化学与人类课件(绪论)

1、欢迎各位同学选课请多提宝贵意见课课程程简简介介 生活与化学是非化学、化工类各专业的一门自然科学公共选修课。特别是对人文专业的学生，对于培养具有综合性素质、创新意识、全面发展的人才，是不可缺少的。以化学知识为主线，以社会广泛关注的有关问题为视点，用与日常生活密切相关的例子，最新的科技新闻，大量的图片阐述化学与社会的广泛联系。基本要求：学会使用网络获取感兴趣的化学相关知识，能用化学知识指导自己科学的生活，了解化学的前沿领域，了解国内外化学的最新进展。课程要求课程要求1、本课程讲授、本课程讲授18次。习题一次。次。习题一次。2、成绩包括：中间一次作业成绩、成绩包括：中间一次作业成绩、平平时考勤、期末

2、作业成绩。时考勤、期末作业成绩。3、课程结束后一周必须按时把作业交到、课程结束后一周必须按时把作业交到指定的地点。指定的地点。化学与人类生活有什么关系化学与人类生活有什么关系 化学是一门使人类生活更美好的基础科学化学是一门使人类生活更美好的基础科学 化学提供人类合理使用能源的方法化学提供人类合理使用能源的方法 化学使人类丰衣足食化学使人类丰衣足食 化学能保护和改善人类赖以生存的环境化学能保护和改善人类赖以生存的环境 化学是人类使用新材料的源泉化学是人类使用新材料的源泉 化学使人类世界五彩缤纷化学使人类世界五彩缤纷 化学帮助人类延年益寿化学帮助人类延年益寿生活与化学生活与化学主要讲授的内容主要讲

3、授的内容Part化学是研究分子层次分子层次范围内的物质结构物质结构和能量变化能量变化的科学； 分子层次：化学是分子科学，是物质科学的基础学科之一； 化学是一门中心的、实用的、创造性的科学。 物质的结构： 原子结构、分子结构、晶体结构； 能量变化： 物质变化（化学变化）过程中伴随的功和热的关系及其转换。Part2化学与社会紧密联系化学与社会紧密联系一、化学与能源一、化学与能源 1.1.未来的能源未来的能源水中取水中取“火火” 2. 2.实用的新能源实用的新能源电池电池二、化学与文学二、化学与文学 1.1.成语中的化学成语中的化学 “信口雌黄信口雌黄” （As2S3）“味同嚼蜡味同嚼蜡” 2.2.

4、古代诗词中的化学古代诗词中的化学 千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨浑不怕，要留青白在人间粉身碎骨浑不怕，要留青白在人间。 CaCOCaCO3 3 CaO+COCaO+CO2 2 CaO + HCaO + H2 2O CaO Ca（OHOH）2 2 CaCa（OHOH）2 2 + CO+ CO2 2 CaCOCaCO3 3 + H+ H2 2OO 三、化学与文物三、化学与文物 1.1.文物与化学的历史渊源文物与化学的历史渊源早期的实用化学产品早期的实用化学产品陶器、瓷器陶器、瓷器。古代化学工艺的应用实例古代化学工艺的应用实例冶铁技术。冶铁技术。 古代化学的

5、萌芽古代化学的萌芽炼丹术炼丹术 东晋炼丹家葛洪在抱朴子中谈到：东晋炼丹家葛洪在抱朴子中谈到：“丹砂烧之丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂成水银，积变又还成丹砂” 东汉炼丹家魏伯阳在周易参同契中说：东汉炼丹家魏伯阳在周易参同契中说：“胡粉胡粉投火中，色坏还为铅投火中，色坏还为铅”。 PbPb3 3O O4 4+2C=3Pb+2CO+2C=3Pb+2CO2 2古代陶瓷2.2.考古挖掘离不开化学考古挖掘离不开化学 鉴定文物真伪。鉴定文物真伪。 研究文物制造工艺研究文物制造工艺 探究文物的来源和产地探究文物的来源和产地 保护文物保护文物公元前200年的彩陶四、化学与日常生活四、化学与日常生活车内饰颜色漆化

