高中化学(新教材)《走进化学科学》导学案+课时作业

第1节走进化学科学
自主学习
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□01保存、□02烧制陶瓷、□03冶炼金属、酿造□04酒类和炼丹等。

2．近代化学发展的里程碑
(1)现代化学的重大成就
发现□15放射性元素，建立现代量子化学理论、创造新分子的□16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——中国科学家人工全合成的□17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□01原子、□02分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其□03应用的一门基础学科。

2．化学科学的特征
化学的特征就是□04从微观层面上认识物质、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□01分子和□02原子，组装分子材料、分子器件和分子□03机器等。

2．化学科学将在□04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□05新型材料的生产成为可能。

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□06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。

课堂探究
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
内容作用
合成氨的化工技术制造氮肥以增产粮食，解决了饥饿对人类的威胁
内容作用
新药物的成功研制解决了许多疾病对人类的威胁
研制和生产功能各异的合成高分子材
料，如塑料、合成纤维、合成橡胶等
使人类的生活更加丰富多彩
制造出以硅及其化合物为原料的芯片和光导纤维使人类进入了信息时代，进一步提高了生活质量
1．我国科技创新成果斐然，下列成果中获得诺贝尔奖的是() A．徐光宪建立稀土串级萃取理论
B．屠呦呦发现抗疟新药青蒿素
C．闵恩泽研发重油裂解催化剂
D．侯德榜联合制碱法
答案 B
解析2015年屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖，以表彰她发现青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物。

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。

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”。

1．对屠呦呦启发很大的古代药方中使用了怎样的方法？这种方法与屠呦呦创造性采用的提取方法有何异同？青蒿素的提取利用了物质的哪些性质？屠呦呦工作的主要创新点表现在哪些方面？
提示：①古代药方中使用了水萃取的方法(但不加热)。

②古代药方中的方法与屠呦呦创造性使用的方法的相同点是都是在不太高的温度下用溶剂把青蒿素从植物体中溶解提取出来。

不同点是所用的溶剂不同，古人用水，而屠呦呦用的是乙醚。

③青蒿素在乙醚中的溶解性比在水中的大。

④屠呦呦的主要创新点是用了沸点较低、青蒿素在其中的溶解性比水大的乙醚。

2．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、应用——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。

3．通过了解青蒿素的发现与应用过程，你对科学家的科学态度和社会责任产生了哪些新的认识？
提示：能根据文献和实际需要提出合理、科学的创新性方案，不迷信，具有严谨求实的科学态度，具有将化学成果应用于生产、生活的意识。

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。

知识拓展
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[Cu 2(OH)2CO 3]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H 2O 、SO 2，属于化学变化；B 项中发生了分解反应，Cu 2(OH)2CO 3=====△
2CuO ＋H 2O ＋CO 2↑，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。

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。

本课小结
课时作业
学习·理解
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．在化学科学研究领域，下列不符合科学性的是()
A．创造新分子B．合成新物质
C．炼制“长生不老”的丹药D．发现或制造新元素
答案 C
解析A、B、D项都是化学科学研究的领域，符合科学性。

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
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 项错误。

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。

应用·实践
8．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．我国科学家人工合成的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合成的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项错误。

9．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
答案 A
解析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。

10．下列说法中正确的是()
A．化学研究能认识分子和创造分子，但不能操纵分子和原子
B．化学不做实验，就什么都不知道
C．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
D．化学科学具有十分广阔的探索空间，包括开发新的能源、合成新的物质、防治环境污染等
答案 D
解析A项中，现在科学家已能在微观层面上操纵分子和原子；B项中，化学是以实验为基础的科学，但是近年来，理论推导及快速计算机的仿真实验和计算已成为研究化学的新手段；C项中，可以通过化学科学制造出对环境无害的化学品和生活用品，并可以利用化学手段减轻环境污染。

11．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
答案 B
解析化学反应前后元素的种类不变，B项错误。

