鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 走进化学科学导学案

第1章 认识化学科学 第1节 走进化学科学

第1节　走进化学科学

化学科学的形成与发展

化学科学经历了三个过程：

1．古代人类的化学实践活动

火种的获取和保存、烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类和炼丹等。

2．近代化学发展的里程碑

3．现代化学的发展成就

(1)现代化学的重大成就

发现放射性元素，建立现代量子化学理论、创造新分子的合成化学，创立高分子化学、化学热力学与动力学的开创性研究等。

(2)1965年——中国科学家人工合成的结晶牛胰岛素，是首次人工合成的、具有生理活性的蛋白质，标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中迈出了关键的一步。

化学科学的主要特征

1．化学科学的概念

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．化学科学的特征

化学的特征就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。

化学科学的探索空间

展望未来，化学科学具有十分广阔的探索空间：

1．化学家们已能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．化学科学将在资源和能源的开发、利用方面大显身手。

3．化学科学将继续推动材料科学的发展，使各种新型材料的制造成为可能。

4．化学科学将为解决环境问题提供有力保障。

5．化学科学能帮助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。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)化学是科学家研究的内容，与普通百姓的生活没有多大关系。(　　)

(2)化学研究只能认识分子，不能创造分子。(　　)

(3)化学家可以制造出自然界中不存在的物质。(　　)

(4)化学研究只会造成严重的环境污染，最终人类将毁灭在化学物质中。(　　)

(5)1803年英国科学家道尔顿提出了化学元素的概念。(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

解析　(1)化学科学与普通百姓的生活密切相关，涉及到人们的衣、食、住、行等。

(2)化学科学的特征是认识物质，在不同层面上创造物质。

(4)化学科学研究会实现环境污染的科学防治。

(5)道尔顿提出的是原子论。

2．1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了(　　)

A．原子论  B．分子学说

C．氧化学说  D．化学元素概念

答案　B

解析　道尔顿提出原子论，拉瓦锡提出氧化学说，波义耳提出化学元素概念。

3．青霉素、青蒿素的发现属于(　　)

A．环境问题  B．能源问题

C．健康问题  D．材料问题

答案　C

解析　青霉素、青蒿素的发现为人类的健康作出巨大贡献。

探究一　化学科学的形成与发展

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。

1．化学科学的形成和发展

2．化学科学的实用性

1．化学成为一门科学并较快发展，始于(　　)

A．舍勒发现氧气

B．质量守恒定律的发现

C．原子论和分子学说的问世

D．中国湿法冶金技术的推广

答案　C

解析　化学成为一门科学并较快发展，始于原子论和分子学说的建立。

2．近代化学取得了革命性进展的标志是(　　)

A．1869年俄国科学家门捷列夫元素周期律的发现

B．1803年英国科学家道尔顿原子论的建立

C．1777年法国科学家拉瓦锡氧化学说的建立

D．1661年英国科学家波义耳提出了化学元素的概念

答案　C

解析　1777年法国科学家拉瓦锡建立氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展。

探究二　化学科学的主要特征

2015年10月，我国药学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖。颁奖词中写道，“屠呦呦发现了青蒿素，这种药品有效降低了疟疾患者的死亡率，……对全球的影响及其对人类福祉的改善是无可估量的”。

青蒿素的相关研究经历了怎样的过程？这对于你了解化学科学的研究内容有哪些启示？这些研究内容之间有什么关系，用到了哪些基本的研究方法？

提示：①青蒿素的研究经历了提纯、临床实验、分子结构的测定和人工合成等过程。

②化学是从原子、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科学。

③研究的方法是：通过化学实践活动发现某物质中的某些成分用途大，所以使用化学方法对该成分进行分离、提纯，提纯后再用化学方法进行组成、结构的测定，最后分析结构进行该物质的合成和转化。

1．正确认识化学科学的特征

(1)化学反应的本质是原子的重新组合。

(2)化学反应前后元素的种类不变，原子的种类和数目不变，而分子种类发生变化。

(3)创造新物质是指创造新分子，而不是指创造新原子或新元素。

2．利用化学反应不仅可以制造出自然界中存在的物质，还能制造出自然界中不存在的物质；因此化学是一门具有实用性和创造性的科学。

原子的裂变、聚变不是化学变化；结晶水合物的形成和失水是化学变化。

3．化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的基础自然科学。下列变化不属于化学变化的是(　　)

