化学与人类文明
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化学与材料
• 材料科学是以化学、物理和生物学等为基 础的边缘科学，它主要是研究和开发具有 电、磁、光和催化等各种性能的新材料， 如高温超导体、非线性光学材料和功能性 高分子合成材料等。 • 化学帮助人类从直接利用天然材料迈向创 造和合成特定性能的材料。激光、航空、 航天、导弹和纳米技术所需要的高新材料 ，也依赖于化学合成。
• 全球变暖正以两种方式导致海平面不断 上升：热膨胀令海水体积变大，冰川融 化令海水总量增多。自从1900年以来， 全球海平面已升高了20.32厘米，现在海 平面正以大约每年0.32厘米的速度升高 ，这个速度还在不断提高。2012年，美 国国家海洋和大气管理局下属的一个专 家小组估计，到2100年海平面最多会升 高2米。
14
化学面临的机遇与挑战——化学与环境 • 作为国民经济支柱产业之一的化学工业 及相关产业，在为创造人类的物质文明 作出重要贡献的同时，在生产活动中不 断排放出大量有毒物质，化学工业也为 环境和人类的健康带来一定的危害。 • 但是环境的问题必然会随着化学科学的 发展得到妥当的解决，也必须依靠化学 技术的发展来解决。 • 目前主要环境问题是水和大气。
27
百度文库
• 环境问题是由化学工业排放的大量废弃物造成 的，对化学的发展提出了严峻的挑战。 • 解决环境问题，从根本上说，需要大力发展既 能支撑经济发展，又能满足环境的要求，并且 保证可持续发展的新化学——绿色化学。 • 绿色化学体现了化学科学、技术和社会的相互 联系和相互作用，是社会对化学科学发展的新 要求。它对于保护人类赖以生存的环境、实现 人类社会的可持续发展具有重要意义。
24
25
• 酸雨对我们人类的生态环境，有极大的危害。 1) 腐蚀建筑物和工业设备； 2) 破坏露天的文物古迹； 3) 损坏植物叶面，导致森林死亡； 4) 使湖泊中鱼虾死亡； 5) 破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡； 6) 饮用酸化造成的地下水,对人体有害。
26
• 减少酸雨主要是要减少烧煤排放的二氧 化硫和汽车排放的氮氧化物。要采用烟 气脱硫设备。 • 目前石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上 应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德 国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫 装置约90%采用此工艺。
18
大气问题
• 温室效应——二氧化碳 • 臭氧空洞——氟利昂等 •酸 雨——二氧化硫等
19
• 温室效应：就是太阳短波辐射可以透过大气射入 地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中 的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的 效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃， 使地球变成了一个大暖房。
20
13
化学与生命
• 生命过程中充满着各种生物化学反应，随 着生命科学的迅速发展，对一些生命现象 的研究已经进入分子水平，利用化学知识 可以解决生命的疑难，揭示生命的奥秘。 • 生命科学中的化学问题已成为当今化学科 学的重大的前沿课题之一。这个课题关系 到在分子基础上对生命现象和生命过程的 深入认识，关系到对人类自身的认识，与 医学和工农业的发展有直接的关系。
8
行： • 化学反应是交通工具得以行驶的动力。 没有燃料的燃烧放出热量，车辆根本无 法开动。 • 交通工具还需要各种汽油添加剂、防冻 剂，以及机械部分的润滑剂，这些无一 不是石油化工产品。
9
• 此外，人们需要的药品，洗涤剂、美容 品和化妆品等日常生活必不可少的用品 也都是化学制剂。 • 可见我们的衣、食、住、行无不与化学 有关，人人都需要用化学制品，可以说 我们生活在化学世界里。
• 化学是一门承上启下的中心科学； • 化学在推动人类进步和科技发展中起了核心科学的作 用； • 化学是一门社会迫切需要的中心科学； • 化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间 和核科学等八大朝阳科学都有紧密的联系，是交叉和 渗透的中心科学。
31
现代社会的发展,化学仍然扮演着十分重 要的角色。
4
