求化學(xué)論文:化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與利用

【專家解說】：化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與利用 人類的祖先在與自然界的長期斗爭中，很早就開始利用火。他們用火來取暖、燒烤食物，進(jìn)而又用火來燒制陶器、煉銅、煉鐵，等等。因此，我們可以說，人類的文明是從火堆中萌發(fā)的，火在人類的進(jìn)化中起了很重要的作用！ 化學(xué)研究的對象是自然界中的各種各樣的物質(zhì)。浩瀚的宇宙和地球上人類用肉眼能見到的和不能直接觀察到的以原子或分子形態(tài)存在的物質(zhì)，都是我們要了解和研究的對象。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已能通過先進(jìn)的科學(xué)儀器觀察一些物質(zhì)的原子排列狀況。1990年前后，美國等少數(shù)國家首先在-269℃的低溫下移動了原子。1993年，中國科學(xué)院北京真空物理實驗室的研究人員，在常溫下以超真空掃描隧道顯微鏡(圖1)為手段，通過用探針撥出硅晶體表面的硅原子的方法，在硅晶體的表面形成了一定規(guī)整的圖形(見上圖)。這種在晶體表面開展的操縱原子的研究，達(dá)到了世界水平。圖中的“中國”兩字就是這樣形成，并經(jīng)放大約180萬倍在計算機(jī)屏幕上顯示出來的。這兩個字的“筆畫”寬度約2nm①，是目前已知的最小的漢字。 我國是世界四大文明古國之一，在化學(xué)發(fā)展史上有過極其輝煌的業(yè)績。冶金、陶瓷、釀造、造紙、火藥等都是在世界上發(fā)明和應(yīng)用得比較早的國家。如商代的司母戊鼎是目前已知的最大的古青銅器(圖2)；1972年在河北出土的商代鐵刃青銅鉞是我國目前發(fā)現(xiàn)的最早的鐵器。我國古代的一些書籍中很早就有關(guān)于化學(xué)的記載。著名醫(yī)藥學(xué)家李時珍的巨著《本草綱目》(公元1596年)中，還記載了許多有關(guān)化學(xué)鑒定的試驗方法。中華人民共和國建立以后，我國的化學(xué)和化學(xué)工業(yè)，以及化學(xué)基礎(chǔ)理論研究等方面，都取得了長足的進(jìn)步。1965年，我國的科學(xué)工作者在世界上第一次用化學(xué)方法合成了具有生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素(圖3)，到了20世紀(jì)80年代，又在世界上首次用人工方法合成了一種具有與天然分子相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和完整生物活性的核糖核酸②，為人類揭開生命奧秘做出了貢獻(xiàn)。此外，我國還人工合成了許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然有機(jī)化合物，如葉綠素(圖4)、血紅素、維生素B12，以及一些特效藥物等。 今日化學(xué)學(xué)科正積極向一些與國民經(jīng)濟(jì)和社會生活關(guān)系密切的材料、能源、環(huán)境、生命等學(xué)科滲透，使化學(xué)的作用與地位日益顯著。反過來，這種學(xué)科間的滲透，對化學(xué)學(xué)科的發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用。 人類很早就開始使用材料，從石器時代到現(xiàn)代，人類所使用的材料不斷地發(fā)生變化，材料的種類越來越多，用途也越來越廣。我們對于材料的認(rèn)識，應(yīng)該包括為人類社會所需要并能用于制造有用器物的物質(zhì)這兩層涵義。也就是說，并不是所有的物質(zhì)都可以稱為材料。材料按其化學(xué)組成或狀態(tài)、性質(zhì)、效應(yīng)、用途等可以分為若干類。例如，按化學(xué)組成分類，陶瓷屬于非金屬材料；合金屬于金屬材料；橡膠、化纖等屬于有機(jī)高分子材料。歷史的發(fā)展表明：沒有新材料的出現(xiàn)，就沒有工業(yè)的進(jìn)步和大量新產(chǎn)品的涌現(xiàn)。因此，許多科學(xué)家都認(rèn)為新材料是高技術(shù)的突破口，只有更好地開發(fā)和應(yīng)用具有特殊性能的新材料，才能擁有更強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和技術(shù)潛力?；瘜W(xué)不僅在一般材料的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用，而且在研制具有特殊性能的新材料方面也會繼續(xù)發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢?？偲饋碇v，適應(yīng)科技迅猛發(fā)展所需的諸如耐腐蝕、耐高溫、耐輻射、耐磨損的結(jié)構(gòu)材料，以及敏感、記錄、半導(dǎo)體、光導(dǎo)纖維、液晶高分子等信息材料和超導(dǎo)體、離子交換樹脂與交換膜等高功能材料，它們的制取都是需要化學(xué)進(jìn)一步參與研究的重要課題。 位于北京周口店的北京猿人遺址中的炭層，表明人類使用能源的歷史已非常久遠(yuǎn)。人類社會的發(fā)展與能源消費的增長是密切相關(guān)的，我們現(xiàn)在使用的能源主要來自化石燃料——煤、石油和天然氣等，但化石燃料是一種不可再生，并且儲藏量有限的能源，而且在開采和燃燒過程中還會對自然環(huán)境造成污染。為了更好地解決能源問題，人們一方面在研究如何提高燃料的燃燒效率，另一方面也在尋找新的能源。這些都離不開化學(xué)工作者的努力。例如，核能和太陽能的發(fā)電裝置離不開特殊材料的研制；用氫作為能源需要考慮貯氫材料和如何廉價得到氫，等等。 