中学化学总论

在我们刚刚结束的关于学习积极性的调查问卷中,一位同学这样写到:我们学的东西与社会和生活相差太远,对今后的工作没有多大用处,当你就业时,别人不会因为你多知道几个化学反应就让你上岗。当然,我们也不能说这位同学说的完全没有道理。但是,化学作为一门自然科学是不是就跟这位同学说的一样,真的与现实社会和生活没有关系呢?毫无疑问,答案是否定的。

一、什么是化学,怎样学好化学?

化学是一门什么样的学科?我们学化学,学什么?这是我们首先要搞清楚的。

化学是一门研究物质组成、结构、性质以及变化规律的学科。

化学首先是一门实验学科,然后才是一门理论学科。可是在现今的环境下,我们中学化学就是为了考试能有一个好成绩!所以我们学化学很大程度是为了应付考试。虽然我们学化学不只是为了应付考试,但是如果连考试都应付不了的话,那也未免有点太低档次了。 要学好化学毫无疑问应该要首先注意实验和生活中的化学。书本上的东西永远是书本上的,不经过实践你永远学不到真正的化学,或者说你和化学这东西没有真正的感情。举个例子来说:大家都知道碘遇淀粉会变蓝!可是你是否知道什么是蓝色?它是什么样的蓝色?和我们用的纯蓝墨水有何不同?其实实验并不是那么简单。你以为书是什么!它说蓝色就是蓝色吗?有时我们会发现绿色或更深的颜色!为什么?大家都知道任何真理都是在一定条件下成立的。对实验来说也是一样的。碘和淀粉反应会变蓝,这个蓝很特殊。我想做过这个实验的同学会深有体会的。因为有很多同学都有一个毛病,反正这些药品不是我的,为了保证我的实验效果明显,多多益善,结果一旦加的碘过量就会出现绿色或其它颜色。化学实验是化学学科赖以生存和发展的基础,是检验化学是不是一个真正的玩意儿的标准。对于学生来说实验是获取化学经验知识和检验化学知识的重要内容和途径。

化学实验也是一个发展的过程,原始的化学实验其实大多数都是炼丹,是人们为了追求长生不老的仙药而从事的一种活动。只是到了近代它才变为一门真正的学科。现在有同学们做实验的时候老是把它当成“耍杂技”或“玩魔术”。做实验时“玩魔术”也是同学的一大爱好,大家喜欢一到实验台就乱兑药品。其实我也很喜欢兑药品,不过我不喜欢这个乱字。没有一个对实验的认真的态度是无法做好实验的,而做不好实验则会影响你对化学的学习。要做好实验可分为三个阶段:实验的准备阶段;实验的实施阶段;实验结果的处理阶段。老师可以定量的评价学生的表现只是在第三阶段。目前学校里做实验只要求预习实验内容,即只要求学生确定化学实验问题,而不要求学生设计化学实验方案。在第二阶段也就是做实验的时候,控制实验条件是实验的灵魂;全面、准确的观察是实验的关键;测定是对实验对象量的特征进行研究的重要方法。第三阶段也就是写实验报告了,这有一个准则就是严格遵守原始数据,千万不能“瞎掰”。 化学理论的学习其实就是一句话:专心一点,多问、多想。

二、化学与生活

如果把化学只定位在学习上那是远远不够的,化学本身就是一种生活,是一种方法论。当你真正喜欢化学的时候你会发现它是多么的有趣。如果你真正的陷进化学中去了,你会情不自禁地运用化学思维。什么是化学思维呢?就是你看待世界的角度是用化学的情绪去观察。比如在某地发现了一种矿泉水,商人首先想到的是如何来赚钱;学地理的首先想到的是矿泉水是来自哪个岩层;生物学家想到的是矿泉水里面有哪种细菌;而化学家想的是里面有哪些元素。以镜子为例,学英语的会想到mirror这个单词;学物理的想到它成的是一个等大正立的虚像;学化学的则想到镜子是由银镜反应制得的。类似的例子还有很多。化学的思维也是一个发展的和联系的过程。化学更关心的是物质的内部组成和结构,以及组成和性质的关系。用化学的角度去看待物质世界,主要是从分子的角度去看待这个世界。因此在化学的引导下你会深入到眼睛看不到,手模不到的微观世界,深入到分子、原子的层次去认识自然的奥秘。要达到这个层次,你需要一个扩大了的感觉,需要一些感觉的延伸,需要应用各种仪器和方法。其实原子结构本身就是通过仪器和推论得出来的。

