化學和現(xiàn)代社會市公開課獲獎課件

1、化學與現(xiàn)代社會主講：化學化工學院 陳建中專家第1頁第1頁課程學習要求：1、以講座形式展開； 2、以作業(yè)和小論文形式自我小結（電子文獻）； 3、以按時交流和完畢數(shù)量及質量考核。聯(lián)系郵箱：724257570來信要求：word文獻學號+姓名（如：010700201毛文泉）第2頁第2頁內容概況： 第一講：化學發(fā)展歷史，從化學歷史角度簡介化學與化學學科； 第二講：化學基本原理，通俗地簡介化學基本知識、概念與術語和化學家關懷化學問題； 第三講：化學與能源，簡介能源原料化學知識和電池材料前沿問題； 第四講：化學與材料，簡介國民經濟和生活中慣用材料基本知識，新材料發(fā)展情況。 第3頁第3頁 第五講：化學與生命。

2、簡介生化基本知識與概念，微量元素對生命奉獻，新藥開發(fā)等基本常識。 第六講：化學與環(huán)境，簡介環(huán)境和環(huán)境保護中一些化學問題、預防和治理辦法； 第七講：化學與生活。簡介食品安全、生活用具與化學之間關系。簡介化學災害預防常識。第4頁第4頁說在課前話 高等學校作為培養(yǎng)人才基地和搖籃，在其建設和發(fā)展中，不但僅是增長人才培養(yǎng)數(shù)量，更主要是提升人才培養(yǎng)整體質量（素質）。 為何要開設常識性選修課？第5頁第5頁國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要要從人力資源大國向人力資源強國邁進；建成一批國際著名、有特色高水平高等學校，若干所大學達到或靠近世界一流大學水平；各類教育都把提升教育質量作為改革發(fā)展關鍵；我國教育整體要上新

3、臺階，基本普及學前教育、普及高中階段教育，高等教育結構要愈加合理，特色愈加鮮明，人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務整體水平全面提升。 第6頁第6頁 * 一個直接原因是我國大學本科教育，在過去相稱長一段時間里實行單一而過窄專業(yè)教育，現(xiàn)已不適應當前各學科互相交叉、互相融合發(fā)展趨勢。（人才培養(yǎng)模式問題？） * 另一個原因是我國中學教學過早文理分科，使得大學生應具備基礎文學素質和自然科學知識素養(yǎng)不全面，相關能力訓練不到位，離大學本科階段教育素質要求尚有距離。（人才選拔評價問題？）第7頁第7頁 高校改革目的：對課程體系進行整體優(yōu)化，實行模塊化課程設置，以適應素質教育改革需要。許多院校在基礎課程體系中，尤其是文

4、管類專業(yè)，設置了自然科學課程模塊，強化了數(shù)學、物理、化學等基礎學科知識教學，從基本知識方面扎實素質基礎。 第8頁第8頁 化學知識是自然科學知識中必不可少知識之一，它對自然界理解和觀測有獨到地方。它涉及范圍無所不包，無處不在。對非化學專業(yè)大學生來說，學習、掌握一定化學知識，理解相關化學觀測事物辦法，并使其從知其然上升到知其因此然，可豐富自己知識寶庫，對生存、發(fā)展、創(chuàng)新、創(chuàng)造有一定借鑒和參考。 第9頁第9頁 化學學科發(fā)展史是一部較好哲學史。向我們提供了許多著名科學家、創(chuàng)造家在科學摸索中曲折和艱苦經歷，尤其是這些科學家科學思想、科學辦法和人格品質，更使我們收益無窮。在眾多著名化學家成功背后，有許多艱

