NNN第1-2章-熱化學(xué)與能源-NN

熱烈歡迎新同學(xué)！(1)什么是化學(xué)？(2)你為什么學(xué)習(xí)化學(xué)？現(xiàn)代化學(xué)的現(xiàn)狀(1)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響(2)對(duì)國(guó)民生活的影響(3)化學(xué)對(duì)信息的影響(4)融合技術(shù)(NBIC)，(1)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、能源、材料、科學(xué)、儀器、國(guó)防現(xiàn)代化的影響(2)對(duì)國(guó)民生活、農(nóng)業(yè)發(fā)展、人口和健康的影響，(3)化學(xué)和信息科學(xué)之間的聯(lián)系(1)它們交叉產(chǎn)生化學(xué)信息學(xué)和信息化學(xué)。1948年，神農(nóng)在他的論文通訊的數(shù)學(xué)理論中提出了信息的概念。到目前為止，已經(jīng)有幾十種不同的定義和許多交叉學(xué)科?；瘜W(xué)和信息科學(xué)的交叉產(chǎn)生了化學(xué)信息學(xué)和信息化學(xué)?；瘜W(xué)信息學(xué)：從物理學(xué)和化學(xué)的觀點(diǎn)、理論和方法來(lái)討論信息科學(xué)問(wèn)題將是信息科學(xué)的一個(gè)分支。信息化學(xué)：用信息科學(xué)的理論和方法研究化學(xué)將成為化學(xué)的一個(gè)分支，從而獲得化學(xué)發(fā)展的新觀點(diǎn)、新概念、新理論和新方法。(徐光先，化學(xué)與信息科學(xué)交叉的新園地的探索(摘要)，化學(xué)通訊，2005，4，1)，2)什么是信息？1)傳播理論：四要素源、通道、匯和信徒2)任何物質(zhì)的微觀粒子、宏觀物體和宇宙物體都有一些具有不同和互補(bǔ)性質(zhì)的“互補(bǔ)伙伴”和具有相同性質(zhì)的“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”。這是物質(zhì)的普遍屬性，與對(duì)稱(chēng)性密切相關(guān)。(徐光先，化學(xué)與信息科學(xué)交叉的新園地的探索(摘要)，化學(xué)通信，2005，4，1)，3)在“互補(bǔ)伙伴”之間有通信，它們是彼此信息的來(lái)源和匯?！盎パa(bǔ)伙伴”之間有一些互動(dòng)，這是他們相互聯(lián)系的渠道。他們交流的目的是相互吸引，形成一個(gè)更高層次的粒子或更高層次的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，這是“可信的”。信息的定義：物質(zhì)能量系統(tǒng)的信息或事物的信息是事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、性能、價(jià)值和相互作用規(guī)律，以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，是事物從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)到更高層次結(jié)構(gòu)自組織并促進(jìn)其進(jìn)化和發(fā)展的源泉和動(dòng)力。(徐光先，化學(xué)與信息科學(xué)交叉的新園地的探索(摘要)，化學(xué)通信，2005，4，1)，(4)融合技術(shù)，“NBIC融合技術(shù)”于：01年12月3-4日提出。美國(guó)商務(wù)部技術(shù)管理局、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)和國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)納米科學(xué)工程和技術(shù)小組委員會(huì)(NSTC-NSEC)在華盛頓聯(lián)合發(fā)起了一個(gè)圓桌會(huì)議，來(lái)自各行各業(yè)的科學(xué)家、政府官員和其他高層人士參加了會(huì)議。會(huì)議討論了“融合四種技術(shù)提高人的能力”的議題，并首次提出了“NBIC融合技術(shù)”的概念。“NBIC融合技術(shù)”的概念“融合技術(shù)”一詞是指科學(xué)技術(shù)的四個(gè)主要領(lǐng)域(NBIC)之間的協(xié)調(diào)與合作。目前，這四個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅速：(1)納米科技；生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)，包括基因工程；信息技術(shù)，包括先進(jìn)的計(jì)算和通信技術(shù)；認(rèn)知科學(xué)，包括認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)。