緒論:走進化學科學

板書：

走進化學學科

1、化學是在原子、分子水平上研究物質組成、結構、性質、變化、制備和應用的自熱科學。

2、化學發展歷程

3.學習高中化學的方法

一、化學是什么？

【老師】人類賴以生存的物質世界是及其豐富的，無論是飛禽走獸。奇花異草、高山大川、

溶洞奇觀這些大自然的造化，還是電燈電話、高樓大廈、衛星火箭這些人類智慧的結晶，都

是由具體的物質組成。面對五彩繽紛的物質世界，人們從遠古時代開始就在探究：物質究竟

是什么？物質是怎樣變化？怎樣才能把一些普通的物質轉化為更有價值的物質？人們在對

物質世界的認識越來越深刻，并建立起化學學科?；瘜W現在已經發展成為在原子、分子水

平上研究物質組成、結構、性質、變化、制備和應用的重要自然科學

【PPT】化學的基本定義：“化學是研究物質的組成、結構、性質、變化、制備和應用的科學?！?/p>

【老師】如果換一種簡單的說法，化學就是一門關于變化的科學。

[PPT]化學=變化+科學“化學是一門關于變化的科學”

【老師】大家都知道，化學還是一門以實驗為基礎的學科，因此Chemistry可以這樣解釋。

[PPT]Chemistry=chemistry化學是一門實驗科學

二、我們為什么要學習化學

【老師】我們先來看一個老故事。在古老的唐朝，公園七八百年，長安城的裁縫會給傷口涂

上長有綠毛的槌糊，以幫助傷口愈合。這些綠毛到底是什么東西？

【學生】一種細菌……

【老師】很好，但是古人當時并不了解。直到公園1928年，奉系軍閥張作霖被日本關東軍

炸死，北洋軍閥政府倒臺，張學良東北易幟。而在大洋彼岸，英國細菌學家弗萊明外出度假

時，把實驗室里在培養皿中正生長著細菌給忘了。3周后當他回實驗室時，發現金黃色葡萄

球菌培養皿中長出了一團青綠色霉菌。青霉菌能分泌一種物質殺死細菌，他將這種物質命名

為“青霉素”，但他未能將其提純用于臨床。

后來科學家弗洛里、錢恩用冷凍干燥法提取了青霉素晶體。1943年10月，弗洛里和美

國軍方簽訂了首批青霉素生產合同。青霉素在二戰末期橫空出世，迅速扭轉了盟國的戰局。

戰后，青霉素更得到了廣泛應用，拯救了數以千萬人的生命。因這項偉大發明，1945年，

弗萊明、弗洛里和錢恩因“發現青霉素及其臨床效用”而共同榮獲了諾貝爾生理學或醫學獎。

【老師】雖然他們獲得的不是化學獎，但是這些都離不開化學的知識和方法。因為化學是一

門中心學科。數學、物理、化學是三大基礎科學，而化學和物理是自然科學的軸心，眾多科

學分支的發展都與化學密切相關，如生命、能源、材料、環境等學科都從化學知識寶庫中獲

得創造靈感。不僅如此，化學自創立以來一直以解決實際問題為己任。因此，每一個重要的

化學發現，都有可能成為人類文明發展的里程碑。

［PPT1化學是一門中心學科。放射圖。

【老師】在大學里有這樣一種說法，學數學的人就學數學，學物理的人其實要學兩門，數學

和物理，學化學的人要學生數學物理化學，學生物的人要學四門，數學物理化學和生物。學

習地理的人要學數理化生和地理?；瘜W的地位可見一斑。

【老師】毫不夸張地說，化學是人類文明的基石之一。

如果你想充分地了解大自然，那就學習化學吧！

如果你想挑戰一下自己，那就學化學吧！

如果你想為人類社會的發展貢獻一份力量，那就學習化學吧！

如果你想體驗讓腎上腺素飆高的神奇反應，那就學習化學吧！

［PPT］為什么要學習化學?

