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context）.段连运，北京大学，教授，第五届全国教学名师，除从事固体表面结构与复相催化研究外，长期致力于高等学校和中学的化学教育研究。段连运兼任了众多教育研究职务，如，高等学校化学教育研究中心主任、大学化学主编、教育部高等学校化学与化工学科教学指导委员会副主任委员、中国化学会教育委员会副主任、全国化学竞赛委员会主任等，在我国化学教育界享有很高的声望。 目錄： 第0章　化学，为了未来可持续发展 1 0.1　我们今天的选择 3 0.2　为了我们的未来所需要的可持续实践 4 0.3　三重底线 6 0.4　从摇篮到哪里？ 8 0.5　你的生态足迹 9 0.6　我们作为公民和化学家的责任 11 0.7　回到蓝色弹珠 13 习题 13 第1章　我们呼吸的空气 17 1.1　呼吸中有什么？ 19 1.2　呼吸中还有什么？ 22 1.3　空气污染与风险评估 25 1.4　空气质量与你 27 1.5　我们生活的地方：对流层 30 1.6　物质分类：纯物质、元素和化合物 32 1.7　原子和分子 34 1.8　命名与化学式：化学的词汇 36 1.9　化学变化：氧在燃烧中的作用 38 1.10　火与燃料：空气质量与烃类燃料 41 1.11　空气污染：直接来源 44 1.12　臭氧：次级污染物 48 1.13　室内空气质量的情况 51 1.14　回到呼吸在分子水平上 55 结束语 59 本章概要 59 习题 60 第2章　保护臭氧层 67 2.1　臭氧：是什么和在哪里？ 68 2.2　原子结构和周期律 71 2.3　分子与模型 75 2.4　光波 79 2.5　辐射与物质 81 2.6　氧臭氧屏障 83 2.7　紫外辐射的生物影响 85 2.8　平流层臭氧破坏全球观测和起因 89 2.9　氯氟烃：性质、用途以及与臭氧的相互作用 92 2.10　南极臭氧洞：靠近观察 97 2.11　对全球关注的响应 98 2.12　CFCs和哈龙的替代 101 2.13　替代物的替代物 103 结束语 106 本章概要 106 习题 107 第3章　全球气候变化中的化学 113 3.1　在温室中： 地球能量平衡 115 3.2　收集证据：时间的证词 118 3.3　分子的形状是如何构建的 123 3.4　分子的振动和温室效应 128 3.5　碳循环 131 3.6　定量化概念： 质量 133 3.7　定量概念：分子和摩尔 135 3.8　甲烷和其他温室气体 138 3.9　地球会变得多暖？ 141 3.10　气候变化的后果 146 3.11　对于气候变化，我们能够或应该做些 什么？ 150 结束语 155 本章概要 156 习题 156 第4章　燃烧产生的能量 161 4.1　化石燃料和电 162 4.2　能量转换效率 165 4.3　煤化学 169 4.4　石油和天然气 174 4.5　测量能量变化 179 4.6　分子层级上的能量变化 183 4.7　汽油化学 186 4.8　老燃料新用途 190 4.9　生物燃料Ⅰ乙醇 191 4.10　生物燃料Ⅱ生物柴油 196 4.11　生物燃料和前进之路 200 结束语 204 本章概要 205 习题 206 第5章　生命之水 213 5.1　水的独特性质 215 5.2　氢键的角色 217 5.3　供我们饮和用的水 220 5.4　水的问题 223 5.5　水溶液 228 5.6　对溶剂的近距离观察 231 5.7　离子化合物的命名及其规则 234 5.8　海洋汇入许多离子的水溶液 237 5.9　共价化合物及其溶液 239 5.10　保护饮用水：联邦立法 243 5.11　水处理 246 5.12　有关水的全球挑战方案 249 结束语 254 本章概要 254 习题 255 第6章　消除酸雨及海洋酸化的威胁 261 6.1　什么是酸？ 263 6.2　什么是碱？ 265 6.3　中和：碱具有抗酸性 266 6.4　pH简介 268 6.5　海洋酸化 270 6.6　雨水pH测量的挑战 272 6.7　二氧化硫与煤燃烧 277 6.8　氮氧化物与汽油燃烧 279 6.9　氮循环 281 6.10　SO2和NOx它们是怎样叠加在一起的？ 