Chapter 01 工程化学概论课件

1、工程化学（大学化学）华中科技大学化学与化工学院：齐公台电 话：87543432-709E-mail： 华中科技大学工科专业2010级第一章 工 程 化 学 概 论1、化学与化学工业2、化学及化学工业的作用3、学习化学的重要意义4、化学物质的分类与命名5、化学发展简史6、化学学科的分支及其形成7、工科基础化学（工程化学）数学：研究数字及其运算规律。 1.化学现代化学：研究泛分子的科学-十个内涵(略)。化学：研究物质的组成、结构、性质及化学变化的规律。 2.化学工业：以化学过程为核心内容和关键步骤的工业，通过 化学过程实现全部或部分生产目的的工业。1.1 化学与化学工业物理：研究物质的运动规律。1

2、.2 化学及化学工业的作用（生活、能源、健康、环保）1.化学与生活 衣-人造纤维：粘胶纤维、醋酸纤维和铜氨纤维（人造棉）、人造丝、人造毛和富强纤维等。合成纤维：以有机化合物为原料，利用化学合成的方法，经过聚合反应合成的高分子聚合物。 锦纶(尼龙)-聚酰胺纤维 涤纶(的确良)-聚酯纤维 腈纶-聚丙烯脂纤维 维纶(维尼纶)-聚乙烯醇纤维 丙纶-聚丙烯纤维 氯纶-聚氯乙烯纤维 日用化学品：合成洗涤剂、肥皂、香精、香料、化妆品、牙膏、油墨、火柴、干电池、烷基苯、骨胶、明胶、皮胶、甘油、硬脂酸、感光胶片、感光纸等。肥皂：含有822个碳原子的脂肪酸或混合脂肪酸的碱性盐类(无机的或有机的)的总称，是脂肪酸盐

3、：RCOOM。 食 - 食物本质是化学物质，主要营养物质包括蛋白质、脂肪、碳水化食物(糖)、维生素、无机盐(矿物质)、纤维素等。 住建筑材料、装饰、家庭陈设品； 行交通工具、燃料；燃烧前脱硫 燃烧中脱硫 烟气脱硫 微生物脱硫 煤的缺点：煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低；通常的采煤方法，开采率仅为60%左右；运输比石油、天然气困难；煤在燃烧过程中生成的SO2、SO3污染环境，是引起酸雨的主要原因。 脱二氧化硫步骤 CaCO3空 气燃烧炉S+O2SO2 CaCO3CaO+CO2CaO+SO2CaSO3煤CaSO3SO2 CO2空气净化室烟囱CaO的水悬浮溶液主要是CO2和空气煤的洁净利用

4、技术水煤气合成气煤的液化燃料水煤浆燃料。a.水煤气：C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g)1200K缺氧b.合成气：煤=H2(40%)+CO(15%)+CH4(15%) + CO2(30%) 水蒸气O2(合成气) 将H2和 CO进行甲烷化反应， 制取合成天然气。 CO(g) + 3H2(g) = CH4 + H2O(l)(合成天然气)(2)石油和天然气石油以汽油(辛烷)为代表：C8H18(l) +25/2O2 = 8CO2(g) + H2O(l)天然气以甲烷为代表：CH4(g) +2O2 = CO2(g) + 2H2O(l)液化气：来自油田气或炼厂气，主要成分为高压液化后的

5、 C3H8+C4H10。城市煤气：煤的合成气和炼焦气，主要成分为 H2(50%)+CO(15%)+CH4(15%)。石油主要分馏产物馏 分沸点范围()烃的碳原子气体石油气C1C4轻油溶剂油汽油3080C5C6C6C10煤油180280C10C16柴油280350C17C20重油润滑油凡士林石蜡沥青350500C18C30C18C30C20C30C30C40渣油500 C40 生命科学：1953年英国自然杂志发表了英国克里克和美国沃特森的DNA双螺旋结构的分子模型，通过X-射线结构分析确定了生命物质-核酸的空间结构。 DNA双螺旋结构的解析奠定了当今分子生物学的基础。二人因此获得1962年诺贝尔

6、生理和医学奖。sugarphosphatebackbonebaseshydrogenbondsbetweenbases3.化学对健康和生命的贡献(药物化学)4.化学与环境保护 大气污染：气候变暖、烟雾污染、酸雨、臭氧层损耗 水体污染与防治： 固体废弃物污染与防治： 当今世界四大热点问题(能源开发和利用、环境保护、生命科学、新材料研制)都离不开化学。5.化学与国防 武器、动力、 1.4 化学物质的分类与命名1.分类单质化合物无机物有机物：烃、醇与酚、醛、酮、羧酸、胺、酯、物质2.命名：(略)1.5 化学发展简史1.古代化学(15世纪以前)2.医化学时期(公元15001700年)3.燃素说时期(公