5、苦和危險經歷，也有豐富人生哲理和精神品格。 第10頁第10頁第一講 化學發(fā)展歷史第11頁第11頁一、化學起源1、什么叫化學？（結識化學） 化學是一門在原子、分子層次上研究物質構成、結構、性質及其改變規(guī)律科學。也能夠說，化學是一門試圖理解物質性質和物質發(fā)生反應科學。第12頁第12頁詳細式定義： 化學是研究物質（單質及化合物）構成、結構、性質及其改變規(guī)律科學。 辭海第13頁第13頁哲學式定義： 化學能夠稱為研究物體由于量構成改變而發(fā)生質變科學。 恩格斯 化學是研究原子間化分和化合為基礎物質運動形式，以及這種運動形式與其它運動形式關系一門學科。第14頁第14頁 據人們考證，“化學”一詞最早見于公元2

6、96年古羅馬皇帝戴克里先關于嚴禁制造假金銀通告之中，他把制造假金銀技術，稱為“化學”（Chemeia）。又據考證，英語中Chemistry，法語中Chimie，德語中Chemie（以上均為“化學”），源于歐洲語詞Alchemy。而Alchemy則來自阿拉伯語中“煉金術”一詞alkmya。第15頁第15頁 化學是最古老學科之一，在改進人類生活方面，它也是最有成效學科之一。通過新一代化學家繼續(xù)努力，它將仍是嶄新科學之一。第16頁第16頁2、化學地位 化學是一門實用而創(chuàng)造性中心科學，與人類生產、生活息息相關，從提供食品、穿衣、住房到開發(fā)新能源、研制新材料、保護環(huán)境，再到戰(zhàn)勝疾病、延年益壽等等，無處不

7、在。 化學作為一門結識物質科學，它社會功效是幫助人們更科學利用地球資源，為人類創(chuàng)造一個更美好生存環(huán)境。第17頁第17頁 遠古時代，先民們就知道如何生火取食。在長期生產和生活實踐中，學會了燒制陶瓷、冶煉金屬、釀酒等。3、化學發(fā)展簡史1化學萌芽古代化學第18頁第18頁火利用（化學起源于圣火）用火時代zhong中國“火神”燧人氏第19頁第19頁摩擦生火 是人類對自然界第一個偉大勝利用火時代第20頁第20頁 恩格斯說：火使用不亞于以后人類創(chuàng)造蒸汽機，它使人類從自然界束縛中掙脫出來，第一次征服了自然力，使人類從動物界提升出來。用火時代第21頁第21頁 “火使用不但僅是人和所有動物一目了然區(qū)別?；鹗侨祟惏l(fā)

8、覺第一個如何去使用能源，這種能源不是通過人體內食物和空氣所能轉化，在更新紀早期，人們不用火就制造了精美工具和哺育后代，在更新紀中期，他們會用火在洞口取暖，在更新紀晚期，火使他們成了高效率動物，在該紀最后八千年里，他們發(fā)覺了火更多用途，并且燒掉了前所未有大量燃料，火已成了他們快速掌握大自然、征服大自然、部分地毀壞土地及處理他們生存問題關鍵?！庇没饡r代第22頁第22頁土壤可塑性陶器出現(xiàn)用火經驗+陶器陶器時代第23頁第23頁西安半坡仰韶文化人面魚紋彩陶盆（新石器時代，距今約五、六千年）陶器時代第24頁第24頁古希臘陶罐（公元前570）陶器時代第25頁第25頁西安半坡仰韶文化豎穴式陶窯陶器時代第26頁

9、第26頁陶瓷出現(xiàn)意味著原始化學問題產生！各種礦物和各種砂土化學物質礦物在高溫中改變化學改變實現(xiàn)物質化學改變主要手段高溫技術陶器時代第27頁第27頁窯溫提升白色瓷土采用釉出現(xiàn)瓷器瓷器發(fā)展瓷器時代China第28頁第28頁青釉瓷壺（西漢）黑釉雞頭瓷壺（東晉）瓷器時代第29頁第29頁三彩駱駝（唐代）龍泉窯纏枝牡丹紋瓶 （元代）瓷器時代第30頁第30頁玻璃制造技術： 公元前3400 前25，人們從無意到故意地將天然堿與石英砂混合后焙燒，得到原始粗制玻璃。古埃及新王朝時期玻璃瓶（公元前1567前1085年） 瓷器時代第31頁第31頁北海九龍壁，由七色琉璃磚瓦砌成。 琉璃是一個不透明或半透明低溫色釉，敷于