• 棉织物：迅速吸水、快速干燥，产生凉爽感 ， 穿着舒适，具有良好的水洗性，不起静电 • 丝织物：吸水性强，手感柔和，光泽强，不起 静电，不起“球”，但容易被虫蛀 • 羊毛织物：保暖性能强，弹性良好，吸水性较 缓慢，很少静电，但容易起球，容易被虫蛀 • 合成纤维：强度高，耐磨，吸湿性差，透气性 差 • 混纺衣料：天然纤维与合成纤维按一定的比例 混纺，充分发挥各自优点，舒适、美观
7
• 住：建筑材料如水泥、钢筋、磁砖、玻璃 、铝和塑胶等均来自化学工业的制成品。 由于有了化学，我们的住房才有多彩的装 饰。生石灰浸在水中成熟石灰，熟石灰涂 在墙上干后成洁白坚硬的碳酸钙，覆盖了 泥土的黄色，房子才显得整洁明亮。化学 炼出钢铁，我们才有铁制品使用。化学加 工石油，我们才能用上轻便的塑料。化学 锻烧陶土，才能使房屋有漂亮的瓷砖表面 。
11
化学与能源
• 在能源开发和利用方面，能源是人类社会赖 以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社 会发展的历史，人类文明的每一次重大进步 都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利 用极大地推进了世界经济和人类社会的发展 。 • 化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重 大贡献，现在又在为开发新能源积极努力。 利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科 学研究的前沿课题。
29
• 绿色化学的最大特点是在始端就采用预防 污染的科学手段，在获得物质的转化过程 中充分利用每个原料原子，因此既可以充 分利用资源，又不产生污染，因而过程和 终端均为零排放或零污染。世界上很多国 家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学 进展的主要方向之一。
30
化学在现代社会中的地位和作用
化学是一门中心科学。美国著名化学家 布里斯罗《化学中的机会－今天和明天 》:“化学是一门中心学科，它与社会发 展各方面的需要都有密切关系”。
28
绿色化学研究的内容
• (1)原料的绿色化，即采用无毒、无害原料，利用 可再生资源。 • (2) 化学反应的绿色化， 指化学反应以" 原子经济 性" 为基本原则， 即在获 • 取新物质的化学反应中，充分利用参与反应的每 个原料的原子，实现零排放; • 反应过程不产生其他副产品;反应采用无毒、无害 的溶剂、助剂和催化剂。 • (3) 产品的绿色化， 即生产无毒、元害， 有利于 保护环境和人类安全的环境友好产品。
5
食： • 用纯碱发面制馒头，松软可口 • 各种饮用酒，经粮食等原料发生一系列化 学变化制得； • 加工制造色香味俱佳的食品，离不开各种 食品添加剂，如甜味剂、防腐剂、香料、 调味剂和色素等等，它们大多是用化学合 成方法或用化学分离方法从天然产物中提 取出来的。
6
松花蛋的制作原理
• 灰料中的强碱（氢氧化钠、氢氧化钾）从蛋壳外 渗透到蛋黄和蛋清中，与其中的蛋白质作用，致 使蛋白质分解、凝固并放出少量的硫化氢气体。 同时，渗入的碱进一步与蛋白质分解出的氨基酸 发生中和反应，生成的盐的晶体以漂亮的外形凝 结在蛋清中，像一朵一朵的“松花”。而硫化氢 气体则与蛋黄和蛋清中的矿物质作用生成各种硫 化物，于是蛋黄、蛋清的颜色发生变化，蛋黄呈 墨绿色，蛋清呈特殊的茶绿色。食盐可使皮蛋收 缩离壳，增加口感和防腐等。加入的铅丹可催熟 皮蛋，促使皮蛋收缩离壳。而茶叶中的单宁和芳 香油，可使蛋白质凝固着色和增加皮蛋的风味。
第十三讲 化学与人类文明
1
什么是化学？
• 化学对人类文明的贡献非常巨大，为纪念 化学学科所取得的成就以及对人类文明的 贡献，联合国把2011年确定为“国际化 学年”，化学年的主题是“我们的生活， 我们的未来”。 • 化学是研究物质的组成、结构、性质、以 及变化规律的科学。世界是由物质组成的 ，化学则是人类用以认识和改造物质世界 的主要方法和手段之一，它是一门历史悠 久而又富有活力的学科，它的成就是社会 文明的重要标志。 2
22
• 臭氧层为什么会出现“空洞”？许多科 学家认为，是使用氟利昂作制冷剂及在 其他方面使用的结果。氟利昂由碳、氯 、氟组成，其中的氯离子释放出来进入 大气后，能反复破坏臭氧分子，自己仍 保持原状，因此尽管其量甚微，也能使 臭氧分子减少到形成“空洞”。 • 随着国家发布了对氟利昂制冷剂的规定 ，凡是带有氟利昂制冷剂产品2010年全 部不准销售。
23
