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南开大学本科课程教学大纲课程名称：化学概论2-1英文名称：General Chemistry 2-1课号：1040012081所属院：化学学院日期：2011 年05月09日填表说明1、“预备知识”一栏要求写明课程学习需要先修的课程和知识要求。
2、“课程在教学计划中的地位作用”一栏要求写明课程开设的必要性以及课程在教学计划中对培养人才起的作用。
3、“课程内容及学时分配”主要填写：（1）列出主要章节的标题（2）在每个标题下写出主要内容的细目（3）各章节分配的教学时数（4）各教学环节（习题、实验、课堂讨论、写作、社会调查、测验、考试）的内容和时数。
（5）实验课程要详细列出每个实验的名称、内容、学时数、实验性质（验证性、综合性、设计性）、实验类别（选做、必做）和实验的分组情况等。
（6）实践教学课程要写出相应的时间、地点、方式、教学内容等。
4、“补充说明”一栏写明需要说明的问题以及执行时应注意的事项和建议。
南开大学本科课程教学大纲课程名称：化学概论2-2英文名称：General Chemistry 2-2课号：1040012082所属院：化学学院日期：2011 年05月09日填表说明4、“预备知识”一栏要求写明课程学习需要先修的课程和知识要求。
5、“课程在教学计划中的地位作用”一栏要求写明课程开设的必要性以及课程在教学计划中对培养人才起的作用。
6、“课程内容及学时分配”主要填写：（7）列出主要章节的标题（8）在每个标题下写出主要内容的细目（9）各章节分配的教学时数（10）各教学环节（习题、实验、课堂讨论、写作、社会调查、测验、考试）的内容和时数。
（11）实验课程要详细列出每个实验的名称、内容、学时数、实验性质（验证性、综合性、设计性）、实验类别（选做、必做）和实验的分组情况等。
（12）实践教学课程要写出相应的时间、地点、方式、教学内容等。
4、“补充说明”一栏写明需要说明的问题以及执行时应注意的事项和建议。
2020-2021年走进化学世界难题及答案经典一、走进化学世界选择题1．利用数字化实验可以形象地比较不同形状的碳酸钙与稀盐酸反应的速率。
倾斜锥形瓶使试管内的稀盐酸流入瓶中与固体发生反应，瓶内气压的变化如曲线所示。
有关说法正确的是A．曲线①表示块状碳酸钙与稀盐酸反应B．b点表示碳酸钙与盐酸反应已停止C．等质量碳酸钙粉末产生的CO2的质量最多D．对比分析点c、d可知，相同的气压时，粉状碳酸钙与稀盐酸反应速率更快【答案】D【解析】A、曲线①气压增大加快，产生二氧化碳的速率较快，表示的是粉末状碳酸钙与稀盐酸反应，错误；B、b点时气压还在上升，表示碳酸钙与盐酸反应还在进行，错误；C、等质量碳酸钙无论是粉末状还是块状，产生的二氧化碳质量相同，只是反应速率不同而已，错误；D、对比分析点c、d可知，相同的气压时，粉状碳酸钙与稀盐酸反应速率更快，正确。
故选D。
2．下列图示的操作中，正确的是（）A．A B．B C．C D．D【答案】B【解析】A、取用固体药品时，不能用手接触药品，应用药匙取用，故错误；B、闻气体的气味时，应用手在瓶口轻轻的扇动，使极少量的气体飘进鼻子中，不能将鼻子凑到集气瓶口去闻气体的气味，故正确；C、使用胶头滴管滴加少量液体的操作，注意胶头滴管不能伸入到试管内或接触试管内壁，应垂直悬空在试管口上方滴加液体，防止污染胶头滴管，故错误；D、使用酒精灯时要注意“两查、两禁、一不可”，禁止用一酒精灯去引燃另一酒精灯，故错误。
点睛：固体药品的取用原则有如下三条：3．实验室中配制100mL10%的稀硫酸，不需要使用的仪器是（）A．烧杯B．托盘天平C．量筒D．玻璃棒【答案】B【解析】配置一定质量分数的液体溶液的步骤是：计算、量取、稀释、装入试剂瓶贴上标签，量取时需要用到量筒和胶头滴管，稀释用烧杯和玻璃棒，没有用到托盘天平，故选B4．我们生活在不断变化的物质世界里，下列叙述不是化学变化的是（）A．人吃进的食物逐渐被消化B．人体的呼吸作用C．使用煤气作燃料烧饭做菜D．水在冰箱里结成冰【答案】D【解析】物理变化和化学变化的根本区别在于是否有新物质生成，如果有新物质生成，则属于化学变化；反之，则是物理变化。
化学与其他的学科之间的交叉1.学科交叉的概念及由来交叉学科是指由不同学科、领域、部门之间相互作用，彼此融合形成的一类学科群。
其宽泛的含义也包括:边缘学科、综合学科、横断学科等在。
交叉学科既是一个学科概念，同时一又是一个历史畴。
从学科发展的历史长河来看，新学科的产生大都是传统或成熟学科相互交叉作用产生的结果。
新学科在经历一段时一期的发展之后，将成为成熟的学科，进而有可能再与其他学科交叉作用发展而产生新的交叉学科。
