1.1 走进化学科学 学案 （含答案）2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第一册

1.1 走进化学科学
【学习目标】
1.认识化学是在原子、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,其特征是认识物质和创造物质;了解化学科学的发展历程及其趋势。
2.宏观辨识与微观探析:能从原子、分子水平分析化学变化的内因,能运用化学符号说明物质的组成及其变化。
3.科学态度与社会责任:能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献,能自觉抵制伪科学。
【自主预习】
一、化学科学的形成和发展
化学科学在不同阶段的发展情况
二、化学科学的主要特征
1.化学科学的含义
化学是一门重要的基础学科,它在　　　　、　　　　水平上研究物质的组成、　　　　、　　　　、转化及其应用。
2.化学科学的主要特征
(1)从　　　　和　　　　两个角度认识物质;
(2)以　　　　　表征物质;
(3)在　　　　　　　创造物质。
3.现代化学科学的研究方法——实验与理论并重
(1)实验技术手段不断升级优化
波谱、色谱、X射线衍射、　　　　　、原子示踪等已成为现代化学研究的重要手段。
(2)理论计算辅以计算机模拟来研究物质的结构、预测物质的反应活性、　　　　　　　等,成为现代化学研究的热点。
4.青蒿素的发现、研究与应用
三、化学科学的探索空间
1.微观领域:化学家可以在微观层面上操纵　　　和　　　,组装分子材料、分子器件和分子机器等。
2.能源和资源领域:有了化学科学,人类在资源和能源的开发、利用方面大显身手,使人们更加科学、合理地开发与利用资源和能源。
3.材料科学领域:化学将推动　　　　　　的发展,使各种新型材料的制造成为可能。
4.环境领域:化学为　　　　的解决提供有力保障。
5.生命科学领域:化学科学将为生命科学的发展做出更大贡献,帮助人们从分子层次上了解生命问题的本质、揭示生命运动的规律;使研究人员在　　　　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。
6.信息科学领域:化学科学将大大提高信息科学的发展水平,指导人们研制功能各异的信息材料(主要是电子材料,如光电子材料),为传感技术、通信技术和计算机技术等的发展提供重要的物质基础。
【参考答案】一、波义耳　化学元素的概念　拉瓦锡　氧化学说　道尔顿　原子论　阿伏加德罗　分子学说　门捷列夫
元素周期律
二、1.原子　分子　结构　性质　2.(1)宏观　微观　(2)符号形式　(3)不同层面上　3.(1)飞秒化学　(2)研究反应的微观过程
三、1.分子　原子　3.材料科学　4.环境问题　5.分子
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)化学研究的主要目的就是认识分子。 (　　)
(2)化学家可以制造出自然界中不存在的物质。 (　　)
(3)化学研究会造成严重的环境污染,不利于人类的生存发展。 (　　)
(4)化学科学与其他科学分支的联系不密切。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
2.教材中叙述“早在远古时代,我们的祖先就知道了如何取火和保存火种”,那么中国古代的四大发明:火药、指南针、造纸术、印刷术,其中属于化学史上的贡献的是哪几项
【答案】指南针和古代印刷术均没有发生化学变化,所以属于化学史上的贡献的是火药和造纸术。
3.很多军事武器中都有化学知识在起作用,化学科学已渗透到军事科学的各个领域。烟幕弹主要利用磷在燃烧时产生大量白烟的原理,其原理用化学方程式如何表示
【答案】4P+5O22P2O5。
4.气象武器可用来对敌占区实施人工降雨,人工降雨利用的化学物质是什么
【答案】干冰。
5.中国传统文化博大精深,而古诗词是古人为我们留下的宝贵精神财富。古诗“爆竹声中一岁除,春风送暖入屠苏”是否包含化学变化
【答案】“爆竹声中一岁除”牵扯火药的爆炸,当然也有新物质生成,包含化学变化。
【合作探究】
任务1：化学科学的形成与发展
情境导入　
我国从古代到当代的三名化学家宋应星、侯德榜、屠呦呦,你能说出他们的故事吗 你了解化学科学的发展过程吗
问题生成
1. 1775年,法国科学家拉瓦锡在对氧气进行研究的过程中发现物质燃烧时增加的质量恰好等于氧气减少的质量。拉瓦锡对化学学科最重要的贡献是什么
【答案】拉瓦锡发现了燃烧原理,从实验角度总结并验证了质量守恒定律,使化学进入定量化学(现代化学)时期。
2. 你能说出古代的化学实践活动有哪些吗
【答案】主要有烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类等。
3.物质发生化学变化后,物质组成发生了改变,是否有新元素生成 如何判断一个变化是化学变化还是物理变化