285 6.11　酸沉降及其影响 287 6.12　酸沉降、阴霾和人类健康 291 6.13　给湖泊和溪流带来的损害 294 结束语 296 本章概要 297 习题 297 第7章　核裂变之火 303 7.1　世界的核电 305 7.2　裂变怎样产生能量？ 308 7.3　核反应堆怎样产生电能？ 313 7.4　什么是放射性？ 316 7.5　以史为鉴走向未来 319 7.6　核辐射与你 323 7.7　与武器的关系 330 7.8　核的寿命：半衰期 334 7.9　核废料：今天和明天 337 7.10　核电的风险与收益 341 7.11　核电的未来 344 结束语 346 本章概要 346 习题 347 第8章　电子转移释能 353 8.1　电池、伽伐尼电池和电子 355 8.2　其他常用的伽伐尼电池 359 8.3　电池组分：摇篮到摇篮 362 8.4　混合动力车 365 8.5　燃料电池基础 367 8.6　氢燃料电池电动车 371 8.7　光伏电池基础 376 8.8　来自可再生可持续发展的能源的电力　 382 结束语 385 本章概要 386 习题 386 第9章　聚合物与塑料的世界 391 9.1　聚合物无处不在 392 9.2　聚合物：长长的链 394 9.3　单体的累加 395 9.4　聚乙烯：更深入的了解 397 9.5　六大塑料：主题与演变 401 9.6　将单体缩合 406 9.7　聚酰胺：天然聚合物和尼龙 410 9.8　 固体废弃物的处理：4R 413 9.9　塑料的回收利用：更广范围的探讨 417 9.10　从植物到塑料 422 9.11　转移底线 424 结束语 427 本章概要 428 习题 429 第10章　分子操控和药物设计 435 10.1　一种经典的神奇药物 436 10.2　对含碳分子的研究 438 10.3　官能团 442 10.4　阿司匹林是如何起作用的：功能取决于结构 447 10.5　现代药物设计 449 10.6　让分子具有手性！ 454 10.7　类固醇 458 10.8　处方药、仿制药和非处方药 460 10.9　草药 463 10.10　药品的滥用 466 结束语 471 本章概要 471 习题 472 第11章　营养：发人深省的粮食 479 11.1　食物和星球 481 11.2　 人如其食 484 11.3　脂肪和油 486 11.4　脂肪、油和你的饮食 490 11.5　甜的、含淀粉的碳水化合物 495 11.6　它到底有多甜：糖和糖的替代品 498 11.7　蛋白质：同侪之首 501 11.8　维生素：其他的必需品 504 11.9　 食物中的能量 509 11.10　膳食建议：质量与数量 513 11.11　从农场到餐桌 514 11.12　消除饥饿 517 结束语 521 本章概要 522 习题 522 第12章　基因工程与遗传化学 529 12.1　更强更好的玉米？ 530 12.2　编码生命信息的化学物质 533 12.3　DNA双螺旋结构 536 12.4　破解化学密码 541 12.5　蛋白质：从组成到功能 543 12.6　基因工程的进程 547 12.7　通过基因工程来实现绿色化学合成 550 12.8　新的弗兰肯斯坦 553 结束语 555 本章概要 556 习题 556 附录1　量度转换表 561 附录2　指数的幂 562 附录3　打破僵局 563 附录4　练一练问题选答 564 附录5　习题答案 575 名词解释 588 內容試閱： 亲爱的读者们， 本书的标题是《化学与社会》CHEMISTRY in CONTEXT，社会情景CONTEXT一词具有多重含义。 CONTEXT！你们知道这个源自拉丁文的词，其意是编织吗？书本封面上的蜘蛛网图像就传达了化学与社会之间的联系。在没有社会问题的情况下，所谓化学也就不存在了。同样，如果没有教师和学生愿意并有足够的勇气涉足这些问题，那么社会中也不可能有化学。化学已成为当今人类社会面临的几乎所有问题的组成部分。 CONTEXT！ 你们喜欢关于我们生活的这个世界的那些好故事吗？ 如果喜欢，请阅读本书里边的内容，所描述的故事包括谋略、挑战，甚至可能激励你们以新的或不同的方式行事。