對(duì)于NBIC融合技術(shù)，如果認(rèn)知科學(xué)家能想到它，納米科學(xué)家能制造它，生物科學(xué)家能使用它，信息科學(xué)家能監(jiān)控它。 IftheCognitiveScientistscanthinkit，theNanopeoplecanbuildit，theBiopeoplecanimplementit，and theitpeopleCanmonitornandcontrolit .華萊士“在21世紀(jì)可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，融合技術(shù)涵蓋的四大領(lǐng)域是目前發(fā)展最快、最具潛力的領(lǐng)域，其中任何領(lǐng)域的排列組合整合都會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的影響。簡(jiǎn)言之：融合技術(shù)將提高人們的技能，改善人們的生活和生活質(zhì)量。(一)納米技術(shù)：融合和創(chuàng)新的起點(diǎn)美國(guó)萊斯大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在寶馬汽車(chē)公司之前發(fā)明了世界上第一輛納米汽車(chē)。這種“小型”汽車(chē)可以收集人體運(yùn)動(dòng)、肌肉收縮和血液流動(dòng)產(chǎn)生的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行工作。納米汽車(chē)(納米機(jī)器人)可以進(jìn)入人體血管來(lái)診斷和治療疾??！中國(guó)的納米技術(shù)在世界上占有一席之地。中國(guó)第一輛納米材料汽車(chē)亮相。它的車(chē)身比普通鋼板輕30%，但它的防撞強(qiáng)度可以提高200%。此外，排量相同的汽車(chē)可以節(jié)省20%的能源?！凹{米汽車(chē)”還涉及納米隔熱涂料、自清潔汽車(chē)玻璃、高耐磨水性涂料、車(chē)內(nèi)空氣凈化、廢氣凈化等研究領(lǐng)域。然而，梅賽德斯-奔馳公司在納米技術(shù)的應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。除了應(yīng)用納米陶瓷軸承外，新車(chē)還采用了基于納米技術(shù)的新型抗劃傷涂料?？傊?，納米技術(shù)將依靠融合技術(shù)徹底改變21世紀(jì)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，形成汽車(chē)“融合生產(chǎn)”的創(chuàng)新源泉。(二)生物技術(shù)融合創(chuàng)新2006年，日本橫濱舉辦了“2006年人與汽車(chē)技術(shù)”展覽，日本公司展示了使用生物技術(shù)的可生物降解汽車(chē)內(nèi)飾，其中88%是玉米！這種全新的綠色塑料的抗沖擊性能提高了300%。耐熱性提高了25%；一家日本公司的普銳斯混合動(dòng)力車(chē)配備了生物塑料地墊，其2015年的目標(biāo)是：其20%的部件將是生物塑料！除了可降解的新材料，利用生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物汽車(chē)燃料的多樣化將成為未來(lái)生物能源的戰(zhàn)略目標(biāo)。全球生物能源儲(chǔ)量高達(dá)1.8萬(wàn)億噸，相當(dāng)于640億噸石油。例如，生物乙醇(酒精)燃料已經(jīng)在巴西、英國(guó)、德國(guó)和其他國(guó)家使用。中國(guó)九個(gè)省和自治區(qū)正在推廣使用乙醇汽油。最引人注目的是，中國(guó)的油菜籽生物柴油將出口到德國(guó).作為石化燃料的替代能源，它正方興未艾，新概念汽車(chē)也不斷創(chuàng)新。例如，北京汽車(chē)股份有限公司的SAAB9-3混合動(dòng)力汽車(chē)已經(jīng)成為世界上第一輛100%不使用燃料的全新環(huán)保概念車(chē)，它只使用生物乙醇和電力。當(dāng)然，基于生物識(shí)別技術(shù)的汽車(chē)指紋防盜裝置已經(jīng)從概念車(chē)轉(zhuǎn)向量產(chǎn)車(chē)。本世紀(jì)初，這種自動(dòng)指紋開(kāi)關(guān)點(diǎn)火技術(shù)和防盜技術(shù)與生物燃料同時(shí)大量生產(chǎn)。它是生物技術(shù)和信息技術(shù)融合的“衍生物”。(三)信息技術(shù)創(chuàng)新型汽車(chē)關(guān)鍵信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的全球銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)約為1500億美元，中國(guó)汽車(chē)電子信息技術(shù)領(lǐng)域也有3000億元人民幣的市場(chǎng)“容量”。