第六堂課工科化學(xué)

1、第六堂課工科化學(xué)第1頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一1過(guò)渡態(tài)理論具有足夠能量的分子彼此以適當(dāng)?shù)目臻g取向相互靠近到一定程度時(shí)，會(huì)引起分子或原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，使原來(lái)以化學(xué)鍵結(jié)合的原子間的距離變長(zhǎng)，而沒(méi)有結(jié)合的原子間的距離變短，形成了過(guò)渡態(tài)的構(gòu)型，稱為活化絡(luò)合物。例如：活化絡(luò)合物(過(guò)渡態(tài))反應(yīng)物(始態(tài))生成物(終態(tài))第2頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一反應(yīng)過(guò)程能量EIE#EIIEa (正)Ea (逆)E終態(tài)始態(tài)(過(guò)渡態(tài))III圖2.4 反應(yīng)系統(tǒng)中活化能示意圖Ea (正) = E# - EIEa (逆) = E# - EII第3頁(yè)，共57頁(yè)，20

2、22年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一例2.10 已知下列氨分解反應(yīng) 的活化能約為300 kJ. mol-1試?yán)脴?biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)估算合成氨反應(yīng)的活化能。解：(1) 先計(jì)算出該反應(yīng)的r Hm (298.15 K)(2) 設(shè)氨分解反應(yīng)為正反應(yīng)，已知其活化能 Ea(正) 300 kJ.mol-1，則合成氨為逆反應(yīng)，其活化能為Ea(逆) 。根據(jù)式 (2.37)，作為近似計(jì)算， rHm可用rHm (298.15 K)代替，則可得：第4頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 穩(wěn)定性可分為熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性兩類。一個(gè)熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)必然在動(dòng)力學(xué)上也是穩(wěn)定的。但一個(gè)熱力學(xué)上不穩(wěn)定的系統(tǒng)

3、，由于某些動(dòng)力學(xué)的限制因素(如活化能太高)，在動(dòng)力學(xué)上卻是穩(wěn)定的(如合成氨反應(yīng)等)。2 熱力學(xué)穩(wěn)定性與動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性例如本章習(xí)題 1(7) ： 在常溫下，空氣中的 N2 和 O2 能長(zhǎng)期存在而不化合生成 NO。且熱力學(xué)計(jì)算表明 N2(g) + O2(g) = 2NO(g) 的 rGm (298.15 K) 0，則N2 與 O2 混合氣必定也是動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。又如本章習(xí)題 1(8) ：已知 CCl4 不會(huì)與 H2O 反應(yīng)，但反應(yīng)CCl4(l) + 2H2O(l) = CO2(g) + 4HCl(aq)的 rGm (298.15 K) = 379.93 kJ. mol1，則必定是熱力學(xué)不穩(wěn)定而動(dòng)力學(xué)

4、穩(wěn)定的系統(tǒng)。第5頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一從活化分子和活化能的觀點(diǎn)來(lái)看，增加單位體積內(nèi)活化分子總數(shù)可加快反應(yīng)速率。 活化分子總數(shù) = 活化分子分?jǐn)?shù)分子總數(shù)分子總數(shù)活化分子分?jǐn)?shù)活化分子總數(shù)反應(yīng)速率增大濃度（或壓力） 升高溫度使用催化劑（降低活化能）3 加快反應(yīng)速率的方法第6頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一催化劑能與反應(yīng)物生成不穩(wěn)定的中間化合物，改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)的活化能。反應(yīng)過(guò)程能量Ea, 1Ea, 2Ea, 3EN2 + H2NH3圖2.5 合成氨反應(yīng)4 催化劑（觸媒）第7頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一例2

5、.11 計(jì)算合成氨反應(yīng)采用鐵催化劑后在 298 K和773 K時(shí)反應(yīng)速率各增加多少倍？設(shè)未采用催化劑時(shí) Ea1 = 254 kJ.mol-1,采用催化劑后 Ea2 = 146 kJ. mol-1。解：設(shè)指前因子 A 不因采用鐵催化劑而改變，則根據(jù)阿侖尼烏斯公式 (2.35b) 式可得：當(dāng) T = 298 K，可得：如果 T = 773 K(工業(yè)生產(chǎn)中合成氨反應(yīng)時(shí)的溫度），可得：第8頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 能改變反應(yīng)速率而本身在反應(yīng)前后質(zhì) 量和化學(xué)組成均沒(méi)有變化的物質(zhì)叫做催化劑。凡能加快反應(yīng)速率的催化劑，叫做正催化劑，即一般所說(shuō)的催化劑。凡能降低反應(yīng)速率的叫做負(fù)