在几乎所有情况下地方、区域和全球，部分故事仍在展现。今天，你们和别人所做出选择的方式将决定未来所讲述的故事的性质。 CONTEXT！你们是否意识到，在研究人们如何学习的支持下，使用真实世界的环境来吸引人们参与是一个有高度影响力的实践？《化学与社会》提供了真实世界的背景情况，通过它可以在多个层面上吸引学习者个人、社会和全球。 鉴于这些情景性质的迅速变化，《化学与社会》也为教师们提供了与他们的学生们一起学习的机会。 可持续性终极情景 全球可持续性发展不仅仅是一个挑战，而且是本世纪的决定性挑战。为此，《化学与社会》第八版旨在帮助学生迎接这个挑战。开篇之章化学，为了未来可持续发展为其后的12章奠定了基础。优先介绍可持续性，将其确立为本化学课程的核心和规范性部分。 可持续发展为《化学与社会》增加了新的复杂程度。产生这种复杂性的部分原因是，可持续性可以通过两种方式来概念化，即作为一个值得研究的课题和一个值得解决的问题。作为一个课题，可持续发展提供了新的内容供学生掌握。 例如，公地悲剧、三重底线、从摇篮到摇篮的概念等都是其中的一部分。作为一个值得解决的问题，可持续性带来新的问题让学生去思考和发问，帮助他们想象并实现可持续的未来。例如，学生将会提出有关减少温室气体排放（或不采取行动）的风险和好处的问题。 纳入可持续性，要求对课程进行更审慎的反思。作者采用何种方法？与大多数一般化学课本不同，这个课本所涵盖的情景是丰富的。作者已经具备必要的手段来传达可持续性概念关于能源、食物和水的丰富的现实情景。然而，与可持续性的联系并不总是显而易见的。实际上，需要为读者把这些问题联系起来。以下是一些如何完成的例子： 第1章，我们呼吸的空气，课文更强烈地提醒读者：空气是一种共同的资源，我们都必须呼吸，没有人占有它。因此，空气污染成为介绍公地悲剧这一概念的完美手段。 公地悲剧是一种资源被大家所共有，被许多人所使用，但没有人专门负责的情况。其结果，该资源可能被过度使用，从而破坏了所有使用它的资源。 第2章，保护臭氧层，现在更清楚地指出，氯氟烃（CFCs）的老式替代品虽然对臭氧层无害，却是强效温室气体。本章以一个决定性的行动呼吁而结束：我们所有人今天在这个星球上呼吸，有潜力必须保证其未来，要迅速而果断地行动。我们无权推迟，我们没有浪费时间的奢侈。 第3章，全球气候变化中的化学，提供了更多关于全球气候变化中的化学数据，要求学生评估（温室气体导致的）地球上发生的变化以及这些变化所产生的后果。 第5章，生命之水，现在更好地将淡水稀缺、水资源可持续管理和水污染关联起来。这些主题与第11章讨论的食品生产是呼应的。 第7章，核裂变之火，向学生介绍日本发生的核危机，同时要求他们将核电作为可持续的资源进行评估。 第8章，电子转移释能，重新撰写，以更好地显示我们的能源需求和现有技术之间的匹配。在第0章介绍的从摇篮到摇篮的可持续性概念与电池设计关联起来。 第11章，营养：发人深省的粮食，仍然描述你吃什么东西会影响你的健康。然而，现在它将你所吃的食品与地球的健康更紧密地联系起来，让学生追踪食物的生产和消费。 绿色化学可持续发展的一种手段，仍然是《化学与社会》的一个重要主题。和以前的版本一样，每章都重点介绍绿色化学的例子。在这个新版本中，收入了更多的例子。这就扩大了覆盖范围，使读者对我们的化学过程实现绿色化的必要性和重要性有了更好的认识。为了更容易获悉，绿色化学的核心思想被列在书本的封二上。 对现有内容的更新 人们有时会问我们：你们为什么如此频繁地发布新版本？的确，我们的再版周期很快，每三年发布一个新版本。这样做，是因为社会环境中化学的内容随着时间的演变而发展、变化很快。 实际上，每一个新版本，作者团队都会对每章的内容进行重写和更新，以反映新的科学发展、政策变化、能源趋势和当前的全球性事件。这些更新的实施是不平凡的。有些要撰写新内容，其他则要绘制新的图形和数据表。例如，自第七版问世以来，日本福岛的悲剧已经影响了核电产业和政策。大气中二氧化碳的浓度增加到400 ppm以上。最后一个例子来自美国农业部发布的新的饮食指南。 另外，我们所选择的在章节开头勾住读者的那些问题都是逐版重新撰写的。第9章聚合物和塑料的世界就是一个例子。