20 世纪下半叶,各类交叉学科的应用和兴起为科学发展带来了一股新风,许多科学前沿问题和多年悬而未决的问题在交叉学科的联合攻关中都取得了可喜的进展。
随着越来越多交叉学科的出现及其在认识世界和改造世界中发挥作用的不辩事实,交叉学科在科学领域中的生命力都得到了充分的证明。
交叉学科起源于现代科学高度、精度发展的时代,现代科学技术活动一端深入到生产领域,扎根于经济建设,另一端则直接涉及上层建筑,与社会发展等交织在一起,并相互作用、相互影响。
复杂的问题又多居于学科的交叉地带,学科的交叉自然而然地形成和成熟。
当科学技术累计到现代文明的高度,科学研究所要解决的问题的形式发生了深刻的变化,科学研究已由主要解决单个的互不相关的问题过渡到研究问题群,并进而发展为以研究问题堆为主要研究模式。
这样,研究行为就必然由局限于一个学科或一学科的某个分支领域发展到涉及一学科的多个分支,或邻近学科空间,进而扩展到多学科之间。
当社会经济发展到一定时期,社会科学、生命科学、机电工程、物理化学等等各个领域的问题变得越来越复杂,问题间的部联系更为盘根错节,每类问题得出的不同视角的结论似乎都有新的发现,但又难以集结为系统的依据,这样的情形正是产生新的交叉学科的动力,从而在交叉学科重新规划和完善方法和体制的系统,发现解决问题的理论和方法。
这就是说,只要社会发展不停止,就会不断有产生交叉学科的需求。
2.化学与其他学科的交叉2.1材料化学材料科学的发展离不开化学。
化学难题知识点归纳总结一、原子结构1. 原子的基本组成原子是由质子、中子和电子组成的。
质子带有正电荷，中子是中性的，电子带有负电荷。
质子和中子共同构成原子核，电子绕着原子核运动。
2. 原子序数和质量数原子序数（Z）是原子核中质子的数量，同时也是元素的序数，如氢的原子序数为1，氧的原子序数为8。
质量数（A）是原子核中质子和中子的数量总和。
3. 原子的结构和特性原子的结构由质子和中子构成的原子核以及围绕原子核运动的电子构成。
原子量是元素相对分子质量，原子半径是原子的大小，原子半径随着周期的增加而增大，原子核半径很小，约为10的负10次幂米。
4. 原子的量子化学根据量子理论，原子的能量是量子化的，即只能取确定的数值。
原子的电子云是由不同的轨道构成的，每种轨道对应不同的能级。
在原子中，电子云是以不同的能级存在的。
电子云是离散的，电子的位置具有不确定性。
二、化学键和分子结构1. 化学键的类型化学键是原子之间的结合力。
主要包括离子键、共价键、金属键和氢键。
离子键是阴离子与阳离子之间的静电力引起的化学键；共价键是由原子的轨道重叠形成的化学键；金属键是金属原子之间的层间电子结合产生的化学键；氢键是由氢原子与带有亲电子元素的原子（如氮、氧、氟）形成的弱键。
2. 分子的构象分子由原子通过共价键结合在一起形成的。
分子结构是分子中原子之间的空间排列关系，分子构象是给出分子中各原子的坐标、键长、键角并能唯一确定空间结构的描述。
3. 分子的极性分子的极性是指分子内部原子围绕共享电子对的位置不均匀而形成的分子内部电荷集中的情况。
极性分子具有两极性质，即具有正负电荷，如水气、水等。
4. 化学键的构成和特性化学键是由原子之间的相互作用力构成的，特点是原子之间有强烈的作用力，能够确定不同的化学物质之间的形成和变化。
三、化学反应和物质变化1. 化学平衡化学平衡是指在特定条件下，化学反应中反应物和生成物的浓度或物质量之间的动态平衡状态。
21世纪化学发展的四大难题化学是一门承上启下的中心科学；化学是一门与我们的衣、食、住、行都有密切联系、社会迫切需要的中心科学；化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等都有紧密联系、交叉和渗透的中心科学。
化学是20世纪发明的七大技术中排序第一的技术，21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉，相互渗透，相互促进中共同大发展。
然而，21世纪化学却面临着四大难题：一．建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。
建立严格彻底的微观化学反应理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应?能否生成预期的分子?需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应?如何在理论指导下控制化学反应?如何计算化学反应的速率?如何确定化学反应的途径等。
