初中化学全国培训

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1、初中化学全国培训班初中化学全国培训班讲稿讲稿初中化学的核心观念初中化学的核心观念北北京京师师范范大大学学吴吴国国庆庆化学无处不在化学无处不在化学就在我身边化学就在我身边闽江水污染闽江水污染出现大量死鱼出现大量死鱼化化学学家家是是穿天使服装穿天使服装的的魔魔鬼鬼气温升高气温升高河南土法炼金河南土法炼金排放氰化物排放氰化物毒死牛毒死牛光化学毒雾光化学毒雾东海南海出现东海南海出现大面积赤潮大面积赤潮氟里昂氟里昂使臭氧洞扩大使臭氧洞扩大化工厂爆化工厂爆炸事故炸事故臭臭氧氧空空洞洞气气候候变变暖暖温温 室室 效效 应应酸酸 雨雨水体水体污染污染闽江上游发生严重污染事件闽江上游发生严重污染事件据据南方周末

2、南方周末2000年年3月月24日第日第6版报道，从今年版报道，从今年1月下旬起，福建闽江上游沙溪发生特大恶性月下旬起，福建闽江上游沙溪发生特大恶性污染事件，上千吨鱼已经死去，死鱼个体最大的达污染事件，上千吨鱼已经死去，死鱼个体最大的达67.5kg。你你看看到到什什么么？社会需求的提高是化学发展的根本动力所在。图为美国营养食品供需量的预测图。欧洲各种包装材料的市场份额欧洲各种包装材料的市场份额1998年的统计资料年的统计资料木材和其他木材和其他玻璃玻璃金属金属纸张和纸板纸张和纸板塑料塑料4.7%7.2%15.2%35.5%37.4%护发产品护发产品护发化学品护发化学品洗涤剂洗涤剂香香 料料其他添

3、加剂其他添加剂75亿亿59亿亿$millions全球护发剂零售贸易总额的增长全球护发剂零售贸易总额的增长1999年年-2003年年-2008年年通通告告本店出售的所有食品本店出售的所有食品不含任何化学物质不含任何化学物质最起码的化学最起码的化学(一）一）元素论元素论五光十色的物质是由一些基本物质五光十色的物质是由一些基本物质化学元素化学元素组成的；组成的；通常我们见到的物质千变万化，只是化学元素的重通常我们见到的物质千变万化，只是化学元素的重新组合，化学元素不变新组合，化学元素不变。元素论的历史：元素可变元素可变元素不变元素不变元素可变元素可变永远不能搞错：大多数元素在大多数情况下是不变的。这

4、是问题的主要方面。但也有在通常条件下可变的元素。即有放射性元素或放射性同位素。此外，在高能作用下某些元素也可变成其他元素。补补钙钙补补锌锌补补铁铁补补硒硒补补氟氟补补碘碘补补火火是不是是不是元素元素？元素周期系元素周期系现代汉语词典现代汉语词典最最起码的化学（二）起码的化学（二）原子论原子论一种元素对应于一种原子。一种元素对应于一种原子。元素在元素周期系里的序号等于原子核内质子元素在元素周期系里的序号等于原子核内质子数。数。相同质子数不同中子数的原子在元素周期系里相同质子数不同中子数的原子在元素周期系里占据同一位置，互为同位素。占据同一位置，互为同位素。元素不变对应于原子核不变。元素不变对应于

5、原子核不变。元素可变对应于原子核可变。元素可变对应于原子核可变。常见元素一览表常见元素一览表(原子百分数原子百分数)宇宙宇宙地壳地壳海水海水人体人体H91O62.0H66H63He 9.01 Si21.0O33O25.5O0.057Al6.3Cl0.33C9.5N0.042Na2.5Na0.28N1.4C0.021Ca1.9Mg0.033Ca0.31Si 0.003Fe1.9S0.017P0.22Ne 0.003Mg1.6Ca0.006S0.05Mg0.002K1.4K0.006Na0.03Fe0.002Cl0.5C0.0014Cl0.03S0.001H0.3Br0.0005Mg0.01以美国

