，水就是化学物质；B项，氮、磷都不是微量元素；C项，水不能燃烧，违背了能量守恒定律；D项，水是生命之源，没有水就没有生命。

7．(水平3)家庭厨房实际上就是一个化学世界，柴、米、油、盐、酱、醋、糖等都属于化学物质。请回答以下问题。

(1)加碘食盐所含的碘酸钾(KIO3)中，碘元素的化合价是____________________。

(2)白糖与红糖的主要成分都是蔗糖。利用活性炭的____________，可将红糖脱色变成白糖，此变化为________变化。

(3)食醋不慎滴在大理石台面上，会使其表面变得粗糙而失去光泽。这是因为食醋中的________与大理石发生了化学反应。

(4)东部城市部分家庭厨房中的“柴”已被“西气东输”工程送来的“天然气”所替代，请写出天然气主要成分的化学式：__________________，其燃烧的化学方程式为_________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

【解析】(1)化合物中元素化合价的代数和为0，钾和氧的化合价分别是＋1和－2，故碘的化合价为＋5。(2)活性炭具有强吸附性，能吸收色素使红糖脱色。(3)食醋的主要成分是CH3COOH。(4)天然气的主要成分是甲烷。

答案：(1)＋5　(2)吸附性　物理　(3)CH3COOH(或醋酸)　(4)CH4　CH4＋2O2CO2＋2H2O