【答案】物质在发生化学变化后,物质的组成发生了改变,也就是说由原物质变成了新物质,构成物质分子的原子重新组合,但没有新元素生成。判断一个变化是化学变化还是物理变化就看是否有新物质生成。
4.“化学的特征是认识原子、分子,制造原子、分子”,这样描述对吗 为什么
　　【答案】不对。化学只能认识原子和分子,通过化学反应能制造分子,不能制造原子。
【核心归纳】
1.物理变化和化学变化的比较
内容 物理变化 化学变化
定义 无新物质生成的变化 生成新物质的变化
本质 特征 宏观:无其他物质生成 微观:构成物质的微粒结构不变,微粒间隔可能改变 宏观:有其他物质生成 微观:构成物质的微粒结构发生变化,变成了其他物质的微粒
外观 特征 状态、形状、大小的变化 常伴随有发光、放热等现象
区别 有无新物质生成
联系 物理变化的过程中一定没有化学变化,但是化学变化的过程中一定会有物理变化
举例 水由气态变成液态的过程 氢气在氧气中燃烧生成水
2.物理性质和化学性质的比较
内容 物理性质 化学性质
概念 物质不需要发生化学反应就能表现出来的性质 物质在化学反应中表现出来的性质
内容 色、味、态、熔点、沸点、硬度、密度、水溶性等 稳定性、酸碱性、氧化性、还原性等
特性 可由感官或物理仪器认知 与化学反应相互依存,不可分离
【微点拨】
正确认识化学科学的含义
(1)化学是人类在认识物质、改造物质、应用物质的长期实践中逐步探索发现而形成的一门科学,其研究重点是在原子、分子水平上认识物质的结构、组成、性质和变化规律,并据此改变或创造物质。
(2)在化学反应中分子发生变化,而原子不变。从宏观和微观角度分析化学反应,不变的是反应物和生成物总质量、元素种类、原子种类和原子数目,但物质的种类和分子的种类一定改变。
【典型例题】
【例1】2020年10月7日诺贝尔化学奖颁给两位女科学家,以表彰她们“开发了一种基因组编辑方法”。下列说法不正确的是(　　)。
A.化学是一门具有创造性的科学,是研究生物学科的基础
B.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自然科学
C.化学注重理论分析、推理,而不需要做化学实验
D.化学家可以在微观层面操纵分子和原子,组装分子材料
【答案】C
【解析】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,不需要做化学实验是错误的,C项错误。
【例2】下列变化不属于化学变化的是(　　)。
A.CuSO4白色粉末吸水变蓝色
B.NH4HCO3受热分解
C.敞口容器中汽油减少
D.铜板表面生锈
【答案】C
【解析】A项,CuSO4吸水生成CuSO4·5H2O,属于化学变化; B项,NH4HCO3受热发生分解反应生成NH3、H2O和CO2,属于化学变化;C项,汽油减少是因为汽油具有挥发性,属于物理变化; D项,铜板生锈是单质铜被氧化的过程,属于化学变化。
任务2：化学科学的主要特征
情境导入　1969年,屠呦呦研究小组发现中药青蒿具有抗疟效果,但用水煎熬青蒿所得提取物无效,青蒿的乙醇提取物药效也不高。后来,受到古代文献《肘后备急方·治寒热诸疟方》中“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之”绞取方法的启发,屠呦呦使用沸点比乙醇更低的乙醚(34.6 ℃)来提取青蒿中的有关物质。经过努力,最终获得抗疟新药“青蒿素”。
问题生成
1.古药方《肘后备急方·治寒热诸疟方》中使用了怎样的药物提取方法
【答案】搅碎、过滤等方法。
2.屠呦呦采用了什么药物提取方法 有什么优点
【答案】屠呦呦采用搅碎、有机溶剂萃取[萃取是利用溶质在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度的不同,使溶质从一种溶剂中转移到另外一种溶剂中的方法]的提取方法。用萃取的方法提取得到的青蒿素纯度更高,原料使用量更少。
3.屠呦呦提取“青蒿素”利用了“青蒿素”的什么性质
【答案】利用了“青蒿素”在低温下易溶于有机溶剂的性质。
4.通过对青蒿素的发现、研究与应用过程的了解,对科学家的科学态度和社会责任产生了哪些新的认识
【答案】通过对青蒿素的发现、研究与应用过程的了解,我们认识到科学家不怕挫折、敬业奉献的精神和优良品质;我们要树立从小事做起、持之以恒、主动迎接挑战的意志品质。
【核心归纳】
1.化学科学的创造性和实用性
(1)化学的特征:认识分子和制造分子。
(2)化学科学的实用性
①农业:合成氨的化工技术,解决了人类面临的饥饿问题。
②医药:新药物的成功研制,治疗疾病。
③信息:以硅及其化合物为原料制出的芯片和光导纤维引领我们进入信息时代。
2.化学科学探究的重要成果
(1)1965年,我国科学家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。
(2)1981年,我国科学家首次人工全合成酵母丙氨酸转移核糖核酸。
