化學必修一人教新課標第四章 非金屬及其化合物教學資源

1、七彩教育網(wǎng) 免費提供Word版教學資源第四章 非金屬及其化合物教學資源1.硅（1）硅在高新技術中的應用單晶硅作為半導體器件的核心材料,大大地促進了信息技術的革命。自20世紀中葉以來,單晶硅隨著半導體工業(yè)的需要而迅速發(fā)展。到1996年全球半導體產(chǎn)業(yè)銷售額達到1 410億美元,而其中單晶硅材料的銷售達到74億美元。中國消耗的大部分集成電路及其硅片主要依賴進口。但我國科技人員正迎頭趕上,于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅,標志著我國單晶硅生產(chǎn)進入了新的發(fā)展時期。信息材料技術是新材料技術的重要組成部分,也是信息技術尤其是電子信息技術發(fā)展的基礎。從目前情況來看,硅半導體仍然是集成電路的主要材料。據(jù)

2、估計在21世紀內(nèi),硅仍然會占半導體材料的95%以上。光纖材料是發(fā)展現(xiàn)代通信的關鍵材料。目前的光纖以遠距離通信用石英材料為主,發(fā)展方向是減少損耗,加寬帶域,降低成本。超導材料可能給電子學帶來廣闊的發(fā)展前景,超導電子電路的優(yōu)勢是功耗低，速度快。超導電子材料已成為一個極受重視的目標。微電子與生物技術緊密結(jié)合的以DNA芯片等為代表的生物工程芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經(jīng)濟增長點。采用微電子加工技術,可以在指甲蓋大小的硅片上制作出含有多達1020萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極短的時間內(nèi)檢測或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況。這無疑對遺傳學研究、疾病診斷與治療、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其

3、重要的作用。（2）硅和堿的反應硅和強堿反應會生成氫氣,曾有人用這種方法來制備氫氣。在野外,為了迅速得到氫氣,用含量高的硅粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH混合,并強熱,即可迅速得到氫氣。Si+Ca(OH)2+2NaOH=Na2SiO3+CaO+2H2這種Si、Ca(OH)2和NaOH的混合物叫做生氫劑。（3）純硅的制取利用反應SiO2+2C=Si+2CO,只能得到不純的粗硅。粗硅需進行精制,才能得到高純度的硅。首先使Si與Cl2起反應:Si+2Cl2=SiCl4生成的SiCl4液體在除去雜質(zhì)后用H2還原：SiCl4+2H2=Si+4HCl就得到純度較高的多晶硅。（4）石英、水晶及其壓電效應石英

4、的主要成分是SiO2,可用來制造石英玻璃。石英晶體中有時含有其他元素的化合物,它們以溶解狀態(tài)存在于石英中,呈各種顏色。此外,由于SiO2的結(jié)構(gòu)不同也會使石英產(chǎn)生不同顏色。純凈的SiO2晶體叫做水晶,它是六方柱狀的透明晶體,是較貴重的寶石。法國科學家皮埃爾·居里(Pierre Gurie)發(fā)現(xiàn)水晶在受壓時能產(chǎn)生一定的電場,這種現(xiàn)象被稱為“壓電效應”。后來這種“壓電效應”被應用在電子工業(yè)上。石英薄片在高頻率電場的作用下,能作間歇性的伸張和收縮,其頻率和施加的電場的頻率相同。石英的這種伸縮又引起了周圍介質(zhì)產(chǎn)生類似聲波。由于水晶或石英具有這種性質(zhì),因此被廣泛應用在鐘表工業(yè)和超聲技術上。（5）

5、硅谷(Silicon Valley)硅谷是美國新興的高技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，電子技術研究中心和計算機生產(chǎn)的重要基地。硅谷位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端的圣克拉拉縣（Santa Clara）。20世紀60年代以來，蘋果電腦公司帶動了其他企業(yè)，使硅谷迅速發(fā)展，高技術企業(yè)約有2 600家。90年代后成為美國多媒體產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地。硅谷在發(fā)展過程中得到了該地區(qū)斯坦福大學技術上的扶持，是教育與技術相結(jié)合的典范。2.無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)陶瓷陶瓷在我國有悠久的歷史，是中華民族古老文明的象征。從西安地區(qū)出土的秦始皇陵中大批陶兵馬俑，氣勢宏偉，形象逼真，被認為是世界文化奇跡，人類的文明寶庫。唐代的唐三彩、明清景德鎮(zhèn)

6、的瓷器均久負盛名。傳統(tǒng)陶瓷材料的主要成分是硅酸鹽，自然界存在大量天然的硅酸鹽，如巖石、土壤等，還有許多礦物如云母、滑石、石棉、高嶺石等，它們都屬于天然的硅酸鹽。此外，人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，生產(chǎn)了大量人造硅酸鹽，主要有玻璃、水泥、各種陶瓷、磚瓦、耐火磚、水玻璃以及某些分子篩等。硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點較高，難溶于水，有很廣泛的用途。硅酸鹽制品一般都是以黏土（高嶺土）、石英和長石為原料經(jīng)高溫燒結(jié)而成。黏土的化學組成為Al2O3·2SiO2·2H2O，石英為SiO2，長石為K2O·Al2O3·6SiO2（鉀長石）或Na2O·Al2O3

7、3;6SiO2（鈉長石）。這些原料中都含有SiO2，因此在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，硅與氧的結(jié)合是最重要也是最基本的。硅酸鹽材料是一種多相結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中含有晶態(tài)部分和非晶態(tài)部分，但以晶態(tài)為主。硅酸鹽晶體中硅氧四面體SiO4是硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本單元。在硅氧四面體中，硅原子以sp3雜化軌道與氧原子成鍵，SiO鍵鍵長為162 pm，比起Si4+和O2-的離子半徑之和有所縮短，故SiO鍵的結(jié)合是比較強的。(2)精細陶瓷精細陶瓷的化學組成已遠遠超出了傳統(tǒng)硅酸鹽的范圍。例如，透明的氧化鋁陶瓷、耐高溫的二氧化鋯（ZrO2）陶瓷、高熔點的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它們都是無機非金屬材料，是傳統(tǒng)陶瓷材