環(huán)境問題是當(dāng)今世界各國都非常關(guān)注的問題。在世界人口不斷增長、生產(chǎn)不斷發(fā)展、人民生活水平不斷提高的過程中，由于人們對環(huán)境與生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)系認(rèn)識不夠，以及對廢棄物處理不當(dāng)，使環(huán)境受到了不同程度的破壞，如土地的沙漠化、水資源危機(jī)、酸雨、臭氧層的破壞、有毒化學(xué)品造成的污染等。因此，保護(hù)環(huán)境已成為當(dāng)前和未來的一項全球性的重大課題之一，也是我國的一項基本國策。在這些關(guān)系到國計民生的環(huán)境問題中，化學(xué)工作者是大有作為的。因為污染問題的解決主要還得靠化學(xué)等方法。有的專家提出，如果對燃燒產(chǎn)物如CO2、H2O、N2等利用太陽能使它們重新組合，使之變成CH4、CH3OH、NH3等的構(gòu)想(圖5)能夠成為現(xiàn)實，那么，不僅可以消除對大氣的污染，還可以節(jié)約燃料，緩解能源危機(jī)。 對健康的關(guān)注也是人類面對的重要課題。我們知道，用以保證人體健康的營養(yǎng)、藥物的研究、人體中的元素對人體生理作用的研究，以及揭開生命的奧秘等，都離不開化學(xué)。因此，如何在這些方面正確地運用化學(xué)知識，與其他學(xué)科協(xié)調(diào)研究就成為調(diào)節(jié)生命活動和提高人體素質(zhì)的重要手段。 此外，在資源的合理開發(fā)和利用、提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，以及癌癥治療的研究等方面，化學(xué)也都扮演著極其重要的角色。 綜上所述，在研究材料、能源、環(huán)境、生命科學(xué)等方面，以及在我們的日常生活中，我們不難看出，化學(xué)對社會的發(fā)展和人類的進(jìn)步起著非常重要的作用。 化學(xué)對于我們?nèi)绱酥匾@就要求我們必須掌握一定的化學(xué)知識。在初中，我們學(xué)習(xí)了氧氣、氫氣、碳、鐵和一些常見的酸、堿、鹽的基礎(chǔ)知識和某些基本技能，并具備了初步解釋和解決一些簡單化學(xué)問題的能力。為了適應(yīng)未來社會的需要，在高中階段，我們?nèi)孕枰^續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)，提高自己的科學(xué)素質(zhì)，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和參加社會主義建設(shè)打好基礎(chǔ)。 在高中學(xué)習(xí)化學(xué)時，我們不僅要像初中學(xué)習(xí)化學(xué)那樣，注重化學(xué)實驗的作用，掌握有關(guān)化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能，還要重視訓(xùn)練科學(xué)方法①，這對于培養(yǎng)我們的科學(xué)態(tài)度，提高分析問題和解決問題的能力是很有幫助的。在學(xué)習(xí)時，我們還必須緊密聯(lián)系社會、生活、生產(chǎn)等實際，要細(xì)心觀察，并善于發(fā)現(xiàn)和提出問題。除了學(xué)好教科書中的內(nèi)容以外，還應(yīng)多閱讀一些課外書籍和資料，培養(yǎng)自學(xué)能力，以獲得更多的知識，努力使自己成為具有較高素質(zhì)的現(xiàn)代社會的公民，為實現(xiàn)祖國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的宏偉目標(biāo)貢獻(xiàn)自己的力量。 討論 你如何理解“化學(xué)——人類進(jìn)步的關(guān)鍵”這句話？ 化學(xué)成為一門獨立學(xué)科的時間雖然不長，但化學(xué)作為一種實用的技術(shù)，早在史前時期就得到了具體的應(yīng)用，如用火燒制陶器等。化學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代等不同的時期。銅、鐵等金屬以及合金的冶煉、酒的釀造等都是化學(xué)的早期成就。煤、石油、天然氣等化石燃料的開采和利用、造紙術(shù)的發(fā)明和發(fā)展等，對人類社會的進(jìn)步都發(fā)揮了重要的作用。藥物化學(xué)的興起和冶金化學(xué)的廣泛探究，則為近代化學(xué)的誕生和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。原子分子學(xué)說的建立，是近代化學(xué)發(fā)展的里程碑。在近代化學(xué)發(fā)展的歷程中，人們相繼發(fā)現(xiàn)了大量的元素，同時也揭示了物質(zhì)世界的一項根本性的規(guī)律——元素周期律。在原子的核模型的建立、高度準(zhǔn)確的光譜實驗數(shù)據(jù)的獲得、輻射實驗現(xiàn)象，以及光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)等基礎(chǔ)上建立起來的現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，使人們能夠深入地、科學(xué)地認(rèn)識物質(zhì)內(nèi)部的奧秘，以及微觀粒子的運動規(guī)律，這將使對物質(zhì)的研究深入到了原子、分子水平的微觀領(lǐng)域。同時，化學(xué)與其他學(xué)科之間的相互滲透，使化學(xué)所涉及的領(lǐng)域越來越廣，掃描隧道顯微鏡的研制成功，使人們能夠清楚地觀察到原子的圖像和動態(tài)的化學(xué)變化。交叉分子束實驗①則可以使人們詳細(xì)地研究化學(xué)反應(yīng)的微觀機(jī)理。