10、陶制品上經燒制而成。瓷器時代第32頁第32頁早期金屬知識銅刀： 銅 99%， 錫0.10.3%， 鉛0.03%， 銻0.01%， 鎳0.03% 銅錐： 銅 99%， 錫0.1%， 鉛0.03%齊家文化紅銅器（距今約40）青銅器時代第33頁第33頁獸面紋酒器（商代，公元前1611世紀，距今約36）司母戊大鼎（商代晚期）875公斤，是迄今為止最大青銅器。 青銅器時代第34頁第34頁青銅奔馬（東漢晚年）中國旅游標志“越王勾踐”劍（春秋，公元前五世紀） 距今26青銅器時代第35頁第35頁鐵器時代鐵刃銅鉞(隕鐵) （商代） 鐵刃銅削（春秋早期鐵器) 第36頁第36頁古希臘彩陶上描繪冶鐵情況（公元前6世紀

11、）鐵器時代中國古代煉鐵圖第37頁第37頁中國古代煉錫爐鐵器時代第38頁第38頁古埃及煉金圖鐵器時代第39頁第39頁古希臘金杯 （公元前15）古希臘帶金鐵盔甲（公元前336年）鐵器時代第40頁第40頁 金縷玉衣 （西漢劉勝墓）西漢騎士獵鹿鎏金浮雕 鐵器時代第41頁第41頁釀造技術：從出土大量陶器、瓷器和青銅器中，發(fā)覺有許多盛酒器和煮酒器等酒具，表明我國從原始氏族社會末期（距今大約40前）就有釀酒技術。并隨社會生產力發(fā)展，人們利用發(fā)酵原理，在釀酒同時，還釀造出醋、醬油等。其它古代化學技術第42頁第42頁西漢墓出土彩帛及彩繡染色技術：中國商代，養(yǎng)蠶業(yè)已相稱發(fā)達，并帶動了紡織品染色技術發(fā)展。染色染料從

12、植物中提取。染色工藝不斷成熟。第43頁第43頁漆器工藝：漆器是中國古代一項主要創(chuàng)造。漆器起源于虞夏時代（距今40），人們發(fā)覺漆樹汁經處理后，涂敷在物體表面，干后會形成漆膜，有保護作用。以后還創(chuàng)造了桐油與漆合用技術，增強了漆光亮。同時尚有用礦物顏料作成油彩在漆器上繪飾花紋。西漢墓出土漆器第44頁第44頁我國古代化學成就： 我國是世界四大文明古國之一，在化學發(fā)展史上有過極其輝煌業(yè)績。冶金、陶瓷、釀造、造紙、火藥等都是在世界上創(chuàng)造和應用得比較早國家。如商代司母戊鼎是當前已知最大古青銅器。1972年在河北出土商代鐵刃青銅鉞是我國當前發(fā)覺最早鐵器。我國古代一些書籍中很早就相關于化學記載。著名醫(yī)藥學家李時

13、珍巨著本草綱目(公元1596年)中，還記載了許多相關化學鑒定試驗辦法。第45頁第45頁中國古代物質觀： 五行說：金、木、水、火、土是構成萬物五種基本物質資料。（后被認為宇宙構成五種基本元素）。元素之間關系：木生火，火生土，土生金，金生水，水生木以及水滅火，火勝金等。第46頁第46頁古希臘物質觀1、泰勒斯(Thalesof Miletus，公元前624-547) 水是萬物之源2、阿那克西米尼(Anaximenes，公元前610-546) 空氣是萬物之源3、赫拉克利特(Heracleitus，公元前540-475)火是一切事物初始元素第47頁第47頁陰陽學說：從大量既互相對立又互相關聯(lián)自然現(xiàn)象和社

