《工程化学》课程教学大纲

《工程化学》课程教学大纲课程代码：ABCL0440课程中文名称:工程化学课程英文名称：EngineeringChemistry课程性质：必修课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时授课对象：能源与动力工程本课程的前导课程：高中化学一、课程简介《工程化学》是非化工类各专业培养现代工程技术和管理人才的必修基础课，是工科非化工类各专业（本科）化学类课程的终结课程，将为工科非化工类各专业的专业课程学习提供必要的化学理论知识基础。本课程从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发，结合工程材料、环境污染、能源开发、信息传递、生命科学等当今五大领域的有关化学问题进行讨论，通过对物质结构、化学热力学、化学反应基本规律和重要元素及其化合物的学习，应使学生掌握必须的化学基本理论、基本知识和基本技能，为后继课程以及今后从事生产和科研打下一定的化学基础，并培养学生具有分析和解决一般化学问题的能力二、教学基本内容和要求第一章绪论（２课时）一、化学与科学技术二、一些基本概念：物质的层次、系统和环境、聚集体和相质量守恒和能量变化、物质的量、反应进度基本要求：联系实例理解系统、环境概念，理解开放系统、封闭系统、孤立系统的划分；联系实例理解聚集状态和相的关系；理解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。理解反应进度的概念，掌握化学计量数正负值的确定。重点：理解系统、环境概念，掌握“物质的量”的符号、单位及有关计算,理解反应进度的概念。难点：“物质的量”的符号、单位及有关计算，化学计量数正负值的确定。第二章物质的化学组成和聚集状态（8课时）一、物质的化学组成1、配位化合物2、团簇3、非整比化合物4、金属有机化合物5、高分子化合物6、自由基和生物大分子二、固体1、晶体2、非晶体3、固体吸附剂4、固体废弃物三、液体和液晶1、水的性质和应用2、溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压3、液体燃料4、表面活性物质5、液晶四、气体和等离子体1、理想气体和实际气体2、大气相对湿度3、酸雨、温室效应和臭氧层空洞4、气溶胶5、等离子体基本要求：理解化学组成的复杂性，能写出高分子化合物、配位化合物组成中的基本概念和命名原则，了解各类生物大分子的化学组成。了解晶体、非晶体概况，理解晶体类型及各自的特点；了解固体废弃物的产生、危害和资源化途径。了解水分子的缔合和锯齿状排列，掌握氢键的概念。掌握稀溶液的依数性，理解各自定量计算公式的适用条件和应用实例。联系实际理解表面活性剂的相关知识。掌握理想气体状态方程和应用的实际条件，了解酸雨成因、温室气体、臭氧层空洞和气溶胶相关内容。重点：高分子化合物、配位化合物组成中的基本概念和命名原则，氢键的概念，稀溶液的依数性，理想气体状态方程和应用的实际条件。难点：配位化合物的命名原则，稀溶液的依数性，理想气体状态方程应用的实际条件。第三章物质的结构和材料的性质（8课时）一、原子核外电子运动状态1、波粒二象性是核外电子运动的基本特征2、电子运动状态描述的三种方法3、关于电子的自旋4、能级跃迁和原子光谱分析二、元素周期律金属材料1、多电子原子的电子排布式2、元素周期律3、金属键和金属材料4、人体中各种元素的分布情况三、化学键分子间力高分子材料1、化学键2、范德华力、次价力和氢键3、高分子材料4、分子能级跃迁和分子吸收光谱四、晶体缺陷、陶瓷和复合材料1、固体能带理论2、晶体的缺陷和晶体材料3、陶瓷材料4、复合材料5、X射线衍射与电子显微分析基本要求：理解原子核外电子运动的不确定性，理解电子运动特征——波粒二象性，了解波函数的表达意义，理解原子轨道表示的是核外电子可能出现的空间范围而不是轨迹。了解四个量子数符号和表示的意义，掌握电子组态表示的意义。掌握核外电子排布原则及方法、未成对电子数的确定方法。理解金属元素、非金属元素与外层电子得失的关系及影响电子得失的因素，掌握有效核电荷的确定。理解化学键本质、电负性概念、离子键与共价键的区分，通过实例理解分子轨道、成键轨道、反键轨道、σ键、π键，以及等性杂化、不等性杂化、孤对电子等概念。理解氢键的形成及其本质，理解色散力是分子间力的主要来源。掌握化学键、氢键、分子间力在能量和作用方面的区别。了解晶体缺陷概念，掌握能带理论。重点：原子核外电子运动的不确定性，电子运动的波粒二象性，原子轨道的概念，电子组态表示的方法，核外电子排布原则及方法，有效核电荷的确定，化学键的分类，化学键、氢键、分子间力在能量和作用方面的区别，能带理论。难点：电子运动的波粒二象性，波函数的表达意义，四个量子数符号和表示的意义，核外电子排布原则及方法，有效核电荷的确定，理解分子轨道、成键轨道、反键轨道、σ键、π键，以及等性杂化、不等性杂化、孤对电子等概念。能带理论。