6、学与生活品质1.1.衣衣 服装 纤维素和人造纤维、合成纤维腈纶腈纶-聚丙烯腈聚丙烯腈涤纶涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯尼龙尼龙6- 6- 已二胺和已二酸的缩合取合物已二胺和已二酸的缩合取合物尼龙尼龙66-66-已内酰胺的开环聚合产物已内酰胺的开环聚合产物2.食农业，食品 炸油条利用了三个化学反应原理炸油条利用了三个化学反应原理 ：第一个反应：第一个反应：NaNa2 2COCO3 3+ +H H2 2O=NaHCOO=NaHCO3 3NaOHNaOH 第二个反应第二个反应 2 2NaHCONaHCO3 3 = = NaNa2 2COCO3 3H H2 2O OCOCO2 2 第三个

7、反应第三个反应 AlAl2 2(SO4)(SO4)3 3KK2 2SOSO4 424H24H2 2O O6NaOH6NaOH=2Al(OH)=2Al(OH)3 3+3Na2SO+3Na2SO4 4+K+K2 2SOSO4 4+24H+24H2 2O O 氨和各种肥料、农药、生长激素的生产氨和各种肥料、农药、生长激素的生产 3.3.住住住房和家庭陈设品方面的作用（建 筑材料 4. 4.行行交通工具、燃料 五、化学与信息五、化学与信息六、化学与经济六、化学与经济5.5.用用日常用品日常用品Part3(1) 实用和自然哲学时期(公元前后)3.1 3.1 古代化学古代化学(15世纪以前) 100万年前

8、，原始社会，火 的利用； 公元前3000年左右，奴隶社会，以实用化学工艺为特征： 埃及：炼铁、鞣制皮革、提取药物香料、制造陶器 公元前2500-2000年，中国铜的冶炼技术，殷代青铜器 公元前一世纪，中国发明了造纸术这是化学的萌芽时期 商代青铜器(铜锡合金)火来到了人间，人类开始利用这个天然的化学火来到了人间，人类开始利用这个天然的化学反应来改造自然，创造历史，告别了饮血茹毛反应来改造自然，创造历史，告别了饮血茹毛的岁月，开创了熟食时代：的岁月，开创了熟食时代： 1.1.智力向高级方向发展智力向高级方向发展 2.2.战胜了严寒战胜了严寒 3.3.增强了人类生存能力和活动范围增强了人类生存能力和

9、活动范围 4.4.学会了摩擦生火和钻木取火学会了摩擦生火和钻木取火 这样以火为中心的这样以火为中心的“居民点居民点”增多，文明增多，文明社会从火堆中萌芽。社会从火堆中萌芽。 3.1古代化学古代化学 关于宇宙的结构问题，最早的见解是我国商末（约公元前1140年）出现在“易经”中的“八卦”（天、地、水、火、雷、山、风、沼泽）和“五行”(金、木、水、火、土)学说。 公元前五世纪，安培多克尔(Empedocles)提出宇宙是由水、火、气、土水、火、气、土“四原质四原质”构成的。公元前400年 德谟克利特提出朴素的原子论。 公元前四世纪，亚里斯多德(Aristotle)提出冷、冷、热、干、湿热、干、湿的

10、“四原性四原性”学说 热干冷湿火火空气空气水水土土亚里斯多德认为把“原性”取出或放入，“原质”就可以相互转化； 该哲学思想支配了人们达两千年之久，使化学走上了炼金、炼丹的歧途。四原性说示意图3.1 3.1 古代化学古代化学 3.1 3.1 古代化学古代化学 (2) 炼金术、炼丹术时期(公元前后公元1500年) 封建社会，中国道家化学炼丹（Pb3O4、HgS） 公元二世纪，东汉魏伯阳著有世界最早炼丹术文献 公元四世纪，东晋葛洪著有炼丹术巨著，发现了反应的可逆性（HgSHg; Pb3O4 Pb）以及金属间的取代（Fe和Cu盐） 这段时期，化学走入了歧途，但积累了更多的化学知识，提高了实验技术，制作

