Chapter-01-工程化學(xué)概論-PPT幻燈片

第一章工程化學(xué)概論1、化學(xué)與化學(xué)工業(yè)2、化學(xué)及化學(xué)工業(yè)的作用3、學(xué)習(xí)化學(xué)的重要意義4、化學(xué)物質(zhì)的分類(lèi)與命名5、化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史6、化學(xué)學(xué)科的分支及其形成7、工科基礎(chǔ)化學(xué)（工程化學(xué)）數(shù)學(xué)：研究數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)律。1.化學(xué)現(xiàn)代化學(xué)：研究泛分子的科學(xué)-十個(gè)內(nèi)涵(略)?；瘜W(xué)：研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及化學(xué)變化的規(guī)律。

2.化學(xué)工業(yè)：以化學(xué)過(guò)程為核心內(nèi)容和關(guān)鍵步驟的工業(yè)，通過(guò)

化學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全部或部分生產(chǎn)目的的工業(yè)。1.1化學(xué)與化學(xué)工業(yè)物理：研究物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1.2化學(xué)及化學(xué)工業(yè)的作用

（生活、能源、健康、環(huán)?！?.化學(xué)與生活

①衣-人造纖維：粘膠纖維、醋酸纖維和銅氨纖維（人造棉）、人造絲、人造毛和富強(qiáng)纖維等。合成纖維：以有機(jī)化合物為原料，利用化學(xué)合成的方法，經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)合成的高分子聚合物。錦綸(尼龍)-聚酰胺纖維滌綸(的確良)-聚酯纖維腈綸-聚丙烯脂纖維維綸(維尼綸)-聚乙烯醇纖維丙綸-聚丙烯纖維氯綸-聚氯乙烯纖維燃燒前脫硫燃燒中脫硫煙氣脫硫微生物脫硫煤的缺點(diǎn)：煤的發(fā)熱值比石油、天然氣低得多，利用效率低；通常的采煤方法，開(kāi)采率僅為60%左右；運(yùn)輸比石油、天然氣困難；煤在燃燒過(guò)程中生成的SO2、SO3污染環(huán)境，是引起酸雨的主要原因。

脫二氧化硫步驟

CaCO3空氣燃燒爐S+O2→SO2CaCO3→CaO+CO2CaO+SO2→CaSO3煤CaSO3SO2CO2空氣凈化室煙囪CaO的水懸浮溶液主要是CO2和空氣②煤的潔凈利用技術(shù)水煤氣－合成氣－煤的液化燃料－水煤漿燃料。a.水煤氣：C(s)+H2O(g)

=====CO(g)+H2(g)1200K缺氧b.合成氣：煤=====H2(40%)+CO(15%)+CH4(15%)+CO2(30%)

水蒸氣O2(合成氣)將H2和CO進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，制取合成天然氣。

CO(g)+3H2(g)=CH4+H2O(l)(合成天然氣)合成氣油：nCO+(2n+1)H2=============CnH2n+2+nH2O活性Fe-Co170~200℃,1~2MPa合成甲醇：CO+

2H2O==============CH3OHCu300℃,20~30MPad.水煤漿燃料：70%煤粉+30%水+少量添加劑，可代替油。c.煤的液化燃料：以合成氣為原料，生產(chǎn)液體燃料。(2)石油和天然氣石油以汽油(辛烷)為代表：C8H18(l)+25/2O2=8CO2(g)+H2O(l)天然氣以甲烷為代表：CH4(g)+2O2=CO2(g)+2H2O(l)液化氣：來(lái)自油田氣或煉廠氣，主要成分為高壓液化后的

C3H8+C4H10。城市煤氣：煤的合成氣和煉焦氣，主要成分為

H2(50%)+CO(15%)+CH4(15%)。石油主要分餾產(chǎn)物餾分沸點(diǎn)范圍(℃)烴的碳原子氣體石油氣C1～C4輕油溶劑油汽油30～80C5～C6C6～C10煤油180～280C10～C16柴油280～350C17～C20重油潤(rùn)滑油凡士林石蠟瀝青350～500C18～C30C18～C30C20～C30C30～C40渣油>500>C40(3)其他能源

風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、太?yáng)能、核能、……(4)干凈、無(wú)毒、無(wú)污染的二次能源-氫需解決的三個(gè)問(wèn)題：氫的制取、儲(chǔ)存、利用。生命科學(xué)：1953年英國(guó)《自然》雜志發(fā)表了英國(guó)克里克和美國(guó)沃特森的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，通過(guò)X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析確定了生命物質(zhì)-核酸的空間結(jié)構(gòu)。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的解析奠定了當(dāng)今分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。二人因此獲得1962年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。sugarphosphatebackbonebaseshydrogenbondsbetweenbases3.化學(xué)對(duì)健康和生命的貢獻(xiàn)(藥物化學(xué))4.化學(xué)與環(huán)境保護(hù)