二．分子结构及其和性能的定量关系这里的“结构”包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，而“性能”则包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。
虽然从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算困难很多，现在对结构和性能的定量关系的了解，还远远不够。
因而，大力发展密度泛函理论和其他计算方法，是21世纪化学的第二个重大难题。
三．生命现象中的化学机理问题充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律。
例如：研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础、光合作用的机理、生物固氮作用的机理、人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机、蛋白质和DNA的理论研究等。
四．纳米尺度的基本规律当尺度在十分之几到10nm的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，有许多新的奇异特性和新的效应，新的规律和重要应用，值得理论化学家去探索研究。
如：热力学性质与粒子尺度的关系、纳米粒子表面积引起性质的不同变化等。
迄今为止未解决的科学难题当我们谈论科学难题时，我们通常想到牛顿关于引力的理论、量子力学、黑洞等物理难题、定序人类基因组和解决癌症等生物学问题、还有AI的人工智能和机器学习等技术难题。
当然，这些都是科学史上辉煌的成就，但在今天，我们仍然面临许多未解决的关键问题，它们可能是历史上最具挑战性的难题，可能需要在几代科学家努力下，才能真正迎来突破。
第一大难题：宇宙暗物质在天文学和物理学领域，最为困扰人类的一个问题就是宇宙的暗物质。
根据天文学家的研究，我们现在知道宇宙中有四分之三的质量被称为“暗物质”，这种物质在通常的物理模型中是无法解释的。
暗物质不参与任何形式的电磁交互，而且不会发出可见的光，它们的存在仅仅能通过它们给其他星球施加引力的信号来证明。
我们珍贵的观测和计算技术已经帮助我们发现了大约27%的“可见”物质和一些大的组成星系，但所有的这些组成只有宇宙质量的不到5%。
当我们发现这些迷人的发现时，我们认为它们应该是圆满的宏伟宇宙形成中的关键部门，但长途旅行研究的过程中，人类始终未能理解暗物质的物理本质，这成为宇宙学中最具挑战性的未解决问题之一。
第二大难题：量子计算量子计算使用量子位分子而非传统位分子进行计算，它是一种比传统计算要快得多的计算机，可以用于完成那些传统计算机无法执行或非常困难的任务。
这些任务通常涉及到需要对许多隐藏的值进行操作的计算。
例如，密码学系统的解密和加密就被证明可以由量子计算机更加容易实现。
但是，制造一个“真正”的可执行量子计算机是相当困难的。
这是因为单个量子位分子会在观测过程中被摧毁，因此要采取一些特殊的措施，以保持计算的精度和完整性。
第三大难题：生命的起源科学家们使用化学和物理实验来研究生命系统的起源和演化，但迄今为止，我们仍没有完全理解如何从无机化合物发展到单体分子，再到有机体和复杂的有机体如细胞、器官和系统。
最重要的问题之一是，当有机分子在环境中产生时，它们如何组合形成更长的碳链并处理能量和信息，以形成生命体的关键部总——细胞。
5.21世纪化学的四大难题（l）化学的第一根本规律（第一个世纪难题）：建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。
化学是研究化学变化的科学，所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。
19世纪C．M．古尔德贝格和P．瓦格提出的质量作用定律，是最重要的化学定律之一，但它是经验的、宏观的定律。
H．艾林的绝对反应速度理论是建筑在过渡态、活化能和统计力学基础上的半经验理论。
过渡态、活化能和势能面等都是根据不含时间的薛定愕第一方程来计算的。
所谓反应途径是按照势能面的最低点来描绘的。
这一理论和提出的新概念虽然非常有用，但却是不彻底的半经验理论。
近年来发展了含时Hartree-Fock方法，含时密度泛函理论方法，以酉群相干态为基础的电子-原子核运动方程理论，波包动力学理论等。
但目前这些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。
所以建立严格彻底的微观化学反应理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径？等等，是21世纪化学应该解决的第一个难题。
