《面向21世紀課程教材·化學與現代文明》主要內容：對沿海地區的影響海平面的上升會對經濟相對發達的沿海地區產生重大影響。許多沿海城市和海島將大片淹沒。據估計，在美國海平面上升50cm的經濟損失為300億～400億美元。
基本介紹
- 中文名：面向21世紀課程教材•化學與現代文明
- 出版社：浙江大學出版社
- 語種：簡體中文
- ISBN：7308020355
- 作者：王明華
- 開本：0開
- 品牌：浙江大學出版社
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媒體推薦
第一版序
面向21世紀，科學技術和生產力的發展給人類物質生活和精神生活的提高開闢了空前的美好前景，也為人類的生存和人類文明的發展提出了許多嚴峻的問題。於是擺在人類面前的一個重要問題是如何進一步增強認識和改造客觀世界的能力來應付這種前所未有的機遇與挑戰。其中很重要的一點就是需要改革高等教育的課程，改變受教育者的知識結構，深化和豐富他們對於當今面臨的重大問題的認識。
將科學相對地分幾門基礎學科是歷史上科學發展的結果，它表明人類對於客觀世界認識的深化，在科學發展的歷史中具有十分重要的意義。但在科學的進一步發展中，人們愈來愈清楚地認識到，各種學科之間有著密切的聯繫，而且往往由於不同學科的交叉滲透而形成新的學科領域。甚至，不僅自然科學的不同學科之間的交叉滲透十分重要，在社會科學與自然科學之間的不同學科交叉滲透也很重要，因為自然科學不僅是建設物質文明的基礎，也是建設精神文明的基礎。至於現代技術的發展離不開綜合套用各種基礎學科的知識，就更不用說了。化學，作為一門重要的基礎學科，同人類的現代文明有著十分密切的關係。它過去在改變人類的物質文明和精神文明的面貌中起過重要的、無可替代的作用，在今後迎接新世紀的機遇與挑戰中將會起到更加重要的作用。所以在高等教育的受教育者中普及一些有關化學及其在各重要領域中所起的作用的知識，是很有必要的。在王明華教授主編的這本為文管類和數學、力學、計算機等一些原來不開設化學類課程的專業而編寫的教材《化學與現代文明》中，除了用一章的篇幅簡明扼要地介紹關於化學反應的熱力學和動力學方面的知識外，其他篇幅都結合著當前社會文明發展中大家所十分關心的重大論題。如：環境和環境保護問題、能源問題、發展新材料問題、與生命科學有關的問題和涉及人類生存和健康的問題等，介紹相應的化學知識。相信通過這門課程不僅會使上述專業的學生獲得基本的化學知識，也會使他們對於這些當前普遍關心的論題有更清楚的了解。無疑，這對於擴大他們的知識面，增強他們認識和改造客觀世界的能力是極為有益的。由於這本書的主要篇幅是結合當前備受矚目的重大論題來介紹化學知識的，所以它對於有普通化學課程的專業的學生也不失是一本較好的充實實際知識的化學參考書。
編寫《化學與現代文明》教材，是在探索建立面向2l世紀的化學課程方面所作的一個嘗試。既然是開創性的和探索性的工作，不可能一開始就十全十美的。但是負責編寫這本教材的同志們的態度都是十分嚴肅認真的，各章的內容都是在收集了豐富的材料的基礎上編寫的，具有將專門性的科學技術知識作儘可能扼要而清楚地表述的特點。因此我認為這本教材的編寫對於探索建立面向21世紀的化學課程來說，是一項很有意義的工作。王明華教授囑我為本書寫序，我在閱讀了本書初稿後，感到自己也很受教育，有一些感想。上面所寫的，與其說是“序”，不如說是我的讀後感。
中國科學院院士 曹楚南
浙江大學化學系教授
1998年4月
面向21世紀，科學技術和生產力的發展給人類物質生活和精神生活的提高開闢了空前的美好前景，也為人類的生存和人類文明的發展提出了許多嚴峻的問題。於是擺在人類面前的一個重要問題是如何進一步增強認識和改造客觀世界的能力來應付這種前所未有的機遇與挑戰。其中很重要的一點就是需要改革高等教育的課程，改變受教育者的知識結構，深化和豐富他們對於當今面臨的重大問題的認識。