A．氢气、硫黄在氧气中燃烧

B．碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]呈现美丽的绿色，将其加热变为黑色

C．日本广岛原子弹的爆炸

D．钢铁生锈

答案　C

解析　A项中发生了化学反应，生成了新物质H2O、SO2，属于化学变化；B项中发生了分解反应，Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑，过程中有新物质生成，属于化学变化；C项中原子弹的爆炸，属于核反应，不属于化学变化的范畴；D项发生了化学反应，有新物质(铁锈)生成，属于化学变化。

4．以下事实与化学科学的创造性无关的是(　　)

A．国家游泳馆水立方采用的覆盖膜为先进的EFET膜，具有防火、抗老化等功能

B．航天英雄翟志刚穿着我国自行设计的航天服漫步太空

C．北斗导航系统可为用户提供定位、导航和授时服务

D．科学家研制新型药物抗击H1N1流感病毒

答案　C

解析　化学科学的创造性体现在发现新物质和创造新物质方面，EFET膜、航天服所用材料以及新型药物均属于化学科学的创造性发明。

探究三　化学科学的探索空间

请谈谈化学与社会、生活、环境等的联系。

提示：人们的生活离不开化学——生活处处是化学。如在吃的食品方面，化学显得格外重要。例如：用纯碱发面制的馒头松软可口；饮用酒、食醋是用富含淀粉的粮食酿造而成的；酱油是用富含蛋白质的大豆等酿造而成的；菠菜、洋葱、竹笋等不要和豆腐混合食用——会产生草酸钙形成结石；炒菜用含碘盐时，加入盐后不要再用高温长时间炒等。

现代化学作为一门“中心科学”，正以崭新的姿态与国计民生的各个领域——资源、能源的合理开发、科学应用；新型功能材料的研制；环境问题的科学防治；人类疾病病理的了解，新药物的研制等保持密切的联系，使人类生活更加幸福。

5．下列有关化学科学的探索空间的说法中，不正确的是(　　)

A．开发新能源、合成新物质

B．在分子水平上了解疾病的病理

C．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

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

答案　C

解析　化学科学将在能源与资源的合理开发、安全应用方面大显身手，化学科学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，A正确；化学科学可以让研究人员在分子水平上了解疾病的病理，寻求有效的防治措施，促进人类的身心健康，B正确；原子是化学变化中的最小微粒，在化学变化中原子不能再分，只能重新组合形成新的分子，所以通过化学变化不能制造出新的原子，C错误；化学家们已组装出了分子齿轮和分子马达，说明可以在微观层面上操纵分子和原子，D正确。

6．化学在人类社会发展中起着重要作用，展望未来，化学科学具有十分广阔的探索空间。请你分析下列四个选项，现代化学不涉及的研究领域是(　　)

A．开发新的能源  B．合成新的物质

C．空间形式和数量关系  D．防治环境污染

答案　C

解析　现代化学和人们的生活息息相关，涉及资源开发、材料研制、环境保护、生命科学等诸多方面。而空间形式和数量关系不属于化学研究的范畴。

1．与近代化学科学的诞生无关的是(　　)

A．化学元素的概念

B．英国化学家、物理学家波义耳

C．著名物理学家爱因斯坦

D．古代的化学实践活动

答案　C

解析　英国科学家波义耳在前人工作的基础上提出化学元素的概念，标志着近代化学的诞生。爱因斯坦出生时，近代化学已诞生两个世纪。

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

答案　C

解析　化学在分子水平上了解疾病的病理，寻求有效的防治措施，促进人类的身心健康，故C不正确。

3．下列变化不属于化学科学研究范畴的是(　　)

A．电解水生成氢气和氧气

B．合成有机高分子材料

C．核裂变

D．生产合成纤维和合成橡胶

答案　C

解析　在化学变化过程中，元素的种类，原子的种类、数目不发生变化，原子之间重新组合生成新物质，所以A、B、D正确；而C项中核裂变是核反应，不属于化学变化，因而不属于化学科学研究的范畴。

4．青蒿素从发现到应用过程中，下列顺序正确的是(　　)

