工程化学基础第1章

1、1工程化学基础欢迎大家共同学习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。 学习要求学习要求31. 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

2、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年份已知化合物的数目190055万种1945110万种，大约45年翻一倍197023. 7万种，大约25年翻一倍1975414. 8万种1980593万种，

3、大约10年翻一倍1985785万种19901 057. 6万种，大约10年翻一倍1999超过 2 000 万种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

4、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

5、、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

6、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

7、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，怎样学习怎样学习工程化学基础工程化学基础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

8、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 层次典型尺寸/m过渡尺寸/m 实 例理 论胀观1040？ 31030 宇观1021银河系广义相对论31011太阳系宏观102篮球场牛顿力学310-10原子，分子 微观1017基本粒子 量子力学310-27渺观1036超弦（？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

9、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

10、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

11、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201. 系统和环境 四四 、基本概念、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。系统以外与之直接联系的部分，称为环境环境。 21有物质和能量交换开放系统只有能量交换封闭系统无物质和能量交换隔离系统三种热力学系统 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： 22agfen2, h2nh3银片低熔合金铁片炉膛支架烧结炉2

12、 nh3 (g) n2(g) + 3 h2(g) 绝热层232，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，称物质的聚集状态聚集状态，简称物态。 相相则被定义为：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253，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：b0bb式中 为加和号，b为相应指定物化学式 b 的计量数，

13、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274，物质的量 1971年，第14届国际计量大会（cgpm）选择了物质的量物质的量作为 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，进而计量电子、原子、分子等的量。 285，反应进度 nb 为物质 b 的物质的量。bbb1bvdndnd定义：一般定义为：bbb)0()(nn反应进度为 1 mol 简称摩尔反应。 根据反应进度的定义，它只与化学反应的方程式有关，而与选择反应系统中何种物质来表述无