高中化学绪论

绪论:走进化学科学

板书：

走进化学学科

1、化学是在原子、分子水平上研究物质组成、结构、性质、变化、制备和应用的自热科学。

2、化学发展历程

3.学习高中化学的方法

一、化学是什么？

【老师】人类赖以生存的物质世界是及其丰富的，无论是飞禽走兽。奇花异草、高山大川、

溶洞奇观这些大自然的造化，还是电灯电话、高楼大厦、卫星火箭这些人类智慧的结晶，都

是由具体的物质组成。面对五彩缤纷的物质世界，人们从远古时代开始就在探究：物质究竟

是什么？物质是怎样变化？怎样才能把一些普通的物质转化为更有价值的物质？人们在对

物质世界的认识越来越深刻，并建立起化学学科。化学现在已经发展成为在原子、分子水

平上研究物质组成、结构、性质、变化、制备和应用的重要自然科学

【PPT】化学的基本定义：“化学是研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的科学。”

【老师】如果换一种简单的说法，化学就是一门关于变化的科学。

[PPT]化学=变化+科学“化学是一门关于变化的科学”

【老师】大家都知道，化学还是一门以实验为基础的学科，因此Chemistry可以这样解释。

[PPT]Chemistry=chemistry化学是一门实验科学

二、我们为什么要学习化学

【老师】我们先来看一个老故事。在古老的唐朝，公园七八百年，长安城的裁缝会给伤口涂

上长有绿毛的槌糊，以帮助伤口愈合。这些绿毛到底是什么东西？

【学生】一种细菌……

【老师】很好，但是古人当时并不了解。直到公园1928年，奉系军阀张作霖被日本关东军

炸死，北洋军阀政府倒台，张学良东北易帜。而在大洋彼岸，英国细菌学家弗莱明外出度假

时，把实验室里在培养皿中正生长着细菌给忘了。3周后当他回实验室时，发现金黄色葡萄

球菌培养皿中长出了一团青绿色霉菌。青霉菌能分泌一种物质杀死细菌，他将这种物质命名

为“青霉素”，但他未能将其提纯用于临床。

后来科学家弗洛里、钱恩用冷冻干燥法提取了青霉素晶体。1943年10月，弗洛里和美

国军方签订了首批青霉素生产合同。青霉素在二战末期横空出世，迅速扭转了盟国的战局。

战后，青霉素更得到了广泛应用，拯救了数以千万人的生命。因这项伟大发明，1945年，

弗莱明、弗洛里和钱恩因“发现青霉素及其临床效用”而共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。

【老师】虽然他们获得的不是化学奖，但是这些都离不开化学的知识和方法。因为化学是一

门中心学科。数学、物理、化学是三大基础科学，而化学和物理是自然科学的轴心，众多科

学分支的发展都与化学密切相关，如生命、能源、材料、环境等学科都从化学知识宝库中获

得创造灵感。不仅如此，化学自创立以来一直以解决实际问题为己任。因此，每一个重要的

化学发现，都有可能成为人类文明发展的里程碑。

［PPT1化学是一门中心学科。放射图。

【老师】在大学里有这样一种说法，学数学的人就学数学，学物理的人其实要学两门，数学

和物理，学化学的人要学生数学物理化学，学生物的人要学四门，数学物理化学和生物。学

习地理的人要学数理化生和地理。化学的地位可见一斑。

【老师】毫不夸张地说，化学是人类文明的基石之一。

如果你想充分地了解大自然，那就学习化学吧！

如果你想挑战一下自己，那就学化学吧！

如果你想为人类社会的发展贡献一份力量，那就学习化学吧！

如果你想体验让肾上腺素飙高的神奇反应，那就学习化学吧！

［PPT］为什么要学习化学?