化学也在改变着我们的生活,进入我们的下意识里面。我们穿的衣服,我们用的物品都是经过一个化学过程,都是离不开化学的。倒开水是一个常见的事情,如果你有一个化学的潜意识,你在倒开水时会把瓶塞倒放。你如果有很强的化学意识,当电视坏了的时候,你首先想到的是应该用某种溶剂来清洗一下电路板。当你晚上和一位朋友聊天的时候,看到一束光射向远处的天空。浪漫的你也许会诗性大发,一个名言将流传下来。如果你缺少浪漫,你就会冷冷地丢下一句:丁达尔现象和光的直线传播而已!

三、现代化学的高速发展

化学的发展可以说是日新月异,尤其是它的边缘学科或者说是它的分支学科,譬如生物化学、物理化学、晶体化学等等,令人目不暇接。就眼下炒得过热的基因工程、克隆技术以及共轭电场论等,更是令人眼花缭乱。最近,美国国家实验室成功地在高压下将 CO2 转化为具有类似 SiO2 结构的原子晶体。在过去,CO2 已经发现有 4 种晶体,都是分子晶体。他们发现,在 -40℃ 的温度下将液态 CO2 装入一个高压容器中用 Nd 激光器加热到 1800K,在 40GPa 高压下, CO2 在微米级的红宝石芯片上或者在铂薄膜上形成类似 SiO2 的原子晶体。由于这种晶体特殊的性质引起了人们对这种晶体在光电子学方面应用的浓厚兴趣。

我国文物考古工作者应用14C断代法,取得了许多重大成就,其中有些成果甚至改变了旧的观点。如河套人、资阳人和山顶洞人等,原来认为其活动年代为5万年或5万年以上,但应用14C断代法证明其均在4万年以内,甚至山顶洞人可晚到1万多年,这一研究结果表明旧石器晚期文化变迁和进展速度比考古工作者原先想象的要快。再如,在汉代冶铁遗址中曾发现有煤的使用,这一发现使一些考古工作者认为在汉代时就已把煤用于冶铁,但后来从铁器中l4C的鉴定结果推断,我国在宋代才开始把煤炭用于冶铁,尽管汉代冶铁遗址中发现有煤,但并末用于炼铁。

截止1998年 底,在全球最大的化学文摘——美国化学文摘上登记的化合物总数为18.8百万种,1998年是连续第三年化合物登记数超过100万的年头,到1999年底,人类已知的化合物总数超过了 2000 万种。

四、化学与环境污染

当今社会对化学的重视程度、应用程度越来越高。社会的发展离不开化学,然而,化学在给人类带来巨额的社会财富的同时,由化学引起的环境污染,也已经成为全社会关注的重大问题。联合国环境规划署负责人克劳斯·托普弗撰文指出威胁人类十大环境祸患有:

1、土壤遭到破坏;

2、气候变化和能源浪费、温室效应严重威胁着整个人类;

3、生物的多样性在减少;

4、森林面积减少;

5、淡水资源受到威胁;

6、 化 学 工 业 污 染 存在 于 空 气 、土 壤 、水 、植 物 、动 物 和 人 体 中 ;

7、人 口 爆 炸 、土 地 退 化 、贫 穷 等 因 素 促 使 第 三 世 界 数 以 百 万 计 的 农 民 离 开 农 村 聚 集 于 大 城 市 的 贫 民 窟 里 ;

8、海洋的过度开发和沿海地带被污染;

9、 空 气 污 染 严重 ;