11、了操作器皿。3.1 3.1 古代化学古代化学 (3) 医化学时期(公元15001700年) 16世纪初，欧洲资本主义工业的发展迫使化学走上正路 炼金术改革，化学方法制成药剂（无机物） 明代李时珍本草纲目，列有中药材、矿物1000多种并附有制备方法、性质介绍 明代宋应星著有天工开物(1639年)，总结了我国的工业技术 3.1 3.1 古代化学古代化学 (4) 燃素说时期(公元17001774年) 英国的波义尔(Boyle)提出各种物质的微粒都是由基本粒子的不同聚集体构成的。对燃烧现象认为火是由一种实在的、具有重量的火微粒构成的。 1700年，德国的施塔尔(Stahl)提出“燃素说燃素说”，清除了

12、“原性”学说。 法国拉瓦锡(Lavoisier)的燃烧的氧学说燃烧的氧学说，近代化学由此萌芽。3.2近代化学的创立近代化学的创立近代化学归功于天平的使用，步入定量阶段1748年，罗蒙诺索夫罗蒙诺索夫的质量不灭定律 1774年，拉瓦锡拉瓦锡(Lavoisier)的氧化理论 18世纪末，普劳斯特普劳斯特(Proust)的定比定律 1803年，道尔顿道尔顿(Dalton)倍比定律、当量定律、原子学说、相对原子量概念 1808年，盖盖.吕萨克吕萨克(Gay-Lussac)的气体反应体积定律 1811年，亚佛加德罗亚佛加德罗(Avogadro)定律和分子概念 1869年门捷列夫门捷列夫的元素周期律这一时

13、期建立了不少化学基本定律，提出了原子学说，发现了元素周期律，发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。 普利斯特里(Joseph Priestly) ，英国 舍勒(Carl Wilhelm Scheele)，瑞典 拉瓦锡(Antoine Lavoisier)，法国222HgOHgO 32222KNOKNOO 222222HgOHgOHgOHgO 拉瓦锡拉瓦锡在化学发展中的地位和作用：在化学发展中的地位和作用： 近代化学之父； 揭示了化学反应中的质量转换本质。 道尔顿道尔顿Dalton,John(1766-1844) 原子理论原子理论Atomic TheoryAtomic

14、 Theory （1803） 不同元素代表不同原子 分子是由原子在空间按一定方式或结构结合而成 1.分子的结构直接决定其性能，分子进一步聚集成物体Part4化学学科的分支及其形成化学学科的分支及其形成 无机化学分析化学 有机化学物理化学 四大基础化学4.1 化学的分支化学与其他学科交叉形成多种边缘学科： 生物无机化学、环境化学、农业化学、材料化学、地球化学、储层化学、放射化学、计算化学、星际化学，高分子化学等。 无机化学 无机化学定义：除去碳氢化合物和其大多数衍生物外，无机化学是对所有元素和它们的化合物及反应进行实验研究和理论解释的科学。 最初的化学是无机化学。如：青铜、陶瓷、彩陶、点金术、炼

15、丹术、黑火药等； 以门捷列夫、Meyer元素周期律为标志，标志现代无机化学形成无机化学无机化学有机化学有机化学有机化学有机化学的结构理论和有机化合物的分类，也的结构理论和有机化合物的分类，也形成于形成于1919世纪下半叶。如世纪下半叶。如18611861年年 Kekul F AKekul F A提出碳的四价概念及提出碳的四价概念及 1874 1874年年范霍夫范霍夫(VantHoffvant Hoff)vant Hoff)和和勒贝尔勒贝尔(Lebel)Lebel)的四面体的四面体学说，至今仍是有机化学最基本的概念之一，学说，至今仍是有机化学最基本的概念之一，世界有机化学权威杂志就是用世界有机化