14、會現(xiàn)象中，如：男女、濕干、冷熱、軟硬等等，抽象出陰和陽兩個基本概念，闡明世界上充斥矛盾。宇宙萬物皆有陰陽對立統(tǒng)一兩個方面，這個性質支配著千變萬化物質世界。第48頁第48頁亞里斯多德四元素說第49頁第49頁 古代化學技術只停留在煉金術層面上。煉金術是起源于12世紀歐洲一個名字，在我國古代又叫作煉丹術。其實煉金術自一開始并不是為了黃金，而是為了長生不老而煉。盡管術士們并沒有制造出什么靈丹妙藥，但是在客觀上，他們行為卻為近代藥學、化學發(fā)展起到了啟蒙作用。 第50頁第50頁 即使煉金術是煉不出黃金來，但卻發(fā)覺了許多物質性質和物質改變。比如“丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂”，即指加熱紅色硫化汞（丹砂），

15、分解出汞，而汞加硫黃又能生成黑色硫化汞，再變?yōu)榧t色硫化汞。描述了化學反應可逆性。又如“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅”，就描述了鐵置換出銅反應等等。 第51頁第51頁2化學形成與發(fā)展 從17世紀中葉到19世紀末，在電子、X 射線和放射性被發(fā)現(xiàn)以前，是化學作為獨立學科形成和發(fā)展時期，稱為近代化學時期。近代化學前期經歷了幾種階段： 元素說 燃素說 氧化說 第52頁第52頁英國化學家波義耳R.Boyle (16271691)“元素”第一個化學概念提出： 元素是擬定、實在、可觀測到實物，它們應當是用普通化學辦法不能再分為更簡樸一些實物。元素學說第53頁第53頁 波義耳元素概念與古代元素說有本質區(qū)別，它不是水、

16、木、金、火、土等復雜物質或現(xiàn)象，更不是冷、熱、干、濕等性質，而是那些原始、簡樸或是絲毫沒有混雜物質。是在微粒說基礎上提出含有科學性質元素概念。 波義耳強調：利用試驗辦法和對自然科學觀測辦法形成科學思維基礎，不能依托主觀臆測?；瘜W辦法應當用試驗辦法而不是抽象空談來建立自己理論。第54頁第54頁 大量氣體特性試驗總結氣體定律 波義耳定律波義耳第一臺抽氣機波義耳使用減壓蒸餾器第55頁第55頁恩格斯說： “波義耳把化學確立為科學”第56頁第56頁 但波義耳在取得一系列結果同時，卻把火誤認為是由稱為“火素”極細小微粒構成。由于在加熱銅、鐵、錫、鉛等金屬試驗中發(fā)覺有增重現(xiàn)象。第57頁第57頁燃素學說 17

17、世紀下中葉，冶金、煉焦、燒石灰等工藝有了很大發(fā)展，這些工藝無一不是與燃燒反應密切相關。這引起人們對燃燒本質思考。 斯塔爾思想是把“油土”演進為“燃素”。他認為：一切可燃物均含有一個看不見“燃素”?？扇嘉锸侨妓嘏c灰渣按一定百分比構成化合物。燃燒時燃素離開物體，留下灰燼。燃素是一切化學改變主線。 德國醫(yī)藥化學家斯塔爾(G.E.Stahl)第58頁第58頁 “木頭為何能夠燃燒，石頭為何不能燃燒？”對于這個問題，斯塔爾這樣回答：“木頭之因此能夠燃燒，是由于在木頭里含有一個尤其要素；石頭之因此不能燃燒，是在于它不含有這種尤其要素。不光是木頭如此，煤、木炭、蠟燭、油、磷、硫磺簡而言之，一切可燃物質都含有這

18、種尤其要素。所有可燃物質，都是一個燃素化合物，其中成份之一便是燃素當一個東西燃燒時候，其中燃素便分離出來，并且所有燃燒現(xiàn)象熱、光、火焰都是由于燃素逸出，而發(fā)生猛烈現(xiàn)象。第59頁第59頁 比如，人為何要呼吸？這是過去人們始終想不通“為何”。然而，燃素學說解釋道：“呼吸，事實上就是人在不斷地排出燃素過程。從肺里不斷吐出來氣體里，便含有許多燃素。由于呼吸是一個排出燃素過程，如同木頭燃燒時，散發(fā)出燃素，因此能產生熱，人體熱量便是從這兒來?！钡?0頁第60頁 貝歇爾提出：氣、水、土等都是元素。土質分為： 固定土、油性土和流質土； 物體燃燒時，油土逸出，剩余固定土或流質土。德國化學家貝歇爾（J.J.Bec

