1.1认识化学科学课件 ---2025-2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

1.1 认识化学科学 1 化学是如何影响我们的生活的？ 新课导入 从刀耕火种的原始社会到日新月异的现代社会，人类文明的每一次重大进步，社会的每一次重要变革，化学都起到重要的推动作用。化学是一门怎样的科学? 为什么具有如此重要的作用? 从现在起，我们将逐渐揭开化学神秘的面纱。 新课讲解 • 目标预览 • 能通过简单的实例认识化学学科的神奇魅力：能以化学史为载体初步认识化学学科的形成和发展，以及我国古代杰出的化学成就：能感悟化学作为中心科学的意义，体会化学对促进社会可持续发展的重要价值。 一、有趣而神奇的化学 化学研究物质的组成、结构、性质、转化及应用，与物理和生物学一样，都属于自然科学。化学常通过实验来探究和揭示自然界的规律，有着独特的魅力。 1.在一个烧杯中加入3小勺小苏打，再加入少量白醋，观察现象。 2.向上述烧杯中再加入一小把红豆，加入适量白醋，观察现象。 你能描述和解释观察到的实验现象吗? 图1-1 会“跳舞”的红豆 图1-1 会“跳舞”的红豆 1.观察到烧杯中有大量气泡产生。 2.观察到红豆在烧杯中上下翻滚。 原因：小苏打和白醋混合后生成了新物质——二氧化碳气体，持续生成的二氧化碳推动红豆在液体中上下翻滚，十分有趣。 实验中可以观察到烧杯中有大量的气体产生。这是小苏打和白醋混合后生成的新的物质——二氧化碳气体。持续产生的二氧化碳能推动红豆在液体中上下翻滚，十分有趣。 图1-1 会“跳舞”的红豆 燃烧是生活中常见的现象，而在我们的印象中，可燃物一般都需要点燃后才能燃烧。那么，不直接点燃，物质能燃烧吗? 如图1-2所示，在一个玻璃筒里放一小团蘸有少量乙醚的棉花，把活塞迅速地向下压，棉花能燃烧，你能解释实验现象吗? 图1-2 花燃烧实验 实验中棉花能燃烧，实质上是由乙醚的性质和实验操作所引发的变化，乙醚先发生燃烧，再引发棉花燃烧。 图1-2 花燃烧实验 实验中棉花能燃烧，实质上是由乙醚的性质和实验操作所引发的变化，乙醚先发生燃烧，再引发棉花燃烧。所以，燃烧现象比较复杂，不能只看表面现象而是要分析燃烧产生的原因。 将20 mL 95%的酒精溶液和 10 m 水混合。将一块棉布手帕浸入混合液中，浸透后取出，轻轻拧至半干。如图 1-3 所示，用坩埚钳夹持手帕，在酒精灯上点燃，并轻轻抖动手帕。火焰熄灭后，可以观察到手帕并没有被烧坏。你能解释原因吗? 图1-3 烧不坏的手帕 图1-3 烧不坏的手帕 酒精燃烧时，其火焰的温度会使水分蒸发，水分蒸发吸收大量的热，从而降低了手帕的温度，所以手帕不会被烧坏。 图1-3 烧不坏的手帕 以上实验似乎都给我们留下了一些“悬念”，这其实都和我们要学习的化学知识有关。这些奇特的实验现象背后蕴含着丰富的化学知识，通过学习化学就能揭开其中的奥秘。 基于实验观察展开思考 神奇的化学实验现象，可以激发我们的思考力和想象力。通过分析实验操作、实验条件和实验中出现的各种现象，我们可以展开思考，证实以前的一些猜想，或者发现未知的知识。 根据过去科学学习的经历和积累的生活经验，我们对物质构成的微观粒子已有初步的认识。我们可以通过下面的实验，对微观粒子的特性进行研究。 【实验1】向烧杯A中加入 20 mL蒸馏水，滴入2~3 滴酚酞溶液，得到甲溶液。向甲溶液中滴加1~2滴浓氨水，观察实验现象。这一实验现象说明了什么? 实验1 图1-4 探究微观粒子运动的实验 观察到甲溶液变红色，说明氨水能使无色的酚酞溶液变红。 实验1 图1-4 探究微观粒子运动的实验 【实验2】在烧杯 B 中重新配制5mL甲溶液，在烧杯 C 中加入3~5mL 浓氨水，用一个大烧杯把两个烧杯罩在一起，观察实验现象。你如何解释产生的现象? 实验2 图1-4 探究微观粒子运动的实验 观察到烧杯B中的甲溶液变红色。说明浓氨水中挥发出来的氨分子不断运动，并进入滴有酚酞的蒸馏水中，使溶液变红。 通过对实验现象进行对比、分析，并对产生现象的原因进行思考，我们可以得出一些合理的结论。