8、料的發(fā)展。精細陶瓷是適應社會經(jīng)濟和科學技術發(fā)展而發(fā)展起來的，信息科學、能源技術、宇航技術、生物工程、超導技術、海洋技術等現(xiàn)代科學技術需要大量特殊性能的新材料，促使人們研制精細陶瓷，并在超硬陶瓷、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷、磁性陶瓷、光學陶瓷、超導陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的進展，下面選擇一些實例做簡要的介紹。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷汽車發(fā)動機一般用鑄鐵鑄造，耐熱性能有一定限度。由于需要用冷卻水冷卻，熱能散失嚴重，熱效率只有30%左右。如果用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷制造陶瓷發(fā)動機，發(fā)動機的工作溫度能穩(wěn)定在1 300 左右，由于燃料充分燃燒而又不需要水冷系統(tǒng)，使熱效率大幅度提高。用陶瓷材料做發(fā)動機，還可減輕汽車的質(zhì)量，這

9、對航天航空事業(yè)更具吸引力，用高溫陶瓷取代高溫合金來制造飛機上的渦輪發(fā)動機效果會更好。目前已有多個國家的大的汽車公司試制無冷卻式陶瓷發(fā)動機汽車。我國也在1990年裝配了一輛并完成了試車。陶瓷發(fā)動機的材料選用氮化硅，它的機械強度高、硬度高、熱膨脹系數(shù)低、導熱性好、化學穩(wěn)定性高，是很好的高溫陶瓷材料。氮化硅可用多種方法合成，工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1 300 反應后獲得：3Si+2N2Si3N4高溫結(jié)構(gòu)陶瓷除了氮化硅外，還有碳化硅（SiC）、二氧化鋯（ZrO2）、氧化鋁等。透明陶瓷一般陶瓷是不透明的，但光學陶瓷像玻璃一樣透明，故稱透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其內(nèi)部存在有雜質(zhì)和氣孔，前者能吸收

10、光，后者使光產(chǎn)生散射，所以就不透明了。因此如果選用高純原料，并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。早期就是采用這樣的辦法得到透明的氧化鋁陶瓷，后來陸續(xù)研究出如燒結(jié)白剛玉、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化鎵（GaAs）、硫化鋅（ZnS）、硒化鋅（ZnSe）、氟化鎂（MgF2）、氟化鈣（CaF2）等。這些透明陶瓷不僅有優(yōu)異的光學性能，而且耐高溫，一般它們的熔點都在2 000 以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點高達3 100 ，比普通硼酸鹽玻璃高1 500 。透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈，它的發(fā)光效率比高壓汞燈提高一倍，

11、使用壽命達2萬小時，是使用壽命最長的高效電光源。高壓鈉燈的工作溫度高達1 200 ，壓力大、腐蝕性強，選用氧化鋁透明陶瓷為材料成功地制造出高壓鈉燈。透明陶瓷的透明度、強度、硬度都高于普通玻璃，它們耐磨損、耐劃傷，用透明陶瓷可以制造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機的轟炸瞄準器和高級防護眼鏡等。光導纖維從高純度的二氧化硅或稱石英玻璃熔融體中，拉出直徑約100 m的細絲，稱為石英玻璃纖維。玻璃可以透光，但在傳輸過程中光損耗很大，用石英玻璃纖維光損耗大為降低，故這種纖維稱為光導纖維，是精細陶瓷中的一種。利用光導纖維可進行光纖通信。激光的方向性強、頻率高，是進行光纖通信的理想光源。光纖通信與電波通信相

12、比，光纖通信能提供更多的通信通路，可滿足大容量通信系統(tǒng)的需要。光導纖維一般由兩層組成，里面一層稱為內(nèi)芯，直徑幾十微米，但折射率較高；外面一層稱包層，折射率較低。從光導纖維一端入射的光線，經(jīng)內(nèi)芯反復折射而傳到末端，由于兩層折射率的差別，使進入內(nèi)芯的光始終保持在內(nèi)芯中傳輸著。光的傳輸距離與光導纖維的光損耗大小有關，光損耗小，傳輸距離就長，否則就需要用中繼器把衰減的信號放大。用最新的氟玻璃制成的光導纖維，可以把光信號傳輸?shù)教窖蟊税抖恍枞魏沃欣^站。在實際使用時，常把千百根光導纖維組合在一起并加以增強處理，制成像電纜一樣的光纜，這樣既提高了光導纖維的強度，又大大增加了通信容量。用光纜代替通信電纜，可

13、以節(jié)省大量有色金屬，每公里可節(jié)省銅1.1 t、鉛23 t。光纜有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣性能好、壽命長、輸送距離長、保密性好、成本低等優(yōu)點。光纖通信與數(shù)字技術及計算機結(jié)合起來，可以用于傳送電話、圖像、數(shù)據(jù)、控制電子設備和智能終端等，起到部分取代通信衛(wèi)星的作用。光損耗大的光導纖維可在短距離使用，特別適合制作各種人體內(nèi)窺鏡，如胃鏡、膀胱鏡、直腸鏡、子宮鏡等，對診斷、醫(yī)治各種疾病極為有利。生物陶瓷人體器官和組織由于種種原因需要修復或再造時，選用的材料要求生物相容性好，對肌體無免疫排異反應；血液相容性好，無溶血、凝血反應；不會引起代謝作用異?，F(xiàn)象；對人體無毒，不會致癌。目前已發(fā)展起來的生物合金、

14、生物高分子和生物陶瓷基本上能滿足這些要求。利用這些材料制造了許多人工器官，在臨床上得到廣泛的應用。但是這類人工器官一旦植入體內(nèi)，要經(jīng)受體內(nèi)復雜的生理環(huán)境的長期考驗。例如，不銹鋼在常溫下是非常穩(wěn)定的材料，但把它做成人工關節(jié)植入體內(nèi)，三五年后便會出現(xiàn)腐蝕斑，并且還會有微量金屬離子析出，這是生物合金的缺點。有機高分子材料做成的人工器官容易老化，相比之下，生物陶瓷是惰性材料，耐腐蝕，更適合植入體內(nèi)。氧化鋁陶瓷做成的假牙與天然齒十分接近，它還可以做人工關節(jié)用于很多部位，如膝關節(jié)、肘關節(jié)、肩關節(jié)、指關節(jié)、髖關節(jié)等。ZrO2陶瓷的強度、斷裂韌性和耐磨性比氧化鋁陶瓷好，也可用以制造牙根、骨和股關節(jié)等。羥基磷灰