12．化学科学在人类生产和生活中有重要作用。

下列叙述与化学科学的实用性无关的是()
A．20世纪初，化肥的使用使粮食大幅度增产，帮助人类摆脱了饥饿的威胁B．新型药品的成功研制使人类的寿命延长了许多
C．台风登陆给陆地带来了大量降水，有利于植物生长
D．消毒剂的使用对消灭禽流感病毒起到很大作用
答案 C
解析A、B、D项分别为化学科学在高效化肥研制、医药研制、消毒剂制备中的实际应用。

13．下列属于化学科学研究范畴的是()
A．研究氢原子聚变释放巨大能量的技术
B．研究可降解高分子材料的结构与性质
C．研究更安全、更快速的量子通信技术
D．用大口径射电望远镜探寻类似地球的太阳系外行星
答案 B
解析氢原子聚变属于物理科学研究的范畴，A选项不符合题意；物质的结构与性质属于化学科学研究的范畴，B选项符合题意；量子通信技术属于物理科学研究的范畴，C选项不符合题意；探寻类似地球的太阳系外行星属于天文学研究的范畴，D选项不符合题意。

14．2016年10月5日，让-皮埃尔·索瓦日等三位科学家因在“分子机器设计合成”做出贡献而荣获该年度诺贝尔化学奖。

他们利用原子、分子的组合，制作出了最小的分子马达和分子车。

下列相关说法不正确的是()
A．化学家可以在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料
B．化学是一门具有创造性的科学，化学的特征就是认识分子和制造分子C．化学是在原子、分子的水平上研究物质的一门自然科学
D．化学注重理论分析、推理，不需要做化学实验
答案 D
解析科学的发展非常迅速，化学家可以在微观层面上操纵分子和原子，从而用分子或原子来组装分子材料、分子器件和分子机器，A正确；化学研究的主要目的是认识物质的组成、结构(包括原子、分子、离子等微粒)、性质以及变化规律，可以利用先进的技术和设备制造出新的分子，B正确；化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律、用途、制法等方面的一门自然科学，C正确；化学是一门以实验为基础的科学，进行化学实验、观察实验现象、通过分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一，不需要做实验是错误的，D错误。

15．随着社会的发展，人们日益重视环境问题，下列做法或说法不正确的是
()
A．对垃圾进行无害化、资源化处理
B．将煤气化或液化，获得清洁燃料
C．PM2.5是指大气中直径接近于2.5 nm的颗粒物，也称细颗粒物
D．推广使用无磷洗衣粉和无氟冰箱
答案 C
解析垃圾是放错了位置的资源，将其回收再利用既保护环境，又节约资源；将煤气化或者液化，可以除去硫元素，减轻对环境的污染；PM2.5是指悬浮在空气中的直径小于或等于2.5×10－6 m(即2.5 μm)的颗粒物；含磷洗衣粉会污染水资源，含氟化合物会破坏臭氧层，因此推广使用无磷洗衣粉和无氟冰箱可以保护环境。

迁移·创新
16．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转变成氧气和能源——糖类(可燃烧)：
6CO 2＋6H 2O ――→太阳能叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2
(1)如上述构想成立，试写出有关反应的化学方程式。

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(2)实现构想的关键问题是什么？
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答案 (1)CO 2――→太阳能2CO ＋O 2
2H 2O ――→太阳能2H 2＋O 2
CO 2＋2H 2O ――→太阳能CH 4＋2O 2
2CO 2＋4H 2O ――→太阳能2CH 3OH ＋3O 2
2N 2＋6H 2O ――→太阳能4NH 3＋3O 2
(2)问题的关键是如何使燃烧产物吸收太阳能，故需要研制新型高效吸收太阳能的材料(如人工叶绿素)
解析 图中箭头所示的循环过程，太阳能最终转变成热能。

目前开发利用太阳能的关键是解决光能的吸收问题，故“人工叶绿素”就成为当前能源科学家研究开发的热点。

由题给化学方程式可知，该反应为葡萄糖燃烧反应的逆向过程，按照这一思路，可写出化学方程式。