7、元17001774年)4.近代、现代化学(1774年后)1.古代化学(15世纪以前)1) 实用和自然哲学时期(公元前后)a.100万年前，原始社会，火的利用；b.公元前3000年左右，奴隶社会，以实用化学工艺为特征。 埃及：炼铁、鞣制皮革、提取药物香料、制造陶器；c.公元前2500-2000年，中国铜的冶炼技术，殷代青铜；商代青铜器(铜锡合金)d.公元前一世纪，中国发明了造纸术。e.关于宇宙结构问题，最早见解是我国商末(约公元前1140年) “易经”中的“八卦”和“五行”(金、木、水、火、土)学说。f.公元前五世纪， Empedocles(安培多克尔)提出宇宙是由水、 火、气、土“四原质”构成

8、的。g.公元前400年德谟克利特：朴素原子论。h.公元前四世纪，亚里斯多德(Aristotle)提出冷、热、干、湿的 “四原性”学说。 每一卦形代表一定的事物。乾-天，坤-地，坎-水，离-火，震-雷，艮-代表山，巽-代表风，兑-泽。八卦互相搭配又得到六十四卦，用来象征各种自然现象和人事现象。 Aristotle (384 - 322 B.C.)Plato (427-347 B.C.)Immortal philosopher of antiquity 封建社会，中国道家化学炼丹(Pb3O4、HgS)。 公元二世纪，东汉魏伯阳著有世界最早炼丹术文献； 公元四世纪，东晋葛洪著有炼丹术巨著，发现了反应

9、的可逆性 (HgSHg；Pb3O4 Pb)及金属的取代(Fe和Cu盐)。 这段时期，化学走入了歧途，但积累了更多的化学知识，提高了实验技术，制作了操作器皿。2)炼金术、炼丹术时期(公元前后公元1500年)3.燃素说时期(公元17001774年) 英国的波义尔(Boyle)提出各种物质的微粒都是由基本粒子的不同聚集体构成的。对燃烧现象认为火是由一种实在的、具有重量的火微粒构成的。1700年，德国的施塔尔(Stahl)提出“燃素说”，清除了“四原性”(冷、热、干、湿)学说。法国拉瓦锡(Lavoisier) 燃烧的氧学说，近代化学由此萌芽。4.近代、现代化学(1774年后) 传统的化学学科领域包括：

10、无机化学、有机化学、物理化学、分析化学。新测试手段和新的数据处理方法不断涌现促进了传统学科的不断完善。1.6 化学学科的分支及其形成无机化学分析化学有机化学物理化学四大基础化学 贝采里乌斯(分析化学之父)分析天平的使用和定量分析的建立是分析化学形成的标志。 Jns Jakob Berzelius：原子量的测定；电荷的概念(二元论)；化学符号和化学方程式的创始人。 分析化学：含量的测定、成分的分析、结构的表征，是分析化学的三大领域。分析天平的使用-定量概念的建立-高新仪器的发明和使用为分析化学的发展起到了重要的作用。 贝采里乌斯测定原子量使用的天平Jns Jakob Berzelius 有机化学

11、：研究碳氢化合物及其衍生物的化学。 19世纪初，李比希(Liebig)分析了大量的有机化合物；1824年，德国化学家维勒(Whler)成功合成了尿素；1834年，法国杜马Dumas，系统定量地研究了卤化反应，提出了“取代学说” ；1842年，日拉尔提出了有机化合物同系列的概念；弗兰克的原子价学说；凯库勒的原子链学说，1865年，提出苯的环状结构学说。有机立体化学的兴起，有机结构理论的发展；十九世纪后半期，有机化学飞速发展。 Justus von Liebig Friedrich A.KekulFriedlich Whler 物理化学：从物质的物理现象和化学现象的联系入手，探求化学变化规律的科学

12、。物理化学创立和发展：1)气体理论和溶液理论的建立； 2)热化学与化学热力学的发展；3)电化学的建立和发展；4)化学动力学的发展；5)结构化学的产生和发展。Svante August Arrhenius 电离学说J. Willard Gibbs 化学热力学 高分子化学：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。 传统化学与当代高新科技领域的结合，形成了许多新分支学科：高分子化学、量子化学、结构化学、生物化学、环境化学、农业化学、材料化学、地球化学、计算化学等。 The laboratory apparatus designed by Fritz Haber and R

13、obert Le Rossignol for producing ammonia from hydrogen and nitrogen。 (1)了解化学学科的概貌，并运用化学理论、观点、方法，关注社会热点话题。 (2)对工科同学，能将化学理论、方法与工程技术结合，分析和认识工程技术中的化学问题。1.7 工科基础化学 1.教学目的：为工科类大学生提供基础化学教育。使学生的基 础知识、科学素质得到提高。(1)理论化学：物质结构理论、化学热力学、化学动力学。(2)基本知识和应用化学：物质的性质、与其他学科的渗透。2.教学内容：介绍物质基本结构理论和化学反应基本规律。3.学习要求看、听、记、练仔细阅读、复习教材：教材是基础；专心致志听课：听老师讲解比