19、her）第61頁第61頁主要氣體發(fā)覺英國化學家布拉克(J.Black) 英國化學家布拉克首先發(fā)覺“固定空氣”，這種氣體不助燃，使動物窒息，并與“燃素”無關。但布拉克本人沒有搜集到這種氣體。第62頁第62頁英國化學家凱文第旭(H.Cavendish) 凱文第旭發(fā)覺了“來自金屬”易燃空氣（即氫氣），一度被認為是“燃素” 。但他誤認氫氣來自于金屬而不來自于酸，還誤認為氫氣是燃素與水化合物。第63頁第63頁凱文第旭用于研究空氣性質試驗裝置第64頁第64頁 最先研究氧氣是瑞典化學家舍勒，他在加熱硝石時得到一個氣體，能助燃，稱為“火空氣”。瑞典化學家舍勒(C.W.Scheele)加熱硝石試驗裝置第65頁第

20、65頁英國化學家普里斯特利(J.Priestley) 英國化學家普里斯特利，也獨立發(fā)覺氧氣。他還發(fā)覺了氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、氯化氫和氨氣等各種氣體。被譽為氣體化學之父。第66頁第66頁普里斯特利采用水上 搜集法搜集氧氣 普里斯特利利用1英尺聚光鏡加熱氧化汞而制得氧氣第67頁第67頁 普利斯特利很喜歡給朋友表演化學魔術“氫氣和空氣中氧氣混合以后，點火，會燃燒起來，發(fā)出巨響”。他表演完“拿手好戲”，在收拾瓶子時，注意到瓶壁上有水珠。奇怪，變“魔術”時瓶子是干潔凈凈，那瓶壁上水珠是從哪兒冒出來呢？普利斯特列仔細揩干瓶子，重做試驗。咦，瓶壁上依舊有水珠。即使他揭開了水秘密，然而，他是在變了好多好

21、多次“魔術”之后，才注意到瓶壁上水珠。第68頁第68頁 但是普里斯特利堅持“燃素說”觀點，把氧氣叫做“無燃素空氣”。沒能揭示出燃燒過程本質?！罢胬砼龅奖羌舛鴧s沒有發(fā)覺”。第69頁第69頁氧化學說建立 燃燒過程本質，通過一百多年爭論，終于被法國化學家拉瓦錫揭開。法國化學家拉瓦錫（A.L.Lavoisier）第70頁第70頁 拉瓦錫通過大量燃燒試驗，綜合歸納和分析，提出了燃燒概論匯報，建立了燃燒作用氧化學說，要點下列：1）燃燒時放出光和熱。2）物質只在氧存在時才燃燒。3）空氣是由兩種成份構成（助燃和不助燃）。4）一切可燃物質燃燒后通常變?yōu)樗幔跏撬岜驹?，一切酸中含有氧元素；而金屬煅燒后變?yōu)殪鸦遥?/p>

22、金屬氧化物。第71頁第71頁 氧化學說建立，打破了“燃素” 神秘，結束了“燃素說”歷史。使化學學科割斷了與古代煉金術所保留聯(lián)系。推翻了“燃素說”百年來對化學束縛，澄清了元素觀念混亂，奠定了化學元素科學概念。第72頁第72頁道爾頓原子學說英國化學家道爾頓J. Dalton 19世紀初英國化學家道爾頓在古代原子論基礎上提出了近代化學原子論。幾乎統(tǒng)一解釋了當初所有化學現(xiàn)象和經驗定律。第73頁第73頁 道爾頓原子論對增進化學和哲學發(fā)展，起了主要作用： 1）從化學上看，它把元素和原子兩個基本概念聯(lián)系在一起，使化學元素含有了同一類原子總稱前所未有明確概念。 2）從哲學上看，它把古代哲學思辯原子論思想賦予了