15、石Ca10(PO4)6(OH)2是骨組織的主要成分，人工合成的與骨的生物相容性非常好，可用于頜骨、耳聽骨修復和人工牙種植等。目前發(fā)現(xiàn)用熔融法制得的生物玻璃，如CaO-Na2O-SiO2-P2O5，具有與骨骼鍵合的能力。陶瓷材料最大的弱點是性脆，韌性不足，這就嚴重影響了它作為人工人體器官的推廣應用。陶瓷材料要在生物工程中占有地位，必須考慮解決其脆性問題。（3）納米陶瓷從陶瓷材料發(fā)展的歷史來看，經(jīng)歷了三次飛躍。由陶器進入瓷器這是第一次飛躍；由傳統(tǒng)陶瓷發(fā)展到精細陶瓷是第二次飛躍，在這個期間，不論是原材料，還是制備工藝、產(chǎn)品性能和應用等許多方面都有長足的進展和提高，然而對于陶瓷材料的致命弱點脆性問題沒

16、有得到根本的解決。精細陶瓷粉體的顆粒較大，屬微米級（10-6 m），有人用新的制備方法把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級（10-9 m），用這種超細微粉體粒子來制造陶瓷材料，得到新一代納米陶瓷，這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延性，有的甚至出現(xiàn)超塑性。如室溫下合成的TiO2陶瓷，它可以彎曲，其塑性變形高達100%，韌性極好。因此人們寄希望于發(fā)展納米技術去解決陶瓷材料的脆性問題。納米陶瓷被稱為21世紀陶瓷。（資料2摘編自化學與社會，唐有祺、王夔主編）3.舍勒卡爾·威廉·舍勒1742年12月19日出生于瑞典南部,是18世紀中期到18世紀后期的一位相當出名的科學家。舍勒很早就對化

17、學發(fā)生了興趣,對于當時一些有名的化學書里的實驗,他都重復做過。他進行了大量的實驗研究,在實驗研究中發(fā)現(xiàn)了許多新物質(zhì)。1775年2月4日,舍勒當選為瑞典科學院院士。舍勒早年曾在哥德堡、馬爾默、烏普薩拉、斯德哥爾摩等地的藥房短期工作過,大部分時間是在小城鎮(zhèn)徹平的藥房工作,大量實驗研究也是在徹平進行的。舍勒經(jīng)常處于窮困之中,大量的實驗工作是用簡陋的儀器在寒冷的實驗室中進行的。他還經(jīng)常在夜里工作,這大大損害了他的健康,得了哮喘病,使他在1786年5月21日過早地病故了,終年僅44歲。舍勒的生命是短暫的,但他所取得的成果卻相當多,他一生發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)有30多種,這在當時是絕無僅有的。在舍勒一生的發(fā)現(xiàn)中,最

18、為突出的貢獻是發(fā)現(xiàn)氧氣和氯氣。4.氯氣的毒性氯氣主要通過呼吸道侵入人體,氯氣對上呼吸道黏膜會造成有害的影響,它會溶解在黏膜所含的水分里,生成次氯酸和鹽酸,次氯酸使組織受到強烈的氧化；鹽酸刺激黏膜發(fā)生炎性腫脹,使呼吸道黏膜浮腫,大量分泌黏液,造成呼吸困難,所以氯氣中毒的明顯癥狀是發(fā)生劇烈的咳嗽。癥狀重時,會發(fā)生肺水腫,使循環(huán)作用困難而致死亡。由食道進入人體的氯氣會使人惡心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉。5.漂白粉1774年,舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的同時也發(fā)現(xiàn)了氯水對紙張、蔬菜和花具有永久性的漂白作用。1785年法國化學家貝托雷(Claude louis Berthollet)提出把漂白作用應用于生產(chǎn),并注意到氯氣

19、溶于草木灰水形成的溶液比氯水更濃,漂白能力更強,而且無逸出氯氣的有害作用。1789年英國化學家臺耐特(Smithson Tennant)把氯氣溶解在石灰乳中,制成了漂白粉?，F(xiàn)在工業(yè)上還是采用把氯氣通入消石灰或石灰乳的方法制取漂白粉。消石灰要含略少于1%(質(zhì)量分數(shù))的水,因為極為干燥的消石灰是不跟氯氣反應的。生產(chǎn)漂白粉的反應過程比較復雜,主要反應可以表示如下:3Ca(OH)2+2Cl2=Ca(ClO)2+CaCl2·Ca(OH)2·H2O+H2O在較高級的漂白粉中,氯化可按下面的化學方程式進行,反應比較安全。2CaCl2·Ca(OH)2·H2O+2Cl2+

20、8H2O=Ca(ClO)2+3CaCl2·4H2O漂白粉是混合物,有效成分是Ca(ClO)2。商品漂白粉往往含有Ca(OH)2、CaCl2、Ca(ClO)2和Cl2等雜質(zhì)。當溶液中堿性增大時,漂白作用進行緩慢。所以工業(yè)上使用漂白粉時要加入少量弱酸,如醋酸等,或加入少量稀鹽酸。家庭使用漂白粉不必加酸,因為空氣中的二氧化碳溶在水里也起弱酸的作用:Ca(ClO)2+H2O+CO2=CaCO3+2HClO漂白粉的質(zhì)量是按它的“有效氯”以及它能長時間保持有效氯的能力來決定的。有效氯是根據(jù)它同鹽酸作用時產(chǎn)生的氯氣的量來計算的。反應的化學方程式是:Ca(ClO)2+4HCl=2Cl2+CaCl2+

21、2H2OCl2+2HI=2HCl+I22Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI漂白粉的有效氯=漂白粉加酸所釋放出的氯氣的質(zhì)量漂白粉的質(zhì)量×100%反應生成的碘用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)溶液來滴定，再計算出漂白粉所釋放出的氯氣的質(zhì)量。漂白粉的氧化能力通常用有效氯的質(zhì)量分數(shù)來表示,工業(yè)品漂白粉一般含有效氯35%,高的可以達到40%。6.飲水消毒飲水消毒的方法有很多，如煮沸、紫外線照射、通O3等等。目前我國大規(guī)模的飲水消毒主要用氯加液氯（少數(shù)地方的水廠也有加漂白粉或漂粉精的）。消毒的主要作用是殺滅可引起霍亂、傷寒、痢疾等疾病的病菌。用Cl2消毒的水可能有臭味，氯使水中的有機物氯