• 普通的雨水正常pH值是5.6，酸雨是指pH 小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 • 雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶 解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物 质，形成了pH低于5.6的酸性降水。 • 酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性 物质所造成的。我国的酸雨主要因大量燃 烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨， 少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾 气也是形成酸雨的重要原因。
讲述内容
• 化学与生活 • 化学与农业、能源、材料、生命 • 化学科学面临的机遇与挑战——环境问题 • 化学在现代社会中的地位与作用
3
化学与生活
• 衣：丰富多彩的合成纤维是化学的一大 贡献。我们身上穿的衣服，无论是尼龙 （聚酰胺纤维）、涤纶（的确良、聚酯 纤维，聚对苯二甲酸乙二酯），还是腈 纶，都属于合成纤维，是从石油化工中 取得原料来合成高分子聚合物，然后再 进行抽丝而织成的纤维。色泽鲜艳的衣 料是经过化学处理和印染工艺来获得。
10
化学与农业
• 农业要大幅度的增产，农、林、牧、副 、渔各业要全面发展，在很大程度上依 赖于化学科学的成就。化肥、农药、植 物生长激素和除草剂等化学产品，不仅 可以提高产量，而且也改进了耕作方法 。高效、低污染的新农药的研制，长效 、复合化肥的生产，农、副业产品的综 合利用和合理贮运，也都需要应用化学 知识。
21
• 臭氧层是大气平流层中臭氧浓度最大处，是 地球的一个保护层，太阳紫外线辐射大部被 其吸收。臭氧层空洞是大气平流层中臭氧浓 度大量减少的空域。
1985年英国南极考察队在南纬 60°地区观测发现臭氧层空洞， 引起世界各国极大关注。臭氧层 的臭氧浓度减少，使得太阳对地 球表面的紫外辐射量增加，对生 态环境产生破坏作用，影响人类 和其他生物有机体的正常生存。
15
水问题
• 世界淡水资源仅占我们地球上水资源的 0.64％。 • 中国已被联合国列为13个贫水国家之一。 • 2013年，全世界每年约有4200多亿立方米 的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立 方米的淡水，这相当于全球径流总量的 14%以上。
16
• 市场上的饮用水的种类
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• 解决水污染问题离不开化学。污水的化学 处理是利用化学反应的作用以去除水中的 杂质。处理对象主要是污水中无机的或有 机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物 质。常用的化学处理方法有化学混凝、中 和法、化学沉淀法和氧化还原法。 • 目前发展膜技术是解决中国水资源可持续 利用的战略途径，可同时解决水资源短缺 和水污染的问题。
• 1）化学仍是解决食物和健康问题的主要学科 之一. • 2）化学在能源和资源的合理开发和高效安全 利用中起关键作用。 • 3）化学将继续推动材料科学发展 • 4）化学仍是提高人类生存质量和生存安全的 有效保障
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化学与材料
• 材料科学是以化学、物理和生物学等为基 础的边缘科学，它主要是研究和开发具有 电、磁、光和催化等各种性能的新材料， 如高温超导体、非线性光学材料和功能性 高分子合成材料等。 • 化学帮助人类从直接利用天然材料迈向创 造和合成特定性能的材料。激光、航空、 航天、导弹和纳米技术所需要的高新材料 ，也依赖于化学合成。
• 全球变暖正以两种方式导致海平面不断 上升：热膨胀令海水体积变大，冰川融 化令海水总量增多。自从1900年以来， 全球海平面已升高了20.32厘米，现在海 平面正以大约每年0.32厘米的速度升高 ，这个速度还在不断提高。2012年，美 国国家海洋和大气管理局下属的一个专 家小组估计，到2100年海平面最多会升 高2米。
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化学面临的机遇与挑战——化学与环境 • 作为国民经济支柱产业之一的化学工业 及相关产业，在为创造人类的物质文明 作出重要贡献的同时，在生产活动中不 断排放出大量有毒物质，化学工业也为 环境和人类的健康带来一定的危害。 • 但是环境的问题必然会随着化学科学的 发展得到妥当的解决，也必须依靠化学 技术的发展来解决。 • 目前主要环境问题是水和大气。
