高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第1章 认识化学科学第1节 走进化学科学学案

第1节走进化学科学

1．通过了解化学的形成与发展，知道化学是在原子和分子的层次上认识物质和合成新物质的一门科学，理解化学科学的创造性和实用性。

2．明确化学在科学技术中的地位，学习科学家崇尚真理、勇于探索的科学态度，强化探究意识和社会责任。

3．认识化学科学对提高人类生活质量和促进社会自身发展的重要作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．古代的“化学活动”

烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类。

2．近代化学的里程碑

3．现代化学的发展

(1)现代化学科学的重大成就

放射性元素的发现、现代量子化学理论的建立、化学热力学与动力学的开创性研究、创造新分子的合成化学的崛起、高分子化学的创立以及化学工业的迅速发展等。

(2)现代化学研究的重要手段

X射线衍射、原子吸收光谱、紫外和红外光谱、色谱、质谱、核磁共振等。

(3)我国科学家的重要贡献

例如：1965年，我国科学家成功合成结晶牛胰岛素，在世界上首次实现了蛋白质的人工合成；1981年，我国在全球首次合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。

(4)研究领域与化学相关的国家最高科学技术奖获得者

①2007年度：闵恩泽(1924—2016)，石油化工催化剂专家。

②2008年度：徐光宪(1920—2015)，量子化学、配位化学、萃取化学、稀土化学及化学教育专家。

③2010年度：师昌绪(1918—2014)，我国高温合金研究的奠基人，材料腐蚀领域的开拓者。

④2013年度：张存浩(1928—)，我国高能化学激光研究的奠基人，分子反应动力学的奠基人之一。

⑤2016年度，屠呦呦(1930—)，首先从中药青蒿中发现抗疟有效成分并成功提取的药学家；赵忠贤(1941—)，我国高温超导研究的奠基人之一。

⑥2017年度，王泽山(1935—)，火炸药专家，含能材料专家。

化学科学产生、发展过程

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　法国化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．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　20世纪后化学科学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，而制陶工艺属于古代实用技术。

3．下列贡献与中国科学家无关的是(　　)

A．创立侯氏制碱法

B．发现青蒿素

C．合成结晶牛胰岛素

D．发明元素周期表

解析：选D　俄国科学家门捷列夫制出了第一张元素周期表，和中国科学家无关。

1．化学科学的含义

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科。

2．化学科学的主要特征

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。

3．化学科学的发展趋势

(1)现代化学已经成为实验与理论并重的科学。

(2)各种分析和测试物质结构、跟踪化学反应过程的技术，成为现代化学研究的重要手段。

(3)理论计算辅以计算机模拟来研究物质的结构、预测物质的反应活性、研究反应的微观过程等，成为现代化学研究的热点。

4．屠呦呦团队的贡献

2015年10月，我国科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素有效降低了疟疾患者的死亡率。

[问题探讨]

青蒿素的提取

1969年，屠呦呦研究小组发现青蒿具有抗疟效果，但用水煎熬青蒿所得提取物无效，青蒿的乙醇提取物药效也不高。后来，受到古代文献《肘后备急方·治寒热诸疟方》中“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”绞取方法的启发，屠呦呦创造性地使用沸点更低的乙醚(34.6 ℃)获得了青蒿提取物。

(1)提取青蒿素用到了什么试剂？

提示：乙醚。

(2)提取青蒿素所用的试剂有什么样的性质？

提示：沸点低。

(3)提取青蒿素过程中是否发生了化学变化？

提示：没有。

1．物理变化和化学变化的比较

化学是在分子、原子水平上研究物质的一门科学，原子核的裂变与聚变是原子核发生了改变的反应，属于核反应，而不属于化学反应，也不是化学研究的范畴。

2．物理性质和化学性质的比较

1．景泰蓝是一种传统的手工艺品。下列制作景泰蓝的步骤中，不涉及化学变化的是(　　)

解析：选A　将铜丝压扁并掰成图案，并没有新的物质生成，属于物理变化，不涉及化学变化，故A选；铅丹、硼酸盐等原料化合再经过烧熔而制成不透明的或是半透明的有独特光泽的物质，该过程有新物质生成，属于化学变化，故B不选；烧制陶瓷过程有新物质生成，属于化学变化，故C不选；酸洗去污为酸与金属氧化物反应生成易溶性物质的过程，属于化学变化，故D不选。

2．下列有关化学科学的说法中，正确的是(　　)

A．化学是在原子、分子水平上认识物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学

B．化学研究只能认识分子，不能制造出自然界中不存在的物质

C．俄国化学家门捷列夫提出了原子学说，为近代化学的发展奠定了基础

D．化学研究会造成严重的环境污染，最终人类会毁灭在化学物质中

解析：选A　化学具有创造性，不管是有机合成还是无机合成，利用合成化学的知识可以制造出许多自然界中不存在的物质，故B错误； 道尔顿提出了原子学说，门捷列

夫发现了元素周期律，故C错误；化学研究可以利用化学反应将有毒物质转化为无毒物质，并进一步解决环境污染问题，为人类的发展服务，故D错误。

3．我国科学家屠呦呦因发现抗疟疾新药青蒿素而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素的分子式为C15H22O5。下列有关青蒿素的说法正确的是(　　)

