工程化學(xué)基礎(chǔ)課件

1《工程化學(xué)基礎(chǔ)》歡迎大家共同學(xué)習(xí)教材：《工程化學(xué)基礎(chǔ)》（第二版）編著：陳林根等出版：高等教育出版社主講人：xxx

1《工程化學(xué)基礎(chǔ)》歡迎大家共同學(xué)習(xí)教材：《工程化學(xué)基礎(chǔ)》（第2第1章，緒論1、了解化學(xué)學(xué)科的地位和作用，明確學(xué)習(xí)《工程化學(xué)基礎(chǔ)》的要求。2、了解物質(zhì)層次及其運(yùn)動(dòng)理論，理解認(rèn)識(shí)源于實(shí)踐和沒(méi)有止境的觀點(diǎn)，確立正確的學(xué)習(xí)方法。3、聯(lián)系實(shí)例理解系統(tǒng)和環(huán)境，聚集狀態(tài)和相等概念，明確敞開(kāi)系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)及相的劃分。4、明確化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒和能量變化，掌握物質(zhì)的量的符號(hào)、單位及有關(guān)計(jì)算。5、明確反應(yīng)進(jìn)度的概念，掌握化學(xué)計(jì)量數(shù)正負(fù)值的確定。學(xué)習(xí)要求2第1章，緒論1、了解化學(xué)學(xué)科的地位和作用，明確學(xué)習(xí)《工31.化學(xué)研究的對(duì)象和內(nèi)容

對(duì)象：實(shí)物，化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門(mén)科學(xué)，它涉及存在于自然界的物質(zhì)（如礦物、空氣中的氣體、海洋里的水和鹽、動(dòng)植物體內(nèi)的化學(xué)成分），

內(nèi)容：化學(xué)運(yùn)動(dòng)，主要是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)以及它們的性質(zhì)，其次是研究變化發(fā)生的一些外界條件。但最終還要對(duì)變化本身的規(guī)律進(jìn)行研究，即反應(yīng)能否發(fā)生，程度如何，有哪些影響因素等。同時(shí)也包含變化過(guò)程中的一些物理量的變化。一，化學(xué)31.化學(xué)研究的對(duì)象和內(nèi)容對(duì)象：實(shí)物，化學(xué)是在原4

化學(xué)的主要任務(wù)是創(chuàng)造新物質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)物質(zhì)的需求。表：新分子和新材料的飛速增長(zhǎng)年份已知化合物的數(shù)目190055萬(wàn)種1945110萬(wàn)種，大約45年翻一倍197023.7萬(wàn)種，大約25年翻一倍1975414.8萬(wàn)種1980593萬(wàn)種，大約10年翻一倍1985785萬(wàn)種19901057.6萬(wàn)種，大約10年翻一倍1999超過(guò)2000萬(wàn)種2.化學(xué)的主要任務(wù)4化學(xué)的主要任務(wù)是創(chuàng)造新物質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)物質(zhì)的需求5任何自然科學(xué)的最終目標(biāo)都是要為人類(lèi)造福，使人類(lèi)生活的更美好。(1)，保證人類(lèi)的生存，(2)，提高人類(lèi)的生活質(zhì)量，(3)，延長(zhǎng)人類(lèi)的壽命。（舉例：使糧棉油增產(chǎn)、改善生活、合成藥物）3.研究目的5任何自然科學(xué)的最終目標(biāo)都是要為人類(lèi)造福，使人類(lèi)生活的更美好6

化學(xué)的發(fā)展、興盛也離不開(kāi)其它學(xué)科的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。元素周期律的發(fā)現(xiàn)，盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型以及薛定諤方程的建立等等，為化學(xué)的發(fā)展翻開(kāi)了嶄新的一頁(yè)，計(jì)算機(jī)、微電子、激光等技術(shù)的進(jìn)步為化學(xué)工作者探究物質(zhì)奧秘、進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和合成提供了更有力的技術(shù)支持，化學(xué)也因此獲得了前所未有的發(fā)展。4.化學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系6化學(xué)的發(fā)展、興盛也離不開(kāi)其它學(xué)科的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。7粗略地分為五大分支學(xué)科（即化學(xué)的二級(jí)學(xué)科）。它們分別是：(1)無(wú)機(jī)化學(xué)：主要研究無(wú)機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)與過(guò)程；(2)有機(jī)化學(xué)：主要研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)，也有人稱(chēng)之為“碳的化學(xué)”；(3)高分子化學(xué)：主要研究高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性能與反應(yīng)、合成方法、加工成型及應(yīng)用的化學(xué)。(4)分析化學(xué)：主要是測(cè)量和表征物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)。(5)物理化學(xué)：主要研究所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理、規(guī)律和方法。5.化學(xué)的學(xué)科體系7粗略地分為五大分支學(xué)科（即化學(xué)的二級(jí)學(xué)科）。它們分別是：58