6、催化劑。催化劑改變反應(yīng)速率的作用叫做催化作用。 催化劑 Catalysts 第9頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一催化劑的主要特征（1）改變反應(yīng)途徑，降低活化能，使反應(yīng)速率增大（2）只能改變達(dá)到平衡的時(shí)間而不能改變平衡的狀態(tài)（3）有特殊的選擇性（4）對(duì)某些雜質(zhì)特別敏感助催化劑 合成氨的鐵催化劑-Fe Al2O3 K2O中- Fe是主催化劑， Al2O3 、K2O等是助催化劑。催化劑毒物 如CO可使合成氨鐵催化劑中毒第10頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 正反應(yīng)的催化劑也必然是逆反應(yīng)的催化劑。催化劑只能加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng) 。催化劑具有特殊的選

7、擇性。 催化劑的特點(diǎn) 第11頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一塑料中各種防老化劑大多屬于負(fù)催化劑。汽車尾氣凈化催化劑多孔陶瓷為載體Pt、Pd、Ru為主催化劑CeO2為助催化劑少量的鉛即可使其中毒，從而失去催化活性。因此，安裝這種尾氣凈化催化劑的汽車是不能夠使用含鉛汽油的。汽車尾氣凈化催化劑第12頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一多相催化反應(yīng) 在使用催化劑的反應(yīng)中多數(shù)催化劑為固體，而反應(yīng)物則為氣體或液體，這樣的反應(yīng)系統(tǒng)被稱做多相催化反應(yīng)。為了增大這類催化反應(yīng)的速率，用來(lái)做催化劑的固體一般為多孔的或微細(xì)分散的，有時(shí)則把微細(xì)分散的催化劑（或稱催化活性物質(zhì)）

8、散布在多孔性的載體上，以提高催化活性，同時(shí)可減小反應(yīng)物流過(guò)時(shí)的阻力。反應(yīng)主要在相界面上進(jìn)行，決定反應(yīng)速率的因素還有 接觸面大小 擴(kuò)散作用第13頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一酶(生物催化劑) 催化的特色（1）高度的選擇性（2）高度的催化活性（3）特殊的溫度效應(yīng)（4）反應(yīng)條件溫和0T/K圖2.6 酶催化反應(yīng)的速率常數(shù)k與T 的關(guān)系5 酶催化和模擬酶催化酶催化和模擬酶催化(不符合Arrhenius公式)第14頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 鏈反應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)1 鏈反應(yīng)可分為直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)。直鏈反應(yīng)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，支鏈反應(yīng)一般可導(dǎo)致爆炸。圖2

9、.11 直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)示意圖(a)H2與Cl2的反應(yīng)；(b) H2與O2的反應(yīng)(a)(b)第15頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一(3) 鏈終止: 2 H. + M H2 + M 2 H. H2鏈反應(yīng)包括鏈引發(fā)、鏈傳遞和鏈終止三步，如H2與Cl2的反應(yīng)(屬直鏈反應(yīng))：(1) 鏈引發(fā): Cl2 2Cl.(2) 鏈傳遞: Cl. + H2 HCl + H. H. + Cl2 HCl + Cl. 第16頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一表2.3 某些可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸范圍可燃?xì)怏w空氣中的爆炸界限/%可燃?xì)怏w空氣中的爆炸界限/%下限上限下限上限H24

10、74C2H63.212.5NH31627C3H82.49.5CS21.2544C6H62.580CO12.574CH3OH1.46.7CH45.314C2H5OH7.336C2H23.212.5(C2H5)2O4.319C2H43.029CH3COO C2H51.948第17頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一(2)光能使某些非自發(fā)過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)(3)光化學(xué)反應(yīng)比熱反應(yīng)更具有選擇性光化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)：(1)速率主要決定于光的強(qiáng)度而受溫度影響小葉綠素葉綠素光合作用催化劑(也叫光敏劑) RGm (298.15 K) = 2245 kJ.mol-13 光化學(xué)反應(yīng)第18頁(yè)，共57頁(yè)，20