（2）化学的第二个世纪难题：分子结构及其和性能的定量关系。
这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。
虽然W．Kohn从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算困难很多，现在对结构和性能的定量关系的了解，还远远不够。
要大力发展密度泛函理论和其他计算方法。
这是21世纪化学的第二个重大难题。
例如：①如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？②如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个数量级，但还远未达到金属-金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。
初中化学难题集萃化学，这门学科以其独特的神秘感和实用性吸引着无数的好奇心。
对于初中生来说，化学无疑是一门新的、有趣的科目。
然而，随着学习的深入，许多学生可能会遇到各种各样的难题。
本文将针对初中化学的难题进行集萃，并提供可能的解决方案。
1、酸碱中和问题酸碱中和问题是初中化学中的一个基本问题，但同时也是一个容易让学生感到困惑的问题。
许多学生无法理解为什么酸和碱在一起会发生反应，以及这个反应的过程是如何发生的。
解决方案：理解酸碱中和反应的关键在于理解酸和碱的离子性质。
酸中的氢离子可以与碱中的氢氧根离子结合，形成水分子，从而使得酸和碱都失去离子。
通过这种方式，酸和碱达到了一种平衡状态。
2、化学方程式配平问题化学方程式是化学反应的一种文字表述方式，而配平则是使这个方程式符合质量守恒定律的过程。
然而，对于许多初中生来说，这个过程可能会变得非常困难。
解决方案：使用质量守恒定律是配平化学方程式的关键。
每个化学反应都有一个特定的质量，反应前和反应后的质量是相同的。
通过保持质量守恒，可以正确地配平化学方程式。
3、物质鉴别问题在化学实验中，物质鉴别是一个常见的任务。
然而，有时候学生可能会感到困惑，因为他们不知道如何使用各种化学试剂来鉴别不同的物质。
解决方案：物质鉴别的关键是了解各种试剂与不同物质之间的反应特性。
例如，某些试剂可能会与特定物质产生特定的颜色反应，或者产生特定的气体。
通过了解这些反应特性，可以有效地鉴别不同的物质。
总结：初中化学虽然具有一定的难度，但只要通过深入理解基础知识、掌握解题技巧和积极思考实践，相信每一位同学都能够克服这些难题。
希望本文的介绍能够对大家的学习有所帮助。
初中化学竞赛难题_合集安全生产基本知识培训教案一、教学目标1、学习和掌握安全生产的基本知识，增强安全意识，提高自我保护能力。
2、了解常见的危险源和风险控制方法，掌握应对突发安全事故的技能。
3、培养员工对安全生产的重视和责任心，做到“人人讲安全，人人懂安全”。
无机化学中四大平衡相互影响的问题探讨无机化学是化学的一个重要分支，研究的是无机物质的结构、性质、反应和应用。
在无机化学中，平衡是一个重要的概念，平衡的相互影响是无机化学研究的一个重要课题。
在无机化学中，存在着四大平衡相互影响的问题，即配位平衡、溶解平衡、氧化还原平衡和酸碱平衡。
这些平衡相互影响的问题对于理解无机化学的基本原理和应用具有重要意义。
一、配位平衡在无机化学中，配位平衡指的是金属离子与配体之间的配位反应。
金属离子通过配位反应与配体形成配合物，配位平衡是指配合物的形成和解离之间的平衡过程。
在配位平衡中，金属离子与配体的结合和解离是相互影响的。
当金属离子与配体形成配合物时，会释放出相应的热量或吸收热量，而解离时也会释放出或吸收热量。
这种热量的释放和吸收会影响配位平衡的位置和方向。
在配位平衡中，配体的种类和性质也会对配位平衡产生影响。
不同种类和性质的配体对于金属离子的配位能力不同，会导致不同的配合物形成和解离速度。
配体的种类和性质也是影响配位平衡的重要因素。
二、溶解平衡溶解平衡是指固体物质在溶液中溶解和析出之间的平衡过程。
在无机化学中，溶解平衡是一种重要的平衡反应，影响着溶解度和溶解度积的数值。
在溶解平衡中，溶质和溶剂之间的相互作用导致了溶质在溶剂中的溶解和析出。
溶质的溶解度和溶解度积与溶质在溶解和析出过程中的活度有关，而活度又与溶质的摩尔浓度、离子活度和溶液的离子强度有关。
在溶解平衡中，溶质和溶剂之间的相互作用和溶质的活度会影响溶解平衡的位置和方向。
在溶解平衡中，溶质的晶体形态和晶格结构也会对溶解平衡产生影响。
不同的晶体形态和晶格结构会导致晶体在溶剂中的溶解度不同，从而影响溶解平衡的位置和方向。