22、化，產(chǎn)生危害人體健康的有機氯化物如CHCl3等，是潛在的致癌物質(zhì)。世界各國都正在研究并開始采用新的自來水殺菌消毒劑，如臭氧（O3）、二氧化氯（ClO2）、Na2FeO4等。約從20世紀40年代起，國外就有用ClO2消毒飲用水的。ClO2殺菌、漂白能力優(yōu)于Cl2，且沒有臭味生成。文獻報道按ClO2、Cl2質(zhì)量及其產(chǎn)物計，ClO2消毒能力是等質(zhì)量Cl2的2.63倍。把Cl2通入NaClO2溶液即得ClO2：2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl因ClO2成本高，所以有前期用Cl2消毒和后期用ClO2消毒的方法。臭氧具有很強的氧化性，能殺死水中的細菌，且沒有副作用。Na2FeO4為紫色物，溶

23、于水呈紫紅色（像MnO4-），能氧化細菌消毒轉(zhuǎn)為Fe(OH)3沉淀，不生成致癌、致畸的CHCl3。7.神奇的一氧化氮分子美國SCIENCE雜志自1989年起，每年度評選一個對于科學發(fā)展和社會受益有重要影響的分子，授予明星分子的榮譽稱號。NO分子曾是一個不起眼的小分子，1992年因其神奇的生物活性被評選為明星分子。（1）NO分子的結(jié)構(gòu)根據(jù)分子軌道理論，第二周期電子數(shù)小于或等于14的雙原子分子其能級次序與N2分子相同，電子數(shù)等于或大于16的雙原子分子的能級次序與O2分子相同，那么電子數(shù)為15的NO分子能級次序究竟同O2還是同N2呢？有人根據(jù)NO與O2+為等電子分子，提出能級次序同O2，然而量子化學

24、計算和NO分子的紫外光電子能譜表明，NO分子能級次序同N2，其電子組態(tài)為12223242145221。N和O之間的三鍵由一個雙電子鍵、一個雙電子鍵和一個三電子鍵組成，NO與N2、O2分子鍵長、鍵解離能與磁性比較見表4-1：表4-1 NO與N2、O2分子的比較分子鍵長/pm鍵解離能/(kJ·mol-1)磁性N2109.74941.69反磁性NO115.08678順磁性，單自由基分子O2120.74493.54順磁性，雙自由基分子（2）NO的物理和化學性質(zhì)NO的相對分子質(zhì)量為30.01，熔點為-163.6 ，沸點為-151.8 ，密度為1.340 2 g·L-，微溶于水，但不與

25、水反應，溶于乙醇，具有脂溶性，這使NO不需要任何中介機制就可快速擴散通過生物膜。（3）NO分子的生物活性NO生物活性最早發(fā)現(xiàn)于1980年。美國科學家Furchaout在一項研究中發(fā)現(xiàn)了一種小分子的物質(zhì)，具有使血管平滑肌松弛的作用，后來被命名為血管內(nèi)皮細胞舒張因子(簡稱EDRF)，是一種不穩(wěn)定的生物自由基。EDRF被確認為NO，NO在O2及O2-存在時可迅速被氧化成NO2，以NO3-和NO2-的形式存在于細胞內(nèi)、外液中而失去生物活性；在超氧化物歧化酶(SOD)和酸性條件下化學性質(zhì)較穩(wěn)定。細胞依靠一種名叫一氧化氮合成酶(NOS)的物質(zhì)，以L-精氨酸和分子氧為底物，同時在某種輔助因子幫助下，從L-精

26、氨酸上脫去5個電子而生成NO和另一種氨基酸。NO的生物半衰期只有35 s。（4）NO在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用NO有時承擔著作為神經(jīng)系統(tǒng)遞質(zhì)的作用。但與一般遞質(zhì)不同的是，它沒有特殊的儲存“設備”，也沒有特殊的釋放機理過程，只要需要，它就簡單地從制造細胞中釋放出來。NO的傳送過程也雜亂無章，它不需要接收的入口而直接穿透膜層，它已知的目標是細胞內(nèi)層的酶，可以載著信息將其傳送到任何它所能及的地方。8.大氣污染的危害人必須依靠呼吸新鮮空氣來維持生命，一個成年人，平均每天呼吸20 000次，平均吸入15 kg空氣，其質(zhì)量大約相當于每天所需食物及飲水質(zhì)量的10倍。有報導指出，人可以幾天不喝水，不吃東西，但不能幾分

27、鐘不呼吸。大氣污染物主要通過呼吸道進入人體，也有少量通過接觸和刺激體表進入人體。人體吸入的空氣經(jīng)過鼻腔、咽部、喉頭、氣管、支氣管后進入肺泡，并在肺泡上進行氣體交換。當血液通過肺泡毛細管時，放出二氧化碳，吸收氧氣。含氧的血液被輸送到人體各部分，供人體組織和細胞新陳代謝用。如果生活在煙霧迷漫的環(huán)境中，空氣中的有毒、有害污染物就會溶于體液或沉積在肺泡上，輕者會使上呼吸道受到刺激而有不適感，重者會引起疾病，使呼吸道和肺功能損害，引起病變。大氣污染對人體健康的危害大致可分為急性中毒、慢性中毒和致畸致癌作用等三種。急性中毒發(fā)生在某些特殊條件下。例如，工廠在生產(chǎn)過程中發(fā)生事故，造成大量有害氣體泄漏；外界氣候