11、22年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 利用單色光（例如激光）可以激發(fā)混合系統(tǒng)中某特定的組分發(fā)生反應(yīng)（如紅外激光反應(yīng)能把供給反應(yīng)系統(tǒng)的能量集中消耗在選定要活化的化學(xué)鍵上，稱為選鍵化學(xué)），從而達(dá)到根據(jù)人們的意愿，設(shè)計(jì)指定的化學(xué)反應(yīng)。如有機(jī)化學(xué)中可選擇適當(dāng)頻率的紅外激光使反應(yīng)物分子中特定的化學(xué)鍵或官能團(tuán)活化，讓反應(yīng)按照人們的需要定向進(jìn)行，即實(shí)現(xiàn)所謂“分子剪裁”。第19頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一2.4 大氣污染及其控制近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，向大氣中大量排放煙塵、有害氣體、金屬氧化物等，使某些物質(zhì)的濃度超過(guò)它們的本底值并對(duì)人及動(dòng)植物產(chǎn)生有害的效應(yīng)，

12、這就是大氣污染。主要熱點(diǎn)問(wèn)題： 全球性的酸雨 溫室效應(yīng) 臭氧層的破壞 光化學(xué)煙霧第20頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 環(huán)境化學(xué)與重要大氣污染事件1. 環(huán)境化學(xué)與環(huán)境污染物環(huán)境科學(xué)是以實(shí)現(xiàn)人和自然和諧為目的,研究以及調(diào)整人與自然關(guān)系的科學(xué)。它是 20 世紀(jì) 70 年代初由多學(xué)科交叉滲透而形成的綜合性新學(xué)科。環(huán)境化學(xué)既是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分，也是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)新的重要分支。它是以化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問(wèn)題為研究對(duì)象，以解決環(huán)境問(wèn)題為目標(biāo)的一門新興的交叉學(xué)科。它主要研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在的濃度、形態(tài)和危害等問(wèn)題。第21頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20

13、日，3點(diǎn)56分，星期一三廢：廢氣、廢液和廢渣三致：致突變、致癌、致畸環(huán)境污染物的來(lái)源： 工業(yè)：三廢，量大、成分復(fù)雜、毒性強(qiáng) 農(nóng)業(yè)：農(nóng)藥、化肥、農(nóng)業(yè)廢棄物等 交通運(yùn)輸：噪音、燃料燃燒的排放物等 生活：生活中的“三廢” 等。第22頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一對(duì)流層頂對(duì)流層平流層頂平流層中間層中間層頂熱層(電離層)N2、O2、ArCO2、H2ON2、O2、O3N2、O2+、O+、NO+、O2、e -N2、O2、O2+、NO+0110100908070605040302010離地面高度 z/ km160 200 240 280 320溫度 T/K2 大氣圈的結(jié)構(gòu)與組成第23

14、頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一表2.4 干燥清潔空氣的組成(體積分?jǐn)?shù))氣體類別 氣體類別氮(N2)78.09氦(He)5.2410-4氧(O2)20.95氪(Kr)1.010-4氬(Ar)0.93氫(H2)0.510-4二氧化碳(CO2)0.03氙(Xe)0.0810-4氖(Ne)1810-4臭氧(O3)0.0110-4/%/%第24頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一原因是冬季燃煤所致，主要污染物為顆粒物、SO2 等黃色煙霧。12月10日大霧散去，4000 人死亡，其中大部分是老人，感染支氣管炎和有關(guān)肺部疾病的患者達(dá)數(shù)千人。倫敦的警察舉著火把讓自

15、己看清別人，也讓別人看清自己。倫敦?zé)熿F 1952.12.593 重要的大氣污染事件第25頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一原因是汽車排放的廢氣造成的，主要污染物是O3、PAN(peroxyacetyl nitrate) 、醛類、NOx 等蘭色煙霧，死亡 400 人。這類污染容易在夏秋季、氣溫較高的氣象條件下形成。洛杉磯煙霧 1952.12第26頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 大氣的主要污染物及控制1. 大氣的主要污染物及危害 大氣污染物一般分為兩類：一次(原生)污染物，即由污染物直接排入大氣的；二次(次生)污染物，是由一次污染物在大氣中進(jìn)行熱和光

