《工程化學基礎》第1章-自用版

1、1工程化學基礎歡迎大家共同學習歡迎大家共同學習教材：工程化學基礎（第二版）編著： 陳林根等出版： 高等教育出版社主講人：謝玉群 Email: Tel: 88910273（家）2第一章 緒 論 1. 了解化學學科的地位和作用。 2. 明確學習工程化學基礎的目的和要求。 3. 轉(zhuǎn)變觀念。 4. 掌握幾個概念： 原子結合態(tài)單元、介觀粒子、系統(tǒng)（敞開系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)）和環(huán)境，聚集狀態(tài)和。反應進度、物質(zhì)的量。 5. 明確質(zhì)量守恒和能量變化。學學 習習 要要 求求31.2 工程化學基礎的教學對象和目的 化學研究類， 化學品生產(chǎn)類， 非化學研究非化學品生產(chǎn)類。 1. 工程化學基礎是現(xiàn)實需要的產(chǎn)物大學

2、本科化學教學的分類4一、課程簡介定位：高級科普、一碗餛飩教學對象：非化學研究、非化學品制造類的學生教材特色：以基礎理論為經(jīng)線，以工程應用為緯線，經(jīng)緯交織?；A理論點到為止，不多，不深，通俗應用實例少而精三要素課程文化要素民主要素智慧要素5課程理論1. 活動課程2. 結構課程3. 三要素課程4. 情意中心課程5. 三支柱課程6使學生理解以下三個方面內(nèi)容： 物質(zhì)的組成無論多么復雜，它們最終都是由原子組成的； 原子是運動的、相互作用著的；電子的運動與光子有關。 物質(zhì)的性質(zhì)與物質(zhì)的結構有關，化學變化時能量與質(zhì)量緊密聯(lián)系，不可分割，能量是物質(zhì)存在的又一種表現(xiàn)形式。學習工程化學基礎的目的7 其次，通過學習

3、，加深對辨證唯物主義思想的理解，確立具體情況具體分析的觀點，破除形形色色的迷信觀念。 第三，通過學習，要求學生在碰到相關的化學問題時有較好的理解能力，并能達到“簡單的問題自己解決，復雜的問題知道找誰解決”。8六章簡介1. 編寫目的、教材特色，教學要求和建議2. 物質(zhì)的組成、聚集狀態(tài)（宏觀性質(zhì)）3. 現(xiàn)象與本質(zhì)的關系（微觀性質(zhì)）4. 化學原理（熱力學、動力學）、能量轉(zhuǎn)化與利用5. 化學原理的具體應用6. 揭示矛盾，化解矛盾，樹立辨證唯物主義世界觀9(1) 抓住關鍵，突出重點，透析基礎，與時俱進(2) 對化學原理教學不求深入展開，只求通俗易懂。 (3) 對應用實例的教學不求多，只求精。 (4) 一

4、定要根據(jù)自己認識思維習慣，未來需要和現(xiàn)在短缺，抓住重點理解難點。 怎樣學習怎樣學習工程化學基礎工程化學基礎10二、用理想引導行動大勢（努力奮斗）現(xiàn)實（庸人泛濫）與（超越現(xiàn)實）00.050.10.150.20.250.30.350.406912161922“另類”與“正?！钡谋孀C關系11氣體分子的能量分布示意圖E0EkT2能量OENN A2A1T1Ea平均能量活化能活化分子氣體分子運動論12成材1. 性能可靠、經(jīng)久耐用、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價2. 文理兼重（意義和重要性）3. 放眼量（10年，20年，30年，40年后）130 2 4 6 7 (天)10080604020保持的百分數(shù)詩詩抽象詞抽象詞無意義音節(jié)(