①合成与修饰　②确定组成　③提取有效成分　④测定结构　⑤获得晶体　⑥广泛应用

A．③①②④⑤⑥  B．②③④①⑤⑥

C．③⑤②④①⑥  D．⑤②④③①⑥

答案　C

5．当前人类所面临的挑战有健康问题、能源问题、粮食问题、环境问题等，化学家们希望从化学的角度，通过化学方法解决这些问题，为人类的发展与进步作出更大的贡献。化学界所研究的课题很多，其中有：

①合成高效缓释化肥

②研制开发新型药品

③寻找高效催化剂用太阳能分解水，得到H2作燃料

④寻找废塑料、废橡胶等化工产品再利用的途径

⑤研制人造骨骼、心脏

⑥在无毒无害的条件下进行化学反应

⑦研制开发超导材料

⑧研制高效无磷洗衣粉

请将有助于解决下列问题的课题序号填在相应的横线上。

(1)健康问题________。

(2)环境问题________。

(3)能源问题________。

(4)粮食问题________。

(5)材料问题________。

答案　(1)②⑤　(2)④⑥⑧　(3)③　(4)①　(5)⑦

解析　明确各实际具体措施中的化学因素，分析其化学实质，将社会发展的需求与化学科学的研究方向对应起来。

课时作业

一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．下列科研成果不是由我国发明或创造的是(　　)

A．世界上第一个由人工全合成的、具有生理活性的蛋白质——结晶牛胰岛素

B．黑火药和造纸

C．世界上首次合成的酵母丙氨酸转移核糖核酸

D．元素周期律

答案　D

解析　元素周期律是由俄国科学家门捷列夫发现的。

2．中华民族有着光辉灿烂的发明史，下列发明创造不涉及化学反应的是(　　)

A．用胆矾炼铜  B．用铁矿石炼铁

C．烧结黏土制陶瓷  D．打磨磁石制指南针

答案　D

解析　A项，胆矾的化学式为CuSO4·5H2O，CuSO4·5H2O―→Cu，有新物质生成，涉及化学反应；B项，铁矿石中的铁都是以化合态存在，炼铁时有新物质铁单质生成，发生了化学反应；C项，烧结黏土制陶瓷的过程发生了复杂的化学反应；D项，打磨磁石制指南针，只是改变了物质的外形，没有新物质生成，不涉及化学反应。

3．道尔顿被誉为“近代化学之父”，他为近代化学科学的发展做出的卓越贡献是(　　)

A．提出元素的概念，标志着近代化学的诞生

B．提出氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展

C．提出了原子论，为近代化学的发展奠定了坚实的基础

D．发现了元素周期律，把化学元素及其化合物纳入一个统一的理论体系

答案　C

解析　英国科学家波义耳于1661年提出了化学元素的概念；法国科学家拉瓦锡提出氧化学说；英国科学家道尔顿于1803年提出了原子论；俄国科学家门捷列夫于1869年发现元素周期律。

4．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(　　)

答案　C

解析　A、B、D项均有新物质生成，涉及化学变化。

5．下列说法中错误的是(　　)

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．人们可以利用化学变化制造出新的原子和新的分子

C．制陶、冶金及酿酒等过程中发生了化学变化

D．化学家可以利用化学变化制造出自然界中不存在的物质，制造出“第二自然界”

答案　B

解析　人们可以利用化学变化制造出新的分子，但不能利用化学变化制造新的原子，故B错误。

6．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．通过化学探索可揭示生命运动的规律、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

答案　D

解析　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错误。

7．20世纪以后，化学科学进入了辉煌的现代化学时代。下列不属于现代化学的重大成就的是(　　)

A．放射性元素的发现

B．高分子化学的创立

C．酿酒技术的运用

D．化学热力学和动力学的开创性研究以及化学工业的迅速发展

答案　C

解析　在古代人们就已经学会了酿酒技术，C项不属于现代化学的重大成就。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

8．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

答案　A

解析　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、镁不属于微量元素，微量元素不可能含量丰富；根据能量守恒定律可知，任何汽车都会消耗能源。

9．下列不符合当今化学研究方向的是(　　)