16、化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物。后者往往危害性更大。第27頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 氮氧化物：NO、NO2等NOx是形成硝酸酸雨的主要?dú)怏w，其毒性比CO高10倍左右。 硫氧化物：SO2、SO3 (SOx)硫氧化物主要來(lái)自于燃煤，是形成硫酸酸雨的主要?dú)怏w。 顆粒物：大氣顆粒物包括塵（飄塵、落塵）、煙、霧等。 烴類CxHy(或簡(jiǎn)寫為 HC)主要來(lái)源有煉油廠排放氣、油品的不完全燃燒。 CO和CO2人類排放量最大的污染物，主要來(lái)自于燃料的不完全燃燒。其毒害是使血液失去輸氧能力。第28頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一NOxCxHyO2紫外光逆溫層O3 85%PA

17、N 10%醛等光化學(xué)煙霧引發(fā)反應(yīng)成因總反應(yīng)危害 強(qiáng)氧化性、強(qiáng)刺激性，會(huì)引起紅眼病等。光化學(xué)煙霧第29頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一小高爐煉鋼土法煉鋅貴州威寧彝族回族苗族自治縣二塘鎮(zhèn)第30頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 工人所在的金屬表帶磨光部有130多名工人，他們每天都要接觸二氧化硅、重金屬、三氯乙烯等可能導(dǎo)致職業(yè)病的有害物質(zhì)。 一名工人展示自己體檢的胸片30歲的人60歲的肺 工人“重金屬中毒” 北京青年報(bào) 2002年12月23日 第31頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一山窩里的冶煉廠修了一條200多米的煙道直通向山頂?shù)?/p>

18、煙囪。廣西壯族自治區(qū)柳州金秀瑤族自治縣的七建鄉(xiāng)和三角鄉(xiāng)之間。人民網(wǎng)，2002年12月15日04:15 土法生產(chǎn)砒霜天真的孩子還不知道自己身上這些會(huì)發(fā)痛發(fā)癢的斑點(diǎn)意味著什么。第32頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 (1) 固定源排放的廢氣比例較高、污染嚴(yán)重 (2) 燃煤大國(guó)，屬煤煙型污染。 (3) 機(jī)動(dòng)車污染日益嚴(yán)重。2 我國(guó)空氣污染的主要特征原因：煤為主要能源，廢氣一般雖經(jīng)除塵但未脫硫民用煤比例過(guò)高燃煤設(shè)備熱效率低發(fā)展中國(guó)家第33頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一(1) 消除煙塵(2) 二氧化硫的控制石灰乳法：主要技術(shù)措施： 改進(jìn)產(chǎn)生污染源的生產(chǎn)工

19、藝和設(shè)備 更換燃料或使用清潔能源 凈化排出的廢氣3 大氣污染的控制和防治原理第34頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一(3) 汽車廢氣治理六環(huán)牌 HX-OEM-3C-I 型三元催化劑當(dāng)前 Pt、Pd、Ru 催化劑 (CeO2 為助催化劑、耐高溫陶瓷為載體) 可使尾氣中有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化率超過(guò) 90%。第35頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 全球性大氣污染1. 酸雨酸雨、全球氣候變暖與臭氧層的破壞是當(dāng)前困擾世界的三大全球性大氣污染問(wèn)題。酸雨又稱酸沉降，它是指 pH5.6的天然降水（濕沉降）和酸性氣體及顆粒物的沉降（干沉降）。當(dāng)前世界最嚴(yán)重的三大酸雨區(qū)是西北歐

20、、北美和中國(guó)。我國(guó)酸雨 H2SO4/HNO3 10/1，而發(fā)達(dá)國(guó)家為 (12)/1。1999年度全國(guó)降水污染狀況第36頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一(1) SO2 + H2O = H2SO3 2H2SO3 + O2 = H2SO4SO3 + H2O = H2SO4(2) 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO酸雨對(duì)水體、森林和土壤都有重要影響，如使石灰?guī)r溶解，海岸線后退，樹木枯死，造成的損失很大。1998年我國(guó)劃定“兩控區(qū)”，要求嚴(yán)控酸雨和SO2排放。酸雨的形成第37頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一大氣層中的某些微量組分，能讓太陽(yáng)的短波