上述实验说明：浓氨水中挥发出来的氨分子不断运动，并进人滴有酚酞的蒸馏水中，使溶液变红。当我们走近鲜花盛开的花园时会闻到花的香味；当我们打开酒精瓶时，会嗅到酒精的气味。这些都说明构成物质的微观粒子是在不停地运动的。 化学更神奇之处是可以创造出性能各异的各种新材料，如生活中随处可见的用途广泛的塑料等。在工业生产和高新技术领域，化学都作出了巨大的贡献。例如，2013年我国科研人员利用碳纳米管和石墨烯制备出一种世界上最轻的材料——称为“碳海绵”的全碳气凝胶。100cm3 大小的“碳海绵”放在花蕊上，花蕊几乎没有被压弯(图1-5)。这种材料还具有很好的隔热效能，可广泛应用于建筑、航空航天等领域。 图 1-5 全碳气凝胶 2018年10月，被称为“现代世界新七大奇迹”之一的我国港珠澳大桥(图1-6)正式开通。 图1-6 港珠澳大桥 这项“超级工程”全长55km，是目前全球最长的跨海大桥建造此桥是当时世界上最具挑战性的工程之一。为保证港珠澳大桥能耐久使用120年，新材料和新技术发挥了巨大作用。例如，为抗击高温高湿的海洋气候环境对金属的腐蚀，我国科技人员研制出新一代高性能的防腐涂层钢筋。港珠澳大桥吊装时使用的高性能绳索由特殊的聚乙烯纤维制成，这种纤维粗细仅有头发的十分之一，一条绳索由十几万根这样的纤维组成，强度高，承重力大。这些材料都是通过化学方法和技术制成的。 总之，化学作为一门重要的自然科学，不仅因为它要研究许多富有趣味和充满神奇的变化，更重要的是它能为人类创造出许多新物质，以满足人类不断增长的需求。 二、历史悠久的化学 在历史发展的进程中，人类最初只是用石头、树木等天然材料制造工具从事生产劳动。随着对物质世界的认识不断深入，人类在生产实践中逐渐学会加工、改造身边的物质以满足生产生活的需求。 我国古代劳动人民在新石器时期就能烧制陶器； 图 1-7 新石器时代的彩陶背壶 (出土于山东省泰安市大汶口) 殷商时期就能冶炼、铸造青铜器； 图 1-8 商代的青铜纵目面具 (出土于四川省广汉市三星堆遗址) 春秋战国时期已能熟练掌握铁的冶炼技术，并用于各种器皿、农具和兵器的制造 。 图 1-9 西周晚期的玉柄铁剑 (出土于河南省三门峡市) 化学就是这样在人们对物质性质及其变化的认识、探索和应用中建立和发展起来的。 中国古代化学工艺为世界化学工艺的发展作出了重要贡献，创造了辉煌的成就。英国科技史专家李约瑟曾评价道：整个化学最重要的根源之一是从中国传出去的。 火药——我国的四大发明之一 史料记载，早在春秋中期，我国劳动人民就已发现将木炭、硫黄和硝石 (主要成分为硝酸钾) 三种物质按一定比例混合后点燃能剧烈燃烧，为火药的发明奠定了基础。 到宋代时，曾公亮和丁度所著的《武经总要》中已明确记载了三种不同性能、不同用途的火药配方(图1-10)，被公认是世界上最早的成熟的火药配方。 图1-10宋代的《武经总要》记载的火药配方 恩格斯曾高度评价中国在火药发明中的首创作用：“现在已经毫无疑义地证实，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又从阿拉伯人那里同火器一道经过西班牙传入欧洲的。”火药的发明极大地推动了人类历史发展的进程。 随着人类文明的发展，化学从古代实用化学工艺进入了近代化学发展阶段。1661年，英国化学家波义耳 (Robert Boyle，1627-1691) 在其著作《怀疑的化学家》中提出：化学需要通过实验收集观察到的现象和事实，从而认识物质的本性。1775年前后，法国化学家拉瓦锡 ( Antoine Laurent Lavoisier，1743-1794) 建立了关于燃烧的氧化学说，运用定量实验方法研究物质及其变化。 1803年，英国化学家道尔顿 (John Dalton，1766-1844) 提出了原子学说。1811年，意大利科学家阿伏伽德罗 (Amedeo Avogadro，1776-1856) 提出了分子假说，莫定了近代原子分子学说的基础。1869年，俄国化学家门捷列夫 (Дмитрий ИвановиЧ Meндeлeeв，1834-1907) 根据化学元素性质递变规律，提出了元素周期律。 