A．发现新物质

B．合成新材料

C．解决在物质组成和相对原子质量测定方面存在的混乱问题

D．研究化学反应中的原子守恒关系

答案　CD

解析　通过化学研究，发现新物质、合成新材料以满足人类生活需求，A、B不符合题意；分子学说已解决了题述问题，C符合题意；化学反应中的原子守恒是早就被证明的理论，不需要再研究，D符合题意。

10．下列有关化学科学的形成与发展的认识及事实不正确的是(　　)

A．化学科学的发展可借助紫外光谱、核磁共振、红外光谱等手段

B．现代化学的发展可带动相关科学的进一步发展

C．屠呦呦因发现青蒿素而获得了诺贝尔奖

D．我国科学家人工全合成的结晶牛胰岛素是世界上首次人工合成的核糖核酸

答案　D

解析　我国科学家人工全合成的结晶牛胰岛素是世界上首次人工合成的、具有生理活性的蛋白质，不是核糖核酸，D错误。

11．下列科技成果不属于化学成就的是(　　)

A．美国科学家约翰等发现“宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”，获得诺贝尔奖

B．我国研制的二十四面体铂纳米晶粒催化剂比传统铂催化剂的催化效率高4倍

C．自然的、人为的各种电磁波干扰和有害的电磁辐射会造成电磁污染

D．美国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

答案　AC

解析　A项是物理学的研究范畴；B项是研制高效催化剂，制备新物质，属于化学成就；C项电磁问题属于物理学科研究范畴；D项为分子组装技术，是化学研究的范畴。

三、非选择题(本题共3小题)

12．(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，查获了一大批盗版光盘，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________科学，它的特征是

______________________________________________________________，同时，它也是一门________科学，在人类的生产和生活中有着重要的作用。

答案　(1)D

(2)创造性　从宏观和微观两个角度认识物质、以符号形式表征物质、在不同层面创造物质　实用性

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。

13．安全生产近年来已成为社会的热点问题，某地天然气井漏事故共夺去了二百多人的生命。气井喷出的气体主要是甲烷，另外还含有大量的硫化氢。硫化氢(H2S)是一种有臭鸡蛋气味、剧毒的无色气体，密度比空气大，能溶于水，其水溶液叫氢硫酸。

(1)据报道，人员伤亡多是因缺乏自救防御常识造成的。下列自救措施合理的是________(填字母)。

A．逃生时应往地势高处逆风跑

B．逃生时应往地势低处顺风跑

C．立即用浸过水或弱碱性溶液的毛巾捂住口鼻

(2)为降低危害程度，人们将喷出的硫化氢点燃，燃烧时生成了两种氧化物，其中一种是最常见的空气污染物，它是________。为减轻该气体对环境的污染，事故处理人员不断向空气中喷洒一种溶液，你认为该溶液可能是一种________(填“酸”或“碱”)性溶液。

(3)违反操作规程或安全设施不完备是引发事故的常见原因。请结合某具体的化学实验，说出避免实验事故应注意的一个问题：

______________________________________________________________。

答案　(1)AC　(2)二氧化硫(或SO2)　碱

(3)一氧化碳还原氧化铜时，先通一会儿一氧化碳再加热(其他合理答案均可)

解析　(1)气井喷出的气体会沿风势流动，且H2S密度比空气大，故逃生时应往地势高处逆风跑。由题意知，硫化氢能溶于水，其水溶液是氢硫酸，显酸性，自救时用浸过水或弱碱性溶液的毛巾捂住口鼻，尽可能减少吸入的气体。

(2)硫化氢气体被点燃，燃烧时生成两种氧化物，其中一种是最常见的空气污染物，即SO2。向空气中喷洒碱性溶液有利于吸收SO2、H2S等气体。

(3)可从可燃性气体的性质来思考。

14．“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(主要成分为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________(填元素名称)，制“药金”的有关反应的化学方程式是

________________________________________________________________________________________________。

(3)试写出一种鉴别“药金”的方法：

________________________________________________________。

答案　(1)原料中不含金元素

(2)Zn、Cu　2Cu2O＋C4Cu＋CO2↑，ZnCO3ZnO＋CO2↑，2ZnO＋C2Zn＋CO2↑

(3)灼烧，表面变黑的为药金(生成CuO)；放入白醋中有气体生成的为药金(Zn与酸反应生成H2)(写一种即可)