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百度文库
• 环境问题是由化学工业排放的大量废弃物造成 的，对化学的发展提出了严峻的挑战。 • 解决环境问题，从根本上说，需要大力发展既 能支撑经济发展，又能满足环境的要求，并且 保证可持续发展的新化学——绿色化学。 • 绿色化学体现了化学科学、技术和社会的相互 联系和相互作用，是社会对化学科学发展的新 要求。它对于保护人类赖以生存的环境、实现 人类社会的可持续发展具有重要意义。
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• 酸雨对我们人类的生态环境，有极大的危害。 1) 腐蚀建筑物和工业设备； 2) 破坏露天的文物古迹； 3) 损坏植物叶面，导致森林死亡； 4) 使湖泊中鱼虾死亡； 5) 破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡； 6) 饮用酸化造成的地下水,对人体有害。
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• 减少酸雨主要是要减少烧煤排放的二氧 化硫和汽车排放的氮氧化物。要采用烟 气脱硫设备。 • 目前石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上 应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德 国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫 装置约90%采用此工艺。
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大气问题
• 温室效应——二氧化碳 • 臭氧空洞——氟利昂等 •酸 雨——二氧化硫等
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• 温室效应：就是太阳短波辐射可以透过大气射入 地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中 的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的 效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃， 使地球变成了一个大暖房。
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化学与生命
• 生命过程中充满着各种生物化学反应，随 着生命科学的迅速发展，对一些生命现象 的研究已经进入分子水平，利用化学知识 可以解决生命的疑难，揭示生命的奥秘。 • 生命科学中的化学问题已成为当今化学科 学的重大的前沿课题之一。这个课题关系 到在分子基础上对生命现象和生命过程的 深入认识，关系到对人类自身的认识，与 医学和工农业的发展有直接的关系。
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行： • 化学反应是交通工具得以行驶的动力。 没有燃料的燃烧放出热量，车辆根本无 法开动。 • 交通工具还需要各种汽油添加剂、防冻 剂，以及机械部分的润滑剂，这些无一 不是石油化工产品。
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• 此外，人们需要的药品，洗涤剂、美容 品和化妆品等日常生活必不可少的用品 也都是化学制剂。 • 可见我们的衣、食、住、行无不与化学 有关，人人都需要用化学制品，可以说 我们生活在化学世界里。
• 化学是一门承上启下的中心科学； • 化学在推动人类进步和科技发展中起了核心科学的作 用； • 化学是一门社会迫切需要的中心科学； • 化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间 和核科学等八大朝阳科学都有紧密的联系，是交叉和 渗透的中心科学。
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现代社会的发展,化学仍然扮演着十分重 要的角色。
