第01讲 走进化学科学-高一化学同步精品讲义（鲁科必修第一册 ）

第01讲 走进化学科学

知识点01  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。

【即学即练1】（2020·天津等级考真题）晋朝葛洪的《肘后备急方》中记载：“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之……”，受此启发为人类做出巨大贡献的科学家是（     ）。

    A．屠呦呦    B．钟南山    C．侯德榜    D．张青莲

【解析】选A。屠呦呦的主要贡献是发现了治疗疟疾的青蒿素，测定了青蒿素的组成、结构，成功合成双氢青蒿素等；钟南山是中国工程院院士，著名呼吸病学专家，长期从事呼吸内科的医疗、教学、科研工作，重点开展哮喘，慢阻肺疾病，呼吸衰竭和呼吸系统常见疾病的规范化诊疗、疑难病、少见病和呼吸危重症监护与救治等方面的研究；侯德榜的主要贡献是：揭开了索尔维制碱法的秘密、创立了侯氏制碱法等；张青莲的主要贡献：主持测定了铟、铱、锑、铕、铈、锗、锌、镝几种元素的相对原子质量新值，被国际原子量委员会采用为国际新标准；“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之……”描述的是从青蒿中提取青蒿素治疗疟疾的过程，受此启发为人类做出巨大贡献的科学家是屠呦呦。

知识点02  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

【即学即练2】（2021·山东泰安肥城市高一上期中）2020年10月7日诺贝尔化学奖颁给两位女科学家，以表彰其“开发了一种基因组编辑方法”。下列说法不正确的是（     ）。

    A．两位科学家获得化学奖而不是生理学或医学奖，是因为化学是在原子、分子的水平上研究物质的一门科学

    B．化学的特征是从宏观和微观两个角度认识物质，以符号形式表征物质，在不同层面上创造物质

    C．化学家在微观层面上可操纵分子和原子，组装分子材料，创造出更为优异的新物质

    D．现代化学注重理论分析、推理，而不需要做化学实验

【解析】选D。原子是化学变化中的最小粒子，分子由原子构成，化学是在分子、原子的水平上研究物质及其变化的一门科学，A正确；化学的特征是从宏观和微观即元素组成和构成微粒两个角度认识物质，以化学符号形式表征物质，并能够在不同层面上合成、创造物质，B正确；化学家研究化学物质的微观构成、合成方法等，然后可从微观角度操纵分子和原子，组装分子材料，创造出更为优异的新物质，C正确；化学是一门以实验为基础的学科，实验是研究、学习化学的基本方法，现代化学同样需要做化学实验，D错误。

知识点03  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。

【即学即练3】下列事实中，不能说明化学是具有实用性的科学的是（     ）。

    A．制造化学肥料，提高粮食产量    B．研制药物，治疗疾病

    C．合成食品添加剂                D．提出更完善的化学理论

【解析】选D。制造化学肥料、研制药物、合成食品添加剂均体现出化学的实用性，而提出更完善的化学理论不足以说明化学的实用性。

考法01  物理变化和化学变化

【典例1】（2022·湖南省等级考）化学促进了科技进步和社会发展，下列叙述中没有涉及化学变化的是（     ）。

    A．《神农本草经》中记载的“石胆能化铁为铜”

    B．利用“侯氏联合制碱法”制备纯碱

    C．科学家成功将CO2转化为淀粉或葡萄糖

    D．北京冬奥会场馆使用CO2跨临界直冷制冰

【解析】选D。“石胆能化铁为铜”指的是铁可以与硫酸铜发生置换反应生成铜，发生了化学变化，A不符合题意；工业上利用“侯氏联合制碱法”制备纯碱，二氧化碳、氨气、氯化钠和水发生反应生成的碳酸氢钠晶体经加热后分解生成碳酸钠即纯碱，发生了化学变化，B不符合题意；CO2转化为淀粉或葡萄糖，有新物质生成，发生了化学变化，C不符合题意；使用CO2跨临界直冷制冰，将水直接转化为冰，没有新物质生成，只发生了物理变化，没有涉及化学变化，D符合题意。