化学是我们认识自然的重要途径……

三、化学科学的形成与发展

【老师】可以说，从我们的祖先知道如何取火和保存火种开始，人类就开始了化学的实践活

动。我国著名的化学家北京大学教授傅鹰曾经说过一句话：化学交给我们知识，化学史交给

我们智慧。因此我们很有必要了解一下化学发展的历程.严格意义上的化学发展史大体上分

为三个阶段：古代化学时代（1世纪-17世纪中期）

近代化学时代（17世纪中期-19世纪末）现代化学时代（19世纪末至今）

［PPT］化学简史

1.古代化学时代

【老师】人类有两个古老而永恒的梦想：发财和长寿。似乎西方人更好发财，而东方人偏爱

长寿。我们都知道，中国道士兼职炼丹，中国皇帝爱吃丹药。西晋时期有一位道士被称认为

是中国的医学和化学的开山鼻祖一一葛洪。他认为：只要具备合适的条件和执着的精神，一

些物质经过烧炼就能变成珍贵的仙丹和黄金.葛洪在著作《抱朴子•金丹篇》中说：“凡草

木烧之即烬，而丹砂炼之成水银，积变又还成丹砂，其去草木亦远矣，故能令人长生。”

【PPT】“凡草木烧之即烬，而丹砂炼之成水银，积变又还成丹砂，其去草木亦远矣，故能令

人长生。”

【提问】这句话表达了两个化学方程式，分别是什么？

【老师】这里的丹砂就是硫化汞。

【学生】硫化汞受热分解成汞和氧气，汞又会和硫磺化合生成氧化汞。

【副板书】S+Hg==HgSHgS△Hg+S

［老师］化学史家袁翰青曾根据炼丹文献作出一个不完全的统计，包括无机物和有机物在内，

总共约有六十多种物质，包括各种氧化物、硫化物和盐，如氧化铅、硫化汞、硝石（KN5）

等等。由此我们也可以知道，为什么那么多吃仙丹的皇帝和太后死得不明不白了吧？

【学生】重金属慢性中毒

【老师】其实中国一代名医李时珍就在《本草纲目》中批判过炼丹术：岂知血肉之躯，水谷

为赖，岂能堪此金石重坠之物久在肠胃乎？这也就是说吃丹药跟吞金自杀没什么差别。

【老师】葛洪的妻子鲍姑也很厉害，她用铁勺盛满曾青（硫酸铜溶液），几天后，葛洪拿那

个铁勺使用，奇妙的现象出现了：铁勺变成“铜勺”，红光闪闪。这又怎么回事啊？

【学生】铁把铜置换出来了

【老师】对！这就是最早的关于湿法冶金的记载。

［副板书］Fe+CuSO4==Cu+FeSO4

【老师】好发财的西方人主攻炼金术。现代英语chemistry源于炼金术的英文（alchemy）。

炼金就是通过化学方法将一些基本金属如铜、汞、铅、铁转变为黄金。金被埃及人称为神的

皮肤，希腊人称之为太阳的眼泪。16、17世纪时，西方对炼金术的研究非常疯狂。瑞士有

一位十分具有科学奉献精神的炼丹师波兰特，他发现人的尿跟黄金的颜色非常像，他认为一

定能够从尿液中提取出金子。他花重金储备了50桶尿，在家里就没日没夜的蒸发尿液（不

知道他们家的邻居怎么忍受得了），再经过干燥等处理方法，得到一种白色的软软的东西，

这种东西再空气中缓慢自燃，遇热能燃烧，并且一点儿也不热。他把这种物质叫做“寒冷的

夜光”