將科學相對地分幾門基礎學科是歷史上科學發展的結果，它表明人類對於客觀世界認識的深化，在科學發展的歷史中具有十分重要的意義。但在科學的進一步發展中，人們愈來愈清楚地認識到，各種學科之間有著密切的聯繫，而且往往由於不同學科的交叉滲透而形成新的學科領域。甚至，不僅自然科學的不同學科之間的交叉滲透十分重要，在社會科學與自然科學之間的不同學科交叉滲透也很重要，因為自然科學不僅是建設物質文明的基礎，也是建設精神文明的基礎。至於現代技術的發展離不開綜合套用各種基礎學科的知識，就更不用說了。化學，作為一門重要的基礎學科，同人類的現代文明有著十分密切的關係。它過去在改變人類的物質文明和精神文明的面貌中起過重要的、無可替代的作用，在今後迎接新世紀的機遇與挑戰中將會起到更加重要的作用。所以在高等教育的受教育者中普及一些有關化學及其在各重要領域中所起的作用的知識，是很有必要的。在王明華教授主編的這本為文管類和數學、力學、計算機等一些原來不開設化學類課程的專業而編寫的教材《化學與現代文明》中，除了用一章的篇幅簡明扼要地介紹關於化學反應的熱力學和動力學方面的知識外，其他篇幅都結合著當前社會文明發展中大家所十分關心的重大論題。如：環境和環境保護問題、能源問題、發展新材料問題、與生命科學有關的問題和涉及人類生存和健康的問題等，介紹相應的化學知識。相信通過這門課程不僅會使上述專業的學生獲得基本的化學知識，也會使他們對於這些當前普遍關心的論題有更清楚的了解。無疑，這對於擴大他們的知識面，增強他們認識和改造客觀世界的能力是極為有益的。由於這本書的主要篇幅是結合當前備受矚目的重大論題來介紹化學知識的，所以它對於有普通化學課程的專業的學生也不失是一本較好的充實實際知識的化學參考書。
編寫《化學與現代文明》教材，是在探索建立面向2l世紀的化學課程方面所作的一個嘗試。既然是開創性的和探索性的工作，不可能一開始就十全十美的。但是負責編寫這本教材的同志們的態度都是十分嚴肅認真的，各章的內容都是在收集了豐富的材料的基礎上編寫的，具有將專門性的科學技術知識作儘可能扼要而清楚地表述的特點。因此我認為這本教材的編寫對於探索建立面向21世紀的化學課程來說，是一項很有意義的工作。王明華教授囑我為本書寫序，我在閱讀了本書初稿後，感到自己也很受教育，有一些感想。上面所寫的，與其說是“序”，不如說是我的讀後感。
中國科學院院士 曹楚南
浙江大學化學系教授
1998年4月
圖書目錄
第1章 化學反應的基本原理
1．1 幾個基本概念
1．1．1 系統與環境
1．1．2 單相系統與多相系統
1．1．3 狀態與狀態函式
1．1．4 過程和可逆過程
1．2 化學反應中的能量守恆定律
1．2．1 熱力學第一定律
1．2．2 化學反應的反應熱
1．2．3 反應標準摩爾焓變的計算
1．3 化學反應進行的方向
1．3．1 反應的熵變
1．3．2 自發過程與吉布斯自由能
1．4 化學反應進行的限度
1．5 化學反應速率
1．5．1 化學反應速率的定義
1．5．2 化學反應的速率方程
1．5．3 溫度對反應速率的影響
1．5．4 反應的活化能和催化劑
1．5．5 鏈反應和光化反應
思考題與習題
第2章 大氣與人類
2．1 人類生存的珍貴資源——空氣在污染中
2．1．1 大氣圈及其結構
2．1．2 重要大氣污染物和大氣污染事件
2．1．3 我國的大氣環境狀況與環境空氣品質標準
2．2 保護臭氧層
2．2．1 臭氧層空洞對人類的威脅
2．2．2 氟利昂的功與過
2．2．3 保護臭氧層的全球對策
2．3 全球變暖的化學
2．3．1 二氧化碳與溫室效應
2．3．2 全球變暖及其對人類的影響