新版本开始时引用了一位化学家参与合著的书，该化学家对本章的评论极大地影响了我们的思想：大自然没有设计问题，人们就是这样做的。（William McDonough和Michael Braungart，Cradle to Cradle，2002）。 聚合物的故事以蜘蛛网为例展开，并指出蜘蛛可能每天都会建立新的蜘蛛网。那么，一只蜘蛛是如何做到旋转这么多的丝却还能生存的呢？最简单的回答是，它回收。圆蛛有能力摄食旧蜘蛛丝，并从中恢复原材料。于是，在整章中将回收（循环使用）作为主题。 教与学 新版《化学与社会》沿用以前的版本中用过的编写方案，该方案经受了时间的考验。前六章均以世界面临的现实问题（如空气、水和能源）为主题，为后续章节中的化学概念铺垫了基础。例如，在前面的章节中介绍了元素、化合物和元素周期表。在后面的章节中，基于这些化学概念来讨论其他背景和化学内容。第7章和第8章考虑更多的能源核电、电池、燃料电池和氢气。第9~12章以碳为基础，集中介绍聚合物、药物、食品生产和基因工程。这为学生提供了探讨感兴趣的问题的机会。若时间允许，还可探讨核心话题之外的问题。 新版本是整个团队努力的结果 再次说明，我们有幸为读者提供了《化学与社会》 新版本。但是这项工作不是由一个人完成的，而是许多有才华的人的共同贡献。第八版是建立在由A. Truman Schwartz、Conrad L. Stanitski和Lucy Pryde Eubanks领导的先前作者团队的工作基础上的。如今他们都从长期而成功的化学教学职业中退休了。 这个新版本是由下列人员组成的作者团队完成的：Cathy Middlecamp、Michael Mury、Karen Anderson、Anne Bentley、Michael Cann、Jamie Ellis和Katie Purvis-Roberts。与其配套的实验室手册由Jennifer Tripp和Lallie McKenzie修订，并由Teresa Larson审查。虽然每个人带到编写项目中的专业知识不同，然而，每个人都怀着善意、希望和梦想，以无限的热情，将真实世界的化学融入课堂和读者的生活中。 美国化学会教育委员会主任Mary Kirchhoff（玛丽基尔霍夫）领导了编著工作。她支持写作团队，为将化学和可持续性相关联而努力，甚至撰写了第0章的部分内容。此外，她和美国化学会K-12科学项目助理主任Terri Taylor任命Michael Mury担任生产经理，使其他能够在项目中发挥更大的作用。他将所有相关方面（作者团队、出版商和美国化学学会）集结在一起的能力是无与伦比的。 McGraw-Hill（麦格劳-希尔）团队在这个项目的各个方面都非常出色，特别感谢Jodi Rhomberg自始至终指导这个项目。副总裁兼总经理Marty Lange、常务董事Thomas Timp、品牌经理David Spurgeon博士、发展总监Rose Koos、数字内容开发总监Shirley Hino博士，以及发展编辑Jodi Rhomberg带领导着这个杰出的团队。Heather Wagner担任执行市场经理。项目经理Sandra Schnee协调内容授权专家Carrie Burger、设计师Tara McDermott和采购Nichole Birkenholz的制作团队。该团队还受益于Carol Kromminga的精心编辑以及Kim Koetz和Patty Evers的校对。 作者团队确实从广泛的社区专业知识中受益。我们要感谢下列人们，他们为智能学习（LearnSmart）编写和或审核了面向学习目标的内容： 加利福尼亚州立大学富勒顿分校的Peter de Lijser 北卡罗来纳大学教堂山分校的David G. Jones 哥伦布州立社区学院的Adam I. Keller 我们还要感谢北卡罗来纳大学的David McNelis，他为准备手稿提供了技术专长。 教授此课程的教师们的意见对于每个新版本的发展都是非常宝贵的。