16、学权威杂志就是用TetrahedronTetrahedron（四面体）命名的。有机化学是最大的化学分四面体）命名的。有机化学是最大的化学分支学科，它以碳氢化合物及其衍生物为研究对支学科，它以碳氢化合物及其衍生物为研究对象，也可以说有机化学就是象，也可以说有机化学就是“碳的化学碳的化学”。分析化学： 贝采里乌斯分析天平的使用和定量分析的建立是分析化学的标志。 含量的测定、成分的分析、结构的表征，是分析化学的三大领域。分析天平的使用定量概念的建立高新仪器的发明和使用为分析化学的发展起到了重要的作用。分析化学分析化学贝采里乌斯贝采里乌斯(JnsJakobBerzelius)：原子量的测定；电荷的概念

17、(二元论)；化学符号和化学方程式的创始人；分析化学之父分析化学之父贝采里乌斯测定贝采里乌斯测定 原子量使用的天平原子量使用的天平JnsJakobBerzelius物理化学物理化学物理化学物理化学是从化学变化与物理变化的联系入手，是从化学变化与物理变化的联系入手，研究化学反应的方向和限度（化学热力学）、研究化学反应的方向和限度（化学热力学）、化学反应的速率和机理（化学动力学）以及物化学反应的速率和机理（化学动力学）以及物质的微观结构与宏观性质间的关系（结构化学）质的微观结构与宏观性质间的关系（结构化学）等问题，它是化学学科的理论核心。等问题，它是化学学科的理论核心。18871887年奥斯特瓦尔年

18、奥斯特瓦尔(Ostwald.W)(Ostwald.W)和和 范霍夫范霍夫(vant Hoff J H)(vant Hoff J H)合作创办了（物理化学合作创办了（物理化学杂志），标志着这个分支学科的形成。杂志），标志着这个分支学科的形成。 其他分支其他分支化学学科在其发展过程中还与其他学科交叉结化学学科在其发展过程中还与其他学科交叉结合形成多种边缘学科，如高分子化学、化学工合形成多种边缘学科，如高分子化学、化学工程、环境化学、生物化学、农业化学、医化学、程、环境化学、生物化学、农业化学、医化学、材料化学、地球化学、放射化学、激光化学、材料化学、地球化学、放射化学、激光化学、计算化学、星际化学

19、等等。在计算化学、星际化学等等。在2121世纪，社会需世纪，社会需要化学科学做什么？化学工作者能为社会做哪要化学科学做什么？化学工作者能为社会做哪些贡献？这是世人关心的话题之一。些贡献？这是世人关心的话题之一。Part 5Part 5 化学化学是一门中心科学 1.化学是一门承上启下的中心科学化学是一门承上启下的中心科学 科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游上游, ,中游和下游中游和下游. .数学数学, ,物理学是上游物理学是上游, ,化学是中游化学是中游, ,生生命命, ,材料材料, ,环境等朝阳科学是下游环境等朝阳科学是下游. .上游科

20、学研究的对象上游科学研究的对象比较简单比较简单, ,但研究的深度很深但研究的深度很深. .下游科学的研究对象比下游科学的研究对象比较复杂较复杂, ,除了用本门科学的方法以外除了用本门科学的方法以外, ,如果借用上游科如果借用上游科学的理论和方法学的理论和方法, ,往往可收事半功倍之效往往可收事半功倍之效. .化学是中心化学是中心科学科学, ,是从上游到下游的必经之地是从上游到下游的必经之地, ,永远不会像有些人永远不会像有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡. .2.化学又是一门社会迫切需要的中心科学化学又是一门社会迫切需要的中心科学

