高中化学(鲁科版)必修一 教师用书:第一章 认识化学科学

第1章　认识化学科学

第1节　走进化学科学

(教师用书独具)

●课标要求

1．知道化学科学的主要研究对象，了解20世纪化学发展的基本特征和21世纪化学的发展趋势。

2．知道化学是在分子层次上认识物质和合成新物质的一门科学；了解物质的组成、结构和性质的关系；认识化学变化的本质。

●课标解读

 1.能列举一些对化学科学发展有重大贡献的科学家及其成就。

2．知道化学科学的主要研究对象和发展趋势。

3．能举例说明化学科学与生活、生产、科技进步及个人的关系。

4．知道物理性质和化学性质、化学变化和物理变化的区别和联系。

●教学地位

本课时目的是让学生感受化学世界的神奇美妙和化学科学的无穷魅力，要充分调动学生的积极性，设计驱动性问题进行讨论，在整理对化学科学已有认识的基础上，带领学生一步步走进化学科学。

(教师用书独具)

●新课导入建议

通过初中化学课程的学习，我们已经了解了一些化学知识，面对生机勃勃、变化无穷的大自然，我们不仅要问：是什么物质构成了如此丰富多彩的自然界？物质是怎样形成的？物质是如何变化的？怎样才能把普通的物质转化成更有价值的物质？或许你也在思考，那就让我们一起来学习吧，相信通过今天的学习，你对化学会有一个全新的认识。

情景一：溶洞景观图片(见教材插图1－1－1)

思考　为什么溶洞的形态会发生变化？

交流与讨论　1.有人进入溶洞搞破坏？2.溶洞里有鬼怪出没？3.溶洞里有使溶洞变化的物质？

实验探究　向澄清石灰水中不断通入二氧化碳气体。现象：先变浑浊，后变澄清。

结论　溶洞的形成原因：碳酸钙溶于碳酸。

情景二　化学家在制备新物质(见教材插图1－1－2)。建议教师多搜集一些图片：如热气球和飞艇、行走中的列车、轮船、生活中用的铁锅、铁钉，桥梁和机械设备等。

思考　它们都是什么物质做成的？这些物质有什么样的性质？它们从哪里来，如何得到他们？

总结　通过化学手段可以制取一些重要的物质，它与我们的生活息息相关，有了它我们的生活才会更丰富多彩。

思考　通过初中化学课程的学习以及上述介绍，你对化学科学有什么认识？你能否用几句话或几个词语描述一下你心中的化学？

●教学流程设计

课前预习安排：阅读教材P3填写[课前自主导学]中的“知识1”并完成[思考交流]1；阅读教材P3－4填空[课前自主导学]中的“知识2”并完成[思考交流]2；阅读P5－6填写[课前自主导学]中的“知识3”并完成[思考交流]3。建议方式：同学之间交流讨论⇒步骤1：导入新课，本课时教学地位分析⇒步骤2：建议对“思考交流”1、2、3多提问几个同学，使90%学生掌握该内容。

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步骤6：师生互动完成探究2，互动方式利用“问题导思”1、2、3的设问由浅入深地进行。⇐步骤5：在老师指导下由学生自主完成“变式训练1”和“当堂双基达标”中1题，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇐步骤4：教师通过例1和教材P2讲解研析，对“探究1”中应用时注意的问题进行总结。⇐步骤3：师生互动完成探究1。互动方式可利用问题导思1、2、3的设问由浅入深地进行。建议教师除例1外，再变换角度，设置一些备选例题。拓展学生视野。

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步骤7：老师通过例2和教材P3“化学科学的形成和发展”理解掌握探究2要点。⇒步骤8：在老师指导下，由学生自主完成“变式训练2”和“当堂双基达标”2、4、5题，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇒步骤9：让学生自总结归纳本课时主要知识，然后对照“课堂小结”以明确掌握已学内容。安排学生课下完成“双基”中剩余问题。

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学。

2．化学的特征

化学的特征是认识分子和制造分子。

3．化学科学的实用性

(1)农业：合成氨技术的应用。

(2)医药：新药物的研制。

(3)信息：芯片和光导纤维引领进入信息时代。

1．化学变化中的最小微粒是什么？核变化属于化学变化吗？

【提示】　原子　不属于

烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类

2．近代化学发展的里程碑

20世纪后，放射性元素的发现、现代量子化学理论的建立、创造新分子的合成化学的崛起、高分子化学的创立、化学热力学与动力学的开创性研究以及化学工业的迅速发展等，都是现代化学的重大成就。