化學是我們認識自然的重要途徑……

三、化學科學的形成與發展

【老師】可以說，從我們的祖先知道如何取火和保存火種開始，人類就開始了化學的實踐活

動。我國著名的化學家北京大學教授傅鷹曾經說過一句話：化學交給我們知識，化學史交給

我們智慧。因此我們很有必要了解一下化學發展的歷程.嚴格意義上的化學發展史大體上分

為三個階段：古代化學時代（1世紀-17世紀中期）

近代化學時代（17世紀中期-19世紀末）現代化學時代（19世紀末至今）

［PPT］化學簡史

1.古代化學時代

【老師】人類有兩個古老而永恒的夢想：發財和長壽。似乎西方人更好發財，而東方人偏愛

長壽。我們都知道，中國道士兼職煉丹，中國皇帝愛吃丹藥。西晉時期有一位道士被稱認為

是中國的醫學和化學的開山鼻祖一一葛洪。他認為：只要具備合適的條件和執著的精神，一

些物質經過燒煉就能變成珍貴的仙丹和黃金.葛洪在著作《抱樸子?金丹篇》中說：“凡草

木燒之即燼，而丹砂煉之成水銀，積變又還成丹砂，其去草木亦遠矣，故能令人長生?！?/p>

【PPT】“凡草木燒之即燼，而丹砂煉之成水銀，積變又還成丹砂，其去草木亦遠矣，故能令

人長生。”

【提問】這句話表達了兩個化學方程式，分別是什么？

【老師】這里的丹砂就是硫化汞。

【學生】硫化汞受熱分解成汞和氧氣，汞又會和硫磺化合生成氧化汞。

【副板書】S+Hg==HgSHgS△Hg+S

［老師］化學史家袁翰青曾根據煉丹文獻作出一個不完全的統計，包括無機物和有機物在內，

總共約有六十多種物質，包括各種氧化物、硫化物和鹽，如氧化鉛、硫化汞、硝石（KN5）

等等。由此我們也可以知道，為什么那么多吃仙丹的皇帝和太后死得不明不白了吧？

【學生】重金屬慢性中毒

【老師】其實中國一代名醫李時珍就在《本草綱目》中批判過煉丹術：豈知血肉之軀，水谷

為賴，豈能堪此金石重墜之物久在腸胃乎？這也就是說吃丹藥跟吞金自殺沒什么差別。

【老師】葛洪的妻子鮑姑也很厲害，她用鐵勺盛滿曾青（硫酸銅溶液），幾天后，葛洪拿那

個鐵勺使用，奇妙的現象出現了：鐵勺變成“銅勺”，紅光閃閃。這又怎么回事?。?/p>

【學生】鐵把銅置換出來了

【老師】對！這就是最早的關于濕法冶金的記載。

［副板書］Fe+CuSO4==Cu+FeSO4

【老師】好發財的西方人主攻煉金術?，F代英語chemistry源于煉金術的英文（alchemy）。

煉金就是通過化學方法將一些基本金屬如銅、汞、鉛、鐵轉變為黃金。金被埃及人稱為神的

皮膚，希臘人稱之為太陽的眼淚。16、17世紀時，西方對煉金術的研究非常瘋狂。瑞士有

一位十分具有科學奉獻精神的煉丹師波蘭特，他發現人的尿跟黃金的顏色非常像，他認為一

定能夠從尿液中提取出金子。他花重金儲備了50桶尿，在家里就沒日沒夜的蒸發尿液（不

知道他們家的鄰居怎么忍受得了），再經過干燥等處理方法，得到一種白色的軟軟的東西，

這種東西再空氣中緩慢自燃，遇熱能燃燒，并且一點兒也不熱。他把這種物質叫做“寒冷的

夜光”