20世纪初，随着研究手段和技术的进步，科学家逐步揭示了原子、分子的结构，对化学反应规律的探索、物质结构的研究得到了快速发展。从此，化学科学进入了现代化学的发展阶段。 图1-11 波义耳著作《怀疑的化学家》 在近代化学传播和现代化学发展的过程中，我国科学家也作出了许多贡献。例如，清代著名学者徐寿 (1818-1884) 参与翻译《化学鉴原》(图1-12)并编写了多部化学著作，对化学知识在我国的传播起到了重要作用。 图1-12徐寿及其参与翻译的《化学鉴原》 化学科学的形成和发展走过了漫长而曲折的道路。它伴随着人类文明的进步，促进了不同时代生产力的发展，是推动人类社会可持续发展的重要力量。 化学是中心科学 随着化学科学的迅速发展，其研究的深度和广度不断扩大，化学核心知识在自然科学和技术的各个方面广泛应用，并与其他科学相互渗透、相互影响，不但推动了化学自身的发展，也促进了交叉科学和技术的发展今天的高新技术发展，更要依赖于化学的知识和方法。 要实现令人神往的宇宙航行，需要以化学为基础研制的新材料和高效燃料；制造先进的计算机，需要通过化学反应研制的半导体材料······化学在相关科学的发展中起到了引领和推动作用，被称为现代科学体系的“中心科学”，是21世纪最富有创造性的科学之一。 三、促进社会发展的化学 化学既是一门基础的自然科学，又是一门应用性极强的实用科学，已渗透到国民经济和社会可持续发展的各个领域，涉及增强综合国力和提高人民生活质量的方方面面。在人类的发展进程中，化学创造了大量的新物质，解决了人类面临的各种危机，推动了科学技术的发展，为社会的繁荣昌盛作出了巨大贡献。 人类曾面临严重的粮食危机。化学家通过模拟自然固氮，发现在一定条件下，可用氮气和氢气为原料通过化学反应制得氨气，并实现氨的工业化生产。氨气可用于生产氮肥，对植物的生长具有重要作用，从而为解决人类面临的粮食危机问题作出巨大贡献。 图1-13合成氨工厂 “全方位夯实粮食安全根基”“确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中”，粮食安全是国家安全的重要基础。 农业生产需要化肥、农药，其加工、生产都离不开化学科学和化学工业技术的支持。 自2015年起，我国粮食总产量一直保持在6.5亿吨以上，国家粮食安全保障更加有力。 图 1-14 2018-2022 年我国粮食总产量 人类的生产生活消耗了大量的化石能源，排放出大量的二氧化碳，导致温室效应加剧。如今人类面临全球气候变暖与能源短缺问题。化学家利用太阳能，通过人工模拟光合作用，捕获大气中的二氧化碳，转化为可作为燃料或粮食的有机化合物，为人类社会的可持续发展开辟新的路径。 我国科学家首次实现利用二氧化碳人工合成淀粉 二氧化碳的转化利用是实现碳达峰碳中和目标的重要途径。淀粉是人类粮食最主要的成分，主要由农作物通过光合作用转化而成。2021年，我国科学家在国际上首次实现利用二氧化碳合成淀粉，标志着人工光合作用取得里程碑式进展。 在能量供给充足条件下，理论上1立方米大小的生物反应器的淀粉年产量相当于5亩玉米的淀粉年产量。以二氧化碳为原料实现淀粉的人工合成，为二氧化碳的转化利用提供了新的思路。 “加强国防科技工业能力建设”“加快武器装备现代化”，对维护国家安全和世界和平至关重要。新型武器的研制和武器性能的提高同样离不开化学科学。 图1-15 我国自主研发的歼—20战斗机 航天航空领域所需的新型高效推进剂，高强度、耐高温、抗老化的新型材料的开发研制也都需要化学科学支撑。 图1-16 搭载神舟十六号载人飞船的火箭成功发射 现代科学技术领域中，各种具备卓越和独特性能的材料都需要化学家运用化学方法研发和制造。 例如，在信息技术领域广泛应用的半导体硅片和在工业、医疗与通信技术等领域有重要应用的光导纤维均需要通过化学方法制取；制造具有广泛用途的纳米材料和各种合金也需要应用化学方法。 