2．中国古代的四大发明中与化学有关的是什么？

【提示】　造纸术和火药在制作或使用时涉及到了化学变化。

2．在能源和资源方面：有了化学科学，人类能够合理开发、安全应用能源和资源。

3．在材料科学方面：化学将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。

4．在环境方面：化学为解决环境问题提供了有力保障。

5．在人体健康方面：化学可以让我们在分子水平上了解疾病的病理，寻求有效的防治措施，促进身心健康。

3．有人想利用化学反应将水变成油，以解决能源危机。你认为这种想法是否正确？

【提示】　错误。化学反应必须遵循质量守恒定律，即化学反应前后原子的种类和数目不会发生变化，而水和油的组成元素不同，所以水变油不可能实现。

①化学研究的对象和内容有哪些？

②举例说明如何体现化学的创造性和实用性？

③你能区分物理性质和化学性质、物理变化和化学变化吗？

【提示】　①对象—分子和原子；内容—物质组成、结构、性质、变化、制备和应用。

②创造性—制造不存在的物质；实用性—从农业、工业、医疗、日常生活中的应用分析。

③见要点3。

1．化学科学的研究范畴

(1)化学研究的对象：原子和分子。

(2)化学研究的内容：物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用。

2．化学科学的创造性和实用性

(1)物理性质与化学性物质性质

(2)物理变化与化学变化的比较

1．物理性质是物质本身固有的属性，通过感觉器官或仪器测量即可，而化学性质需通过化学变化才能体现出来。

2．物质发生化学变化时物质的种类发生变化，但原子和元素的种类不发生变化。

　(2012·安庆九中质检)下面是人们对于化学科学的各种常见认识，其中错误的是(　　)

A．化学面对现代日益严重的环境问题显得为力

B．化学将在能源、资源的合理开发和安全应用方面大显身手

C．化学是一门具有极强实用性的科学

D．化学是一门以实验为基础的自然科学

【解析】　化学是一门以实验为基础的创造性、实用性科学，将在能源、资源的合理开发和安全应用以及环境治理等方面大显身手。

【答案】　A

1．下列变化一定是化学变化的是(　　)

A．爆炸　　　　　    B．铁生锈

C．山体滑坡              D．变色

【解析】　气体膨胀爆炸就是物理变化，光的折射等变色属于物理变化，山体滑坡只涉及物体形状位置改变是物理变化，而铁生锈有新物质生成是化学变化。

【答案】　B

①化学科学的发展经历了哪些阶段？

②你知道化学科学发展中各阶段的主要成就吗？

③化学科学形成和发展的核心线索是什么？

【提示】　①实验技术阶段、近代化学阶段，现代化学阶段。

②请参照要点讲解。

③原子学说。

　在科学史上中国有许多重大的发明和发现，它们为世界的现代化奠定了基础，以下发明和发现属于化学史上中国对世界的贡献的是(　　)

①火药　②指南针　③造纸　④印刷术　⑤炼铜、炼铁、炼钢　⑥合成有机高分子材料　⑦人工合成蛋白质　⑧提出原子—分子学说

A．①②③④      B．①③⑤⑦

C．④⑤⑦⑧      D．②③⑤⑦

【解析】　火药、指南针、造纸术、印刷术是中国古代的四大发明，但指南针、印刷术的发明不是化学史上的成就，中国是最早进行炼铜和掌握炼铁技术的国家；1965年，我国科学家第一次人工合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素；合成有机高分子材料和提出原子—分子学说都不是中国的贡献。

【答案】　B

注意题给要求是“化学史上中国对世界的贡献”，易误把“指南针”、“印刷术”等中国古代重大发明作为正确答案。

2．进入20世纪，化学科学经历了迅速发展创新的新时代，取得了若干项重大化学成就。下列各项中，不属于这个时期的重大化学成就的是(　　)

A．放射性元素的发现

B．现代量子化学理论的建立

C．蛋白质的人工合成

D．制陶技术的成熟应用

【解析】　制陶技术的成熟应用应追溯到远古时期。

【答案】　D

【教师备课资源】

明星分子

在19世纪和20世纪上半叶，发现新元素及其化合物是化学研究的前沿之一。从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成和研究新分子。在这些新分子中，有很多是人们感兴趣的明星分子。