【提問】現在我們知道這是什么物質？

【學生】磷！

【老師】我們知道，以煉金術是不可能“點石成金”的，但煉金術士尋找黃金的苦心和毅力，

使得后人獲得許多有用的發明和有益的實驗，間接促使化學走上光明的大道。煉金術士是開

拓化學科學的先驅。美國作家愛默生就這樣評價道：最初化學想把賤金屬變成黃金，雖然它

沒有實現這個目標，卻完成了更偉大的工作。

[PPT]愛默生一一

【老師】波蘭特研究尿變成黃金傾家蕩產，只好以低價將制備磷的技術低價買給別人。后來,

有一個有錢的煉金師了解了磷的性質，發明了火柴，他就是世界上第一位從傳統煉金術破繭

而出的現代化學家一一波義耳。

2.近代化學時代

【老師】波義耳在自己的莊園建造了實驗室，波義耳的劃時代著作《懷疑派化學家》闡述了

一套嚴謹的科學研究方法，認為一切理論必須被實驗證明才可能是確立其“正確性”。書中

否定了統治科學界很久的“四元素說”。（四元素說類似與我們的五行學說，認為世界物質是

有土、氣、水、火四種元素構成），提出了化學元素的概念，他說元素是確定的、實在的、

可觀察到的實物，它們應該是用一般的化學方法不能再分為更簡單的物質的某些實物。波義

耳把化學確定為一門科學，而不是依附與煉金學、藥學而存在的學科。這本書也被認為是化

學學科的第一本書，書中用簡明英文而不是當時學術界流行的拉丁文書寫，并且波義耳在書

中公開了許多化學秘密。化學由此迎來了新的科學時代。（元素:具有一定核電荷數的原子）

【老師】但是在當時，有一種統治了歐洲近一個世紀的學說“燃素說”。

【板書】燃素說。

【老師】什么是燃素說呢？燃素說是化學史上解釋物體燃燒的一種學說，這種觀點認為，燃

燒是一種分解過程，物質燃燒時釋放出燃素。比如說木材燃燒成灰，因此木材是由灰、純木

和燃素構成。

這個燃素說害死人。有兩個厲害的人都被坑了。

卡文迪許，一個被稱為是有學問的人中最有錢的，有錢的人中最有學問的，發現了世界上的

第一種氣體元素。他把鋅粒放入酸中，發現鋅粒上有氣泡產生。他收集了這種氣體，發現竟

然能點燃。于是他就認為這就是燃素，稱之為“易燃空氣”。

另一位叫做普利斯特利，這個就虧大了。他將氧化汞加熱后產生的氣體收集于試管中，插入

帶火星的木條，發現木條復燃。他把這種氣體稱為“脫燃素氣體”。

但是他們兩個都跳不出燃素說的思維。

后來普利斯特里遇到了拉瓦錫，一個法國的征稅官，很有錢，擁有歐洲最好的實驗室。普利

斯特里把所有的實驗現象實驗結果都告訴了拉瓦錫。拉瓦錫對硫、錫和鉛在空氣中燃燒的現

象進行研究。為了確定空氣是否參加反應，他設計了著名的鐘罩實驗。通過這一實驗，可以

測量反應前后氣體體積的變化，得到參與反應的氣體體積。他發現物質燃燒消耗的氣體與對

應化合物分解產生的氣體體積一樣，他大膽地認為物質的燃燒是可燃物與空氣中某種物質結

合的結果。后來了解到普利斯特利和卡文迪許的實驗后，他更加確定燃燒就是物質和空氣中

約占五分之一的氣體反應的結果。他把這種氣體稱為氧氣。他建立的燃燒現象的氧化學說使

近代化學取得了革命性的進展。因此拉瓦錫也被稱為近代化學之父?？上У氖?，1794年，

拉瓦錫作為征稅官在法國大革命中被對他懷恨在心的人陷害被捕，隨后被送到斷頭臺處以死

刑。拉瓦錫死后，著名的數學家拉格朗日惋惜地說：他們只用一瞬間就砍下了這顆腦袋，但

是再過一百年他們恐怕也無法得到同樣杰出的腦袋了。

【老師】道爾頓，出生于英國一個貧困家庭，因為堅持不懈地努力成為了一代化學巨人。他

提出了原子論，其要點：

（1）化學元素由不可分的微粒一原子構成，它在一切化學變化中是不可再分的最小單位。

（2）同種元素的原子性質和質量都相同，不同元素原子的性質和質量各不相同，原子質量

是元素基本特征之一。

（3）不同元素化合時，原子以簡單整數比結合。

道爾頓的原子學說幾乎解釋了當時所有的化學現象和經驗定律。為近代化學發展奠定了堅實

的基礎。

【老師】門捷列夫

19世紀是新元素發現最多的時期。經過二十年對原子量、元素性質等的研究,門捷列夫發現

了元素周期律，繪制了元素周期表。元素周期律的發現，揭示出了化學元素之間存在的自然

聯系，把當時發現的幾乎所有化合物納入到一個大的理論框架之內，使化學進入到系統化的

階段。

【老師】通過總結我們可以發現，近代化學發生了翻天覆地的變化。其中有一個重要的原因

就是13世紀文藝復興時期的思潮為自然科學帶來了一場又一場的革命。但是我們也發現，

