Chapter 01 工程化学概论

工程化学（大学化学）华中科技大学化学与化工学院：齐公台

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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化学及化学工业的作用

（生活、能源、健康、环保…）1.化学与生活

①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

⑤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8～22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：RCOOM。

②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。

③住－建筑材料、装饰、家庭陈设品；

④行－交通工具、燃料；2.化学与能源(1)煤①煤的成分：C、H、O、N、S、P

－C135H96O9NS煤的热值(发热量，标准煤29.3MJ·kg-1，高质煤>30MJ·kg-1)。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+O2→SO2CaCO3→CaO+CO2CaO+SO2→CaSO3煤CaSO3SO2CO2空气净化室烟囱CaO的水悬浮溶液主要是CO2和空气②煤的洁净利用技术水煤气－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)合成气油：nCO+(2n+1)H2=============CnH2n+2+nH2O活性Fe-Co170~200℃,1~2MPa合成甲醇：CO+

2H2O==============CH3OHCu300℃,20~30MPad.水煤浆燃料：70%煤粉+30%水+少量添加剂，可代替油。c.煤的液化燃料：以合成气为原料，生产液体燃料。(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

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C1～C4轻油溶剂油汽油30～80C5～C6C6～C10煤油180～280C10～C16柴油280～350C17～C20重油润滑油凡士林石蜡沥青350～500C18～C30C18～C30C20～C30C30～C40渣油>500>C40(3)其他能源

风能、地热能、潮汐能、太阳能、核能、……(4)干净、无毒、无污染的二次能源-氢需解决的三个问题：氢的制取、储存、利用。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、……化学是物质科学的基础学科之一，是一门中心的、实用的、创造性的科学。由于各学科之间的相互渗透日益增强，化学已经渗透到每个工程技术领域。可以肯定，现代工程技术上所面临的课题需要的化学知识会越来越多。“学好数理化，走遍天下都不怕”。1.3学习化学的重要意义

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1500～1700年)3.燃素说时期(公元1700～1774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(384-322B.C.)Plato(427-347B.C.)Immortalphilosopherofantiquity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，发现了反应的可逆性(HgS←→Hg；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)16世纪初，化学走上正路：炼金术改革，化学方法制成药剂(无机物)；李时珍《本草纲目》，列有中药材、矿物1000多种并附有制备方法、性质介绍；明代宋应星著有《天工开物》(1639年)，总结了我国的工业技术。2.医化学时期(公元1500～1700年)3.燃素说时期(公元1700～1774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：无机化学、有机化学、物理化学、分析化