10、极 地 臭 氧 层 空 洞 。

以上这些大多与化学工业的发展有关。此外,还有化石燃料带来的温室效应使全球变暖、天气异常;酸雨的危害;汽车产生的废气造成大城市光化学烟雾事件;二恶英、赤潮、白色污染等。所以说人类对环境的破坏是威胁人类的环境祸患。

“九五”期间,我国政府高度重视环境保护,颁布了《国务院关于加强环境保护若干问题的决定》、《全国生态环境建设规划》、《全国生态环境保护纲要》。环境立法和执法取得进展,全民环境意识有较大提高。结合国家经济结构调整,取缔、关停了8.4万多家污染严重又没有治理前景的企业。环境保护投入逐年增长。以重点流域、地区、城市、海域和工业企业污染治理为突破口,开展了大规模的环境污染治理,并取得了阶段性成果。生态环境保护和建设得到加强,启动了国家天然林资源保护工程,开始实行退耕还林,部级生态示范区建设试点开始实施。经过五年的努力,全国环境污染恶化的趋势得到基本控制,部分城市和地区环境质量有所改善。

<<中国环境报>>呼吁,你能为环保作的十件大事是:1、尽量乘坐公交车辆2、请用布袋购物3、拒绝一次性用品4、简单装修房屋5、反对笼养鸟6、分类回收垃圾7、优先购买绿色产品8、及时举报破坏环境的行为9、使用无氟冰箱10、 多用肥皂,少用或不用洗涤剂。

五、流芳百世的化学家

化学伴随着人类社会的发展走到了今天,我们很难得知世界上有多少热衷于化学的科学家们历尽的艰辛、付出的代价。如:开创化学发展新纪元的拉瓦锡;创立分子学说的阿佛加德罗;电离学说的创立者阿累尼乌斯;提出科学原子论的道尔顿;电磁学和电化学的奠基人法拉弟;有机结构理论的奠基人凯库勒;发现元素周期律的门捷列夫;尤其值得一提的是侯氏制碱法的创造者侯德榜。