在這一時期，中國化學好像缺席了這一重要的革命。原因是多方面的，除了封建社會的制度

限制，還有一個特別的原因。大家回憶看看，中國的煉丹爐一般是什么做的？

【學生】銅、鐵、陶瓷

【老師】對！國外的煉丹術用什么儀器？

【學生】玻璃儀器

【老師】二者有什么差別？造成什么影響？

【學生】玻璃儀器是透明的，而陶瓷是不透明的。通過透明的玻璃可以觀察到反應現象。

【老師】很好。其實，中國高超的金屬冶煉和陶瓷技術從某一方面來說，反倒阻礙了中國化

學的發展。

3.現代化學時代

【老師】19世紀末到二十世紀中葉，隨著物理學的重大變革一一量子力學（量子力學是指

研究微觀粒子如原子、分子、電子等的運動規律的物理學分支）的建立，導致了量子化學的

誕生，從此，化學科學研究從主要依賴宏觀實驗和經驗歸納，轉化為從微觀領域的演繹和推

理來闡釋物質及其變化的本質。

【老師】X射線、放射性、電子的發現叩開了原子的大門，使化學的研究深入到探索原子、

分子和晶體內部結構的新階段。

這一階段的主要代表人物有鮑林，他因為將量子力學應用于化學，闡明了化學鍵的本質，解

釋了一些復雜的分子結構而獲得1954年諾貝爾化學獎。還有研究分子軌道理論的伍德沃德、

霍夫曼、福井謙一和休克爾。

【老師】為什么他們能摒除眾多陳舊觀念將量子力學運用在化學上呢？我想鮑林在頒獎儀式

上所說的話對我們有所幫助：年輕人要不斷發現前輩的錯誤，世界才能日復一日、年復一年

地進步，所以，你們總應懷疑一一，懷疑前人，總應相信一一相信自己，總應獨立一一獨立思

考。

【老師】就拿2013年諾貝爾化學獎來說，2013年諾貝爾化學獎得主通過編出計算機程序

來模擬復雜的化學反應，很大程度上推進了化學研究。今天，計算機程序可以對化學反應

詳細描述并進行復雜預測。萊維特本人希望，從分子層面模擬一整個生物體，實現真正意義

上的“數字生命?！睂Ξ斀窕瘜W家來說，計算機的作用和試管一樣重要。

四、化學，面向未來

【老師】了解了將近兩千年的化學史，我們來預測一下，未來的化學會有怎樣的發展趨勢？

【學生】朝向微觀方面發展

【老師】對！現在化學家們已經能夠在微觀層面上操縱分子和原子，組裝分子材料、分子期

器件等。

我們看這個材料OLED(有機發光二極管)

OLED顯示技術具有自發光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過

時，這些有機材料就會發光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，質地輕薄，并且能夠節省電

能，從2003年開始這種顯示設備在MP3播放器上得到了應用。

[PPT]有OLED的錄音筆廣告。

【老師】還有我們耳熟能詳的納米材料。到底什么是納米材料？

【學生】很小的材料？

【老師】納米材料是指基本單元的顆?；蚓Я３叽缰辽僭谝痪S上小于100nm(10A-7m)的

并且具有與常規材料截然不同的光、電、熱、化學或力學性能的一類材料體系。比如是石墨

烯，石墨烯是人們發現的第一種由單層原子構成的材料。碳原子之間相互連接成六角網格。

鉛筆里用的石墨就相當于無數層石墨烯疊在一起。石墨烯韌性很強，能抵抗很高的壓力。并

且具有透光不透氣的特性。

【老師】智能材料是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當處理且本身可執行的新型功能材

料。他主要依靠各種傳感器來感知外部刺激，并且能夠自我診斷。自我修復。英國科學家已

開發出了兩種“自愈合”纖維。這兩種纖維能分別感知混凝土中的裂紋和鋼筋的腐蝕，并能

自動粘合混凝土的裂紋或阻止鋼筋的腐蝕。

【老師】現代化學讓研究人員在分子水平上了解疾病病理，定向合成藥物分子，促進人類身

心健康。

【老師】另外，化學還將繼續在能源、資源整合開發安全應用方面大顯身手。早在2006年

IBM公司就退出了一款超級芯片。目前個人電腦處理器的速度為1.8GHz至3.8GHz。而在科

學家們采用了液氨技術將溫度降低至零下26GC攝氏度時，該款處理器的運行速度便能夠達

到500GHz。

【老師】綠色化學其核心是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染；反應

物的原子全部轉化為期望的最終產物。

以后我們會遇到這樣的題目，要你設計方法合成某一化合物，要求這一合成方法符合綠色化

學的要求。