【提问】现在我们知道这是什么物质？

【学生】磷！

【老师】我们知道，以炼金术是不可能“点石成金”的，但炼金术士寻找黄金的苦心和毅力，

使得后人获得许多有用的发明和有益的实验，间接促使化学走上光明的大道。炼金术士是开

拓化学科学的先驱。美国作家爱默生就这样评价道：最初化学想把贱金属变成黄金，虽然它

没有实现这个目标，却完成了更伟大的工作。

[PPT]爱默生一一

【老师】波兰特研究尿变成黄金倾家荡产，只好以低价将制备磷的技术低价买给别人。后来,

有一个有钱的炼金师了解了磷的性质，发明了火柴，他就是世界上第一位从传统炼金术破茧

而出的现代化学家一一波义耳。

2.近代化学时代

【老师】波义耳在自己的庄园建造了实验室，波义耳的划时代著作《怀疑派化学家》阐述了

一套严谨的科学研究方法，认为一切理论必须被实验证明才可能是确立其“正确性”。书中

否定了统治科学界很久的“四元素说”。（四元素说类似与我们的五行学说，认为世界物质是

有土、气、水、火四种元素构成），提出了化学元素的概念，他说元素是确定的、实在的、

可观察到的实物，它们应该是用一般的化学方法不能再分为更简单的物质的某些实物。波义

耳把化学确定为一门科学，而不是依附与炼金学、药学而存在的学科。这本书也被认为是化

学学科的第一本书，书中用简明英文而不是当时学术界流行的拉丁文书写，并且波义耳在书

中公开了许多化学秘密。化学由此迎来了新的科学时代。（元素:具有一定核电荷数的原子）

【老师】但是在当时，有一种统治了欧洲近一个世纪的学说“燃素说”。

【板书】燃素说。

【老师】什么是燃素说呢？燃素说是化学史上解释物体燃烧的一种学说，这种观点认为，燃

烧是一种分解过程，物质燃烧时释放出燃素。比如说木材燃烧成灰，因此木材是由灰、纯木

和燃素构成。

这个燃素说害死人。有两个厉害的人都被坑了。

卡文迪许，一个被称为是有学问的人中最有钱的，有钱的人中最有学问的，发现了世界上的

第一种气体元素。他把锌粒放入酸中，发现锌粒上有气泡产生。他收集了这种气体，发现竟

然能点燃。于是他就认为这就是燃素，称之为“易燃空气”。

另一位叫做普利斯特利，这个就亏大了。他将氧化汞加热后产生的气体收集于试管中，插入

带火星的木条，发现木条复燃。他把这种气体称为“脱燃素气体”。

但是他们两个都跳不出燃素说的思维。

后来普利斯特里遇到了拉瓦锡，一个法国的征税官，很有钱，拥有欧洲最好的实验室。普利

斯特里把所有的实验现象实验结果都告诉了拉瓦锡。拉瓦锡对硫、锡和铅在空气中燃烧的现

象进行研究。为了确定空气是否参加反应，他设计了著名的钟罩实验。通过这一实验，可以

测量反应前后气体体积的变化，得到参与反应的气体体积。他发现物质燃烧消耗的气体与对

应化合物分解产生的气体体积一样，他大胆地认为物质的燃烧是可燃物与空气中某种物质结

合的结果。后来了解到普利斯特利和卡文迪许的实验后，他更加确定燃烧就是物质和空气中

约占五分之一的气体反应的结果。他把这种气体称为氧气。他建立的燃烧现象的氧化学说使

近代化学取得了革命性的进展。因此拉瓦锡也被称为近代化学之父。可惜的是，1794年，

拉瓦锡作为征税官在法国大革命中被对他怀恨在心的人陷害被捕，随后被送到断头台处以死

刑。拉瓦锡死后，著名的数学家拉格朗日惋惜地说：他们只用一瞬间就砍下了这颗脑袋，但

是再过一百年他们恐怕也无法得到同样杰出的脑袋了。

【老师】道尔顿，出生于英国一个贫困家庭，因为坚持不懈地努力成为了一代化学巨人。他

提出了原子论，其要点：

（1）化学元素由不可分的微粒一原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。

（2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量

是元素基本特征之一。

（3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。

道尔顿的原子学说几乎解释了当时所有的化学现象和经验定律。为近代化学发展奠定了坚实

的基础。

【老师】门捷列夫

19世纪是新元素发现最多的时期。经过二十年对原子量、元素性质等的研究,门捷列夫发现

了元素周期律，绘制了元素周期表。元素周期律的发现，揭示出了化学元素之间存在的自然

联系，把当时发现的几乎所有化合物纳入到一个大的理论框架之内，使化学进入到系统化的

阶段。

【老师】通过总结我们可以发现，近代化学发生了翻天覆地的变化。其中有一个重要的原因

就是13世纪文艺复兴时期的思潮为自然科学带来了一场又一场的革命。但是我们也发现，