6、加省理工学院的里查德艾利斯教授为首的一个国际研究小组最近发现了距离地球134亿光年的星系，这是迄今为止人类所发现的距离地球最远的星系。由于目前专家普遍断定宇宙只有140亿年左右的历史，因此这个星系是宇宙形成初期的产物，是尚未成熟的星系，即是一个“婴儿星系”。科学家通过分析处于太空的哈勃天文望远镜所拍摄的照片，发现了这个处于阿贝尔2218（Abell）星系后面的星系。该星系的直径只有500光年，而我们的银河系的直径为10万光年。该星系的质量也很小，仅为银河系的10万分之一。由于该星系诞生于宇宙初生阶段，这一发现将推动人类对于宇宙发生和演变的研究。(摘自北京晚报2001。10。9。)最最起码的化学

7、（三）起码的化学（三）物质最基本的分类物质最基本的分类 混合物混合物化学物质化学物质单单质质纯物质纯物质化合物化合物单质只由一种原子构成。单质只由一种原子构成。化合物由几种原子构成。化合物由几种原子构成。钢钢是是不不是是单单质质？磷磷氢气氢气 H2氧气氧气 O2氮气氮气 N2氯气氯气 Cl2白磷白磷 P4硫磺硫磺 S8金刚石金刚石 C水分子水分子 H2O二氧二氧化碳化碳CO2甲烷甲烷CH4O2 2OO2+O O3 O3+Cl ClO+O2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO21991年至年至1997间，每年燃烧化石燃料使大气增加间，每年燃烧化石燃料使大气增加62亿吨亿吨CO2，其中其中28

8、亿吨仍然亿吨仍然存留在大气中，存留在大气中，148亿吨被陆地吸收，亿吨被陆地吸收，206亿吨被海洋吸收（亿吨被海洋吸收（1977-90大气大气CO2却基本平衡）。却基本平衡）。Science 287，2467（2000）燃料燃烧燃料燃烧 SO2 二氧化硫二氧化硫汽车尾气汽车尾气 NO2 二氧化氮二氧化氮SO2+H2O H2SO3 亚硫酸亚硫酸H2SO3+O2 H2SO4 硫硫 酸酸NO2+H2O HNO3 硝硝 酸酸最起码的化学观念四最起码的化学观念四化学物质原子相互结合的观念和化学反应伴随着能量变化的观点；原子结合成分子会放出能量。化学反应一定有能量变化，因为原子发生重组了。化学能可以与热能

9、、光能和电能相互转化。水的电解(需要能量）。反之，氢氧化合放出能量。放出的能量可以有不同的形式。燃料电池。燃烧反应。化学能的利用。化化学学家家正正在在做做什什么么？C&EN Jan 24 2000绿色化学概念绿色化学概念原子节约原子节约利用率利用率100%无副产品无副产品零排放零排放无气、液、固废弃物无气、液、固废弃物无污染无污染天然原料天然原料无毒无毒来源充分而便宜来源充分而便宜洁净工艺洁净工艺无溶剂无溶剂无废弃的固体催化剂无废弃的固体催化剂环境友好产品环境友好产品可再生循环利用可再生循环利用可生物可生物降解降解无毒副作用（不致癌无毒副作用（不致癌）低能耗低能耗低水耗低水耗低排热低排热低排水

10、低排水低低排气（排气（CO2）化学是做什么的？化学是做什么的？认识自然物质（鉴定）；从自然界（矿物、动物、认识自然物质（鉴定）；从自然界（矿物、动物、植物）分离出纯净物质，确定其化学组成和结构。植物）分离出纯净物质，确定其化学组成和结构。用化学方法人工合成自然物质（复写，如柠檬酸、用化学方法人工合成自然物质（复写，如柠檬酸、维生素维生素C）或者近似自然物质的新物质（修饰，如或者近似自然物质的新物质（修饰，如阿司匹林），合成自然界没有的人造物质（创造，阿司匹林），合成自然界没有的人造物质（创造，如不锈钢、硅、尼龙、涤纶、炸药、医药等等）。如不锈钢、硅、尼龙、涤纶、炸药、医药等等）。认识自然界发生