隨著各門(mén)學(xué)科的全面繁榮，化學(xué)與其它學(xué)科之間的交叉與滲透的也在不斷加大、深入，同時(shí)萌發(fā)出許多新的學(xué)科，例如：藥物化學(xué)、地球化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、生物化學(xué)、材料化學(xué)等。眾多新興學(xué)科的涌現(xiàn)，極大地豐富了化學(xué)科學(xué)的研究?jī)?nèi)容，拓展了化學(xué)研究的空間；同時(shí)新興學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步也離不開(kāi)化學(xué)這個(gè)基礎(chǔ)，沒(méi)有化學(xué)的進(jìn)步，就不可能有相關(guān)新興學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步。6.由化學(xué)萌發(fā)出的新興學(xué)科8隨著各門(mén)學(xué)科的全面繁榮，化學(xué)與其它學(xué)科之間的交叉與9

化學(xué)不僅是重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，它在環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、藥物學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科中起著中心環(huán)節(jié)的作用；而且它與管理學(xué)、社會(huì)學(xué)等學(xué)科也是息息相關(guān)的，因?yàn)?，我們的日常生活以及社?huì)活動(dòng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與各種化學(xué)品打著交道。7.化學(xué)是一門(mén)起著中心環(huán)節(jié)作用的學(xué)科9化學(xué)不僅是重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，它在環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)10二，化學(xué)與工程化學(xué)①化學(xué)研究類(lèi)，②化學(xué)品生產(chǎn)類(lèi)，③非化學(xué)研究非化學(xué)品生產(chǎn)類(lèi)。1.《工程化學(xué)基礎(chǔ)》是現(xiàn)實(shí)需要的產(chǎn)物大學(xué)本科化學(xué)教學(xué)的分類(lèi)10二，化學(xué)與工程化學(xué)①化學(xué)研究類(lèi)，1.《工程化學(xué)基礎(chǔ)》11《工程化學(xué)基礎(chǔ)》及其系列教材特意專(zhuān)門(mén)為上述工程類(lèi)學(xué)生設(shè)計(jì)和開(kāi)設(shè)。它以化學(xué)原理為經(jīng)線(xiàn)，以化學(xué)在材料、信息、能源、環(huán)境、生命諸領(lǐng)域中的應(yīng)用為緯線(xiàn)編織而成。2.《工程化學(xué)基礎(chǔ)》的編寫(xiě)特點(diǎn)11《工程化學(xué)基礎(chǔ)》及其系列教材特意專(zhuān)門(mén)為上述工程類(lèi)學(xué)12通過(guò)學(xué)習(xí)，首先使工程類(lèi)學(xué)生理解以下三個(gè)方面內(nèi)容：①物質(zhì)的組成無(wú)論多么復(fù)雜，它們最終都是由原子組成的，物質(zhì)的性質(zhì)首先來(lái)自于組成物質(zhì)的不同元素原子的種類(lèi)、形態(tài)和數(shù)目；②物質(zhì)的性質(zhì)同時(shí)來(lái)自于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，取決于原子在空間的排布和相互間的作用，（這都和原子及其結(jié)合態(tài)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)），③不同性質(zhì)的物質(zhì)通過(guò)不同方式組合、化合以及復(fù)合，形成形態(tài)各異、功能各異的眾多物質(zhì)，它們彼此相互依存、相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成了一個(gè)五彩繽紛的物質(zhì)世界。3.學(xué)習(xí)《工程化學(xué)基礎(chǔ)》的目的12通過(guò)學(xué)習(xí)，首先使工程類(lèi)學(xué)生理解以下三個(gè)方面內(nèi)容：3.13

其次，通過(guò)學(xué)習(xí)，使工程類(lèi)學(xué)生懂得世上沒(méi)有理想的萬(wàn)能材料，只有學(xué)會(huì)辨證地看問(wèn)題、處理問(wèn)題，才有可能在工程實(shí)踐中獲得比較理想的應(yīng)用效果。第三，通過(guò)學(xué)習(xí)，使工程類(lèi)學(xué)生在碰到相關(guān)的化學(xué)問(wèn)題時(shí)有較好的理解能力，并能達(dá)到“簡(jiǎn)單的問(wèn)題自己解決，復(fù)雜的問(wèn)題知道找誰(shuí)解決”。13其次，通過(guò)學(xué)習(xí)，使工程類(lèi)學(xué)生懂得世上沒(méi)有理想的萬(wàn)14三，怎樣學(xué)習(xí)《工程化學(xué)基礎(chǔ)》1.物質(zhì)是分層次的