2．3．3 控制全球變暖的綜合對策
……
1．1 幾個基本概念
1．1．1 系統與環境
1．1．2 單相系統與多相系統
1．1．3 狀態與狀態函式
1．1．4 過程和可逆過程
1．2 化學反應中的能量守恆定律
1．2．1 熱力學第一定律
1．2．2 化學反應的反應熱
1．2．3 反應標準摩爾焓變的計算
1．3 化學反應進行的方向
1．3．1 反應的熵變
1．3．2 自發過程與吉布斯自由能
1．4 化學反應進行的限度
1．5 化學反應速率
1．5．1 化學反應速率的定義
1．5．2 化學反應的速率方程
1．5．3 溫度對反應速率的影響
1．5．4 反應的活化能和催化劑
1．5．5 鏈反應和光化反應
思考題與習題
第2章 大氣與人類
2．1 人類生存的珍貴資源——空氣在污染中
2．1．1 大氣圈及其結構
2．1．2 重要大氣污染物和大氣污染事件
2．1．3 我國的大氣環境狀況與環境空氣品質標準
2．2 保護臭氧層
2．2．1 臭氧層空洞對人類的威脅
2．2．2 氟利昂的功與過
2．2．3 保護臭氧層的全球對策
2．3 全球變暖的化學
2．3．1 二氧化碳與溫室效應
2．3．2 全球變暖及其對人類的影響
2．3．3 控制全球變暖的綜合對策
……
文摘
2．對人體健康的影響氣候變暖會導致極熱天氣頻率的增加，使得由於心血管和呼吸道疾病的死亡率增高（尤其是對老人和兒童），傳染病（瘧疾、腦膜炎等）的頻率由於病原體（病菌、病毒）的更廣泛傳播而增加。
3．對水資源的影響氣溫上升導致水體揮發和降雨量的增加，從而可能加劇全球旱澇災害的頻率和程度，並增加洪災的機會。
4．對森林的影響森林樹種的變遷可能跟不上氣候變化的速率；氣溫的上升會增加森林病蟲害和火災的可能性。
5．對農作物的影響氣候變暖對農業影響有利也有弊。某些地區的農業生產因氣溫上升，農作物產量增加而受益，但全球範圍農作物的產量和品種的地理分布將發生變化，農業生產可能必須相應改變土地合作方式和耕作方式。對農業生產水平較低的國家，容易造成農業的減產。
6．對生物物種的影響很多動植物的遷徒將可能跟不上氣候變化的速率，溫度上升還會使一些特殊的生態系統（如常綠植被、冰川生態等）及候鳥、冷水魚類的生存面臨困境。上述影響，在一定程度上正在產生。儘管我們對全球氣候變化的本質、趨勢和程度的認識還有相當大的不確定性，但我們必須著眼於現在，加強科學研究，並在此基礎上採取有效措施，控制全球氣候變暖。
2．3．3 控制全球變暖的綜合對策全球氣候變化一直是國際社會高度重視的重大全球環境問題，也是20世紀80年代以來一系列國際政府間高層會晤討論的焦點之一。1992年6月，聯合國環境與發展大會①簽署了《氣侯吏化樞架公約》。該公約是一項原則公約，它為國際社會在對付氣候變化問題上加強合作提供了法律框架，並對已開發國家和開發中國家規定了有區別的義務。在該公約中制訂的控制氣候變化的最終目標是將大氣圈中的溫室氣體的濃度穩定在一個水平上，以防止人類對氣候系統的有害干預。該水平應該在一個時間框架內達到，以使生態系統自然地適應氣候的變化，保證糧食生產不受威脅，並可以持續的方式發展經濟。全球氣候變化的控制對策及實施，是一個複雜的全球環境、經濟和國際政治問題。這一問題的根本分歧存在於已開發國家和開發中國家之間。已開發國家認為，開發中國家溫室氣體的排放量正在增加，必須像已開發國家一樣制訂限制指標，並採取限制措施。開發中國家則一直堅持，目前的全球氣候變化是由於已開發國家長期大量排放溫室氣體的結果，從現實和歷史角度看，已開發國家應為此承擔主要責任，他們應率先採取行動，控制溫室氣體的排放。大多數開發中國家正處在發展的初級階段，溫室氣體人均排放低，沒有義務制訂限控指標。其次，已開發國家之間由於各自利益不同，在此問題上也存在很大的分歧。