11、的化学过程（如光合作用）。认识自然界发生的化学过程（如光合作用）。实现物质相互转化（变害为利）。实现物质相互转化（变害为利）。去除自然物质中的有害杂质（提纯）。去除自然物质中的有害杂质（提纯）。向自然物系添加有益物质（施肥、营养食品、饮料、向自然物系添加有益物质（施肥、营养食品、饮料、酒类等等）。酒类等等）。化学科学的发展为化学科学的发展为21世纪科技世纪科技四大支柱的发展建起新的平台四大支柱的发展建起新的平台 材材料料能能源源信信息息环环境境硅硅计算机芯片是硅做的。自然界没有单质计算机芯片是硅做的。自然界没有单质硅。是化学家，把砂子（硅。是化学家，把砂子（SiO2）转化为转化为硅（硅（Si）

12、，），形成了计算机的基石。形成了计算机的基石。石英砂石英砂+碳碳+氯气氯气四氯化硅四氯化硅+二氧化碳二氧化碳SiO2+C+2Cl2SiCl4CO2四氯化硅四氯化硅+氢气氢气硅硅+氯化氢氯化氢SiCl42H2Si4HCl 光导纤维光导纤维主要成分：主要成分：SiO2化合物化合物 波长波长/nm 应用应用GaN/AlGaN 蓝蓝/绿绿 光盘数据存储光盘数据存储ZnSSe 447-480 同上同上ZnCdSe 490-525 同上同上AlGaInP/GaAs 620-680 取代取代HeNe激光器，如用作条码扫描识别激光器，如用作条码扫描识别Ga0.5In0.5P/GaAs 670-686GaAlA

13、s/GaAs 750-870GaAs/GaAs(纯纯)904In0.2Ga0.5As/GaAs 980-1050InGaAsP/InP 1100-1650化学传感器化学传感器In0.73Ga0.27As0.58P0.42 1330 光学通讯、度量衡光学通讯、度量衡AlGaAsSb/InGaAsSb 1550 光学通讯、度量衡光学通讯、度量衡GaAs/AlGaAs 2000-12000量子瀑布激光器、化学传感器量子瀑布激光器、化学传感器PbEuSeTe3300-5800低温高分辨光谱仪低温高分辨光谱仪PbSSe4200-8000 同上同上PbSnTe6300-29000同上同上发光二极管发光二极

14、管新新型型制制冷冷合合金金Chem Brit 2000 MAY：20最低温度最低温度:140oC20年前：年前：Bi2xSbxTe3Sey最低温度最低温度:70oCp-型半导型半导体体40年前：年前：Bi2Te3Sb2Te32000年：年：CsBi4Te6磁场致冷磁场致冷出现于出现于15年年前前Gd5Si2Ge2Gd5(SixGe1-x)4调节硅锗比调节硅锗比温度温度:-240oC15oC正研究的体系正研究的体系 RM2 R-稀土金属稀土金属 M-铝、钴、镍铝、钴、镍汽油抗爆剂汽油抗爆剂四乙基铅四乙基铅Pb(C2H5)4 MTBE甲基叔丁基醚甲基叔丁基醚钛白粉钛白粉(TiO2)催化剂催化剂高能

15、紫外线高能紫外线辐射辐射向含向含MTBE的的水中鼓入氧气水中鼓入氧气(O2)细菌必需的营养物质细菌必需的营养物质对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸人造药物人造药物磺胺药磺胺药天然产物天然产物吗啡吗啡合成镇痛药物合成镇痛药物可可再再生生杀杀菌菌橡橡胶胶制制品品71%橡胶橡胶 29%聚苯乙烯聚苯乙烯氯氯氯氯Chem Brit 2000 May:19胰岛素胰岛素分子量分子量5700，由，由51个氨基个氨基酸组成，还含酸组成，还含0.4%锌。锌。从从5万种天然的和人工合成的化合物中筛万种天然的和人工合成的化合物中筛选出一种具有胰岛素功能的可服物质选出一种具有胰岛素功能的可服物质,分分子量只有子量只有507(胰岛