28、條件突然變化等，都會引起人群的急性中毒。例如，震驚世界的倫敦煙霧事件、美國聯(lián)合碳化物公司印度博帕爾市農(nóng)藥廠劇毒氣體泄漏事件等。慢性中毒主要表現(xiàn)在人體長期連續(xù)地吸入低濃度的污染物導致患病率上升。二氧化硫、飄塵、氮氧化物等即使?jié)舛群艿鸵材艽碳ず粑到y(tǒng)，誘發(fā)呼吸道的各種炎癥。日本“四日市哮喘病”是慢性中毒的典型例子。致畸致癌作用指的是隨著空氣污染的加劇，空氣中致畸致癌物質(zhì)的含量日益增多，造成嬰兒畸形和癌癥的發(fā)病率增高。城市中肺癌發(fā)病率、死亡率往往高于農(nóng)村就是一個典型的例子。除硫氧化物、氮氧化物、飄塵等對人體健康有很大危害外，氟化物、有毒重金屬如鉛、鎘、鋅、鈦、錳、釩、鋇、汞，以及砷等，都可能引起人體

29、慢性中毒，有的可引起癌癥。9.汽車尾氣凈化催化劑三效催化劑TWC(Three-Way Catalyst)汽車尾氣的主要有害成分是碳氫化合物(CnHm)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)。這三種物質(zhì)對人體都有毒害，其中CnHm及NOx在陽光及其他適宜條件下還會形成光化學煙霧，危害更大。消除汽車尾氣中這些有害成分的方案主要有兩種：一種是改進發(fā)動機的燃燒方式以減少有害氣體的排放；另一種是采用催化轉(zhuǎn)化器將尾氣中的有害氣體凈化。首先，1975年美國在新型車上安裝了催化轉(zhuǎn)化器，接著日本、西歐等國家也先后采用催化轉(zhuǎn)化器以滿足自己國家汽車排放法規(guī)的要求。汽車催化轉(zhuǎn)化器有兩種類型，一種是氧化型催化反應器，使

30、尾氣中的CnHm和CO與尾氣中的余氧反應，生成無害的H2O和CO2，從而達到凈化目的。由于對NOx等污染物排放標準的強制化和降低燃料消耗的要求，一方面應盡量控制空燃比在14.6附近運轉(zhuǎn)，另一方面應采用控制點火時間和廢氣再循環(huán)等方法，以減少尾氣中的NOx。然而這些方法的缺點是往往會增加尾氣中的CnHm和CO。為了解決這個問題，出現(xiàn)了三效催化劑(英文名為Three-Way Catalyst)，簡稱TWC。這種催化劑的特性是用一種催化劑能同時凈化汽車尾氣中的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(CnHm)和氮氧化物(NOx)，但為了發(fā)揮其催化性能，必須將空燃比經(jīng)?？刂圃?4.6±0.1附近，這種催

31、化凈化器具有較高的凈化率，但需要有氧傳感器、多點式燃料電子噴射、電子點火等閉路反饋系統(tǒng)相匹配。這種催化凈化器是利用尾氣中的O2、NOx為氧化劑，CO、CnHm（以CH2為代表）和H2為還原劑，在理論空燃比附近可發(fā)生如下反應：2CO+O2=2CO22CO+2NO=N2+2CO2CH2+3nNO=nN2+nCO2+nH2O2NO+2H2=N2+2H2O現(xiàn)在應用的三效催化劑大部分是以多孔陶瓷為載體，再附著上所謂的活化涂層(Washcoat)，最后用浸漬的方法吸附活性成分。催化劑的活性成分主要采用貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等。由于貴金屬資源少、價格貴，各國科學家都在致力于研究經(jīng)濟上和技術

32、上都可行的稀土/鈀三效催化劑。預計這種催化劑將有很好的應用前景。三效催化凈化器的優(yōu)點是凈化率與燃料經(jīng)濟性都比較好，主要問題是成本費用昂貴。由于柴油機排放的氣體中殘留的氧較多，使氧傳感器的控制不靈敏，故三效催化凈化器一般不用于柴油機，而只適用于汽油機。10.濃、稀硫酸氧化作用不同的原因濃硫酸是一種氧化作用相當強的氧化劑，特別是當加熱時，它的氧化性就更強了。濃硫酸的氧化作用是由于分子里有氧化數(shù)為+6的硫所引起的。加熱時，絕大多數(shù)金屬（Au、Pt除外）都能與濃硫酸發(fā)生反應，但都沒有氫氣生成。在金屬活動性順序中氫前面的金屬，根據(jù)它們還原性強弱的不同，硫酸分子里氧化數(shù)為+6的硫，能被還原成不同氧化數(shù)的產(chǎn)

33、物，如SO2、S和H2S等。在一般情況下，大多生成SO2。在加熱情況下，當還原性強的鋅與濃硫酸作用時，主要生成SO2，但往往同時有單質(zhì)S和H2S生成。Zn+2H2SO4(濃)ZnSO4+SO2+2H2O3Zn+4H2SO4(濃)3ZnSO4+S+4H2O4Zn+5H2SO4(濃)4ZnSO4+H2S+4H2O金屬的還原性越強，生成S和H2S的傾向就越大。在金屬活動性順序里氫以后的金屬，在加熱情況下與濃硫酸反應，都生成SO2，而不生成S和H2S。例如：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2+2H2O稀硫酸與活潑金屬反應，能放出H2。Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2這種氧化作用，實際上

34、是金屬與稀硫酸里電離出來的氫離子反應而引起的。因此，稀硫酸的氧化作用是一般酸類共有的性質(zhì)。但氫離子只能氧化金屬活動性順序中位于氫前面的金屬，如Mg、Zn、Fe等，或者說是這些活潑金屬的還原性把氫離子還原了。而位于氫后面的金屬，如Cu、Ag、Hg等，則不能與稀硫酸反應。11.硝酸的濃度和氧化能力當硝酸與金屬反應時，硝酸被還原的程度取決于酸的濃度和還原劑的強弱。對于同一種還原劑來說，酸愈稀，被還原的程度愈大。例如，銅與濃硝酸的反應中，；而銅與稀硝酸的反應中，。上述反應中當硝酸的濃度為8 mol/L以上時，還原的主要產(chǎn)物是NO2。這是因為硝酸越濃，氧化性越強，反應過程中生成的低價氮的化合物，在強的氧