A．青蒿素是由碳的氧化物和氢的氧化物组成的混合物

B．青蒿素具有可燃性，可燃性属于物理性质

C．青蒿素中C、H、O的质量比为90∶11∶40

D．青蒿素的相对分子质量为141

解析：选C　青蒿素为纯净物，A项错误；可燃物燃烧生成新物质，表现为化学性质，B项错误；青蒿素的相对分子质量为282，D项错误。

你听说过“分子齿轮”“分子马达”吗？根据你所掌握的知识，简单归纳化学科学的探索空间。

(1)在微观领域

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。

(2)在资源和能源方面

人们更加科学、合理地开发与利用资源和能源。

(3)在材料科学方面

化学科学使各种新型材料的制造成为可能。

(4)在环境保护方面

依据化学知识，减少人类活动对环境的影响；使环境监测和治理手段更加快速、灵敏，实现对环境污染的科学防治。

(5)在生命科学方面

帮助人们从分子层次上了解生命问题的本质、揭示生命运动的规律；使研究人员在分子水平上了解疾病的病理，寻求新方法，研制新药物，为人类提供健康保障。

(6)在信息科学方面

指导人们研制功能各异的信息材料(主要是电子材料，如光电子材料)，为传感技术、通信技术和计算机技术等的发展提供重要的物质基础。

1．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，D项错误。

2．化学工业以及那些生产医药、燃料、金属、食品、肥料乃至几乎所有其他制成品的公司实际上都依赖于化学。下列说法不正确的是(　　)

A．化学的主要特点是在原子、分子水平上认识物质

B．同样的反应，用的步骤少、副产品少，消耗的能量就少

C．化学家们已能够在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件等

D．化学变化不但生成其他物质，而且还伴随能量的变化，如吸热、放热、发光等

解析：选B　同样的反应，用的步骤少、副产品少，消耗的能量不一定少。

3．当前，我国所面临的挑战有健康、环境、能源、粮食等问题。化学家希望从化学的角度，通过化学的方法解决这些问题，为我国的发展和民族振兴做出更大的贡献。化学界研究的课题很多，其中有①高效化肥的合成；②新型医药的开发；③在低耗能情况下分解水而得到氢气作为燃料；④寻找废旧塑料、橡胶等化工废弃物再利用的途径；⑤研制人造关节、人造血管；⑥在无毒、无害条件下进行化工生产；⑦研制开发超导材料；⑧研制高效无磷洗衣粉。把有助于解决上述问题的课题的序号填写在相应的横线上：

(1)健康问题__________________________________________________________；

(2)环境问题___________________________________________________________；

(3)能源问题__________________________________________________________；

(4)粮食问题___________________________________________________________。

答案：(1)②⑤　(2)④⑥⑧　(3)③⑦　(4)①

[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列过程中发生了化学变化的是(　　)

A．金刚石切割玻璃

B．铅笔写字

C．醋酸清洗热水瓶的水垢

D．浓盐酸稀释

解析：选C　醋酸清洗水垢的过程中，醋酸与碳酸钙等物质发生化学反应，发生了化学变化，故C正确。

2．下列变化中不体现物质化学性质的是(　　)

A．汽油消失

B．NH4HCO3受热分解

C．CuSO4白色粉末吸水变蓝色

D．铁板表面生锈

解析：选A　A项，汽油消失是因为汽油具有挥发性，体现的是物理性质；B项，NH4HCO3受热分解生成NH3、H2O和CO2，是化学变化；C项，CuSO4吸水成为CuSO4·5H2O，是化学变化；D项，铁板生锈是铁被氧化，属于化学变化。化学变化过程中体现化学性质。

3．纪录片《我在故宫修文物》表现了文物修复者穿越古今与百年之前的人进行对话的职业体验，让我们领略到历史与文化的传承。下列文物修复和保护的过程中涉及化学变化的是(　　)

解析：选A　银器表面的锈蚀物大多数为氧化银、氯化银、硫化银等，用除锈剂除锈过程中，涉及了化学变化，故选A。

4．下列说法中不正确的是(　　)

A．21世纪，化学还将继续推动材料科学的发展，使各种新型功能材料的生产成为可能

B．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

C．放射性元素的发现和现代量子化学理论的建立，都是进入20世纪后现代化学的重大成就

D．俄国化学家门捷列夫提出原子学说，为近代化学的发展奠定了坚实的基础

解析：选D　化学是材料科学、生命科学、环境科学和能源科学的重要基础，故A正确；因化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及应用的基础学科，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，故B正确；进入20世纪后，现代化学的重大成就有放射性元素的发现和现代量子化学理论的建立等，故C正确；原子学说是由英国科学家道尔顿提出的，故D错误。

5．化学在人类社会中起着重要作用，展望未来，化学科学具有十分广阔的探索空间。下列说法中不正确的是(　　)

A．塑料降解技术与化学科学无关

B．新能源——可燃冰的利用与化学关系密切

C．化学科学将在防治酸雨方面大有作为

D．随着科学的发展，化学科学将研制出品种更多的具有特殊性能的材料

解析：选A　塑料的降解属于化学与材料的研究范畴，应该从化学中寻找解决方法；可燃冰的开发与合理应用属于化学与能源的研究范畴；防治酸雨属于化学与环境的研究范畴；具有特殊性能的材料的研制属于化学与材料的研究范畴。

6．下列各项中，主要属于化学科学研究范畴的是(　　)

A．许多金属和合金具有低温下失去电阻的特性，即具有超导性

B．两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核时要释放出大量的能量，所释放出的能量可用于发电

C．天然的和人为的各种电磁波干扰及有害的电磁辐射会造成电磁污染

D．科学家利用分子组装技术研制出世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球形的C60分子构成

解析：选D　物质的超导性属于物理科学研究范畴，故A项错误；核反应不是化学变化，不属于化学科学研究范畴，故B项错误；电磁辐射属于物理科学研究范畴，不属于化学科学研究范畴，故C项错误；物质的构成属于化学科学研究范畴，故D项正确。