16、素的胰岛素的1/11).99年年十十大大科科技技新新闻闻之之一一Science286,304(1999)报道美意科学家合成的M40403在活体中稳定只分解超氧离子自由基，不与H2O2、NO、OH、过氧亚硝酸根等反应，可保护动物机体免受损伤和炎症。生物体内的超氧化物歧化酶生物体内的超氧化物歧化酶（SOD），），分子量分子量31200，此，此图象是它的两个亚单位中之一。图象是它的两个亚单位中之一。化学家通过分子设计后人工化学家通过分子设计后人工合成的合成的SOD模拟酶，分子量模拟酶，分子量只有只有483，相当于天然酶的，相当于天然酶的1/65，具有天然酶相同的生，具有天然酶相同的生物活性。物活性。

17、器官移植和组织移植器官移植和组织移植器官移植和组织移植用于制作器官和组织的成型支用于制作器官和组织的成型支架的高分子材料的显微照片架的高分子材料的显微照片用于制作器官支持物的高分子导电高分子用于制造神经细胞，也用于制造血管等会会发发光光的的球球碳碳分分子子THPTh-六吡咯基砆PVK聚乙烯基咔唑ITOIn2O3-SnO2BND二萘基恶吡唑超导材料超导材料磁悬浮现象磁悬浮现象1986年以来发现高温超导体年以来发现高温超导体 YBa2Cu3O6-7 临界温度在液临界温度在液氮温度左右氮温度左右(-77K)聚乙烯聚乙烯和二氧和二氧化硅的化硅的共聚物共聚物CH2CH2OSiOCH2CH2能能源源化石能

18、源（煤炭、石油、天然气）化石能源（煤炭、石油、天然气）生物能源（木材、秸杆、沼气）生物能源（木材、秸杆、沼气）太阳能（太阳热的直接利用、太阳能电池）太阳能（太阳热的直接利用、太阳能电池）风力、水力、潮汐能、地热。风力、水力、潮汐能、地热。电能（次级能源。热电站、电池，燃料电池）电能（次级能源。热电站、电池，燃料电池）核能（无论核燃料还是核设施材料都是化学合成核能（无论核燃料还是核设施材料都是化学合成的人造物质）的人造物质）氢能（化学提供了利用太阳能、电能、生物能生氢能（化学提供了利用太阳能、电能、生物能生产氢气的过程和贮存、利用氢气的设备材料）产氢气的过程和贮存、利用氢气的设备材料）射至地表的

19、太阳光能量超过人射至地表的太阳光能量超过人射至地表的太阳光能量超过人射至地表的太阳光能量超过人类每天使用的能量的类每天使用的能量的类每天使用的能量的类每天使用的能量的1 1万倍！万倍！万倍！万倍！Si 12%max29%GaAs-GaSb 33%CuInSe（CIS）11%17%CdTe 8%max 16%aSi 4-6%12%max 25%对比：叶绿素对比：叶绿素 1%）Graetzel太阳能电池太阳能电池瑞士洛桑研究所1991年发明，可循环100m次，直射光电效率10%，散射光电效率15%，造价只为传统太阳能电池的1/5，2000年将在瑞士试生产。植物光合作用植物光合作用水+二氧化碳 葡萄

20、糖葡萄糖+氧气氧气6H2O+6CO2 C6H12O6+6O2水的分解水的分解水水氢气氢气+氧气氧气H2O H2 O2H2O H2吸收能量吸收能量主要反应主要反应:二氧化碳二氧化碳(CO2)+水水(H2O)=糖糖次要反应次要反应:水水(H2O)=氢氢(H2)+氧氧(O2)硫硫反应反应:水水(H2O)=氢氢(H2)+氧氧(O2)绿藻绿藻绿藻绿藻分离掉绿藻培分离掉绿藻培养基中的硫养基中的硫Chem Brit April 2000:1921世纪生命科学的基础是分子生物学世纪生命科学的基础是分子生物学分子生物学以化学为基础分子生物学以化学为基础 基基因因工工程程（举举例例：大大肠肠杆杆菌菌分分解解汞汞的