其中歐盟表現最為激進，提出到2010年在1990年基礎上削減15%等等。1997年12月又在日本簽署了旨在延緩全球變暖的《都都協定書》。協定書規定：2008～2012年間已開發國家溫室氣體排放量，要在1990年的基礎上平均削減5．2%；其中世界排放量最大的美國應削減7%，歐盟8%，日本6%。協定書生效有兩個條件：①至少要有55個國家批准；②至少要達到占工業化國家溫室氣體排放量55%的國家批准。至今（2002年8月）批准國已達90個（我國已批准美國則拒簽），但第②條未達到（只占35%），所以《京都協定書》尚不能生效。2002年9月再次召開了可持續發展世界首腦會議@，共商全球可持續發展大計，認為目前的重點必疆是履行已經達成的田際公約，已開發國家應該帶頭，田為遣些國家擁有財富和技術，它們培全球環境建成的問題也更大。美國總統既不與會、又拒簽《京都協定書》，即一個溫室氣體排放量最大的又是全球最發達的國家，卻不願承擔“共同但有區別的責任”，限控溫室氣體的排放。事實再次說明，圍繞氣候變化的鬥爭早巳超出“氣候”、“環境”的範疇，直接涉及經濟、政治和國家的發展。氣候變化仍將是21世紀國際社會一大熱點問題。我國在爭取最大的國家利益的同時，也會積極地承擔與我國社會經濟狀況相應的國際義務。控制全球氣候變暖的對策涉及社會生活的各個方面，主要有：
1．調整能源戰略人類對能源的需求和使用是造成對氣候影響的直接原因。調整能源戰略包括提高現有能源利用率、改善能源結構和增加清潔能源比重。提高現有能源利用率，減少CO。排放。在保證經濟成長的同時，通過改進工藝過程、設備和技術，達到減少能耗的目的，在許多國家尤其是開發中國家具有很大潛力和廣闊的前景。改善能源結構、增加清潔能源比重主要是指從使用含碳量高的燃料（如煤），轉向含碳量低的燃料（如天然氣），或轉向不含碳的能源，如太陽能、風能、核能、燃料電池、地熱能、水能、海洋能、生物質能等。這些選擇都將使我們向減少CO2排放的方向邁進。
2．植樹造林，發展植物淨化將C02從大氣轉移到植物體中，是去除大氣中CO2的重要途徑之一。為抑制COz增長，應大面積植樹造林。若20年內造林10億公頃，即每年世界新增林地5千萬公頃，20年後新增林地將可以吸收CO2約200億噸，達到阻滯COz增長的目的。植物還具有美化環境、調節氣候、截留粉塵、吸收大氣中有害氣體、消除噪聲等功能。植物可以在大面積的範圍內，長時間、連續地淨化大氣，尤其是在大氣中污染物影響範圍廣、濃度較低的情況下，植物淨化是行之有效的方法。在城市和工業區有計畫、有選擇地擴大綠地面積也是大氣污染綜合防治具有長效能和多功能的保護措施。
3．控制人口，提高糧產，限制毀林欠已開發國家人口失控和已開發國家無節制消費及短期行為是造成溫室災害的本質原因，因而應在全球推行控制人口數量（每一位地球公民都應審慎考慮是否值得再生一個孩子），提高人口素質，使人口發展與環境和經濟相適應。解決第三世界的糧食問題，應依靠農業技術進步，發展生態農業，走提高單產之路，摒棄毀林從耕的落後生產模式。
4．加強環境意識教育，促進國際合作缺乏環境意識是環境惡化的重要原因，為此，應通過各種渠道和宣傳工具，進行危機感、緊迫感和責任感的教育，使越來越多的人認識到溫室災害已經開始，氣候有可能日益變暖，人類應為自身和全球負責，建立長遠規劃，防止氣候惡化。而且這類環境污染是沒有國界的，必須把地球環境作為整體統一考慮、合作治理，已開發國家不但應採取有力措施限制溫室氣體的排放，而且應提供資金和技術，支持開發中國家為保護氣候變暖所作的努力。