信息技術(shù)不再是汽車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)的替代品，而是機(jī)電一體化整體設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分。汽車(chē)信息技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)是在能源、排放和安全等法律法規(guī)的范圍內(nèi)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)信息技術(shù)投資平均占汽車(chē)成本的30%以上，而高端汽車(chē)占60%以上，S級(jí)奔馳上有350個(gè)傳感器。通用汽車(chē)、戴克、寶馬、沃爾沃等企業(yè)開(kāi)發(fā)了基于信息技術(shù)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以防止超速和酒后駕駛?；谛畔⒓夹g(shù)的汽車(chē)控制和安全系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)、車(chē)載通信、車(chē)載多媒體和其他模塊化系統(tǒng)的集成是汽車(chē)價(jià)值鏈升級(jí)的一個(gè)環(huán)節(jié)。包括汽車(chē)信息技術(shù)在內(nèi)的“4C”(輔助設(shè)計(jì)、輔助工程、輔助技術(shù)和輔助制造)是自主核心技術(shù)的要求，旨在提升中國(guó)乃至世界汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，確保融合和創(chuàng)新。2004年后由國(guó)家相關(guān)部委啟動(dòng)的“全國(guó)汽車(chē)計(jì)算平臺(tái)”作為汽車(chē)電子信息技術(shù)的一個(gè)專(zhuān)項(xiàng)被列入國(guó)家電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金。在這一領(lǐng)域，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)缺乏自主核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，難以形成車(chē)載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和電子標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)融合、發(fā)展和創(chuàng)新的動(dòng)力。(d)認(rèn)知科學(xué)的融合與創(chuàng)新焦點(diǎn)本文開(kāi)頭描述的汽車(chē)交通事故的消除和虛擬模擬“自動(dòng)駕駛之旅”都與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的融合技術(shù)密切相關(guān)。在中國(guó)科學(xué)院評(píng)選的“21世紀(jì)對(duì)人類(lèi)有重大影響的十大科技趨勢(shì)”中，有“認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)”。簡(jiǎn)單地說(shuō)，認(rèn)知是記憶的整合，是嗅覺(jué)、視覺(jué)、感覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等的“聚合體”。生命運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最高形式。神經(jīng)科學(xué)的根本目的是解開(kāi)智力的本質(zhì)，通過(guò)基因大腦行為認(rèn)知來(lái)研究人類(lèi)智力，用機(jī)器人代替人類(lèi)工作，汽車(chē)可以自動(dòng)行駛，交通事故可以消除。尤其是在人和機(jī)器融合之后，新的“神經(jīng)”被植入大腦。例如，通過(guò)打開(kāi)電子雜志，任何品牌的新車(chē)都可以在虛擬的四維空間中“模擬和測(cè)試”。今天的紙質(zhì)“二維試駕報(bào)告”長(zhǎng)期以來(lái)一直是“展示品”！美國(guó)提出的NBIC融合技術(shù)，肯定有其軍事和國(guó)家安全的背景和考慮。因?yàn)槊绹?guó)在軍事事務(wù)中追求絕對(duì)的主導(dǎo)地位和以最低的成本取得最大的成就，融合技術(shù)將為此提供一種新的途徑?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著以融合技術(shù)為核心的高新技術(shù)的突破，一批更高效的新武器裝備或新武裝力量將相繼出現(xiàn)，這將成為推進(jìn)軍事變革的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，從而把新軍事變革推向更高階段，最終形成新的軍事體系，徹底改變未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的面貌。