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• 棉织物：迅速吸水、快速干燥，产生凉爽感 ， 穿着舒适，具有良好的水洗性，不起静电 • 丝织物：吸水性强，手感柔和，光泽强，不起 静电，不起“球”，但容易被虫蛀 • 羊毛织物：保暖性能强，弹性良好，吸水性较 缓慢，很少静电，但容易起球，容易被虫蛀 • 合成纤维：强度高，耐磨，吸湿性差，透气性 差 • 混纺衣料：天然纤维与合成纤维按一定的比例 混纺，充分发挥各自优点，舒适、美观
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• 住：建筑材料如水泥、钢筋、磁砖、玻璃 、铝和塑胶等均来自化学工业的制成品。 由于有了化学，我们的住房才有多彩的装 饰。生石灰浸在水中成熟石灰，熟石灰涂 在墙上干后成洁白坚硬的碳酸钙，覆盖了 泥土的黄色，房子才显得整洁明亮。化学 炼出钢铁，我们才有铁制品使用。化学加 工石油，我们才能用上轻便的塑料。化学 锻烧陶土，才能使房屋有漂亮的瓷砖表面 。
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化学与能源
• 在能源开发和利用方面，能源是人类社会赖 以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社 会发展的历史，人类文明的每一次重大进步 都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利 用极大地推进了世界经济和人类社会的发展 。 • 化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重 大贡献，现在又在为开发新能源积极努力。 利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科 学研究的前沿课题。
29
• 绿色化学的最大特点是在始端就采用预防 污染的科学手段，在获得物质的转化过程 中充分利用每个原料原子，因此既可以充 分利用资源，又不产生污染，因而过程和 终端均为零排放或零污染。世界上很多国 家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学 进展的主要方向之一。
30
化学在现代社会中的地位和作用
化学是一门中心科学。美国著名化学家 布里斯罗《化学中的机会－今天和明天 》:“化学是一门中心学科，它与社会发 展各方面的需要都有密切关系”。
28
绿色化学研究的内容
• (1)原料的绿色化，即采用无毒、无害原料，利用 可再生资源。 • (2) 化学反应的绿色化， 指化学反应以" 原子经济 性" 为基本原则， 即在获 • 取新物质的化学反应中，充分利用参与反应的每 个原料的原子，实现零排放; • 反应过程不产生其他副产品;反应采用无毒、无害 的溶剂、助剂和催化剂。 • (3) 产品的绿色化， 即生产无毒、元害， 有利于 保护环境和人类安全的环境友好产品。
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食： • 用纯碱发面制馒头，松软可口 • 各种饮用酒，经粮食等原料发生一系列化 学变化制得； • 加工制造色香味俱佳的食品，离不开各种 食品添加剂，如甜味剂、防腐剂、香料、 调味剂和色素等等，它们大多是用化学合 成方法或用化学分离方法从天然产物中提 取出来的。
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松花蛋的制作原理
• 灰料中的强碱（氢氧化钠、氢氧化钾）从蛋壳外 渗透到蛋黄和蛋清中，与其中的蛋白质作用，致 使蛋白质分解、凝固并放出少量的硫化氢气体。 同时，渗入的碱进一步与蛋白质分解出的氨基酸 发生中和反应，生成的盐的晶体以漂亮的外形凝 结在蛋清中，像一朵一朵的“松花”。而硫化氢 气体则与蛋黄和蛋清中的矿物质作用生成各种硫 化物，于是蛋黄、蛋清的颜色发生变化，蛋黄呈 墨绿色，蛋清呈特殊的茶绿色。食盐可使皮蛋收 缩离壳，增加口感和防腐等。加入的铅丹可催熟 皮蛋，促使皮蛋收缩离壳。而茶叶中的单宁和芳 香油，可使蛋白质凝固着色和增加皮蛋的风味。
第十三讲 化学与人类文明
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什么是化学？
• 化学对人类文明的贡献非常巨大，为纪念 化学学科所取得的成就以及对人类文明的 贡献，联合国把2011年确定为“国际化 学年”，化学年的主题是“我们的生活， 我们的未来”。 • 化学是研究物质的组成、结构、性质、以 及变化规律的科学。世界是由物质组成的 ，化学则是人类用以认识和改造物质世界 的主要方法和手段之一，它是一门历史悠 久而又富有活力的学科，它的成就是社会 文明的重要标志。 2