三、氧化还原平衡氧化还原平衡是指氧化剂和还原剂在氧化还原反应中的平衡过程。
在无机化学中，氧化还原反应是一种重要的反应类型，涉及到电子的失去和获得。
在氧化还原平衡中，氧化还原剂和还原剂之间的电子转移和氧化态的改变决定了氧化还原反应的方向和速率。
21世纪的四大化学难题
化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大新兴科学紧密联系、交叉和渗透的中心科学。
前不久在杭州召开的中国化学会创建70周年纪念大会上，北京大学化学学院教授、中国科学院院士徐光宪指出，21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪，同时化学也面临四大难题。
徐光宪说，化学的核心是合成化学，在20世纪的100年中，化学合成和分离了2285万种新物质、新药物、新材料、新分子以满足人类生活和高新技术发展的需要，没有哪一门其它科学能像化学那样，创造出如此众多的新物质，在合成化学领域共获得41项诺贝尔奖。
如果没有合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类不能控制传染病和缓解心脑血管病，平均寿命要缩短25年；如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶的技术，人类生活要受到很大影响；信息技术的核心是集成电路芯片，是采用的化学制备的硅单晶片生产的，计算机的存储器等其它部件用了大量的化学合成材料；特别是如果没有哈勃发明的高压合成氨技术和以后的合成尿素技术，世界粮食产量至少要减半，哈勃也因此获诺贝尔奖。
此后，C·博施改进了哈勃流程也获诺贝尔奖。
所以国外传媒把哈勃流程评为20世纪最重大的发明。
1.合成化学难题-化学反应理论建立严格彻底的微观化学反应理论，是21世纪化学应该解决的第一个难题。
如何建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论？
化学是研究化学变化的科学，所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。
应该说，目前的一些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。
因此，建立严格彻底的微观化学反应理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径等，是21世纪化学应该解决的第一个难题。
对于这一世纪难题，应予首先研究的课题有：(1)充分了解若干个重要的典型的化学反应的机理，以便设计最好的催化剂，实现在最温和的条件进行反应，控制反应的方向和手性，发现新的反应类型，新的反应试剂。
(2)在搞清楚光合作用和生物固氮机理的基础上，设计催化剂和反应途径，以便打断CO2, N2等稳定分子中的惰性化学键。
(3)研究其它各种酶催化反应的机理。
酶对化学反应的加速可达100亿倍，专一性达100%。
如何模拟天然酶，制造人工催化剂，是化学家面临的重大难题。
(4)充分了解分子的电子、振动、转动能级，用特定频率的光脉冲来打断选定的化学键——选键化学的理论和实验技术。
2.材料化学难题
如何确立结构和性能的定量关系？
这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。
这是21世纪化学的第二个重大理论难题。
要优先研究的课题有：(1)分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律。
(2)超分子结构的类型，生成和调控的规律。
(3)给体-受体作用原理。
(4)进一步完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题。
(5)生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性？(6)分子自由基的稳定性和结构的关系。
(7)掺杂晶体的结构和性能的关系。
(8)各种维数的空腔结构和复杂分子体系的构筑
原理和规律。
(9)如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？(10)如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个量级，但还远未达到金属-金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。