【思维拓展】物质的性质和变化

1．物理性质和化学性质

2．物理变化和化学变化

【误区警示】

（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。

考法02  化学科学的发展和特征

【典例2】（2020~2021学年浙江省湖州市高一下期末）下列关于化学与职业的表述不正确的是（     ）。

    A．水质检验员在自来水出厂前会对水中的SO42－、Cl－、微生物、有机物等进行检测和分析

    B．化学科研工作者可从事特定功能新分子合成、节能环保物质转化工艺的研发等

    C．科技考古研究人员是靠文献记载、年历学和各种有纪年文字的遗物来断定文物的绝对年代

    D．测试工程师可通过化学检测器或化学检测方法测出不锈钢中的某些组成元素及其含量来确定不锈钢的等级

【解析】选C。自来水厂水质检验员的工作是在自来水出厂前，利用化学分析仪器对水中的SO42－、Cl－、微生物、有机物等进行检测和分析，只有达到标准才可以让自来水出厂，故A正确；特定功能新分子合成、节能环保物质转化工艺的研发都属于化学前沿科学，化学科研工作者可从事特定功能新分子合成、节能环保物质转化工艺的研发等，故B正确；科技考古研究人员是根据放射性同位素的半衰期推算文物的绝对年代。放射性同位素 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来断定文物的绝对年代，故C错误；不锈钢中的某些组成元素及其含量不同导致不锈钢的性质出现差异，测试工程师可通过化学检测仪或化学检测方法测出不锈钢中的某些组成元素及其含量来确定不锈钢的等级，故D正确。

【思维拓展】

1．化学科学在不同阶段的发展情况

2．化学科学

3．化学与各个领域的密切关系

题组A  基础过关练

1．（2021·北京昌平区高一检测）下列化学家与其所作的突出贡献不匹配的是（     ）。

【解析】选A。元素概念是由17世纪英国化学家波义耳提出，俄国科学家门捷列夫，制作出世界上第一张元素周期表，故A错误；法国著名化学家拉瓦锡，测出空气中氧气的体积分数，提出氧化学说，故B正确；意大利科学家阿伏加德罗在化学上的主要成就是提出了分子的概念，创立了分子学说，故C正确；波义耳，他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，提出了原子论，故D正确。

2．（2021年1月•广东合格考真题）古诗词源远流长，包罗万象，是中华文化的瑰宝，下列诗句隐含化学变化的是（     ）。

    A．绿蚁新暗酒，红泥小火炉    B．遥看寻沙岸，春风动草衣

    C．荷风送香气，竹露滴清响    D．日落山水静，为君起松声

【解析】选A。“绿蚁新暗酒，红泥小火炉”意为“新酿的米酒，色绿香浓；小小红泥炉，烧得殷红。”涉及了燃料的燃烧，为化学变化，A符合题意；“遥看寻沙岸，春风动草衣”意为“远远看见有人在寻沙岸泊船，风吹动着他的草衣”，只涉及物理变化，B不符合题意；“荷风送香气，竹露滴清响”意为“一阵阵的晚风送来荷花的香气，露水从竹叶上滴下发出清脆的响声”，只涉及物理变化，C不符合题意；“日落山水静，为君起松声”意为“当日落西山、万籁俱寂的时候，风又不辞辛劳地吹响松涛，奏起大自然的雄浑乐曲，给人以欢娱。”，只涉及物理变化，D不符合题意。

3．（2021·海南海口高一上期末）微量元素摄入不当也会导致代谢疾病，下列做法主要目的与补充微量元素有关的是（     ）。

    A．酱油加铁强化剂    B．咖啡加糖

    C．炒菜加味精        D．加工食品加防腐剂

【解析】选A。铁是微量元素，与补充微量元素有关，故A正确；蔗糖不含微量元素，故B错误；味精是谷氨酸钠，钠是常量元素，故C错误；常见的食品添加剂如苯甲酸钠，不含微量元素，故D错误。