21、的基基因的转移）因的转移）生生命命起起源源（生生命命的的地地外外起起源源说说突突变变与与进化的分子基础）进化的分子基础）征征服服疾疾病病（病病毒毒病病、癌癌症症、心心血血管管病病、糖尿病、老年痴呆、精神病）糖尿病、老年痴呆、精神病）中中医医中中药药科科学学理理论论（必必定定要要建建立立在在分分子子水平的作用机制上）水平的作用机制上）鸡生蛋鸡生蛋?蛋生鸡蛋生鸡?PNA是是在在黏黏土土表表面面上上形形成成的的。RNADNA蛋白质蛋白质Chem Brit May 2000:47星际云中的多环芳香烃（PAN）的光谱与猎户星座星体形成区发射的光谱相同星际冰产生重要生物分子星际冰产生重要生物分子红色分子已

22、为红色分子已为Ames实验室模拟星际空间证实实验室模拟星际空间证实火星陨石上的Fe3O4晶体的外形和纯洁与地球微生物制造的Fe3O4晶体惊人地相似。非生物Fe3O4通常含钛等杂质，照片中标尺为20nm。2003-2005将从火星直接采样揭开此谜。稀土稀土荧光荧光试剂试剂使正使正在扩在扩散的散的肺癌肺癌细胞细胞显示显示蓝色蓝色化学与伪科学的斗争（水会不会变成汽油？）化学与伪科学的斗争（水会不会变成汽油？）化学也是历史学研究的工具（从宝石的成分研究古化学也是历史学研究的工具（从宝石的成分研究古贸易）贸易）化学测定提供了政治家决策的基础（海湾战争）化学测定提供了政治家决策的基础（海湾战争）化学与哲学

23、（四大起源。意识的物质基础。）化学与哲学（四大起源。意识的物质基础。）化学与美学（分子花园五彩缤纷，是艺术创作的素材。化学与美学（分子花园五彩缤纷，是艺术创作的素材。）人文科学中的化学（举例）人文科学中的化学（举例）Chem Brit April 2000:18“莫卧尔绿宝石莫卧尔绿宝石”来自何方？来自何方？化学破解化学破解历史之谜。历史之谜。绿宝石绿宝石Be3Al2Si6O18Cs+铯铯离子离子从绿宝石中取出氧原子（从绿宝石中取出氧原子（O）不同矿源的绿宝石的不同矿源的绿宝石的18O/16O比不同比不同10-20m mm证明宝石并非证明宝石并非16世纪统治印度的莫卧尔遗物而是世纪统治印度的莫

24、卧尔遗物而是18世纪印度辛德拉邦的世纪印度辛德拉邦的Nizam的的,矿区不在远东矿区不在远东,却是西班牙人从哥伦比亚采来却是西班牙人从哥伦比亚采来,带到远东来的带到远东来的,另另一块则来自阿富汗一块则来自阿富汗.化学与艺术化学与艺术1954年至年至1998年美年美国科国科学学基基金会金会的科的科学与学与教育教育资助资助增长增长NSF科学教育投资6.3亿美圆亿美圆1.3亿美圆亿美圆2亿美圆亿美圆2000年和年和2001年美国科学教育投资中的年美国科学教育投资中的NSF（美国科学美国科学基金会）预算分别为基金会）预算分别为29亿零亿零3百万和百万和34亿亿6千千4百万美元。百万美元。2001年比年比2000年将增长年将增长19%,是各项预算中增长最高的。是各项预算中增长最高的。据据华盛顿特区教育改革中心华盛顿特区教育改革中心提供的资料，自提供的资料，自1969年以来，年以来，美国公民的科学素质呈下降美国公民的科学素质呈下降趋势，美国趋势，美国12年级学生的数年级学生的数学在学在21个工业化国家中排名个工业化国家中排名第第19，而科学在，而科学在21个工业化个工业化国家中排名第国家中排名第16。半数新雇。半数新雇佣的数学教师和科学教师不佣的数学教师和科学教师不合格。合格。(C&EN2000Jan24)