图1-17 半导体硅片 图1-18 工业光导纤维内窥镜 图1-19 40纳米级北斗双模芯片 图1-20 合金人工骨骼 以地球上丰富的自然资源为原料，运用化学原理生产新的物质，能够帮助人们更合理、更充分、更有效地利用自然资源，为满足人们的生活和生产需要发挥巨大的作用。 中华人民共和国成立后，我国的化学和化工研究发展迅猛，涌现出一大批优秀的化学家，如汪猷、卢嘉锡、唐敖庆、徐光宪、闵恩泽等，他们为我国的科学事业发展和人才培养作出了巨大的贡献。 徐光宪 (1920-2015) 著名物理化学和无机化学家，在国际上首次提出了关于稀土分离的全新理论以及相关的公式和计算程序，设计出新的工艺流程，使我国稀土分离技术达到国际先进水平，被誉为“中国稀土之父”。2008年获国家最高科学技术奖， 图1-21 徐光宪 图 1-22 闵恩泽 闵恩泽(1924-2016)著名石油化工专家，我国炼油催化应用科学的奠基人，石油化工技术自主创新的先行者，我国绿色化学领域的开拓者，对我国炼油工业的现代化产生了重大影响，被誉为“中国催化剂之父”2007 年获国家最高科学技术奖。 化学科学的发展，使人们对参与生命活动的各种物质的性质和变化有了更清楚的认识。无论过去、现在还是未来，化学科学在提取生物药物、研制合成药物、防治传染病、治疗疾病、保持健康和延长寿命等方面都发挥着巨大的作用。 1.化学可以帮助人们正确认识物质，合理利用资源。下列说法中错误的是 ( ) A.空气可以供给呼吸 B. 无色透明的材料只有玻璃 C.某些绿色植物可将水和二氧化碳转化为有机物和氧气 D.可通过化学反应制备抗病毒的药物 B 2.下列是我国国家最高科学技术奖几位获得者及其部分研究领域，其中研究领域主要涉及催化科学的是( ) A.闵恩泽，石油化工催化剂研究 B.师昌绪，材料腐蚀研究 C.徐光宪，稀土分离技术研究 D.张存浩，高能化学激光研究 A 3.化学已经渗透到社会生产生活的各个领域。下列领域中，化学具有重要作用的是( )。 ①环境保护 ②能源开发利用 ③新材料研制 ④粮食增产 A. 仅①②③ B.仅②③④ C.仅①③④ D.①②③④ D 4.举例说明你所知道的新材料及其在生产生活中的具体用途。 碳纤维 航空航天领域制造飞机部件、航天器结构等 石墨烯 制造高性能电池的电极材料等 新型陶瓷材料 制造陶瓷刀具、耐高温的发动机零部件等 5.与同学合作，查阅文献，收集对我国科学技术发展影响重大的化学家的研究成果，并通过交流讨论与同学分享。 (1)侯德榜：发明了侯氏制碱法，打破了外国的纯碱垄断，为我国纯碱工业和化学工业的发展做出了卓越贡献。 (2)徐光宪：在稀土化学等领域取得了突出成就，他的科研成果推动了我国稀土产业的发展。 (3)卢嘉锡：设计了“卢氏图”，被载人国际X射线晶体学手册；在原子簇化学、结构化学、物理化学等领域取得了重要成果，为中国化学事业的发展做出了突出贡献。 6.化学是一门中心科学，它在发展过程中也使相关科学得到了发展。通过查阅资料谈谈你对这句话的认识。 化学作为中心科学，与其他学科紧密关联。 它为物理学提供了物质的结构和性质等信息，推动其深人研究微观世界；为生物学的发展提供了药物研发、生物化学机制等支持；促进了材料学对新型材料的研制；也为环境科学解决污染问题提供方法和思路，等等。 课堂小结 1.下列不属于我国古代化学工艺成就的是 ( ) A.青铜器的制造 B.陶瓷的烧制 C.火药的发明 D.指南针的使用 D 课堂练习 2.魔术“烧不坏的手帕”，将酒精与水按质量比1:1混合，再将一块干的棉质手帕浸泡到混合液中，完全浸润后取出手帕立即点燃，发现手帕剧烈燃烧，待火焰熄灭后，手帕完好无损，但比较潮湿。对此魔术同学们做了相关解释，其中正确的是( ) A.酒精燃烧释放的热量，会完全被手帕和水吸收 B.手帕上的水吸热后汽化，吸收了较多的温度而使手帕烧不坏 C.燃烧结束后手帕略有升温，但手帕的内能 定没有增加 D.欲使燃烧后的手帕更干些，可适当提高混合液中酒精的比例 D 3.人类的衣、食、住、行离不开化学。下列有关叙述不属于化学为人类社会做出贡献的是 ( ) A.生产色泽鲜艳的服装 B.改良农作物品种增加粮食产量 C.合成药物保障健康 D.生产水泥建设楼房 B $$