4．（2021年1月高三八省联考江苏卷）防治大气污染、打赢蓝天保卫战，下列做法不应该提倡的是（     ）。

    A．开发使用清洁能源    B．田间焚烧秸秆

    C．积极鼓励植树造林    D．养成低碳生活习惯

【解析】选B。开发使用清洁能源，可以减少化石能源的使用，从而防治大气污染，应该提倡，A不符合题意；田间焚烧秸秆，会增加空气中可吸入颗粒物等污染物，加重大气污染，不应该提倡，B符合题意；大量植树造林，可以防风固沙、防止水土流失、净化空气等，应该提倡，C不符合题意；养成低碳生活习惯可以降低二氧化碳的排放，从而减轻温室效应，应该提倡，D不符合题意。

5．化学作为二十一世纪的一门“中心科学”具有十分广泛的探索空间，下列不属于化学探索空间的是（     ）。

    A．制备出大量的人工合成元素

    B．将为环境问题的解决提供有力的保障

    C．合理地开发和利用能源和资源

    D．在微观层面上操纵分子、原子

【解析】选A。人工合成元素属于核物理的研究范畴，故A错误；防止环境污染、解决环境问题属于化学研究的范畴，故B正确；合理地开发和利用能源和资源属于化学研究的范畴，故C正确；化学反应的最小微粒是原子，故D正确。

题组B  能力提升练

1．（2021~2022学年河北省邯郸市九校联盟高一上期中）人类探索自然界奥秘的一个重要方面是研究物质的微观结构。下列关于化学发展的几个重要里程碑的说法错误的是（     ）。

    A．19世纪初，英国科学家道尔顿提出分子学说，为近代化学的发展奠定了坚实的基础

    B．英国物理学家汤姆生发现了电子，提出了“葡萄干面包式”的原子结构模型

    C．法国化学家拉瓦锡建立了燃烧现象的氧化学说，使近代化学取得了革命性进展

    D．俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，使化学的研究变得有规律可循

【解析】选A。英国科学家道尔顿于19世纪初提出原子学说，为近代化学的发展奠定了坚实基础，分子是阿伏伽德罗提出的，故A错误；1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，打破了原子是不可分割的说法，故B正确；法国化学家拉瓦锡1771年建立燃烧现象的氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展，故C正确；1869年俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，找到了元素的内在规律，故D正确。

2．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．发明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。利用人体皮肤细胞“仿制”胚胎干细胞是生物学研究的内容，A错误；发现类似地球的太阳系外行星是物理天文学研究的内容，B错误；发明由碳水化合物制取氢气的新技术，实际上是研究物质的性质、转化及其应用，C正确；量子通讯是物理学研究的范畴，D错误。

3．（2021年高三八省联考广东卷）“古诗文经典已融入中华民族的血脉”。下列诗文中隐含化学变化的是（     ）。

    A．月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠

    B．掬月水在手，弄花香满衣

    C．飞流直下三千尺，疑是银河落九天

    D．举头望明月，低头思故乡

【解析】选A。渔火为物质燃烧发的光，燃烧属于化学变化，A符合题意；捧起清澄明澈的泉水，泉水照见月影，好像那一轮明月在自己的手里一般；摆弄山花，馥郁之气溢满衣衫，为物理变化，B与题意不符；飞流直下三千尺，为水的自由落体运动，为物理变化，C与题意不符；举头望明月，月光为反射的太阳光，为物理变化，D与题意不符。

4．（2022届广东省广州市高三上学期12月调研）碳中和是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能有效促进碳中和的是（     ）。

    A．汽油中添加乙醇

    B．开采可燃冰作为燃料

    C．以CO2为原料人工合成淀粉

    D．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染

【解析】选C。汽油中添加乙醇，乙醇燃烧产物是二氧化碳和水，可以减少有害气体的排放，但并不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，A错误；可燃冰是甲烷的水化物，开采可燃冰做为清洁燃料，可燃冰的燃烧产物是二氧化碳和水，可以减少有害气体的排放，但并不能减少二氧化碳的排放量，不符合碳中和的要求，B错误；以二氧化碳为原料人工合成淀粉，可以减少二氧化碳的排放量，达到碳中和的目的，C正确；通过清洁煤技术可以减少煤燃烧污染，但并不能减少二氧化碳的排放量，达不到碳中和的目的，D错误。