以上各方面是化学的第二根本问题，其迫切性可能比第一问题更大，因为它是解决分子设计和实用问题的关键。
3.生命化学难题-
生命现象的化学机理生命过程包含许多化学反应，所以生命活动的过程，可以用也必须用化学过程来理解。
如何揭示生命现象的化学机理？
充分认识和彻底了解人类和生物的生命运动的化学机理，无疑是21世纪化学亟待解决的重大难题之一。
例如：(1)研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础。
(2)化学遗传学为哈佛大学化学教授Schreiber所创建。
他的小组合成某些小分子，使之与蛋白质结合，并改变蛋白质的功能，例如使某些蛋白酶的功能关闭。
这些方法使得研究者们不通过改变产生某一蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能，为开创化学蛋白质组学，化学基因组学(与生物学家以改变基因密码来研究的方法不同)奠定基础。
(3)搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。
(4)人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。
如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。
(5)了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。
(6)了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。
(7)如何实现从生物分子(biomolecules)到分子生命(molecular life)的飞跃？如何制造活的分子(Make life)，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。
(8)研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状态，分形现象等非线形科学问题。
4.纳米尺度难题
如何揭示纳米尺度的基本规律
纳米分子和材料的结构与性能关系的基本规律是21世纪的化学和物理需要解决的重大难题之一。
现在中美日等国都把纳米科学技术定为优先发展的国家目标。
钱学森先生说，继信息科学之后，纳米科学技术可能引起新一轮的产业革命。
在复杂性科学和物质多样性研究中，尺度效应至关重要。
尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，导致物质性能及其运动规律和原理的质的区别。
纳米尺度体系的热力学性质，包括相变和“集体现象”如铁磁性，铁电性，超导性和熔点等与粒子尺度有重要的关系。
当尺度在十分之几到10纳米的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，此时热运动的涨落和布朗运动将起重要的作用。
例如金的熔点为1063℃，纳米金(5-10nm)的融化温度却降至330℃。
银的熔点为960.3℃，而纳米银(5-10nm)为100℃。
四大难题破解后的美好前景
经过50－100年的努力，解决了化学的四大难题，我们不难设想我们美好的远景：（1）在解决第一和第三难题，充分了解光合作用、固氮作用机理和催化理论的基础上，我们可以期望实现农业的工业化，在工厂中生产粮食和蛋白质，大大缩减宝贵的耕地面积，使地球能养活人口的数目成倍增加。
第三难题的解决，在医学上可以使人类免受疾病的痛苦，享受120～150岁的天年。
（2）在解决第二和第四难题的基础上，我们可以期望得到比现在性能最好的合金钢材强度大十倍，但重量轻几倍的合成材料，使城市建筑和桥梁建设
的面貌完全更新。
（3）在充分了解结构与性能关系的基础上，我们能合成出高效、稳定、廉价的太阳能光电转化材料，组装成器件。
太阳投射到地球上的能量，是当前全世界能耗的一万培。
如果光电转化效率为10％，我们只要利用0。
1％的太阳能，就能满足当前全世界能源的需要。
（4）未来的化工企业将是绿色的，零排放的，原子经济的，物质在内部循环的企业。
（5）在合成了廉价的可再生的储氢材料和能转换材料的基础上，街上行走的汽车将全部是零排放的电动汽车。
我们穿的将是空调衣服。
（6）海水淡化将成为重要工业，从而解决人类的水资源紧缺问题。
从上面的讨论可以看出，20世纪的化学取得了辉煌成就，21世纪的化学发展前程远大，期待社会对化学的重要性给予应有的认同，希望有更多的优秀年轻学生选择化学专业，共同迎接化学的黄金时代，实现我们人类美好的远景。