23、可檢查詳細屬性內容，得到了科學試驗證實，從而復活了來長期遭受宗教勢力壓制古希臘原子論，增進了唯物主義哲學發(fā)展。另外，它從原子量上差別找到了元素質差別本源，已經是不自覺地利用了量質互變辨證法規(guī)律。第74頁第74頁意大利物理學家化學家阿佛加得羅A. Avogadro 意大利物理學家、化學家阿佛加得羅依據氣體反應體積簡比關系定律，大膽提出了原子復合體分子存在假說。開創(chuàng)了分子論先河。分子論第75頁第75頁 分子論建立，闡明了原子和分子間聯(lián)系與差別，結識到原子在化學反應中基本保持不變，只是分子拆開、破壞、改變，即化學反應實質主要是分子“質”改變。使人們在結識物質層次和化學反應深度上有了新奔騰。第76頁第

24、76頁新元素發(fā)覺 英國化學家戴維等人通過電解，制得了活潑金屬鉀、鈉、鎂、鋇等。繼后，人們用金屬鉀、鈉等作為強還原劑，又得到一些元素單質，如：硼、硅、鋁等。英國化學家戴維H.Davy第77頁第77頁 他們用光譜檢查法發(fā)覺了一系列稀散金屬，如：銣、銫、鉈、銦等德國物理學家基爾霍夫G.R.Kirchhoff德國化學家本生W.Bunsen第78頁第78頁 法國化學家莫瓦桑在試驗中，因中毒而中斷四次試驗但仍堅持不懈，終于在1886年發(fā)覺氟氣。從1768年發(fā)覺氫氟酸到1886年得到單質氟，歷時1。第79頁第79頁 俄國化學家門捷列夫與德國化學家邁爾通過各自研究，都在1869年同時發(fā)覺化學元素周期律。第80

25、頁第80頁門捷列夫第一個周期表第81頁第81頁第82頁第82頁第83頁第83頁第84頁第84頁第85頁第85頁英國物理學家瑞利用兩種不同方法制得氮氣英國化學家萊姆塞發(fā)覺惰性氣體一族發(fā)覺惰氣第86頁第86頁原子價和碳鏈概念以及分子中原子互相影響學說，構成了典型結構理論典型結構理論第87頁第87頁苯結構 德國化學家凱庫勒：我做了一個夢，夢見我?guī)追N月來設想過種種苯分子結構式，在我眼前跳舞。忽然，其中有一個分子結構式變成了一條蛇，這蛇首尾相銜，變成一個環(huán)。第88頁第88頁年代大事紀要約50萬年前“北京猿人”已會用火公元前86千年中國(新石器時代)開始制陶器約公元前2千年中國已會鑄銅公元前四世紀古希臘德

26、謨克利特提出樸素原子論;古希臘亞里斯多德提出“四元素”學說公元前14087年中國創(chuàng)造了造紙術公元前一世紀至公元一世紀中國本草經成書,書中記載動物、植物、礦物、藥物達365種十世紀中國(宋代)把火藥用于制造火藥箭、火球等武器1661年英國波義耳在懷疑派化學家一書中給元素下了科學定義1772年舍勒制得了氫氣1773年舍勒制得了氧氣1777年法國拉瓦錫發(fā)表燃燒概論推翻了燃素說第89頁第89頁年代大事紀要18英國道爾頓提出原子論18意大利阿伏加德羅提出分子假說1860年分子學說得到世界公認1869年俄國門捷列夫提出了他第一個周期表19英國盧瑟福提出原子核模型1934年法國約里奧居里夫婦發(fā)覺人工放射性1942年中國侯德榜創(chuàng)造了聯(lián)合制堿法1965年中國科學家合成出牛胰島素,是初次人工合成蛋白質 1981年我國科學家初次人工合成完