2．4 汽車與光化學煙霧光化學煙霧是以汽油作動力燃料（主要是汽車）之後出現的一種新型空氣污染現象。1940年首次出現在美國洛杉磯市，因此，也稱為洛杉磯煙霧。自20世紀50年代以來，光化學煙霧在世界各地不斷出現，從出現次數及分布地域來看，都有明顯增加。如日本、加拿大、德國、澳大利亞、荷蘭等國的一些大城市和我國蘭州、北京也都發生過。由於光化學煙霧污染已成為一個世界性的問題，因此，也引起了人們的廣泛關注。大氣中的氮氧化物和碳氫化合物等一次污染物，在陽光強烈照射下經過一系列光化學反應，生成臭氧（占反應產物的85%以上）、過氧乙醯硝酸酯（PAN，約占反應產物的10%）及高活性自由基、醛類、酮類、有機酸等二次污染物。由這些一次和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現象，稱為光化學煙霧。它具有很強的氧化性、刺激性，對人類及動植物危害極大。
3．對水資源的影響氣溫上升導致水體揮發和降雨量的增加，從而可能加劇全球旱澇災害的頻率和程度，並增加洪災的機會。
4．對森林的影響森林樹種的變遷可能跟不上氣候變化的速率；氣溫的上升會增加森林病蟲害和火災的可能性。
5．對農作物的影響氣候變暖對農業影響有利也有弊。某些地區的農業生產因氣溫上升，農作物產量增加而受益，但全球範圍農作物的產量和品種的地理分布將發生變化，農業生產可能必須相應改變土地合作方式和耕作方式。對農業生產水平較低的國家，容易造成農業的減產。
6．對生物物種的影響很多動植物的遷徒將可能跟不上氣候變化的速率，溫度上升還會使一些特殊的生態系統（如常綠植被、冰川生態等）及候鳥、冷水魚類的生存面臨困境。上述影響，在一定程度上正在產生。儘管我們對全球氣候變化的本質、趨勢和程度的認識還有相當大的不確定性，但我們必須著眼於現在，加強科學研究，並在此基礎上採取有效措施，控制全球氣候變暖。
2．3．3 控制全球變暖的綜合對策全球氣候變化一直是國際社會高度重視的重大全球環境問題，也是20世紀80年代以來一系列國際政府間高層會晤討論的焦點之一。1992年6月，聯合國環境與發展大會①簽署了《氣侯吏化樞架公約》。該公約是一項原則公約，它為國際社會在對付氣候變化問題上加強合作提供了法律框架，並對已開發國家和開發中國家規定了有區別的義務。在該公約中制訂的控制氣候變化的最終目標是將大氣圈中的溫室氣體的濃度穩定在一個水平上，以防止人類對氣候系統的有害干預。該水平應該在一個時間框架內達到，以使生態系統自然地適應氣候的變化，保證糧食生產不受威脅，並可以持續的方式發展經濟。全球氣候變化的控制對策及實施，是一個複雜的全球環境、經濟和國際政治問題。這一問題的根本分歧存在於已開發國家和開發中國家之間。已開發國家認為，開發中國家溫室氣體的排放量正在增加，必須像已開發國家一樣制訂限制指標，並採取限制措施。開發中國家則一直堅持，目前的全球氣候變化是由於已開發國家長期大量排放溫室氣體的結果，從現實和歷史角度看，已開發國家應為此承擔主要責任，他們應率先採取行動，控制溫室氣體的排放。大多數開發中國家正處在發展的初級階段，溫室氣體人均排放低，沒有義務制訂限控指標。其次，已開發國家之間由於各自利益不同，在此問題上也存在很大的分歧。其中歐盟表現最為激進，提出到2010年在1990年基礎上削減15%等等。1997年12月又在日本簽署了旨在延緩全球變暖的《都都協定書》。協定書規定：2008～2012年間已開發國家溫室氣體排放量，要在1990年的基礎上平均削減5．2%；其中世界排放量最大的美國應削減7%，歐盟8%，日本6%。協定書生效有兩個條件：①至少要有55個國家批准；②至少要達到占工業化國家溫室氣體排放量55%的國家批准。至今（2002年8月）批准國已達90個（我國已批准美國則拒簽），但第②條未達到（只占35%），所以《京都協定書》尚不能生效。2002年9月再次召開了可持續發展世界首腦會議@，共商全球可持續發展大計，認為目前的重點必疆是履行已經達成的田際公約，已開發國家應該帶頭，田為遣些國家擁有財富和技術，它們培全球環境建成的問題也更大。