《工程化學(xué)基礎(chǔ)》第1章

《工程化學(xué)根底》歡送大家共同學(xué)習(xí)教材：《工程化學(xué)根底》〔第二版〕編著：陳林根等出版：高等教育出版社主講人：xxx

1第1章，緒論1、了解化學(xué)學(xué)科的地位和作用，明確學(xué)習(xí)《工程化學(xué)根底》的要求。2、了解物質(zhì)層次及其運動理論，理解認(rèn)識源于實踐和沒有止境的觀點，確立正確的學(xué)習(xí)方法。3、聯(lián)系實例理解系統(tǒng)和環(huán)境，聚集狀態(tài)和相等概念，明確敞開系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)及相的劃分。4、明確化學(xué)反響中的質(zhì)量守恒和能量變化，掌握物質(zhì)的量的符號、單位及有關(guān)計算。5、明確反響進度的概念，掌握化學(xué)計量數(shù)正負(fù)值確實定。學(xué)習(xí)要求21.化學(xué)研究的對象和內(nèi)容對象：實物，化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科學(xué)，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(xué)成分〕，內(nèi)容：化學(xué)運動，主要是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)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，即反響能否發(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。一，化學(xué)3化學(xué)的主要任務(wù)是創(chuàng)造新物質(zhì)，以滿足人類對物質(zhì)的需求。表：新分子和新材料的飛速增長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19901057.6萬種，大約10年翻一倍1999超過2000萬種2.化學(xué)的主要任務(wù)4任何自然科學(xué)的最終目標(biāo)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?！才e例：使糧棉油增產(chǎn)、改善生活、合成藥物〕3.研究目的5化學(xué)的開展、興盛也離不開其它學(xué)科的開展和技術(shù)進步。元素周期律的發(fā)現(xiàn)，盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型以及薛定諤方程的建立等等，為化學(xué)的開展翻開了嶄新的一頁，計算機、微電子、激光等技術(shù)的進步為化學(xué)工作者探究物質(zhì)奧秘、進行分子設(shè)計和合成提供了更有力的技術(shù)支持，化學(xué)也因此獲得了前所未有的開展。4.化學(xué)與其他學(xué)科之間的關(guān)系6粗略地分為五大分支學(xué)科〔即化學(xué)的二級學(xué)科〕。它們分別是：(1)無機化學(xué)：主要研究無機物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和無機化學(xué)反響與過程；(2)有機化學(xué)：主要研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)，也有人稱之為“碳的化學(xué)”；(3)高分子化學(xué)：主要研究高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性能與反響、合成方法、加工成型及應(yīng)用的化學(xué)。(4)分析化學(xué)：主要是測量和表征物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)。(5)物理化學(xué)：主要研究所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理、規(guī)律和方法。5.化學(xué)的學(xué)科體系7隨著各門學(xué)科的全面繁榮，化學(xué)與其它學(xué)科之間的交叉與滲透的也在不斷加大、深入，同時萌發(fā)出許多新的學(xué)科，例如：藥物化學(xué)、地球化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、生物化學(xué)、材料化學(xué)等。眾多新興學(xué)科的涌現(xiàn)，極大地豐富了化學(xué)科學(xué)的研究內(nèi)容，拓展了化學(xué)研究的空間；同時新興學(xué)科的開展和進步也離不開化學(xué)這個根底，沒有化學(xué)的進步，就不可能有相關(guān)新興學(xué)科的開展和進步。6.由化學(xué)萌發(fā)出的新興學(xué)科8化學(xué)不僅是重要的根底學(xué)科之一，它在環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、藥物學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科中起著中心環(huán)節(jié)的作用；而且它與管理學(xué)、社會學(xué)等學(xué)科也是息息相關(guān)的，因為，我們的日常生活以及社會活動無時無刻不在與各種化學(xué)品打著交道。7.化學(xué)是一門起著中心環(huán)節(jié)作用的學(xué)科9二，化學(xué)與工程化學(xué)①化學(xué)研究類，②化學(xué)品生產(chǎn)類，③非化學(xué)研究非化學(xué)品生產(chǎn)類。1.《工程化學(xué)根底》是現(xiàn)實需要的產(chǎn)物大學(xué)本科化學(xué)教學(xué)的分類10《工程化學(xué)根底》及其系列教材特意專門為上述工程類學(xué)生設(shè)計和開設(shè)。它以化學(xué)原理為經(jīng)線，以化學(xué)在材料、信息、能源、環(huán)境、生命諸領(lǐng)域中的應(yīng)用為緯線編織而成。2.《工程化學(xué)根底》的編寫特點11通過學(xué)習(xí)，首先使工程類學(xué)生理解以下三個方面內(nèi)容：①物質(zhì)的組成無論多么復(fù)雜，它們最終都是由原子組成的，物質(zhì)的性質(zhì)首先來自于組成物質(zhì)的不同元素原子的種類、形態(tài)和數(shù)目；②物質(zhì)的性質(zhì)同時來自于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，取決于原子在空間的排布和相互間的作用，〔這都和原子及其結(jié)合態(tài)的電子運動狀態(tài)有關(guān)〕，③不同性質(zhì)的物質(zhì)通過不同方式組合、化合以及復(fù)合，形成形態(tài)各異、功能各異的眾多物質(zhì)，它們彼此相互依存、相互取長補短，形成了一個五彩繽紛的物質(zhì)世界。3.學(xué)習(xí)《工程化學(xué)根底》的目的12其次，通過學(xué)習(xí)，使工程類學(xué)生懂得世上沒有理想的萬能材料，只有學(xué)會辨證地看問題、處理問題，才有可能在工程實踐中獲得比較理想的應(yīng)用效果。第三，通過學(xué)習(xí)，使工程類學(xué)生在碰到相關(guān)的化學(xué)問題時有較好的理解能力，并能到達“簡單的問題自己解決，復(fù)雜的問題知道找誰解決”。13三，怎樣學(xué)習(xí)《工程化學(xué)根底》1.物質(zhì)是分層次的世界由物質(zhì)組成的。物質(zhì)是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀實在，是可以從感覺上被感知的事物。物質(zhì)是運動的，運動是物質(zhì)的根本屬性和存在形式。自然科學(xué)研究的物質(zhì)分為實物和場〔電磁場、引力場等〕兩種根本形態(tài)，化學(xué)研究的對象是實物，場不屬于化學(xué)研究的范疇。就物質(zhì)的構(gòu)造情況來看，大至宇宙天體，小至微觀的根本粒子，其間可分為假設(shè)干層次如微觀、宏觀和宇觀三個層次。14表1.1有關(guān)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？3×1030