21、輻射透過(guò)，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射（屬長(zhǎng)波紅外輻射），卻被這些組分吸收，使大氣增溫，這種現(xiàn)象稱為溫室效應(yīng)。溫室氣體主要有 CO2、CH4、N2O、CFC、O3 等多原子分子。2 溫室效應(yīng)與全球氣候變暖第38頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一10080 60 40 20 0透射率 T/%2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15波長(zhǎng)(b) CF2Cl2(a) CH4圖2.8 CH4 及 CFC-12 的紅外光譜圖第39頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一表2.6 大氣中溫室氣體的現(xiàn)有濃度、增長(zhǎng)率及對(duì)增溫的作用名 稱現(xiàn)有

22、濃度/(mLm-3)估計(jì)年增長(zhǎng)率%對(duì)增溫的作用 %CO23500.455平流層O30.110(隨高度變化)0.5對(duì)流層O30.020.1(隨高度變化)00.7CH41.71215N2O0.30.26CFC-11(CFCl3)2.310-45.024CFC-12 (CF2Cl2)410-45.0第40頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一龍卷風(fēng)泥石流第41頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一洪澇沙漠化控制全球變暖的基本對(duì)策基本控制對(duì)策 能源對(duì)策 綠色對(duì)策(2) 發(fā)達(dá)國(guó)家負(fù)有減少溫室氣體排放的主要責(zé)任第42頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期

23、一破壞臭氧層的化學(xué)物質(zhì)主要?dú)w納為三個(gè)方面(1) 制冷劑氟利昂和滅火劑哈龍(2) 大型噴氣飛機(jī)的高空飛行 2004年5月，全球1.6萬(wàn)架商用飛機(jī)每年產(chǎn)生超過(guò)6億噸CO2和約0.3億噸NOx廢氣。(3) 核爆炸1984年英國(guó)科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)南極上空出現(xiàn)了“臭氧空洞”，1985年美國(guó)的人造衛(wèi)星“雨云7號(hào)”測(cè)到這個(gè)“洞”，其面積與美國(guó)領(lǐng)土相等，深度相當(dāng)于珠穆朗瑪峰的高度。公認(rèn)的看法是：人類活動(dòng)排入大氣的某些化學(xué)物質(zhì)與臭氧發(fā)生作用，導(dǎo)致了臭氧的損耗。3 臭氧層空洞第43頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一美國(guó) Rowland 于 1974 年首先提出氟利昂等物質(zhì)破壞臭氧層的理論。氟利昂

24、等物質(zhì)在短波紫外線的作用下分解成 Cl、Br、HO 等活潑自由基，可作為催化劑引起連鎖反應(yīng)，促使 O3 分解。其中 O 也是 O3分解產(chǎn)物：現(xiàn)已明了氯原子來(lái)自氟利昂的光化學(xué)分解：第44頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一1925年美國(guó)化學(xué)家托馬斯. 米德奇雷 (Thoms Midgly) 在元素周期律的指導(dǎo)下，大膽而正確地選定氟的化合物為研究對(duì)象，經(jīng)兩年多的實(shí)驗(yàn)研究，成功制得了完全符合制冷要求的新化合物 CF2Cl2(沸點(diǎn) 29.8C)，并于 1930 年投產(chǎn)。從此開始了系列氟利昂和哈龍的研制與生產(chǎn)。1960 年起大量生產(chǎn)和使用，至 1974 年達(dá)生產(chǎn)高峰.廣泛用做制冷劑、

25、噴霧劑、發(fā)泡劑、清潔劑等。給發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。然而，20 世紀(jì)七八十年代科學(xué)家們已研究清楚氟利昂是破壞臭氧層的主要物質(zhì)，從此開始限制生產(chǎn)和使用。氟利昂的功與過(guò)第45頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一 清潔生產(chǎn)和綠色化學(xué)1. 清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)通常是指在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程和預(yù)期消費(fèi)中，既合理利用自然資源，把人類和環(huán)境的危害減至最小，又能充分滿足人類需要，使社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化的一種生產(chǎn)模式。例如：可降解塑料、無(wú)氟冰箱、用酒精代替汽油、水基涂料、生態(tài)養(yǎng)殖等。第46頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一2. 綠色化學(xué)綠色化學(xué)是一種以保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)