第四章化学反应与能源（8课时）一、热化学与能量转化1、热力学能的变化2、化学反应中的热力学能变和焓变3、等容过程中的热量测量4、标准标准摩尔生成焓和标准标准摩尔焓变二、化学反应的方向和限度1、自发反应的能量变化2、标准摩尔熵和标准摩尔熵变3、吉布斯函数变三、化学平衡和反应速率1、化学平衡和平衡常数2、标准平衡常数与标准摩尔的吉布斯函数变关系3、影响化学平衡移动和平衡常数的因素4、化学反应速率和催化剂四、氧化还原反应和能源的开发利用1、氧化还原反应和原电池的能量变化2、原电池的组成和电极反应3、电极电势的产生、计算和应用4、化学电源5、能源的开发利用基本要求：理解反应物和生成物的物质的量、聚集压力、浓度、温度等决定了化学反应系统的状态，每一个确定的状态有确定的能量。掌握焓、内能、热量各符号的意义，以及各符号之间的联系和相互转化关系。掌握△rHmΘ的计算，△fHmΘ在查表时的注意事项。了解微观物质的运动与宏观物质运动的区别，理解熵变和吉布斯自由能的含义，学会判断反应自发性的依据。了解多重平衡法则，理解热力学函变和平衡常数均与反应方程式的写法有关，掌握勒沙特列原理在判断压力、温度、浓度对平衡移动的影响。联系实际理解氧化还原反应和原电池的关系，了解电极电势的产生和半反应的写法，掌握电极电势——能斯特方程的计算和应用，特别注意介质对电极电势的影响。重点：焓、内能、热量各符号的意义，以及各符号之间的联系和相互转化关系。掌握△rHmΘ的计算，△fHmΘ在查表时的注意事项。熵变和吉布斯自由能的含义，学会判断反应自发性的依据。勒沙特列原理在判断压力、温度、浓度对平衡移动的影响。能斯特方程的计算和应用。难点：焓、内能、熵变、吉布斯自由能、热量各符号的意义，以及各符号之间的联系和相互转化关系。勒沙特列原理、能斯特方程的计算和应用。第五章水溶液中的化学反应和水体保护（10课时）一、弱酸弱碱溶液1、酸碱理论2、弱酸、弱碱的解离平衡及解离常数3、同离子效应和缓冲溶液4、pH的测定二、沉淀与溶解反应及其应用1、沉淀溶解平衡2、沉淀溶解反应应用举例3、配位解离平衡4、配位反应的应用实例三、相平衡和非水溶液中的化学反应1、水溶液的气液平衡2、溶液中的气液和液液平衡3、胶体4、非水溶液中的反应四、水质与水体保护1、水资源概况2、水体质量3、水体污染4、水体污染的控制与治理基本要求：了解电离理论、质子理论和电子理论对酸碱的定义，理解共轭酸碱对、质子受体、质子给体等概念。掌握酸碱解离平衡常数和溶液pH值的有关计算，酸碱强弱的比较。掌握缓冲溶液pH值计算、配置的原则及其应用。理解难溶电解质概念和溶度积规则，掌握从热力学数据和平衡时溶液中离子浓度计算溶度积的方法。掌握用溶度积来判断难溶电解质的溶解度大小，溶度积规则的应用。理解可溶性配位化合物的稳定常数的应用。了解水资源的重要型，理解水体污染的控制和治理方法。重点：质子理论对酸碱的定义，酸碱解离平衡常数和溶液pH值的有关计算，缓冲溶液pH值计算、配置原则。难溶电解质概念和溶度积规则，用溶度积来判断难溶电解质的溶解度大小，溶度积规则的应用。难点：酸碱解离平衡常数和溶液pH值的有关计算，缓冲溶液pH值计算、配置原则。溶度积规则的应用。第六章化学反应和材料保护（4课时）一、金属腐蚀的发生1、化学腐蚀2、电化学腐蚀3、生物腐蚀4、金属的腐蚀速率二、金属腐蚀的防护与利用1、金属材料的耐腐蚀性2、防止截止对材料的腐蚀3、电化学保护法4、化学腐蚀的利用三、生命体及高分子材料的老化1、光合作用和氧源2、氧自由基3、高分子材料的老化四、高分子材料的保护1、光稳定剂和抗氧剂2、氧指数和阻燃剂3、填充剂和偶联剂4、化学镀和塑料电镀基本要求：掌握电化学腐蚀的机理——析氢和吸氧，掌握腐蚀电池的两极名称、电极反应和实际析出电势表达式、理解氧气浓度小的地方的金属先腐蚀的原因。结合实例理解牺牲阳极保护法、外加电流法的应用。掌握氧自由基的种类及对人类的功过，认识SOD的名称、意义及作用。了解高分子材料的使用和保护。重点：电化学腐蚀的机理——析氢和吸氧，，氧自由基的种类及对人类的功过，认识SOD的名称，高分子材料的使用和保护。难点：电化学腐蚀的机理，腐蚀电池的两极名称、电极反应和实际析出电势表达式。三、教学方法与手段1.教学方法课堂讲授是一种基本教学方法，以理论和知识性内容为主，讲原理讲方法，重在知识点的教学。采用应用示例教学方法，通过完成典型分析示例项目，掌握思路与方法。采用启发式教学，与学生互动，让学生参与，发挥学生的思维和想象能力。2.教学手段教学以计算机多媒体课件为主，辅以板书教学。通过课堂练习和课外作业是加深理解概念、掌握各种公式、熟悉有关化学反应方程式，以达到消化掌握所学知识的重要手段。教师应根据教学要求精选习题，做到难易适中、题量适度、认真批改、及时解惑；学生应独立完成作业，巩固所学知识。四、教学学时分配章节与内容课时作业量备注第一章绪论2第二章物质的化学组成和聚集状态8第三章物质的结构和材料的性质8第四章化学反应与能源8第五章水溶液中的化学反应和水体保护10第六章化学反应和材料保护4合计40五、考核方式与成绩评定标准考核方法课程考核的方式采用平时成绩和期末成绩综合评定的方式，平时成绩主要由学生的作业，出勤，课堂提问决定，期末成绩则采用考试方