35、化氣氛中不能存在，繼續(xù)被氧化成高價的氮的化合物NO2。當硝酸較稀時，它的氧化性也較弱，氮的低價氧化物能夠存在，所以主要產(chǎn)物是NO。兩者電位接近，所以在同一反應中，產(chǎn)生的NO和NO2的機會相近，在溶液中能達成以下平衡：3NO2+H2O2HNO3+NO濃硝酸與金屬反應時，最初可能生成NO，但由于硝酸濃度很大，使平衡強烈地向左移動，主要產(chǎn)物為NO2；當稀硝酸與金屬反應時，由于硝酸濃度小，平衡向右移動，主要產(chǎn)物為NO。因此，我們不能簡單地就濃、稀硝酸的還原產(chǎn)物來解釋濃、稀硝酸氧化能力的強弱。12.硝酸與金屬反應的一般規(guī)律硝酸與金屬的反應是相當復雜的。在這類氧化還原反應中，包括許多平行反應。因此，可以得

36、到多種還原產(chǎn)物，而且在還原產(chǎn)物之間還進行氧化還原反應。某些金屬（如鎂、鋅）與小于2 mol/L的硝酸反應時，還會產(chǎn)生一定量的氫氣。硝酸的還原產(chǎn)物，除取決于硝酸的濃度、還原劑的還原能力外，還與反應溫度和反應中間產(chǎn)物（HNO2、NO2）的催化作用有關，反應雖復雜，但硝酸與金屬的反應是有規(guī)律的。（1）在金屬活動性順序中，位于氫后面的金屬如銅、汞、銀等，與濃硝酸反應時，主要得到NO2，與稀硝酸反應時，主要得到NO。（2）在常溫下Fe、Co、Ni、Al等金屬在濃硝酸中發(fā)生“鈍化”，在金屬表面覆蓋一層致密的金屬氧化物薄膜，阻止反應進一步發(fā)生。這些金屬與稀硝酸作用主要生成N2O（有的認為是NO）， 這是由于

37、它們的還原性較強，能將硝酸還原成較低價的N2O。如與更稀的硝酸反應則生成氨（鈷在同樣條件下則生成氮氣）。（3）鎂、鋅等金屬與不同濃度的硝酸作用能得到氮的不同低價態(tài)的還原產(chǎn)物。例如，當硝酸中HNO3的質(zhì)量分數(shù)為9%33%（密度為1.051.20 g/cm3)時，反應按下式進行：4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+5H2O+N2O若硝酸更稀，反應會生成氨，氨與過量的硝酸進一步反應生成硝酸銨。4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O(4)Au、Pt、Ir、Rh等重金屬與濃、稀硝酸都不反應，因為它們特別穩(wěn)定，不易被氧化。（5）Sn、Sb、W、V等金屬與濃硝酸作用，生成金屬

38、氧化物，而不是硝酸鹽（因為這些金屬氧化物不溶于硝酸，反應不再繼續(xù)發(fā)生）。13.氨水氨水是無色液體，工業(yè)和農(nóng)業(yè)用的氨水常因含有鐵離子等雜質(zhì)而顯淺黃色。氨水有強烈的刺激性氣味，對眼睛黏膜有強烈的刺激性，對傷口有腐蝕性。氨水的密度小于純水的密度，最濃的氨水中NO3的質(zhì)量分數(shù)為35.28%，密度為0.88 g/cm3。農(nóng)業(yè)用氨水的質(zhì)量分數(shù)一般為20%，折合含氮的質(zhì)量分數(shù)為15%17%。氨水是速效肥，施入土壤后很快被農(nóng)作物吸收，不會殘留有害物質(zhì)，也不會影響土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。氨水可以作為追肥和基肥，要深施，不能直接施在作物的莖、葉上，以防燒傷作物。氨水易分解，揮發(fā)性很大，在運輸、儲存和施用等環(huán)節(jié)中都要注意

39、防止氨的揮發(fā)，以減少肥分損失。氨水對多種金屬有腐蝕作用，運輸、儲存容器常用橡皮袋、塑料桶、陶瓷罐或涂瀝青的鐵桶等。氨水在醫(yī)療上用于治療昏厥和外用消毒等，也是家庭中常用的清潔劑。14.氮肥植物生長需要不斷從外界攝取各種營養(yǎng)元素，如碳、氫、氧、氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼、鉬等。前十種元素植物需要量較多，叫大量元素；后面幾種元素植物需要量很少，叫微量元素。其中碳、氫、氧可以從空氣中的CO2和土壤里的水分中獲得，除部分地區(qū)缺乏個別微量元素外，一般土壤里都供給有余。只是氮、磷、鉀三種元素，土壤里供給不足，而植物生長時需要量又較大。因此，對這三種元素的人工施肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要意義，所以

40、把氮、磷、鉀三種元素叫做肥料三要素。氮是形成植物細胞里原生質(zhì)的主要成分蛋白質(zhì)的重要元素，也是形成核酸和葉綠素的重要元素。因此，要使莊稼生長茂盛，就不能缺少氮肥。綠色植物一般不能從空氣里直接攝取它們所需要的氮，也不能從土壤里吸取復雜的含氮的有機物。植物從土壤里攝取的氮主要是銨鹽和硝酸鹽里的氮。土壤里的氮被植物所吸取，含氮量就會減少。同時，土壤里有些細菌能夠使含氮的物質(zhì)分解，使化合態(tài)的氮變?yōu)橛坞x態(tài)的氮。另外，雨水、河水也會沖洗掉一部分土壤里的氮的化合物。這些作用都會使土壤里含氮量減少。但是，自然界里還有另外一些過程在補充著土壤里減少的氮。例如，動植物的殘體腐敗的時候，其中含氮的有機化合物在某些細菌

41、的作用下，大部分轉(zhuǎn)化為氨。一部分氨跟土壤里的酸如碳酸、有機酸等起反應，變成銨鹽；一部分氨在硝化細菌的作用下逐漸氧化為硝酸。生成的硝酸跟土壤里的鹽類（如碳酸鹽）起反應變成了硝酸鹽。這樣，有機物里的氮就轉(zhuǎn)化為銨鹽和硝酸鹽，回到土壤里，供植物攝取。土壤里的固氮菌和豆科植物的根部根瘤菌能夠直接攝取空氣里的氮氣，把氮氣轉(zhuǎn)化為氮的化合物。這也是增加土壤里含氮量的途徑之一。自然界里雖然進行著添加土壤里化合態(tài)氮的作用，但仍不能滿足農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、高產(chǎn)的需要，我們必須采取各種方法如施用氮肥、細菌肥料、輪種豆科作物等，來增加土壤里的氮，提高土壤的肥力。氮肥可以根據(jù)它們的來源分為農(nóng)家氮肥和化學氮肥兩類。農(nóng)家氮肥有廄肥、餅