5、艾賓浩斯)心理學盧家楣等 主編 p.130有意義的語義材料的遺忘曲線理性選擇選課、選教師、合理安排時間14科學的學習方法范疇論方法論自然科學 人和物（具象）解剖、追問、求證社會科學 人和社會關系（意象） 觀察、體驗、思考特點價值論關聯(lián)論實證性（是非判斷）求真我、它思辯性（價值判斷）求善我、你15蘇格拉底認為最好的認識方式莫過于采用對話形式。 真正的對話式教學中的對話，發(fā)生在對話雙方自由的探究中或自發(fā)的討論中，發(fā)生在對話雙方精神上真正的相互回應與相互碰撞中，發(fā)生在雙方認知視界的真正融合中。真誠對話 培養(yǎng)學生形成對話理性，引導學生對話人生，理應成為教育的一種責任和追求。善聽善說有選擇地聽接受再現(xiàn)創(chuàng)

6、造16 對話在教育中的意義：“只有通過交流人類生活才有意義。只有通過學生的思考的真實性才能證明教師思考的真實性。教師不能為他的學生思考，也不能將他的思考強加于他們。真正的思考，即關于現(xiàn)實的思考，只能通過交流，不可能發(fā)生于孤立象牙塔之中。“只有要求批判性思考的對話，也才能導致批判性思考。沒有對話就沒有交流，而沒有交流就不會有真正的教育?！?17(a) 對話意愿(b) 愛。缺乏對世界與人的摯愛就不可能存在對話?！叭绻也粺釔圻@個世界，不熱愛生活，不熱愛人，我就不可能進入對話?！?c) 謙遜的態(tài)度(d) 信任(e) 希望，“沒有希望就不可能存在對話，絕望是一種沉默形式，是一種對世界的否定與逃避形式。

7、(f) 批判性思考，批判性思考與幼稚的思考形成鮮明的對照對幼稚的思考者來說，重要的是適應規(guī)范化的今天。對批判者來說，重要的是為了人的不斷的人性化對現(xiàn)實的不斷改造。 對話必須具有的條件當今世界教育思潮p. 25918宗法思想禮法思想（官本位，權威迷信）（禮貌崇拜）平庸氣世俗氣肅殺氣19知聲、知音、知樂 “是故不知聲者，不可與言音，不知音者，不可與言樂。知樂則幾于禮矣”。禮記. 樂記“知聲而不知音者，禽獸也”。“審聲以知音”孔子知之者不如好知者，好知者不如樂知者功利與審美功利過濾作用審美愉悅20化學研究的對象和內(nèi)容 對象：實物，化學是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科

8、學， 它涉及存在于自然界的物質(zhì)（如礦物、空氣中的氣體、海洋里的水和鹽、動植物體內(nèi)的化學成分）， 內(nèi)容：化學運動，主要是物質(zhì)的組成、結構以及它們的性質(zhì)，其次是研究變化發(fā)生的一些外界條件。但最終還要對變化本身的規(guī)律進行研究，即反應能否發(fā)生，程度如何，有哪些影響因素等。同時也包含變化過程中的一些物理量的變化。1. 范疇論三、什么是化學三、什么是化學21 任何自然科學的最終目標都是要為人類造福，使人類生活的更美好。(1) 保證人類的生存，(2) 提高人類的生活質(zhì)量，(3) 延長人類的壽命。（舉例：使糧棉油增產(chǎn)、改善生活、合成藥物） 研究目的：揭示自然規(guī)律、服務于人類2. 價值論22準晶 曾經(jīng)在理論上被

9、反復證明了的晶體中不可能存在的五次軸，在1984年11月被Shechtman否定，文章報道，在急冷的Al-Mn合金中發(fā)現(xiàn)了二十面體相。 我國郭可信等也同時獨立地在急冷 (Ti1x, Vx)2Ni 合金 (x = 0. 0 0. 3) 中發(fā)現(xiàn)二十面體相，并于1985年初發(fā)表。從文獻的報道來看，這些物質(zhì)內(nèi)部結構都具有嚴格的位置序，但不具有平移周期性，它們不是晶體而是一種準周期晶體，簡稱準晶體或準晶圖1-1 準晶的晶體結構 23獨角金草的克星獨角金酮 獨角金草是危害棉花的寄生草。它的種子可以在土壤中休眠幾年。只有當被寄生植物的根部釋放出一種特殊的化學物質(zhì)時才會發(fā)芽。然后這種寄生的雜草就會把根依附到棉