美國總統既不與會、又拒簽《京都協定書》，即一個溫室氣體排放量最大的又是全球最發達的國家，卻不願承擔“共同但有區別的責任”，限控溫室氣體的排放。事實再次說明，圍繞氣候變化的鬥爭早巳超出“氣候”、“環境”的範疇，直接涉及經濟、政治和國家的發展。氣候變化仍將是21世紀國際社會一大熱點問題。我國在爭取最大的國家利益的同時，也會積極地承擔與我國社會經濟狀況相應的國際義務。控制全球氣候變暖的對策涉及社會生活的各個方面，主要有：
1．調整能源戰略人類對能源的需求和使用是造成對氣候影響的直接原因。調整能源戰略包括提高現有能源利用率、改善能源結構和增加清潔能源比重。提高現有能源利用率，減少CO。排放。在保證經濟成長的同時，通過改進工藝過程、設備和技術，達到減少能耗的目的，在許多國家尤其是開發中國家具有很大潛力和廣闊的前景。改善能源結構、增加清潔能源比重主要是指從使用含碳量高的燃料（如煤），轉向含碳量低的燃料（如天然氣），或轉向不含碳的能源，如太陽能、風能、核能、燃料電池、地熱能、水能、海洋能、生物質能等。這些選擇都將使我們向減少CO2排放的方向邁進。
2．植樹造林，發展植物淨化將C02從大氣轉移到植物體中，是去除大氣中CO2的重要途徑之一。為抑制COz增長，應大面積植樹造林。若20年內造林10億公頃，即每年世界新增林地5千萬公頃，20年後新增林地將可以吸收CO2約200億噸，達到阻滯COz增長的目的。植物還具有美化環境、調節氣候、截留粉塵、吸收大氣中有害氣體、消除噪聲等功能。植物可以在大面積的範圍內，長時間、連續地淨化大氣，尤其是在大氣中污染物影響範圍廣、濃度較低的情況下，植物淨化是行之有效的方法。在城市和工業區有計畫、有選擇地擴大綠地面積也是大氣污染綜合防治具有長效能和多功能的保護措施。
3．控制人口，提高糧產，限制毀林欠已開發國家人口失控和已開發國家無節制消費及短期行為是造成溫室災害的本質原因，因而應在全球推行控制人口數量（每一位地球公民都應審慎考慮是否值得再生一個孩子），提高人口素質，使人口發展與環境和經濟相適應。解決第三世界的糧食問題，應依靠農業技術進步，發展生態農業，走提高單產之路，摒棄毀林從耕的落後生產模式。
4．加強環境意識教育，促進國際合作缺乏環境意識是環境惡化的重要原因，為此，應通過各種渠道和宣傳工具，進行危機感、緊迫感和責任感的教育，使越來越多的人認識到溫室災害已經開始，氣候有可能日益變暖，人類應為自身和全球負責，建立長遠規劃，防止氣候惡化。而且這類環境污染是沒有國界的，必須把地球環境作為整體統一考慮、合作治理，已開發國家不但應採取有力措施限制溫室氣體的排放，而且應提供資金和技術，支持開發中國家為保護氣候變暖所作的努力。
2．4 汽車與光化學煙霧光化學煙霧是以汽油作動力燃料（主要是汽車）之後出現的一種新型空氣污染現象。1940年首次出現在美國洛杉磯市，因此，也稱為洛杉磯煙霧。自20世紀50年代以來，光化學煙霧在世界各地不斷出現，從出現次數及分布地域來看，都有明顯增加。如日本、加拿大、德國、澳大利亞、荷蘭等國的一些大城市和我國蘭州、北京也都發生過。由於光化學煙霧污染已成為一個世界性的問題，因此，也引起了人們的廣泛關注。大氣中的氮氧化物和碳氫化合物等一次污染物，在陽光強烈照射下經過一系列光化學反應，生成臭氧（占反應產物的85%以上）、過氧乙醯硝酸酯（PAN，約占反應產物的10%）及高活性自由基、醛類、酮類、有機酸等二次污染物。由這些一次和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現象，稱為光化學煙霧。它具有很強的氧化性、刺激性，對人類及動植物危害極大。