42、肥等；化學氮肥有硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨、氨水和尿素等。氮肥是速效肥料。在用氮肥作追肥時，應考慮作物發(fā)育狀況，如在開花期，一般作物都需要消耗大量的氮肥，因此必須在開花以前追以足量的氮肥。而在成熟期應避免增施氮肥。還必須指出，氮肥的施用必須跟磷、鉀等肥料配合，才能達到增產(chǎn)的目的。氮肥也可以根據(jù)它們的化合形態(tài)分為：銨態(tài)氮肥（含銨根的），如硫酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、氨水，以及較少情況下用的氯化銨；硝酸態(tài)氮肥（含有硝酸根的），如硝酸鉀、硝酸鈣；酰胺態(tài)氮肥（含有CONH2基的），如尿素CO（NH2)2；蛋白質(zhì)態(tài)氮肥（氮主要以蛋白質(zhì)形態(tài)存在），如廄肥、餅肥等。前兩類氮肥能直接供農(nóng)作物吸收利用，后兩類氮肥要

43、分解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮或硝酸態(tài)氮后才能產(chǎn)生肥效?，F(xiàn)把幾種主要氮肥的性質(zhì)及施用、保存方法列于表4-2中。表 4-2  一些主要氮肥的性質(zhì)和施用、保存方法  肥料類型名稱化學式性狀含氮量（氮的質(zhì)量分數(shù)）水溶性熔點施用和保存方法   銨態(tài)氮肥 硫酸銨 （NH4)2SO4白色晶體，微粒20%21% 易溶 235 分解 穩(wěn)定固體，可撒施氯化銨 NH4Cl白色晶體，微粒24%易溶340 升華同上 碳酸氫銨NH4HCO3 白色晶體，易分解、揮發(fā)  16%17%能溶&

44、#160;3660 分解用時應深施覆土。保存時應密封存放在干燥陰涼處   硝酸銨 NH4NO3白色晶體，微粒 34%35%  易溶169.6 穩(wěn)定固體，可撒施   氨水NH3·H2O無色到黃色水溶液，有刺激性氣味16%17%  和水可以任何比率混合    易揮發(fā)，有堿性和腐蝕性，使用時要稀釋，施后應覆土或穴施   硝酸態(tài)氮肥 硝酸鈣 Ca(NO3)2白色晶體，微粒 17%易溶5

45、61     易吸潮結(jié)塊，穩(wěn)定，可撒施 硝酸鉀KNO3白色晶體，微粒14%（含K 39%）易溶  334   穩(wěn)定，可撒施   酰銨態(tài)氮肥 尿素CO（NH2)2 白色晶體，微粒 42%46%微溶 132.7   穩(wěn)定，可撒施或深施 當在土壤中施用硫酸銨時，由于植物吸收NH+4比SO2-4快且數(shù)量多，最后硫酸根留在土壤里，使土壤的酸性增加。所以，長期施用硫酸銨，會使土壤板結(jié)硬化。由于氯化銨中的Cl-會降低煙草

46、的燃燒性，使煙草味道變壞，而且Cl-也會使薯類的淀粉含量降低，因此NH4Cl不適用于糖類、淀粉作物及煙草等。硝酸銨既含有硝酸態(tài)氮又含有銨態(tài)氮，都易被植物吸收，是含氮量較高的氮肥，但NO3-容易流失，特別在水田里施用更易流失。碳酸氫銨跟硫酸銨的肥效相近，因為它不含硫酸根，不會使土壤變酸性。碳酸氫銨容易分解。液氨和氨水也是很好的氮肥。如果施用得法，肥效跟硫酸銨大致相同。但施用時不能跟種子和莖葉接觸，以防止燒傷。氨水施入土壤后，氨水里的NH+4一部分可被植物直接吸收，另一部分被土壤吸收，然后逐漸供給作物，或在硝化細菌的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛岣俦蛔魑镂?。由于在稻田施用氨水能殺死魚蟹，因此在這種情況下

47、，不宜施用氨水作肥料。尿素是目前含氮量最高的固體氮肥。它不能直接被植物吸收，但在土壤細菌的作用下，尿素轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徜@后，能被植物吸收。經(jīng)常施用尿素，對土壤沒有不良影響?？茖W家談化學展望化學之未來：挑戰(zhàn)和機遇唐有祺近代化學發(fā)軔于18世紀和19世紀之交提出的元素學說和原子學說。此前多少個世紀都曾進行過與化學有關的實踐，從事物質(zhì)轉(zhuǎn)化的探索，其中最有影響的是追求長生不死的煉丹術和熱衷于發(fā)財致富的煉金術。這些實踐及其目標都帶有極大的盲目性和狹隘性。在科學發(fā)達的今天看來，長生不死顯然是不可能的，而煉金術者向往的是一種改變化學元素的人工核反應。它們不可能成功，但在醫(yī)藥化學和冶金化學方面也曾積累過點滴原始資料，

48、并從盲目實踐所得的教訓中終于轉(zhuǎn)向?qū)ξ镔|(zhì)組成的探索。從19世紀初起，化學進入了持續(xù)至今以原子論為主線的新時期。1860年化學又理順了當量與原子量的關系，改正了化學式和分子式，從而使原子論得以確立。從此，化學的發(fā)展越來越順當。奠定近代化學總體的理論基礎是原子-分子論，簡稱原子論。它指明：不同元素代表不同原子；原子在空間按一定方式或結(jié)構(gòu)結(jié)合成分子；分子的結(jié)構(gòu)決定其性能；分子進一步集聚成物體。這個理論的內(nèi)涵隨著化學的發(fā)展不斷深化和擴展。在自然科學的各個分支中，化學是側(cè)重在原子-分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性能及其相互轉(zhuǎn)化的學科。在這種稱為化學反應或化學過程的轉(zhuǎn)化中，原子相互結(jié)合的方式或分子的結(jié)構(gòu)是