在许多工业部门,尤其是纺织、肥皂、造纸。玻璃、火药等行业都需要大量用碱。古代那种从草木灰中提取碱液,从盐湖水中取得天然碱的方法是远远不能满足需求的。为此, 1775年法国科学院用10万法郎的悬赏征求可工业化的制碱方法。1788年,勒布兰提出了以氯化钠为原料的制碱法,经过4年的努力,得到了一套完整的生产流程。到了1862年,比利时化学家索尔维实现了氨碱法的工业化。由于这种新方法能连续生产,产量大,质量高,省劳动力,废物容易处理,成本低廉,它很快取代了勒布兰法。 掌握索尔维制碱法的资本家为了独享此项技术成果,他们采取了严密的保密措施,使外人对此新技术一无所知。一些技术专家想探索此项技术秘密,大都以失败告终。不料这一秘密竞被一个中国人运用智慧摸索出来了。这个人就是侯德榜,他 1890年8月生于福建农村。少年时他学习十分刻苦,就是伏在水车上双脚不停地车水时,仍能捧着书本认真读书。后来在姑母的资助下,他单身来到福州英华书院读书。毕业后曾在津浦铁路符离集车站做过工程练习生。在工作之余,他抓紧时间学习,1911年考人清华留美预备学校。经过3年的努力,他以10门功课1000分的优异成绩被保送到美国留学。1921年取得博士学位。在国外留学时,他时刻怀念祖国,惦记着处于水深火热中的苦难同胞。这时候,在纽约他遇到了赴美考察的陈调甫先生。陈受爱国实业家范旭东委托,为在中国兴办碱业特地到美国来物色人才。当陈先生介绍帝国主义国家不仅对我国采取技术封锁,而且利用我国缺碱而卡我国民族工业的脖子的情况时,具有强烈爱国心的侯德榜马上表示,“可以放弃在美国的舒适生活,立即返回祖国,用自己的知识报效祖国。”1921年10月侯德榜回国后,出任范旭东创办的永利碱业公司的技师长(即总工程师)。他深刻地体会到创业之艰难。要创业首先需要实干的精神。他脱下了白领西服,换上了蓝布工作服和胶鞋,身先士卒,同工人们一起操作。哪里出现问题,他就出现在哪里。在他的带领下,技师、工人们团结一心,为建成中国自己的碱厂而奋战。虽然索尔维制碱法的原理很简单:先把氨气通入食盐水,然后向氨盐水中通二氧化碳,生产溶解度较小的碳酸氢钠。再将碳酸氢钠过滤出来,经焙烧得到纯净洁白的碳酸钠。但是具体的生产工艺却为外国公司所垄断,所以侯德榜要掌握此法制碱,得完全靠自己进行摸索,困难是很多的。从工艺设计、材料选择、设备的挑选和安装等经过了一个又一个难关,经过紧张而又辛苦的几个寒暑的奋战,侯德榜终于掌握了索尔维制碱法的各项技术要领。1924年8月,日产180吨纯碱的永利碱厂终于矗立在中国大地上。1926年,永利碱厂生产的“红三角”牌纯减在美国费城举办的万国博览会上荣获了金质奖章。这一袋袋的纯碱是中华民族的骄做,它象征着中国人民的志气和智慧。摸索到素尔维制碱法的奥秘,本可以高价出售其专利而大发其财,但是侯德榜主张把这一奥秘公布于众,让世界各国人民共享这一科技成果。为此侯德榜继续努力工作,把制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专着《制碱》于1932年在美国以英文出版。一个有骨气的中国人就是这样披露了素尔维制碱法的奥秘。1937年。日本侵华的战火伸向上海、南京。位于南京的硫酸铵厂作为亚洲第一流的化 工厂,令日本侵略者垂涎三尺,日本侵略者看到永利公司的军事价值,年产一万吨硝酸,可以制造几万吨烈性炸药。他们派人企图收买范旭东和侯德榜。但他们明确表示:“宁肯给工厂开追悼会,也决不与侵略者合作”。 1938年,侯德榜率全部员工西迁,在四川岷江岸边的五通桥建设永利川西化工厂。在新厂,侯德榜创造性地设计了联合制碱新工艺。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起,联合生产。在抗日战争的艰苦环境中,在侯德榜的严格指导下,经过了500多次循环试验,分析了2000多个样品后,才把具体工艺流程定下来,这个新工艺使食盐利用率从70%一下子提高到96%,也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵。这个方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度,赢得了国际化工界的极高评价。1943年,中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”。新中国即将成立的1949年初,侯德榜还在印度指导工作,当他得到友人转来的给他的信后,他立即克服了种种阻挠,于1949年7月回到了气象更新的祖国,作为科学家的代表参加了全国政治协商会议。从此他开始投入到恢复、发展新中国化学工业的崭新工作。1960年前后,为适应我国农业生产的需要,侯德榜不顾自己已是70高龄,和技术人员一道共同设计了碳化法制造碳酸氢铵的新工艺,为我国的化肥工业发展做出了巨大贡献。侯德榜先生对科学的态度一贯是严肃认真的。在研究联合制碱的过程中,他要求每个试验都得做30多遍才行。开始时有些人不理解,以为这是浪费时间和耗费精力,多此一举。后来的事实证明,多数试验在进行了20多次以后,数据才稳定下来,这样得到的数据资料才是可靠的,人们这才真正认识到侯德榜这种细致周密、一丝不苟的科学态度是多么难能可贵。

六、化学家就在你们中间

我们不难看出,在研究材料、能源、环境、以及现代工业、现代农业和日常生活中,都离不开化学;在揭开生命奥秘,保证人体健康,控制和预防疾病(像目前科学家们正在全力攻克的“非典”)等方面都离不开化学。化学对社会的发展和人类的进步起着非常重要的作用。

化学对于我们是如此重要,这就要求我们必须掌握一定的化学知识,提高自己的科学素养,适应未来社会的需要。目前,在化学上还有很多没有攻克的难关在等着你们去发现,去探索。同学们,只要我们努力学习,细心观察,善于发现和提出问题,未来的化学家就在你们中间