盡快將提高人的能力的融合技術(shù)作為科學(xué)研究的重點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)科間的相互滲透，整合學(xué)科和科學(xué)研究資源，建立不同學(xué)術(shù)組織間的合作關(guān)系，改變分散、分散、重復(fù)的現(xiàn)狀，建立流動(dòng)、開(kāi)放的新機(jī)制，專(zhuān)注于重大跨學(xué)科研究項(xiàng)目的技術(shù)研究，同時(shí)改革現(xiàn)有的教育模式，摒棄文理分離的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教育。從20個(gè)方面來(lái)看，融合技術(shù)將在未來(lái)10到20年內(nèi)造福人類(lèi)。人腦與機(jī)器之間的快速寬帶接口將改變工廠的工作模式，控制汽車(chē)，確保軍事優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)新的運(yùn)動(dòng)、新的藝術(shù)形式和新的人際交流模式。舒適的可穿戴傳感器和計(jì)算機(jī)將使每個(gè)人都能感知自己的健康狀況、環(huán)境、化學(xué)污染物、潛在災(zāi)害、當(dāng)?shù)厣虡I(yè)信息、自然資源和其他類(lèi)似信息。機(jī)器人和軟件代理將對(duì)人類(lèi)更有用(更智能)，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ髟硎轻槍?duì)人類(lèi)的目標(biāo)、意識(shí)和性格。無(wú)論是在學(xué)校、工作中還是在家里，所有具有不同背景和能力的人都能更可靠、更快速地學(xué)習(xí)有價(jià)值的新知識(shí)和技能。個(gè)人和團(tuán)隊(duì)可以跨越文化障礙、語(yǔ)言距離和專(zhuān)業(yè)背景進(jìn)行有效溝通和合作，從而大大提高集體、組織和跨國(guó)合作伙伴的效率。人體將更耐用、更健康、更有活力、更容易修復(fù)、更能抵抗壓力、生物危害和衰老過(guò)程。由于材料符合設(shè)計(jì)性能，從家用電器到飛機(jī)的各種機(jī)器和結(jié)構(gòu)都能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，并且節(jié)能環(huán)保。技術(shù)和治療的結(jié)合將改善許多身體和精神殘疾，并消除困擾數(shù)百萬(wàn)人的一些殘疾。的安裝隨著大量新工具的出現(xiàn)和對(duì)人類(lèi)創(chuàng)造力來(lái)源的深入了解，工程師、藝術(shù)家、建筑師和設(shè)計(jì)師們極大地拓展了他們的創(chuàng)造力?？刂迫祟?lèi)、動(dòng)物和作物基因的能力將極大地造福人類(lèi)，并在此過(guò)程中就倫理、法律和道德問(wèn)題達(dá)成共識(shí)。通過(guò)高效的發(fā)射工具、建造太空基地的機(jī)器人，以及對(duì)月球、火星或接近地球的小行星上的資源進(jìn)行有利可圖的開(kāi)發(fā)，人類(lèi)終于實(shí)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)外層空間的巨大希望。新的組織結(jié)構(gòu)和管理原則是基于所需信息的快速和可靠交換，并將大大提高企業(yè)、教育和政府管理人員的效率。普通人和決策者已經(jīng)大大提高了他們的認(rèn)知能力、社交能力和生物能力，以掌握身體，做出更好的調(diào)整，并提高他們的創(chuàng)造力和決斷力。未來(lái)的工廠將圍繞融合技術(shù)來(lái)組織，以提高“智能環(huán)境”的人機(jī)能力，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和定制設(shè)計(jì)的最大效益。通過(guò)低成本的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，不斷監(jiān)測(cè)植物、動(dòng)物和農(nóng)產(chǎn)品的需求狀況。農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)將大大提高產(chǎn)量，減少腐敗造成的浪費(fèi)。有了實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)、高效的車(chē)輛設(shè)計(jì)以及納米尺度的合成材料制造和性能最佳的機(jī)器，運(yùn)輸將變得安全、廉價(jià)和快捷。隨著其他學(xué)科開(kāi)創(chuàng)的研究方法的引入，科學(xué)家的工作發(fā)生了根本性的變化。例如，基因研究采用自然語(yǔ)言處理的原則，而文化研究采用遺傳學(xué)的原則。