49、要改變的。從天然資源制取所需物資一般都要通過化學過程，從而出現(xiàn)基于化學的種種產(chǎn)業(yè)?；瘜W過程的重要性還在于它們普遍進行于包括生物界在內(nèi)的大自然中。迄今能源工業(yè)在很大程度上仍有賴于化學過程?；仡櫸覈_發(fā)天然資源以滿足人民生活需求的情況，當不難體會化學在解決億萬人民溫飽問題中的作用?；诨瘜W的產(chǎn)業(yè)要從天然資源中制取大量化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜以及鋼鐵、塑料和水泥等原材料，并生產(chǎn)大量合成纖維和橡膠以補農(nóng)林業(yè)之不足。能源開發(fā)以及醫(yī)藥衛(wèi)生也離不開化學?？傊股钏璧囊率匙⌒幸约搬t(yī)藥等物資越來越富足，很難離開化學所能發(fā)揮的直接或間接的作用。化學是分工負責物質(zhì)在分子層次上變化的學科。化學掌管著百來個元素，而且還

50、在不斷耕耘周期系和整理天然產(chǎn)物，從而發(fā)現(xiàn)的化合物幾乎每10年要翻上一番。現(xiàn)在化學手中的百來個元素和二千萬上下化學物種是當今人類所能依賴的物質(zhì)寶庫。它們能滿足人類的物資需求。人類對物資的需求，不論在質(zhì)量和數(shù)量上總是要不斷發(fā)展的。圍繞這個需求的核心基礎學科是化學。即此一端，就會對化學提供無窮無盡的問題和動力以及造福人類的永恒機會。在包括經(jīng)濟、文化、科技和教育在內(nèi)的社會需求的驅(qū)使下，化學學科之發(fā)展仍有賴于其他學科和一系列新技術的推動，其中化學與物理的關系特別密切。它們早期曾有過約定俗成的分工。分工的要點是化學要追究物質(zhì)的組成，而物理在研究中則要回避物質(zhì)組成的變化。這種分工曾是雙方樂意的，并且也取得了

51、種瓜得瓜、種豆得豆的效果。迷戀于追究物質(zhì)組成的化學在19世紀建成了原子-分子理論，發(fā)現(xiàn)和合成了大量化合物，揭示了元素周期律和碳原子價鍵的四面體向等重大規(guī)律。從此，對物質(zhì)世界的認識大為深入而開闊。這些進展為天然資源的開發(fā)提供了科學依據(jù)。但化學若要對物質(zhì)的認識再深入一步就需要迎接外來的契機了。幸好擺弄熱、聲、光、電、磁等效應的經(jīng)典物理也已取得了累累成果，為機電工業(yè)奠立了科學基礎，并從19世紀末起又在揭示原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和波-粒二象性中將牛頓力學發(fā)展為量子力學，使物理學進入近代物理時期。近代物理對化學的發(fā)展不論在實驗和理論上都提供了新的起點。化學與生物學和礦物學等學科也有很深的淵源關系。生物學在19世紀

52、后半期接連出現(xiàn)了進化論、遺傳定律和細胞學說等突破性進展，如果要在此基礎上進一步發(fā)展，特別是要更多地揭示生命的共性和本質(zhì)，極大限度地消除其神秘色彩以及解決農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的問題，就必須從化學方面來研究生命和生物體，并將認識的層次逐漸從細胞過渡到分子水平。化學當時的發(fā)展水平正足以迎接這樣的挑戰(zhàn)，生物化學得以應運而生?；瘜W學科在發(fā)展中除了滿足社會對它提出的需求外，也對其他學科和技術的發(fā)展給予了豐碩的回報。化學在最近半個世紀中，新的需求不但使自身及其各個分支取得了很大進展，而且還在分子生物學和材料科學等新學科的奠立上起了十分積極的作用，同時還迎來了計算機、激光、磁共振、新材料和重組DNA技術等新事物以及

53、新的發(fā)展機會。在這個時期中，化學在認識原子結(jié)合成分子的方式、依據(jù)和規(guī)律方面已日趨深入而系統(tǒng)。這個進展足以代表化學學科為其他學科和技術的發(fā)展所作回報的一個方面。體系的結(jié)構(gòu)和過程的機制是化學研究中需要探索的兩個帶有普遍性的階段性目標。在此激光、分子束和脈沖等技術大顯神通的時代，化學動力學和動態(tài)學也都取得了重大進展。此外，高分子化學、有機化學、無機化學和分析化學等分支學科也取得了無愧于時代的重大發(fā)展?；瘜W學科的核心任務或今后長遠的努力方向大體上可歸納成3個方面：（1）開展化學反應的基礎研究，以利開發(fā)新化學過程；（2）揭示組成-結(jié)構(gòu)-性能之間關系和有關規(guī)律，以利設計分子或結(jié)構(gòu)和創(chuàng)造新物質(zhì)；（3）利用新

54、技術和新原理強化分析和測試方法的威力，使化學工作的耳目趨于靈敏和可靠。展望今后，化學將一如既往，積極參與材料科學和分子生物學的發(fā)展。這兩個領域與化學處在同一個物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次上，可以分享很大一部分原理和方法學，而且涉及的是光電子、信息通信以及健康和福利等新興產(chǎn)業(yè)。在21世紀中，化學在能源和環(huán)境產(chǎn)業(yè)中也當大有可為。目前環(huán)境治理問題已經(jīng)刻不容緩。對于防治大氣和水污染以及處理污水，化學不但有用武之地，而且還有解鈴還須系鈴人的關系?；瘜W界已對綠色工藝十分重視。環(huán)境問題在很大程度上也與能源結(jié)構(gòu)密切相關。當前的能源結(jié)構(gòu)不可能持續(xù)很久。利用太陽能發(fā)電和制氫以及回收CO2都是化學與有關學科需要一起解決的重要問題。在能源和環(huán)境產(chǎn)業(yè)中，電化學在解決化學能源問題和催化化學在發(fā)展綠色工藝方面都將起到極為重要的作用。我很同意國外有人這樣展望化學的未來：“除了繼續(xù)培育化學中的核心學科外，在今后25年中，化學家還將揭示生物學中的很多奧秘，并創(chuàng)造出具有神奇性能的物質(zhì)?！痹谧罱?5年中，新物質(zhì)的創(chuàng)制確實是很可觀的，其中最為突出