10、株的根部，去大肆奪取本該屬于棉花的營養(yǎng)物質(zhì)。OOOOOOHHHH化學信息物質(zhì)24蕓苔素交酯：(一種甾體結構化合物)據(jù)說美國科學家從油菜花上采集花粉的蜜蜂的腿上收集花粉，再從227 kg 花粉中，分離出15 mg 蕓苔素交酯，這是一種極其有效的植物激素，通過細胞分裂和增大，能成倍地加速糧食作物的生長?；瘜W家們已經(jīng)合成出一些類似的化合物，農(nóng)學家正在試驗。25年份已知化合物的數(shù)目190055萬種1945110萬種，大約45年翻一倍197023. 7萬種，大約25年翻一倍1975414. 8萬種1980593萬種，大約10年翻一倍1985785萬種19901 057. 6萬種，大約10年翻一倍1999

11、超過 2 000 萬種3. 運行論 化學的任務是認識世界、改造世界、創(chuàng)造新物質(zhì)，以滿足人類對物質(zhì)的需求。20世紀新分子和新材料的增長情況26 大量的事實都在說明一個道理，即人類對物質(zhì)世界的認識有其自身的局限性，今天的結論一旦到了明天就有可能變成謬誤。因此，我們應當自覺地運用唯物辯證法的基本原理指導我們的學習和實踐。對人類已有的知識既要虛心學習，又要有懷疑的勇氣；既要有繼承的能力，又要有打破常規(guī)、勇于創(chuàng)新的能力；繼承是前提，創(chuàng)新是目的；創(chuàng)新是教育的永恒主題，創(chuàng)新是人類進步的不竭動力。 繼承與創(chuàng)新27 第三，物質(zhì)世界一方面是可以被感知的；另一方面人類對物質(zhì)世界的認識又受到認識水平、實驗手段等主、客

12、觀因素的制約。例如：早就存在于各種煙氣中的納米顆粒（如納米碳管），只是在高倍電子顯微鏡出現(xiàn)之后，人類才對它們的“廬山真面目”有所認識； 認識受認識水平、實驗手段等主、客觀因素的制約28 在學習工程化學時應當注重理論與實踐相結合，定性與定量相結合，二者不可偏廢。 理論與實踐相結合，定性與定量相結合4. 方法論經(jīng)驗形而上學科學科學29伽利略近代科學研究方法1. 對自然現(xiàn)象進行觀察，總結出規(guī)律；2. 提出理論假設，解釋實驗現(xiàn)象；3. 利用數(shù)學和邏輯得到推論；4. 對推論進行客觀、可重復、精確定量的實驗檢驗；5. 修正理論及假設；6. 實驗檢驗里及假設； 物理學與人類文明盛正卯，葉高翔 編著 p.14

13、303132 鑒定四種棉子象鼻蟲信息素，需要 400 萬只象鼻蟲和 97 kg 糞便物。 美洲蟑螂信息素。需要75 000 只雌蟑螂，花了30年時間，最后得到兩種化合物性誘劑 0. 2 mg 和 0. 02 mg。33 化學的發(fā)展、興盛也離不開其它學科的發(fā)展和技術進步。元素周期律的發(fā)現(xiàn)，盧瑟福的原子結構模型以及薛定諤方程的建立等等，為化學的發(fā)展翻開了嶄新的一頁，計算機、微電子、激光等技術的進步為化學工作者探究物質(zhì)奧秘、進行分子設計和合成提供了更有力的技術支持，化學也因此獲得了前所未有的發(fā)展。 化學與其他學科之間的關系5. 關聯(lián)論34六大分支學科（即化學的二級學科）： (1)無機化學：主要研究無

14、機物的組成、結構、性質(zhì)和無機化學反應與過程； (2)有機化學：主要研究碳氫化合物及其衍生物的化學，也有人稱之為“碳的化學”； (3)高分子化學：主要研究高分子化合物的結構、性能與反應、合成方法、加工成型及應用的化學。 (4)分析化學：主要是測量和表征物質(zhì)的組成和結構。 (5)物理化學：主要研究所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學行為的原理、規(guī)律和方法。 (6)結構化學：研究物質(zhì)的原子和分子等結合態(tài)單元結構和性質(zhì)的關系及其應用。 化學的學科體系35與其它學科之間的交叉與滲透萌發(fā)出許多新的學科， 例如：藥物化學、地球化學、環(huán)境化學、生物化學、材料化學等。由化學萌發(fā)出的新興學科36 化學不僅是重要的基礎學科之一，它在