26、化學(xué)產(chǎn)品的一門新興學(xué)科，是一門從源頭阻止污染的化學(xué)。原料的綠色化無(wú)毒、無(wú)害原料可再生資源為原料化學(xué)反應(yīng)的綠色化“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng)提高反應(yīng)的選擇性產(chǎn)品的綠色化催化劑的綠色化無(wú)毒、無(wú)害催化劑溶劑的綠色化無(wú)毒、無(wú)害溶劑綠色化學(xué)示意圖第47頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一(1)經(jīng)典氯醇法總反應(yīng)：摩爾質(zhì)量/g 28 71 74 44原子利用率 = 44 / 173 = 25%原子利用率 = 100%(2)現(xiàn)代直接氧化法第48頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一選讀材料熵與信息社會(huì)1 信息熵與負(fù)熵信息是指對(duì)事物狀態(tài)、存在方式和相互聯(lián)系進(jìn)行描述的一組文字、符號(hào)、語(yǔ)

27、言、圖象或情態(tài)。信息的特征在于能消除事物的不確定性。信息熵也稱廣義熵。 著名量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一薛定諤把負(fù)熵概念引進(jìn)生物領(lǐng)域。生物體依靠輸入負(fù)熵提高系統(tǒng)的有序性。這種自組織的有序結(jié)構(gòu)，比利時(shí)科學(xué)家普里戈金(I. R. Prigogine)稱之為“耗散結(jié)構(gòu)”。由于普里戈金對(duì)耗散結(jié)構(gòu)理論的重大貢獻(xiàn)而榮獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第49頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一2. 不可逆過(guò)程與自組織 不可逆過(guò)程限制熱機(jī)效率提高，使生命個(gè)體不可抗拒地趨向死亡，使世界趨向均勻、混亂、無(wú)序，不可逆過(guò)程好象是一種令人悲觀和討厭的東西。然而，遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)中的自組織現(xiàn)象，改變了不可逆過(guò)程的消

28、極現(xiàn)象。在宇宙的一個(gè)局部一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)中，不可逆過(guò)程扮演著建設(shè)者的角色，它能使系統(tǒng)中的局部表現(xiàn)出驚人的協(xié)同一致m為人們構(gòu)造出奇妙的時(shí)空有序結(jié)構(gòu)。為了與平衡結(jié)構(gòu)(如晶體)相區(qū)別，稱這種有序結(jié)構(gòu)為耗散結(jié)構(gòu)或自組織。第50頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一化學(xué)振蕩和化學(xué)波是一類重要的自組織現(xiàn)象，例如，1921年勃雷(W. Bray)發(fā)現(xiàn) H2O2 與 KIO3 在硫酸稀溶液中加入淀粉指示劑時(shí)，這種振蕩能夠顯示出無(wú)色和蘭色的周期性變化。其主要反映為：特別是1959年前蘇聯(lián)化學(xué)家貝洛索夫(B. P. Belousov)和生物化學(xué)家札博廷斯基(A. M. Zhabotinsk

29、y)在著名的BZ反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了自組織現(xiàn)象。第51頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一-4-5-6-7lg c(Br-)/molL-10 300 600 900 1200 1500t /s圖2.10 BZ反應(yīng)c(Ce4+)/ c(Ce3+)和 c(Br-)隨時(shí)間 t 的振蕩例如：在BZ反應(yīng)中，丙二酸在溶有硫酸鈰的稀硫酸溶液中被溴酸鉀氧化，當(dāng)有指示劑(鄰菲咯啉)存在時(shí)，溶液會(huì)顯示出紅色(Ce3+)和蘭色(Ce4+)的周期性變化。 0-1-2lgc(Ce4+)/ c(Ce3+)第52頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)56分，星期一3. 熵與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)建人普里戈金等把耗散結(jié)構(gòu)理論用于研究城市演化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問(wèn)題?？茖W(xué)家們?yōu)樯鐣?huì)學(xué)的研究開拓了一條新路，促成了綜合性的交叉學(xué)科定量社會(huì)學(xué)的問(wèn)世。高熵原料低熵產(chǎn)品高熵廢物費(fèi)熱生產(chǎn)系統(tǒng)知識(shí)技術(shù)(負(fù)熵)低熵能源圖2.11 生產(chǎn)過(guò)程中的