我们感谢以下参加《化学与社会》讲座的老师： Sana Ahmed Boca Raton Community High School（博卡拉顿社区高中） Nikki Burnett Baldwin High School（鲍德温高中） Donghai Chen Malone University（马龙大学） Tammy Crosby Hillsborough High School（希尔斯伯勒高中） Mohammed Daoudi University of Central Florida（中央佛罗里达大学） Sidnee-Marie Dunn Saint Martins University（圣马丁大学） Kimberly Fields Florida Southern College（佛罗里达南部学院） Tamra Kay Francis University of Tennessee（田纳西大学） Andrew Frazer University of Central Florida（中央佛罗里达大学） Song Gao Nova Southeastern University（诺瓦东南大学） Carmen Gauthier Florida Southern College（佛罗里达南部学院） Myung Han Columbus State Community College（哥伦布州立社区学院） Al Hazari University of Tennessee（田纳西大学） Sandra Helquist Loyola University Chicago（洛约拉大学芝加哥分校） Martha Kellner Westminster College（威斯敏斯特学院） Todd Knippenberg High Point University（高点大学） Candace Kristensson University of Denver（丹佛大学） Shamsher-Patrick Lambda Young Mens Preparatory Academy M-DCPS （青年预备学院） Laura Lanni Newberry College（纽伯里学院） Devin Latimer University of Winnipeg（温尼伯大学） Toby Long Rollins College（罗林斯学院） Sara Marchlewicz University of Illinois at Chicago（芝加哥伊利诺伊大学） Jessica Menke University of WisconsinWhitewater（威斯康星大学- 怀特沃特分校） Mark Mitton-Fry Ohio Wesleyan University（俄亥俄卫斯理大学） Mark Morris University of Tampa（坦帕大学） Jung Oh Kansas State University at Salina（萨利纳堪萨斯州立大学） Tatyana Pinayayev Miami University（迈阿密大学） Kresimir Rupnik Lousiana State University（路易斯安那州立大学） Indrani Sindhuvalli Florida State College at Jacksonville（杰克逊维尔佛罗里达州立学院） Jose Vites Eastern Michigan University（东密歇根大学） 祝我们的读者好 1993年首次出版的时候，《化学与社会》是打破传统模式的书。与当时的书籍不同，它并没有把化学与人隔离开来，也没有把化学与人们面临的现实世界问题隔离开来。同样，它也没有为了涵盖它作为课程的一部分而引入一个事实或概念。相反，《化学与社会》将每个化学原理与诸如空气质量、能源或水的应用等现实世界问题密切联系起来。 我们非常高兴为读者提供这个具有继续打破化学模式特点的新版本。我们选择了一些有吸引力且适时的话题，我们希望不仅能在今天为你们服务，而且还能在未来几年内为你们服务。 我们希望你们在阅读、探索问题时，彼此友好地（以及和作者）争论，最重要的是，用你学到的知识来实现你的梦想。 来自作者团队美好、诚挚的祝福！ 高级作者和主编 2013年6月

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