(3)2015年,我国科学家屠呦呦因发现青蒿素获得诺贝尔生理学或医学奖。
(4)2021年,中科院科研团队利用二氧化碳人工合成淀粉。
【典型例题】
【例3】下列科研成果中由我国化学家在化学研究中取得的是(　　)。
A.1869年发现元素周期律,把化学元素及其化合物纳入一个统一理论体系
B.新一代抗疟药——青蒿素的合成
C.20世纪现代量子理论化学的建立
D.氨的工业合成方法
【答案】B
【解析】A项,1869年发现元素周期律的是俄国的化学家——门捷列夫;B项,中国药学家屠呦呦发现了抗疟药——青蒿素和双氢青蒿素;C项,20世纪现代量子理论化学的建立是英国人海特勒和伦敦的重要成果;D项,氨的工业合成方法是德国人哈伯的重要成果。
【例4】下列中草药的煎制步骤中,属于过滤操作的是(　　)。
A.冷水浸泡 B.加热煎制 C.箅渣取液 D.灌装保存
　　【答案】C
【解析】A项,冷水浸泡中草药,使草药软化,便于煎制,不是过滤;B项,加热煎制,主要是使草药的成分析出,不是过滤;C项,把药渣去除,保留液体,是过滤的操作;D项,罐装保存,只是把草药转移到容器中保存,不是过滤。
任务3：化学科学的探索空间
情境导入　在日常生活中我们会接触到形形色色的物质,哪些是必须经过化学变化由人工合成的呢 化学科学还有哪些发展前景呢
问题生成
1.现代化学的研究应用了哪些先进的手段
【答案】X射线、原子吸收光谱、紫外和红外光谱、色谱、质谱、核磁共振等现代手段。
2.下列科技成果主要属于化学研究范畴的是(　　)。
A.利用人体皮肤细胞“仿制”胚胎干细胞
B.发现类似地球的太阳系外行星
C.量子通信距离创下新纪录
D.发现由碳水化合物制取氢气的新技术
【答案】D
【典型例题】
【例5】下列说法不正确的是(　　)。
A.早在远古时代,化学就是一门独立的科学
B.功能各异的食品添加剂、各种化妆品、塑料、合成纤维、合成橡胶等证明了化学的创造性和实用性
C.原子论和分子论学说的创立标志着近代化学的诞生
D.化学的特征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
【答案】A
【解析】原子论和分子论的问世,使化学成为一门真正的科学并较快发展,标志着近代化学的诞生。
【例6】从如图某化学反应的微观示意图中,获得的信息错误的是(　　)。
A.参加反应的一种物质的化学式为C2H4
B.该反应的生成物为混合物
C.参加反应的两种物质的分子个数之比为1∶1
D.中碳、氢、氧原子个数之比为2∶6∶1
【答案】B
【解析】由反应的微观示意图可知,该反应是由C2H4和H2O在一定条件下生成C2H5OH,化学方程式为C2H4+H2OC2H5OH。由分子的结构模型可知,每个是由2个碳原子和4个氢原子构成的,所以该物质的化学式为C2H4;由微观示意图可知,反应后只生成一种物质C2H5OH,属于纯净物;由化学方程式C2H4+H2OC2H5OH可知,参加反应的两种物质的分子个数之比为1∶1;由分子的结构模型可知,每个是由2个碳原子、6个氢原子和1个氧原子构成的,即中碳、氢、氧原子个数之比为2∶6∶1。
【随堂检测】
1.化学在人类社会发展中起着重要的作用,展望未来,化学科学具有十分广阔的探索空间。下列研究领域不涉及现代化学的是(　　)。
A.开发新能源
B.合成新物质
C.空间形式和数量关系
D.防治环境污染
【答案】C
【解析】现代化学日益成为一门“中心科学”,和人们的生活息息相关。研究领域涉及微观世界、能源开发、材料研制、环境保护、生命科学等。空间形式和数量关系属于数学科学的研究范畴。
2.下列不能说明化学具有创造性和实用性的是(　　)。
A.化学家哈伯用催化法合成氨后,就能生产硝酸铵
B.科学家们合成碳纳米管,用作分子导线和超小型电子器件
C.俄国科学家门捷列夫发现元素周期律
D.诺贝尔用硝化甘油制成了炸药,并用于工业生产
【答案】C
【解析】合成氨、制硝化甘油炸药和合成碳纳米管都体现了化学的创造性,而元素周期律属于自然界存在的重要规律,和化学的创造性无关。
3.中华民族的发明创造非常丰富。下列有关我国古代工艺,不涉及化学反应的是(　　)。
A.铜的冶炼 B.打磨磁石制指南针 C.粮食酿醋 D.火药的发明与使用
　　【答案】B
【解析】铜的冶炼过程中,铜的化合物变为铜单质,有新物质生成,发生的是化学变化;打磨磁石制指南针的过程中,只是物质形状的改变,没有新物质生成,属于物理变化;粮食酿醋、火药的使用过程中都有新物质生成,发生的都是化学变化。
4.下列变化是物理变化的是　　　　　　　,是化学变化的是　　　　　　。(填序号)
①冰融化成水　②干冰升华　③钢铁生锈　④用石灰抹的墙逐渐硬化　⑤蔗糖投入水中逐渐消失,水变甜　⑥电阻丝通电发热变红　⑦活性炭使品红溶液褪色　⑧久存的白酒变得更加浓香　⑨石油分馏　⑩煤的干馏
【答案】①②⑤⑥⑦⑨　③④⑧⑩
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