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• 臭氧层为什么会出现“空洞”？许多科 学家认为，是使用氟利昂作制冷剂及在 其他方面使用的结果。氟利昂由碳、氯 、氟组成，其中的氯离子释放出来进入 大气后，能反复破坏臭氧分子，自己仍 保持原状，因此尽管其量甚微，也能使 臭氧分子减少到形成“空洞”。 • 随着国家发布了对氟利昂制冷剂的规定 ，凡是带有氟利昂制冷剂产品2010年全 部不准销售。
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• 普通的雨水正常pH值是5.6，酸雨是指pH 小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 • 雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶 解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物 质，形成了pH低于5.6的酸性降水。 • 酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性 物质所造成的。我国的酸雨主要因大量燃 烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨， 少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾 气也是形成酸雨的重要原因。
讲述内容
• 化学与生活 • 化学与农业、能源、材料、生命 • 化学科学面临的机遇与挑战——环境问题 • 化学在现代社会中的地位与作用
3
化学与生活
• 衣：丰富多彩的合成纤维是化学的一大 贡献。我们身上穿的衣服，无论是尼龙 （聚酰胺纤维）、涤纶（的确良、聚酯 纤维，聚对苯二甲酸乙二酯），还是腈 纶，都属于合成纤维，是从石油化工中 取得原料来合成高分子聚合物，然后再 进行抽丝而织成的纤维。色泽鲜艳的衣 料是经过化学处理和印染工艺来获得。
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化学与农业
• 农业要大幅度的增产，农、林、牧、副 、渔各业要全面发展，在很大程度上依 赖于化学科学的成就。化肥、农药、植 物生长激素和除草剂等化学产品，不仅 可以提高产量，而且也改进了耕作方法 。高效、低污染的新农药的研制，长效 、复合化肥的生产，农、副业产品的综 合利用和合理贮运，也都需要应用化学 知识。
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• 臭氧层是大气平流层中臭氧浓度最大处，是 地球的一个保护层，太阳紫外线辐射大部被 其吸收。臭氧层空洞是大气平流层中臭氧浓 度大量减少的空域。
1985年英国南极考察队在南纬 60°地区观测发现臭氧层空洞， 引起世界各国极大关注。臭氧层 的臭氧浓度减少，使得太阳对地 球表面的紫外辐射量增加，对生 态环境产生破坏作用，影响人类 和其他生物有机体的正常生存。
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水问题
• 世界淡水资源仅占我们地球上水资源的 0.64％。 • 中国已被联合国列为13个贫水国家之一。 • 2013年，全世界每年约有4200多亿立方米 的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立 方米的淡水，这相当于全球径流总量的 14%以上。
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• 市场上的饮用水的种类
17
• 解决水污染问题离不开化学。污水的化学 处理是利用化学反应的作用以去除水中的 杂质。处理对象主要是污水中无机的或有 机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物 质。常用的化学处理方法有化学混凝、中 和法、化学沉淀法和氧化还原法。 • 目前发展膜技术是解决中国水资源可持续 利用的战略途径，可同时解决水资源短缺 和水污染的问题。
• 1）化学仍是解决食物和健康问题的主要学科 之一. • 2）化学在能源和资源的合理开发和高效安全 利用中起关键作用。 • 3）化学将继续推动材料科学发展 • 4）化学仍是提高人类生存质量和生存安全的 有效保障
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