《工程化学基础》第1章.ppt

1,工程化学基础,欢迎大家共同学习,教材：工程化学基础（第二版） 编著： 陈林根等 出版： 高等教育出版社,主讲人：x x x,2,第1章，绪 论,1、了解化学学科的地位和作用，明确学习工程化学基础的要求。 2、了解物质层次及其运动理论，理解认识源于实践和没有止境的观点，确立正确的学习方法。 3、联系实例理解系统和环境，聚集状态和相等概念，明确敞开系统、封闭系统、孤立系统及相的划分。 4、明确化学反应中的质量守恒和能量变化，掌握物质的量的符号、单位及有关计算。 5、明确反应进度的概念，掌握化学计量数正负值的确定。,学习要求,3,1. 化学研究的对象和内容,对象：实物，化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门科学， 它涉及存在于自然界的物质（如矿物、空气中的气体、海洋里的水和盐、动植物体内的化学成分），,内容：化学运动，主要是物质的组成、结构以及它们的性质，其次是研究变化发生的一些外界条件。但最终还要对变化本身的规律进行研究，即反应能否发生，程度如何，有哪些影响因素等。同时也包含变化过程中的一些物理量的变化。,一，化学,4,化学的主要任务是创造新物质，以满足人类对物质的需求。,表：新分子和新材料的飞速增长,2. 化学的主要任务,5,任何自然科学的最终目标都是要为人类造福，使人类生活的更美好。 (1)，保证人类的生存， (2)，提高人类的生活质量， (3)，延长人类的寿命。（举例：使粮棉油增产、改善生活、合成药物）,3. 研究目的,6,化学的发展、兴盛也离不开其它学科的发展和技术进步。元素周期律的发现，卢瑟福的原子结构模型以及薛定谔方程的建立等等，为化学的发展翻开了崭新的一页，计算机、微电子、激光等技术的进步为化学工作者探究物质奥秘、进行分子设计和合成提供了更有力的技术支持，化学也因此获得了前所未有的发展。,4. 化学与其他学科之间的关系,7,粗略地分为五大分支学科（即化学的二级学科）。它们分别是： (1)无机化学：主要研究无机物的组成、结构、性质和无机化学反应与过程； (2)有机化学：主要研究碳氢化合物及其衍生物的化学，也有人称之为“碳的化学”； (3)高分子化学：主要研究高分子化合物的结构、性能与反应、合成方法、加工成型及应用的化学。 (4)分析化学：主要是测量和表征物质的组成和结构。 (5)物理化学：主要研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法。,5. 化学的学科体系,8,随着各门学科的全面繁荣，化学与其它学科之间的交叉与渗透的也在不断加大、深入，同时萌发出许多新的学科，例如：药物化学、地球化学、环境化学、生物化学、材料化学等。众多新兴学科的涌现，极大地丰富了化学科学的研究内容，拓展了化学研究的空间；同时新兴学科的发展和进步也离不开化学这个基础，没有化学的进步，就不可能有相关新兴学科的发展和进步。,6. 由化学萌发出的新兴学科,9,化学不仅是重要的基础学科之一，它在环境科学、生物学、药物学、材料学等学科中起着中心环节的作用；而且它与管理学、社会学等学科也是息息相关的，因为，我们的日常生活以及社会活动无时无刻不在与各种化学品打着交道。,7. 化学是一门起着中心环节作用的学科,10,二，化学与工程化学,化学研究类， 化学品生产类， 非化学研究非化学品生产类。,1. 工程化学基础是现实需要的产物,大学本科化学教学的分类,11,工程化学基础及其系列教材特意专门为上述工程类学生设计和开设。它以化学原理为经线，以化学在材料、信息、能源、环境、生命诸领域中的应用为纬线编织而成。,2. 工程化学基础的编写特点,12,通过学习，首先使工程类学生理解以下三个方面内容： 物质的组成无论多么复杂，它们最终都是由原子组成的，物质的性质首先来自于组成物质的不同元素原子的种类、形态和数目； 物质的性质同时来自于物质的结构，取决于原子在空间的排布和相互间的作用，（这都和原子及其结合态的电子运动状态有关）， 不同性质的物质通过不同方式组合、化合以及复合，形成形态各异、功能各异的众多物质，它们彼此相互依存、相互取长补短，形成了一个五彩缤纷的物质世界。,3. 学习工程化学基础的目的,13,其次，通过学习，使工程类学生懂得世上没有理想的万能材料，只有学会辨证地看问题、处理问题，才有可能在工程实践中获得比较理想的应用效果。 第三，通过学习，使工程类学生在碰到相关的化学问题时有较好的理解能力，并能达到“简单的问题自己解决，复杂的问题知道找谁解决”。