世界由物質(zhì)組成的。物質(zhì)是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀實(shí)在，是可以從感覺(jué)上被感知的事物。物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的基本屬性和存在形式。自然科學(xué)研究的物質(zhì)分為實(shí)物和場(chǎng)（電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)等）兩種基本形態(tài)，化學(xué)研究的對(duì)象是實(shí)物，場(chǎng)不屬于化學(xué)研究的范疇。就物質(zhì)的構(gòu)造情況來(lái)看，大至宇宙天體，小至微觀的基本粒子，其間可分為若干層次如微觀、宏觀和宇觀三個(gè)層次。14三，怎樣學(xué)習(xí)《工程化學(xué)基礎(chǔ)》1.物質(zhì)是分層次的15表1.1有關(guān)物質(zhì)層次的一些情況層次典型尺寸/m過(guò)渡尺寸/m實(shí)例理論脹觀1040？3×1030

宇觀1021銀河系廣義相對(duì)論3×1011太陽(yáng)系宏觀102籃球場(chǎng)牛頓力學(xué)3×10-10原子，分子微觀10–17基本粒子量子力學(xué)3×10-27渺觀10–36超弦（？15表1.1有關(guān)物質(zhì)層次的一些情況層次典型過(guò)渡實(shí)16

其次，人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)不僅有表象式的、定性的描述，而且人們還建立了一整套精確的、定量的表達(dá)方式，例如：摩爾、千克、米等等，從而使人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)更生動(dòng)、更準(zhǔn)確。所以，本書(shū)在第4章、第5章中，結(jié)合具體的事例分別就化學(xué)反應(yīng)中的能量問(wèn)題、反應(yīng)方向、反應(yīng)速度、溶液中離子平衡等問(wèn)題展開(kāi)了有益的討論。因此，我們?cè)趯W(xué)習(xí)工程化學(xué)時(shí)應(yīng)當(dāng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合，二者不可偏廢。2.理論與實(shí)踐相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合16其次，人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)不僅有表象式的、定性的描述17

第三，物質(zhì)世界一方面是可以被感知的；另一方面人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)又受到認(rèn)識(shí)水平、實(shí)驗(yàn)手段等主、客觀因素的制約。例如：早就存在于各種煙氣中的納米顆粒（如納米碳管），只是在高倍電子顯微鏡出現(xiàn)之后，人類(lèi)才對(duì)它們的“廬山真面目”有所認(rèn)識(shí)；3.認(rèn)識(shí)受認(rèn)識(shí)水平、實(shí)驗(yàn)手段等主、客觀因素的制約17第三，物質(zhì)世界一方面是可以被感知的；另一方面人類(lèi)18準(zhǔn)晶

曾經(jīng)在理論上被反復(fù)證明了的晶體中不可能存在的五次軸，在1984年11月被Shechtman否定，文章報(bào)道，在急冷的Al-Mn合金中發(fā)現(xiàn)了二十面體相。

我國(guó)郭可信等也同時(shí)獨(dú)立地在急冷(Ti1–x,Vx)2Ni合金(x=0.0~0.3)中發(fā)現(xiàn)二十面體相，并于1985年初發(fā)表。從文獻(xiàn)的報(bào)道來(lái)看，這些物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有嚴(yán)格的位置序，但不具有平移周期性，它們不是晶體而是一種準(zhǔn)周期晶體，簡(jiǎn)稱(chēng)準(zhǔn)晶體或準(zhǔn)晶圖1-1準(zhǔn)晶的晶體結(jié)構(gòu)18準(zhǔn)晶曾經(jīng)在理論上被反復(fù)證明了的晶體中不可能存在的19