无机化学方面首先合成出的明星分子是氨(NH3)。1909年，德国化学家哈伯首先在实验室催化合成出氨，在化学平衡及催化理论方面取得重大突破。后由德国化学工程专家波施进一步发展为工业化生产方法，世称“哈伯—波施法”。由于这一贡献，哈伯和波施分别于1918年和1931年荣获诺贝尔化学奖。氨既能合成化肥进而增产粮食，也能合成进而合成炸药。大量军火的制造，大大助长了德皇威廉二世征服欧洲的野心。威廉二世悍然发动了第一次世界大战，哈伯被推上了贼船并成为首创毒气战的元凶。赞扬哈伯的人说：他像天使一样为人类带来丰收和喜悦；诅咒哈伯的人说：他像魔鬼一样给人类带来灾难和痛苦。氨和是20世纪初的明星分子，它们至今仍具有重要的用途。

在有机化学方面，诺贝尔在1867年用油制造出安全炸药，使油成为19世纪60年代的明星分子。油又称甘油三酯，是无色或淡黄色的粘稠液体。具有抗心绞痛作用，是心肌炎病人随身携带的口服良药。也是一种强烈的炸药。诺贝尔发明了引爆油的雷管，还在油中加入甲醇并以3∶1的比例与硅藻土混合，从而制成了稳定安全而且爆炸力又非常强烈的黄色固体炸药。诺贝尔的发明，迅速转化为生产力。直接应用于工业。

他一生发明甚多，所获专利255项；他还是建立公司的先驱，在20多个国家建立了90多座工厂或公司；他临终遗言，将约920万美元遗产几乎全部作为诺贝尔奖的基金。

他把两种能力—科学家的洞察力和创造精神与具有崇高理想的国际企业家的远见卓识集于一身。诺贝尔患有严重的心脏病，医生曾建议他服用油，但被他拒绝，16年他终于因心脏病而逝世。诺贝尔当时为什么没有服用油呢？他是否从心里认定油只能做炸药呢？

油能缓解心绞痛的机理困惑了医学家、药理学家100余年。直到20世纪80年代，才由3位药理学家的出色工作所解决。原来油能缓慢释放一氧化氮(NO)，而NO能使血管扩张，是一种传递神经信息的“信使分子”。1992年，NO被Science评为年度明星分子。这更掀起有关NO的生物化学、生理学和病理学研究的热潮。研究表明，NO是广泛存在于各类细胞中独特的信息因子和效应因子，参与机体心血管系统、神经系统、免疫系统等多方面生理和病理的活动。根据这一原理，美国Pfizer(辉瑞)制药公司研制出新药“伟哥(Viagra)”。伟哥也是明星分子。1998年，三位科学家因发现NO在心血管系统中的重要作用获得诺贝尔生理学和医学奖。

C60是一颗璀璨的明星分子。1985年化学家进行石墨激光蒸发实验，合成出C60、C70等分子。碳是人们最熟悉的元素之一，20世纪80年代居然又能发现碳家族中除金刚石、石墨之外的第三种晶体形态。这不能不使人感到意外。而且这些分子异常稳定，说明了它们都具有封闭的笼状结构。C60、C70等分子具有怎么样的笼状结构呢？美国著名建筑专家富勒(Fuller)设计的穹形圆顶，使化学家们深受启发，此穹形圆顶由五边形和六边形构成。实验证明了化学家提出的结构假设：是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。

有趣的是，C60的分子结构酷似足球，因此C60有了足球烯的雅号。数学欧拉定理证明：C60、C70……C240等富勒(Fuller)分子，均可通过12个五边形和若干个六边形的连接而形成封闭的多面体结构的球形碳分子，并称它们为富勒烯，富勒烯的大小处于纳米量级，具有极广阔的潜在应用价值，例如C60可用于合成超导体、碳纳米材料，它在中等压力的耐压程度远超过金刚石，可做成“超钻石钻”，由C60合成的C60F60耐高温，是超级固体润滑剂，被人称为“分子滚珠”。1996年，三位科学家由于发现C60而荣获诺贝尔化学奖。