15、物理、生物、環(huán)境、天文宇宙、地質(zhì)地理、材料等學科發(fā)展中起著不可替代的作用。 它與我們的日常生活以及社會活動息息相關。 化學是重要的基礎學科之一37化學工業(yè)及化學品與生態(tài)危機 人類在其創(chuàng)造活動中也帶來了不少人為的危害，如：廢水、廢氣、廢渣和噪聲、輻射的污染，臭氧層的破壞，資源的枯竭等等。 要解決這些問題一方面要加強科學管理，依法治國，另一方面仍要依賴于化學科學和相應的技術進步。學術是中性的應用科學成果是有善惡之分的381.4 一些基本概念一些基本概念 一、物質(zhì)的層次 物質(zhì)是客觀實在，是運動的，運動是物質(zhì)的基本屬性和存在形式。 物質(zhì)分為實物和場（引力場、電磁場、弱場、強場）兩種基本形態(tài)， 就物質(zhì)的

16、構造情況來看，其間可分為若干層次如微觀、宏觀和宇觀三個層次。39表1. 1 有關物質(zhì)層次的一些情況 層次典型尺寸/m過渡尺寸/m 實 例理 論脹觀1040？ 31030 宇觀1021銀河系廣義相對論31011太陽系宏觀102籃球場牛頓力學31010原子，分子 微觀1017基本粒子 量子力學31027渺觀1036超弦（？錢學森40二、系統(tǒng)和環(huán)境 研究對象就稱為系統(tǒng)系統(tǒng)。系統(tǒng)以外與之直接聯(lián)系的部分，稱為環(huán)境環(huán)境。41有質(zhì)量和能量交換開放系統(tǒng)只有能量交換封閉系統(tǒng)無質(zhì)量和能量交換隔離系統(tǒng)三種熱力學系統(tǒng)系統(tǒng)可分為下述三類： 燒杯試劑瓶保溫杯42AgFeN2, H2NH3銀片低熔合金鐵片爐膛支架燒結爐2

17、NH3 (g) N2(g) + 3 H2(g) 絕熱層43三、聚集體和相 物質(zhì)在一定的溫度和壓力條件下所處的相對穩(wěn)定的狀態(tài)，稱物質(zhì)的聚集狀態(tài)聚集狀態(tài)，簡稱物態(tài)。 相相：系統(tǒng)中任何化學組成均勻，物理和化學性質(zhì)都相同的，且可用機械方法分離出來的部分。相與相之間存在明顯的界面。 44視頻素材：1，01相-實驗解說水乙醇氯化鈉四氯化碳硝酸銀碘化鉀試劑加入次序45四、質(zhì)量守恒和能量變化 一般的化學反應方程式：pP + qQ yY + zZ或0 = pP qQ + yY + zZ常用化學反應計量方程表示化學反應中質(zhì)量守恒關系， 通式：B0BB式中 為加和號，B 為相應指定物化學式 B 的計量數(shù)，B 為相應

18、指定物的化學式， 46反應通式表述了化學反應的兩個特征：(1) 質(zhì)量守恒(2) 能量變化47五、物質(zhì)的量 1971年，第14屆國際計量大會（CGPM）選擇了物物質(zhì)的量質(zhì)的量作為 7 個基本的物理量（長度、質(zhì)量、時間、電流、熱力學溫度、發(fā)光強度和物質(zhì)的量）之一。用以計量原子、分子、電子、光子等物質(zhì)的量。 n 與阿佛加德羅常數(shù) NA 和粒子數(shù) N 的關系是n = N / NA，其中 NA = 6. 021023 mol1。符號記為 n，單位為摩爾摩爾(mol)。摩爾質(zhì)量（符號為M）：M = m/n，單位為 kgmol1克分子，摩爾48六、反應進度 nB 為物質(zhì) B 的物質(zhì)的量。BBddvn定義：一般定義為：BBn