21、,3.化学是与信息化学是与信息,生命生命,材料材料,环境环境,能源能源,地球地球,空空间和核科学等八大朝阳科学间和核科学等八大朝阳科学(sun-risesciences)都有紧密的联系都有紧密的联系,交叉和渗透的中心科学交叉和渗透的中心科学. 化学化学与我们的衣与我们的衣, ,食食, ,住住( (建材建材, ,家具家具),),行行( (汽汽车车, ,道路道路) )都有非常紧密的联系都有非常紧密的联系. .我国高分子化学我国高分子化学家胡亚东教授最近发表文章指出家胡亚东教授最近发表文章指出: :高分子化学的高分子化学的发展使我们的生活基本被高分子产品所包围发展使我们的生活基本被高分子产品所包围.

22、 .化化学又为前述六大技术提供了必需的物质基础学又为前述六大技术提供了必需的物质基础. .Part 6 Part 6 化学在推动人类进步和科技发展中化学在推动人类进步和科技发展中起了核心科学的作用起了核心科学的作用 2020世纪发明的七大技术中最重要的是化学世纪发明的七大技术中最重要的是化学合成技术、信息技术和生物技术合成技术、信息技术和生物技术 报刊上常说报刊上常说2020世纪发明了六大技术：世纪发明了六大技术： 1.1.包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络等的信息技术；通讯和网络等的信息技术； 2.2.基因重组、克隆和生物芯片等

23、生物技术；基因重组、克隆和生物芯片等生物技术； 3.3.核科学和核武器技术；核科学和核武器技术； 4.4.航空航天和导弹技术；航空航天和导弹技术； 5.5.激光技术；激光技术； 6.6.纳米技术。纳米技术。 但却很少有人提到包括新药物、新材料、高分子、化但却很少有人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥和农药的肥和农药的化学合成（包括分离）技术化学合成（包括分离）技术。 上述六大技术如果缺少一两个，人类上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。但如没有发明合成氨、合成尿素和照样生存。但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量

24、至少要减半，产量至少要减半，6060亿人口中的亿人口中的3030亿就会饿死。亿就会饿死。没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类平均寿命要缩短人类平均寿命要缩短2525年。没有发明合成纤维、年。没有发明合成纤维、合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大影响。很大影响。没有合成大量新分子和新材料的化没有合成大量新分子和新材料的化学工业技术，上述六大技术根本无法实现学工业技术，上述六大技术根本无法实现。这。这些都是无可争辩的事实。些都是无可争辩的事实。 但化学和化工界非常谦虚，从来不提抗议。但化学和化工界非

25、常谦虚，从来不提抗议。我们应该理直气壮地大力宣传我们应该理直气壮地大力宣传2020世纪发明了七世纪发明了七大技术，即化学合成（包括分离）技术和上述大技术，即化学合成（包括分离）技术和上述六大技术。这七大技术发明可以按照人类需要六大技术。这七大技术发明可以按照人类需要的迫切性和由它们衍生的产业规模的大小来排的迫切性和由它们衍生的产业规模的大小来排序：序： 从人类对七大技术发明的需要迫切性来看，从人类对七大技术发明的需要迫切性来看，化学合成和分离技术应当排名第一，已如前述，化学合成和分离技术应当排名第一，已如前述，因为它是人类生存的绝对需要，没有它，全世因为它是人类生存的绝对需要，没有它，全世界一半人口要饿死。它还为其余六大技术发明界一半人口要饿死。它还为其余六大技术发明提供了不可或缺的物质基础。国外传媒把哈勃提供了不可或缺的物质基础。国外传媒把哈勃（HaberHaber）的合成氨技术（）的合成氨技术（Haber processHaber process）评）评为为2020世纪最重要的发明，是很有道理的。世纪最重要的发明，是很有道理的。 化学在推动人类进步和科技发展中起了核化学在推动人类进步和科技发展中起了核心科学的作用心科学的作用 （1 1）为人类进步提供物质基础）为人类进步提供物质基础化学之所以在化学之所以在2020世纪中成为解决人类进步的物世纪中成为解决人