,14,三，怎样学习工程化学基础,1. 物质是分层次的,世界由物质组成的。物质是不以人的意志为转移的客观实在，是可以从感觉上被感知的事物。物质是运动的，运动是物质的基本属性和存在形式。自然科学研究的物质分为实物和场（电磁场、引力场等）两种基本形态，化学研究的对象是实物，场不属于化学研究的范畴。 就物质的构造情况来看，大至宇宙天体，小至微观的基本粒子，其间可分为若干层次如微观、宏观和宇观三个层次。,15,表1. 1 有关物质层次的一些情况,16,其次，人类对自然的认识不仅有表象式的、定性的描述，而且人们还建立了一整套精确的、定量的表达方式，例如：摩尔、千克、米等等，从而使人们对物质世界的认识更生动、更准确。所以，本书在第4章、第5章中，结合具体的事例分别就化学反应中的能量问题、反应方向、反应速度、溶液中离子平衡等问题展开了有益的讨论。因此，我们在学习工程化学时应当注重理论与实践相结合，定性与定量相结合，二者不可偏废。,2. 理论与实践相结合，定性与定量相结合,17,第三，物质世界一方面是可以被感知的；另一方面人类对物质世界的认识又受到认识水平、实验手段等主、客观因素的制约。例如：早就存在于各种烟气中的纳米颗粒（如纳米碳管），只是在高倍电子显微镜出现之后，人类才对它们的“庐山真面目”有所认识；,3. 认识受认识水平、实验手段等主、客观因素的制约,18,准晶,曾经在理论上被反复证明了的晶体中不可能存在的五次轴，在1984年11月被Shechtman否定，文章报道，在急冷的Al-Mn合金中发现了二十面体相。,我国郭可信等也同时独立地在急冷 (Ti1x, Vx)2Ni 合金 (x = 0. 0 0. 3) 中发现二十面体相，并于1985年初发表。从文献的报道来看，这些物质内部结构都具有严格的位置序，但不具有平移周期性，它们不是晶体而是一种准周期晶体，简称准晶体或准晶,图1-1 准晶的晶体结构,19,大量的事实都在说明一个道理，即人类对物质世界的认识有其自身的局限性，今天的结论一旦到了明天就有可能变成谬误。因此，我们应当自觉地运用唯物辩证法的基本原理指导我们的学习和实践。对人类已有的知识既要虚心学习，又要有怀疑的勇气；既要有继承的能力，又要有打破常规、勇于创新的能力；继承是前提，创新是目的；创新是教育的永恒主题，创新是人类进步的不竭动力。,4. 继承与创新,20,1. 系统和环境,四 、基本概念,为研究的方便，我们把某一部分作为研究的对象，并将它与其周围的物质区分开来，这部分研究对象就称为系统。系统以外与之直接联系的部分，称为环境。,21,三种热力学系统,系统和环境是一个整体的两个部分，根据它们之间有无质量（习惯上说有无物质，因原子及结合态物质有静质量）交换和能量传递，可将系统分为下述三类：,22,Ag,Fe,N2, H2,NH3,银片,低熔合金,铁片,炉膛,支架,烧结炉,绝热层,23,2，聚集状态和相,物质在一定的温度和压力条件下所处的相对稳定的状态，称物质的聚集状态，简称物态。,相则被定义为：系统中任何化学组成均匀，物理和化学性质都相同的，且可用机械方法分离出来的部分。相与相之间存在明显的界面。,24,插短片：1，相实验解说,水 乙醇 氯化钠 四氯化碳 硝酸银 碘化钾,试剂加入次序,25,3，质量守恒和能量变化,一般的化学反应方程式可表示为,aA + bB yY + zZ,或,0 = aA bB + yY + Zz,常用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系， 通式：,式中 为加和号，B为相应指定物化学式 B 的计量数，B为相应指定物的化学式，,26,反应通式表述了化学反应的两个特征：,(1) 质量守恒,(2) 能量变化,27,4，物质的量,1971年，第14届国际计量大会（CGPM）选择了物质的量作为 7 个基本的物理量（长度、质量、时间、电流、热力学温度、发光强度和物质的量）之一。用以计量原子、分子、电子等界观和微观物质的量。,物质的量的符号记为 n，单位为摩尔(mol)。n与阿佛加德罗常数 NA 和粒子数 N 的关系是 n = N / NA，其中 NA = 6. 0221361023 mol1。我们还知道某物质的摩尔质量（符号为M）是该物质的质量（符号为m）与该物质的物质的量（n）之比：M = m/n，它的单位为 kgmol1（千克/摩尔，读作千克每摩尔）。物质的量(n)，不仅可以计量分子、原子、电子等微观粒子的数目，进