大氣污染：氣候變暖、煙霧污染、酸雨、臭氧層損耗……水體污染與防治：……固體廢棄物污染與防治：……當(dāng)今世界四大熱點(diǎn)問(wèn)題(能源開(kāi)發(fā)和利用、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)、新材料研制)都離不開(kāi)化學(xué)。5.化學(xué)與國(guó)防

武器、動(dòng)力、……化學(xué)是物質(zhì)科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，是一門(mén)中心的、實(shí)用的、創(chuàng)造性的科學(xué)。由于各學(xué)科之間的相互滲透日益增強(qiáng)，化學(xué)已經(jīng)滲透到每個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。可以肯定，現(xiàn)代工程技術(shù)上所面臨的課題需要的化學(xué)知識(shí)會(huì)越來(lái)越多。“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”。1.3學(xué)習(xí)化學(xué)的重要意義

1.4化學(xué)物質(zhì)的分類(lèi)與命名1.分類(lèi)單質(zhì)化合物無(wú)機(jī)物有機(jī)物：烴、醇與酚、醛、酮、羧酸、胺、酯、…物質(zhì)2.命名：(略)1.5化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1.古代化學(xué)(15世紀(jì)以前)2.醫(yī)化學(xué)時(shí)期(公元1500～1700年)3.燃素說(shuō)時(shí)期(公元1700～1774年)4.近代、現(xiàn)代化學(xué)(1774年后)1.古代化學(xué)(15世紀(jì)以前)1)實(shí)用和自然哲學(xué)時(shí)期(～公元前后)a.100萬(wàn)年前，原始社會(huì)，火的利用；b.公元前3000年左右，奴隸社會(huì)，以實(shí)用化學(xué)工藝為特征。埃及：煉鐵、鞣制皮革、提取藥物香料、制造陶器；c.公元前2500-2000年，中國(guó)銅的冶煉技術(shù)，殷代青銅；商代青銅器(銅錫合金)d.公元前一世紀(jì)，中國(guó)發(fā)明了造紙術(shù)。e.關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)問(wèn)題，最早見(jiàn)解是我國(guó)商末(約公元前1140年)“易經(jīng)”中的“八卦”和“五行”(金、木、水、火、土)學(xué)說(shuō)。f.公元前五世紀(jì)，Empedocles(安培多克爾)提出宇宙是由水、

火、氣、土“四原質(zhì)”構(gòu)成的。g.公元前400年德謨克利特：樸素原子論。h.公元前四世紀(jì)，亞里斯多德(Aristotle)提出冷、熱、干、濕的“四原性”學(xué)說(shuō)。每一卦形代表一定的事物。乾-天，坤-地，坎-水，離-火，震-雷，艮-代表山，巽-代表風(fēng)，兌-澤。八卦互相搭配又得到六十四卦，用來(lái)象征各種自然現(xiàn)象和人事現(xiàn)象。Aristotle(384-322B.C.)Plato(427-347B.C.)Immortalphilosopherofantiquity封建社會(huì)，中國(guó)道家化學(xué)煉丹(Pb3O4、HgS)。

公元二世紀(jì)，東漢魏伯陽(yáng)著有世界最早煉丹術(shù)文獻(xiàn)；公元四世紀(jì)，東晉葛洪著有煉丹術(shù)巨著，發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)的可逆性(HgS←→Hg；Pb3O4←→Pb)及金屬的取代(Fe和Cu鹽)。這段時(shí)期，化學(xué)走入了歧途，但積累了更多的化學(xué)知識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)技術(shù)，制作了操作器皿。2)煉金術(shù)、煉丹術(shù)時(shí)期(公元前后～公元1500年)16世紀(jì)初，化學(xué)走上正路：煉金術(shù)改革，化學(xué)方法制成藥劑(無(wú)機(jī)物)；李時(shí)珍《本草綱目》，列有中藥材、礦物1000多種并附有制備方法、性質(zhì)介紹；明代宋應(yīng)星著有《天工開(kāi)物》(1639年)，總結(jié)了我國(guó)的工業(yè)技術(shù)。2.醫(yī)化學(xué)時(shí)期(公元1500～1700年)3.燃素說(shuō)時(shí)期(公元1700～1774年)英國(guó)的波義爾(Boyle)提出各種物質(zhì)的微粒都是由基本粒子的不同聚集體構(gòu)成的。對(duì)燃燒現(xiàn)象認(rèn)為火是由一種實(shí)在的、具有重量的火微粒構(gòu)成的。1700年，德國(guó)的施塔爾(Stahl)提出“燃素說(shuō)”，清除了“四原性”(冷、熱、干、濕)學(xué)說(shuō)。法國(guó)拉瓦錫(Lavoisier)燃燒的氧學(xué)說(shuō)，近代化學(xué)由此萌芽。4.近代、現(xiàn)代化學(xué)(1774年后)傳統(tǒng)的化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域包括：無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)。新測(cè)試手段和新的數(shù)據(jù)處理方法不斷涌現(xiàn)促進(jìn)了傳統(tǒng)學(xué)科的不斷完善。1.6化學(xué)學(xué)科的分支及其形成無(wú)機(jī)化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)四大基礎(chǔ)化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)：除去碳?xì)浠衔锖推浯蠖鄶?shù)衍生物外，無(wú)機(jī)化學(xué)是對(duì)所有元素和它們的化合物及反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和理論解釋的科學(xué)。最初的化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)。如青銅、陶瓷、彩陶、點(diǎn)金術(shù)、煉丹術(shù)、黑火藥等；以門(mén)捷列夫、Meyer的元素周期律為標(biāo)志，標(biāo)志現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)形成。貝采里烏斯(分析化學(xué)之父)分析天平的使用和定量分析的建立是分析化學(xué)形成的標(biāo)志。