大量的事實(shí)都在說(shuō)明一個(gè)道理，即人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)有其自身的局限性，今天的結(jié)論一旦到了明天就有可能變成謬誤。因此，我們應(yīng)當(dāng)自覺(jué)地運(yùn)用唯物辯證法的基本原理指導(dǎo)我們的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。對(duì)人類(lèi)已有的知識(shí)既要虛心學(xué)習(xí)，又要有懷疑的勇氣；既要有繼承的能力，又要有打破常規(guī)、勇于創(chuàng)新的能力；繼承是前提，創(chuàng)新是目的；創(chuàng)新是教育的永恒主題，創(chuàng)新是人類(lèi)進(jìn)步的不竭動(dòng)力。4.繼承與創(chuàng)新19大量的事實(shí)都在說(shuō)明一個(gè)道理，即人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)201.系統(tǒng)和環(huán)境四、基本概念

為研究的方便，我們把某一部分作為研究的對(duì)象，并將它與其周?chē)奈镔|(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)，這部分研究對(duì)象就稱(chēng)為系統(tǒng)。系統(tǒng)以外與之直接聯(lián)系的部分，稱(chēng)為環(huán)境。201.系統(tǒng)和環(huán)境四、基本概念為研究的方便21有物質(zhì)和能量交換開(kāi)放系統(tǒng)只有能量交換封閉系統(tǒng)無(wú)物質(zhì)和能量交換隔離系統(tǒng)三種熱力學(xué)系統(tǒng)

系統(tǒng)和環(huán)境是一個(gè)整體的兩個(gè)部分，根據(jù)它們之間有無(wú)質(zhì)量（習(xí)慣上說(shuō)有無(wú)物質(zhì)，因原子及結(jié)合態(tài)物質(zhì)有靜質(zhì)量）交換和能量傳遞，可將系統(tǒng)分為下述三類(lèi)：21有物質(zhì)和能量交換開(kāi)放系統(tǒng)只有能量交換封閉系統(tǒng)無(wú)物質(zhì)和能量22AgFeN2,H2NH3銀片低熔合金鐵片爐膛支架燒結(jié)爐2NH3(g)N2(g)+3H2(g)絕熱層22AgFeN2,H2NH3銀片低熔合金鐵片爐膛支架燒結(jié)爐232，聚集狀態(tài)和相

物質(zhì)在一定的溫度和壓力條件下所處的相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，稱(chēng)物質(zhì)的聚集狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)物態(tài)。

相則被定義為：系統(tǒng)中任何化學(xué)組成均勻，物理和化學(xué)性質(zhì)都相同的，且可用機(jī)械方法分離出來(lái)的部分。相與相之間存在明顯的界面。232，聚集狀態(tài)和相物質(zhì)在一定的溫度和壓力條件下所24插短片：1，相實(shí)驗(yàn)解說(shuō)水乙醇氯化鈉四氯化碳硝酸銀碘化鉀試劑加入次序24插短片：1，相實(shí)驗(yàn)解說(shuō)水試劑加入次序253，質(zhì)量守恒和能量變化一般的化學(xué)反應(yīng)方程式可表示為aA+bB＝

yY+zZ或0=–aA–bB+yY+Zz常用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式：式中∑為加和號(hào)，νB為相應(yīng)指定物化學(xué)式B的計(jì)量數(shù)，B為相應(yīng)指定物的化學(xué)式，253，質(zhì)量守恒和能量變化一般的化學(xué)反應(yīng)方程式可表示為aA26反應(yīng)通式表述了化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)特征：(1)質(zhì)量守恒(2)能量變化26反應(yīng)通式表述了化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)特征：(1)質(zhì)量守恒(2)274，物質(zhì)的量1971年，第14屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)（CGPM）選擇了物質(zhì)的量作為7個(gè)基本的物理量（長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、發(fā)光強(qiáng)度和物質(zhì)的量）之一。用以計(jì)量原子、分子、電子等界觀和微觀物質(zhì)的量。

物質(zhì)的量的符號(hào)記為n，單位為摩爾(mol)。n與阿佛加德羅常數(shù)NA

和粒子數(shù)N

的關(guān)系是n=N/NA，其中NA=6.022136×1023mol–1。我們還知道某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量（符號(hào)為M）是該物質(zhì)的質(zhì)量（符號(hào)為m）與該物質(zhì)的物質(zhì)的量（n）之比：M=m/n，它的單位為kg·mol–1（千克/摩爾，讀作千克每摩爾）。物質(zhì)的量(n)，不僅可以計(jì)量分子、原子、電子等微觀粒子的數(shù)目，進(jìn)而計(jì)量電子、原子、分子等的量。274，物質(zhì)的量1971年，第14屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)（285，反應(yīng)進(jìn)度nB

為物質(zhì)

B的物質(zhì)的量。定義：一般定義為：反應(yīng)進(jìn)度ξ為

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