继C60的发现之后，科学家们又合成出多种形式的碳单质，例如碳纳米管、碳纳米颗粒、“巴基洋葱头”等。碳纳米管是冉冉升起的明星分子，它是一种纳米尺度的、具有完整分子结构的新型碳纳米材料，是由石墨的一层碳原子卷曲而成的无缝、中空的管体。由于碳纳米管非常轻，可弯曲，强度好，弹性强，科学家们甚至设想将来用它做成攀登月球的“太空天梯”；由于碳纳米管具有优良的贮氢性能，能解决室温下、低气压、高容量的储氢难题，氢燃料汽车不再是梦想；

由于碳纳米管可用于制造电脑芯片中的晶体管，可望在未来几十年内大大提升计算机系统的计算能力；前不久我国一个研究小组首次利用碳纳米管研制出新一代显示器样品，具有特别好的性能，碳纳米管电视拥有极广阔的潜在市场……21世纪的化学不会满足于合成新分子，而要把分子扩展组装成分子材料、分子器件、分子机器人等。以富勒烯和碳纳米管为代表的纳米材料，必定会在未来的社会发展中大放异彩。明天的明星分子将会进一步提高人类生活质量，促进社会发展。

1．人类使用材料的增多和变化，标志着人类文明的进步，下列材料的制备与化学变化无关的是(　　)

A．铁器　　　　　    B．石器

C．青铜器      D．合成材料

【解析】　铁器、青铜器、合成材料等的制备过程都有化学变化。

【答案】　B

2．1803年提出原子学说，为近代化学的发展奠定了坚实基础的科学家是(　　)

A．英国化学家、物理学家——波义耳

B．法国化学家——拉瓦锡

C．英国化学家、物理学家——道尔顿

D．科学家——门捷列夫

【解析】　波义耳提出元素的概念；拉瓦锡建立氧化学说；门捷列夫发现元素周期律。

【答案】　C

3．下列各项中不属于化学科学研究内容的是(　　)

A．寻找性能良好的新材料

B．治理环境污染

C．开发新能源

D．研究质子、中子的结构

【解析】　A、B、C三项中都涉及到化学变化。D项中质子、中子的结构属于核物理。

【答案】　D

4．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的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．就地焚烧成草木灰作植物的钾肥

C．应用化学科学的有关原理和方法制成甲烷作燃料

D．应用化学科学的有关原理和方法制成优质的牲畜饲料

【解析】　在农田大量焚烧植物的秸秆，主要危害有污染空气、引发火灾、烘烤植物和浪费资源等。与此相比，生产的钾肥的量是微不足道的。

【答案】　B

5．(2012·福建六校联考)下列化学用语书写正确的是

(　　)

A．碳酸氢钙CaHCO3  

B．钡离子Ba＋2

C．氦气He2  

D．硫酸铝Al2(SO4)3

【解析】　碳酸氢钙Ca(HCO3)2，钡离子Ba2＋，氦气He。

【答案】　D

6．在下列变化过程中，只发生物理变化的是(　　)

A．荔枝酿酒

B．酸雨侵蚀建筑物

C．空气液化制取氮气

D．生石灰遇水成为熟石灰

【解析】　物理变化主要与物质的三态变化等有关，实质是无新物质产生，而化学变化的实质是有新物质生成。荔枝酿酒是由糖变为醇，酸雨侵蚀建筑物是H2SO3和H2SO4与建筑物中的金属等发生反应，生石灰遇水生成熟石灰有新物质产生，因此A、B、D三项中均发生了化学变化。

【答案】　C

7．化学变化中一定发生改变的是(　　)

A．原子种类      B．分子数目

C．质量      D．分子种类

【解析】　化学变化是生成新分子的变化，故分子的种类一定发生改变。

【答案】　D

8．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：

(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变化。

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

___________________________________________________

___________________。

【解析】　化合物中元素化合价的代数和为0，钾和氧的化合价分别为＋1和－2，故碘的化合价为＋5；活性炭具有强吸附性，能吸收色素使红糖脱色；食醋的主要成分是醋酸，能与大理石的主要成分CaCO3反应；天然气的主要成分是甲烷。

【答案】　(1)＋5　(2)吸附性　物理　(3)醋酸

(4)CH4　CH4＋2O2CO2＋2H2O