J?nsJakobBerzelius：原子量的測(cè)定；電荷的概念(二元論)；化學(xué)符號(hào)和化學(xué)方程式的創(chuàng)始人。分析化學(xué)：含量的測(cè)定、成分的分析、結(jié)構(gòu)的表征，是分析化學(xué)的三大領(lǐng)域。分析天平的使用---定量概念的建立---高新儀器的發(fā)明和使用為分析化學(xué)的發(fā)展起到了重要的作用。

貝采里烏斯測(cè)定原子量使用的天平J?nsJakobBerzelius有機(jī)化學(xué)：研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。19世紀(jì)初，李比希(Liebig)分析了大量的有機(jī)化合物；1824年，德國(guó)化學(xué)家維勒(W?hler)成功合成了尿素；1834年，法國(guó)杜馬Dumas，系統(tǒng)定量地研究了鹵化反應(yīng)，提出了“取代學(xué)說(shuō)”；1842年，日拉爾提出了有機(jī)化合物同系列的概念；弗蘭克的原子價(jià)學(xué)說(shuō)；凱庫(kù)勒的原子鏈學(xué)說(shuō)，1865年，提出苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。有機(jī)立體化學(xué)的興起，有機(jī)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展；十九世紀(jì)后半期，有機(jī)化學(xué)飛速發(fā)展。

JustusvonLiebigFriedrichA.KekuléFriedlichW?hler物理化學(xué)：從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，探求化學(xué)變化規(guī)律的科學(xué)。物理化學(xué)創(chuàng)立和發(fā)展：1)氣體理論和溶液理論的建立；2)熱化學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)的發(fā)展；3)電化學(xué)的建立和發(fā)展；4)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展；5)結(jié)構(gòu)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展。SvanteAugustArrhenius電離學(xué)說(shuō)J.WillardGibbs化學(xué)熱力學(xué)高分子化學(xué)：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)。傳統(tǒng)化學(xué)與當(dāng)代高新科技領(lǐng)域的結(jié)合，形成了許多新分支學(xué)科：高分子化學(xué)、量子化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、材料化學(xué)、地球化學(xué)、計(jì)算化學(xué)等。ThelaboratoryapparatusdesignedbyFritzHaberandRobertLeRossignolforproducingammoniafromhydrogenandnitrogen。

(1)了解化學(xué)學(xué)科的概貌，并運(yùn)用化學(xué)理論、觀點(diǎn)、方法，關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)話(huà)題。

(2)對(duì)工科同學(xué)，能將化學(xué)理論、方法與工程技術(shù)結(jié)合，分析和認(rèn)識(shí)工程技術(shù)中的化學(xué)問(wèn)題。1.7工科基礎(chǔ)化學(xué)

1.教學(xué)目的：為工科類(lèi)大學(xué)生提供基礎(chǔ)化學(xué)教育。使學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、科學(xué)素質(zhì)得到提高。(1)理論化學(xué)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)。(2)基本知識(shí)和應(yīng)用化學(xué)：物質(zhì)的性質(zhì)、與其他學(xué)科的滲透。2.教學(xué)內(nèi)容：介紹物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律。3.學(xué)習(xí)要求－看、聽(tīng)、記、練仔細(xì)閱讀、復(fù)習(xí)教材：教材是基礎(chǔ)；專(zhuān)心致志聽(tīng)課：聽(tīng)老師