在这一时期，中国化学好像缺席了这一重要的革命。原因是多方面的，除了封建社会的制度

限制，还有一个特别的原因。大家回忆看看，中国的炼丹炉一般是什么做的？

【学生】铜、铁、陶瓷

【老师】对！国外的炼丹术用什么仪器？

【学生】玻璃仪器

【老师】二者有什么差别？造成什么影响？

【学生】玻璃仪器是透明的，而陶瓷是不透明的。通过透明的玻璃可以观察到反应现象。

【老师】很好。其实，中国高超的金属冶炼和陶瓷技术从某一方面来说，反倒阻碍了中国化

学的发展。

3.现代化学时代

【老师】19世纪末到二十世纪中叶，随着物理学的重大变革一一量子力学（量子力学是指

研究微观粒子如原子、分子、电子等的运动规律的物理学分支）的建立，导致了量子化学的

诞生，从此，化学科学研究从主要依赖宏观实验和经验归纳，转化为从微观领域的演绎和推

理来阐释物质及其变化的本质。

【老师】X射线、放射性、电子的发现叩开了原子的大门，使化学的研究深入到探索原子、

分子和晶体内部结构的新阶段。

这一阶段的主要代表人物有鲍林，他因为将量子力学应用于化学，阐明了化学键的本质，解

释了一些复杂的分子结构而获得1954年诺贝尔化学奖。还有研究分子轨道理论的伍德沃德、

霍夫曼、福井谦一和休克尔。

【老师】为什么他们能摒除众多陈旧观念将量子力学运用在化学上呢？我想鲍林在颁奖仪式

上所说的话对我们有所帮助：年轻人要不断发现前辈的错误，世界才能日复一日、年复一年

地进步，所以，你们总应怀疑一一，怀疑前人，总应相信一一相信自己，总应独立一一独立思

考。

【老师】就拿2013年诺贝尔化学奖来说，2013年诺贝尔化学奖得主通过编出计算机程序

来模拟复杂的化学反应，很大程度上推进了化学研究。今天，计算机程序可以对化学反应

详细描述并进行复杂预测。莱维特本人希望，从分子层面模拟一整个生物体，实现真正意义

上的“数字生命。”对当今化学家来说，计算机的作用和试管一样重要。

四、化学，面向未来

【老师】了解了将近两千年的化学史，我们来预测一下，未来的化学会有怎样的发展趋势？

【学生】朝向微观方面发展

【老师】对！现在化学家们已经能够在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子期

器件等。

我们看这个材料OLED(有机发光二极管)

OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过

时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，质地轻薄，并且能够节省电

能，从2003年开始这种显示设备在MP3播放器上得到了应用。

[PPT]有OLED的录音笔广告。

【老师】还有我们耳熟能详的纳米材料。到底什么是纳米材料？

【学生】很小的材料？

【老师】纳米材料是指基本单元的颗粒或晶粒尺寸至少在一维上小于100nm(10A-7m)的

并且具有与常规材料截然不同的光、电、热、化学或力学性能的一类材料体系。比如是石墨

烯，石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。碳原子之间相互连接成六角网格。

铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。石墨烯韧性很强，能抵抗很高的压力。并

且具有透光不透气的特性。

【老师】智能材料是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材

料。他主要依靠各种传感器来感知外部刺激，并且能够自我诊断。自我修复。英国科学家已

开发出了两种“自愈合”纤维。这两种纤维能分别感知混凝土中的裂纹和钢筋的腐蚀，并能

自动粘合混凝土的裂纹或阻止钢筋的腐蚀。

【老师】现代化学让研究人员在分子水平上了解疾病病理，定向合成药物分子，促进人类身

心健康。

【老师】另外，化学还将继续在能源、资源整合开发安全应用方面大显身手。早在2006年

IBM公司就退出了一款超级芯片。目前个人电脑处理器的速度为1.8GHz至3.8GHz。而在科

学家们采用了液氨技术将温度降低至零下26GC摄氏度时，该款处理器的运行速度便能够达

到500GHz。

【老师】绿色化学其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应

物的原子全部转化为期望的最终产物。

以后我们会遇到这样的题目，要你设计方法合成某一化合物，要求这一合成方法符合绿色化

学的要求。