通過(guò)采用統(tǒng)一和多樣化的課程，正規(guī)教育發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這些課程建立在全面和分級(jí)的知識(shí)范式基礎(chǔ)上，有助于從納米級(jí)到宇宙級(jí)理解自然世界的框架。大學(xué)化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)(少量)、溶液、電化學(xué)教材： 普通化學(xué)、浙江大學(xué)普通化學(xué)教研室主任王明華、徐端軍等內(nèi)容。修訂，高等教育出版社，參考書(shū)： 大學(xué)化學(xué)，傅主編，高等教育出版社；熱力學(xué)，龔茂志主編，武漢大學(xué)出版社；統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，梁西峽等主編，內(nèi)蒙古大學(xué)出版社；電化學(xué)原理，李迪主編，北京航空航天大學(xué)出版社。理論教學(xué)安排：第1章熱化學(xué)與能量4小時(shí)，第2章化學(xué)反應(yīng)基本原理7小時(shí)習(xí)題課2小時(shí)，第3章溶液與離子平衡5小時(shí)，第4章氧化還原與電化學(xué)6小時(shí)習(xí)題課2小時(shí)材料知識(shí)2小時(shí)，共26節(jié)2小時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)：8小時(shí)，考試形式：分：閉卷考試(100分)內(nèi)容：講課內(nèi)容，特別是課堂上強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容最終總分=體積分?jǐn)?shù)X70%，平時(shí)作業(yè)X10 % X20 %，請(qǐng)備課請(qǐng)預(yù)習(xí)下一課！請(qǐng)主動(dòng)聽(tīng)講座！請(qǐng)盡力理解你在說(shuō)什么！請(qǐng)盡可能把重點(diǎn)放在這本書(shū)上！第一章熱化學(xué)和能量，概述：基本概念、定容、定壓和焓；這不是計(jì)算的終點(diǎn)。熱力學(xué)第一定律，氣體定律和能量。1反應(yīng)熱的測(cè)量(1)基本概念系統(tǒng)和相系統(tǒng)(開(kāi)放系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)也稱(chēng)為隔離系統(tǒng))相(界面、單相系統(tǒng)和多相系統(tǒng))和物質(zhì)狀態(tài)不是一回事！開(kāi)放系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)、狀態(tài)函數(shù)(理想氣體狀態(tài)方程)狀態(tài)函數(shù)：的三個(gè)特征狀態(tài)是常數(shù)，其值是常數(shù)；所有的路都通向同一個(gè)目的地，這是值得偽裝的。反復(fù)地，該值變成零。廣義屬性(容量屬性):如體積、質(zhì)量、熱容量、焓、熵、熱力學(xué)能量等。具有可加性。強(qiáng)度特性：這些特性沒(méi)有相加性，如溫度、壓力、密度、粘度等。當(dāng)寬度性質(zhì)除以物質(zhì)的量或質(zhì)量，或者任意兩個(gè)寬度性質(zhì)被除時(shí)，它變成強(qiáng)度性質(zhì)，例如摩爾體積、摩爾焓或熵、比熱容等。過(guò)程路線(xiàn)化學(xué)計(jì)量為一般化學(xué)反應(yīng)方程式：B為反應(yīng)中物質(zhì)的化學(xué)式，B為B的化學(xué)計(jì)量，單位為1。以合成氨反應(yīng)為例說(shuō)明反應(yīng)方程式的編寫(xiě)是不同的，B也是不同的。最后一課的內(nèi)容是：(2)測(cè)量反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中釋放或吸收的熱量稱(chēng)為反應(yīng)熱效應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，反應(yīng)熱。精確測(cè)量反應(yīng)熱和研究與其他能量變化的定量關(guān)系的主題叫做熱化學(xué)。其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有理論和實(shí)用價(jià)值。例如，先進(jìn)控制多變量預(yù)測(cè)控制在生產(chǎn)設(shè)備中實(shí)施，例如精餾塔，其中必須知道反應(yīng)熱對(duì)溫度的影響程度。q=-CSMS(T2T1)使用炸彈量熱計(jì)(氧彈)測(cè)量反應(yīng)熱。學(xué)生被邀請(qǐng)自己研究它的結(jié)構(gòu)和測(cè)量步驟。熱化學(xué)方程式：化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系方程式。反應(yīng)熱的理