5．宣传科学知识，介绍高新科技，推广高新技术，揭露伪科学，是科学工作者和当代中学生的义务。下列说法中不属于伪科学的是（     ）。

    A．没有水就没有生命

    B．这种饮料中不含任何化学物质

    C．这种口服液中含丰富的氮、磷、镁等微量元素

    D．这种环保汽车不消耗任何能源

【解析】选A。任何物质都由化学元素组成，均属于化学物质；口服液中的氮、磷、镁属于常量元素；根据能量守恒定律可知，任何汽车都会消耗能源。

题组C  培优拔尖练

1．（2020·全国Ⅱ卷）北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列有关叙述错误的是（     ）。

    A．胆矾的化学式为CuSO4

    B．胆矾可作为湿法冶铜的原料

    C．“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程

    D．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是发生了置换反应

【解析】选A。胆矾的化学式为CuSO4·5H2O，A错误；“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”即湿法炼铜，反应方程式为Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4，为置换反应，B、D正确；“熬之则成胆矾”是将硫酸铜溶液浓缩结晶的过程，C正确。

2．诺贝尔化学奖获得者艾哈迈德·泽维尔，开创了“飞秒（10－15s）化学”的新领域，使运用激光光谱技术观测化学反应时分子中原子的运动成为可能。你认为该技术不可能观察到的是（     ）。

    A．化学变化中反应物分子的分解

    B．化学反应中原子的运动

    C．化学变化中生成物分子的形成

    D．原子核的内部结构

【解析】选D。由“使运用激光光谱技术观测化学反应时分子中原子的运动成为可能”可知，该技术可以观察到原子的运动，但不能观察到原子核的内部结构，选D。

3．2020年新型冠状病毒肺炎疫情在全国蔓延，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．（安徽省九师联盟2022届高三上学期11月联考）每年8月25日是全国低碳日，今年国家节能宣传主题为“节能降碳，绿色发展”。下列行为不符合这一主题的是（     ）。

    A．大力植树造林，增加绿色植被

    B．开发煤制油技术，减少石油进口

    C．推进使用清洁能源，改善生态环境

    D．推广“液态阳光”项目，CO2绿色制备甲醇

【解析】选B。煤制油是将煤炭转化为石油产品，成本高而且不能降碳，B选项错误。

5．（1）铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。请完成下列问题：

    ①在西汉古籍《淮南万毕术》中曾有“曾青得铁则化为铜”之说，试写出该句描述的现象所涉及的反应的化学方程式_________________________。

    ②铜器表面有时会生成铜绿［主要成分为Cu2（OH）2CO3］，这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的反应的化学方程式：______________________________。

（2）为缓解能源危机，能源专家构想出了利用太阳能促使燃料循环的构想图：

当前，科学家还未实现这一构想。但大自然已经解决了这个问题，绿色植物的光合作用就是在日光作用下，利用太阳能把CO2和H2O转变成了能源物质葡萄糖（可燃烧）：6CO2+6H2OC6H12O6+6O2。

    ①分别写出CH3OH、NH3在空气或氧气中燃烧的化学方程式。

      CH3OH燃烧：_________________________；

      NH3燃烧：_________________________。

    ②在此构想的物质循环中，太阳能最终转化为_______能。

    ③实现上述构想的关键问题是____________________。

【解析】（1）①“曾青得铁则化为铜”是铁从硫酸铜中置换出铜。②铜绿可用盐酸除去。（2）①由物质转化关系可以看出CH3OH燃烧最终变成CO2和H2O，NH3燃烧变成N2和H2O，据此可以写出反应的化学方程式。②由能量转化关系可以看出，燃烧产物吸收太阳能转化成反应物中的化学能，反应物燃烧时又将化学能转化为热能。③实现构想的关键是寻求高效的催化剂，实现燃烧产物吸收太阳能转变为燃料。（合理即可）

【答案】（1）①Fe+CuSO4FeSO4+Cu②Cu2（OH）2CO3+4HCl2CuCl2+CO2↑+3H2O

（2）①2CH3OH+3O22CO2+4H2O；4NH3+3O22N2+6H2O

②热

③寻求使燃烧产物吸收太阳能，转变为燃料的高效催化剂（如人工叶绿素）（其他合理答案也可）