宇觀1021銀河系廣義相對論3×1011太陽系宏觀102籃球場牛頓力學(xué)3×10-10原子，分子微觀10–17基本粒子量子力學(xué)3×10-27渺觀10–36超弦（？15其次，人類對自然的認(rèn)識不僅有表象式的、定性的描述，而且人們還建立了一整套精確的、定量的表達方式，例如：摩爾、千克、米等等，從而使人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識更生動、更準(zhǔn)確。所以，本書在第4章、第5章中，結(jié)合具體的事例分別就化學(xué)反響中的能量問題、反響方向、反響速度、溶液中離子平衡等問題展開了有益的討論。因此，我們在學(xué)習(xí)工程化學(xué)時應(yīng)當(dāng)注重理論與實踐相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合，二者不可偏廢。2.理論與實踐相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合16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(rèn)識又受到認(rèn)識水平、實驗手段等主、客觀因素的制約。例如：早就存在于各種煙氣中的納米顆?！踩缂{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(rèn)識；3.認(rèn)識受認(rèn)識水平、實驗手段等主、客觀因素的制約17準(zhǔn)晶曾經(jīng)在理論上被反復(fù)證明了的晶體中不可能存在的五次軸，在1984年11月被Shechtman否認(rèn)，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(Ti1–x,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(jié)構(gòu)都具有嚴(yán)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(zhǔn)周期晶體，簡稱準(zhǔn)晶體或準(zhǔn)晶圖1-1準(zhǔn)晶的晶體結(jié)構(gòu)18大量的事實都在說明一個道理，即人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識有其自身的局限性，今天的結(jié)論一旦到了明天就有可能變成謬誤。因此，我們應(yīng)當(dāng)自覺地運用唯物辯證法的根本原理指導(dǎo)我們的學(xué)習(xí)和實踐。對人類已有的知識既要虛心學(xué)習(xí)，又要有疑心的勇氣；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。4.繼承與創(chuàng)新191.系統(tǒng)和環(huán)境四、根本概念為研究的方便，我們把某一局部作為研究的對象，并將它與其周圍的物質(zhì)區(qū)分開來，這局部研究對象就稱為系統(tǒng)。系統(tǒng)以外與之直接聯(lián)系的局部，稱為環(huán)境。20有物質(zhì)和能量交換開放系統(tǒng)只有能量交換封閉系統(tǒng)無物質(zhì)和能量交換隔離系統(tǒng)三種熱力學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)和環(huán)境是一個整體的兩個局部，根據(jù)它們之間有無質(zhì)量〔習(xí)慣上說有無物質(zhì)，因原子及結(jié)合態(tài)物質(zhì)有靜質(zhì)量〕交換和能量傳遞，可將系統(tǒng)分為下述三類：21AgFeN2,H2NH3銀片低熔合金鐵片爐膛支架燒結(jié)爐2NH3(g)N2(g)+3H2(g)絕熱層222，聚集狀態(tài)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)，簡稱物態(tài)。相那么被定義為：系統(tǒng)中任何化學(xué)組成均勻，物理和化學(xué)性質(zhì)都相同的，且可用機械方法別離出來的局部。相與相之間存在明顯的界面。23插短片：1，相實驗解說水乙醇氯化鈉四氯化碳硝酸銀碘化鉀試劑參加次序243，質(zhì)量守恒和能量變化一般的化學(xué)反響方程式可表示為aA+bB＝y(tǒng)Y+zZ或0=–aA–bB+yY+Zz常用化學(xué)反響計量方程表示化學(xué)反響中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式：式中∑為加和號，νB為相應(yīng)指定物化學(xué)式B的計量數(shù)，B為相應(yīng)指定物的化學(xué)式，25反響通式表述了化學(xué)反響的兩個特征：(1)質(zhì)量守恒(2)能量變化264，物質(zhì)的量1971年，第14屆國際計量大會〔CGPM〕選擇了物質(zhì)的量作為7個根本的物理量〔長度、質(zhì)量、時間、電流、熱力學(xué)溫度、發(fā)光強度和物質(zhì)的量〕之一。用以計量原子、分子、電子等界觀和微觀物質(zhì)的量。物質(zhì)的量的符號記為n，單位為摩爾(mol)。n與阿佛加德羅常數(shù)NA和粒子數(shù)N的關(guān)系是n=N/NA，其中NA=6.022136×1023mol–1。我們還知道某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量〔符號為M〕是該物質(zhì)的質(zhì)量〔符號為m〕與該物質(zhì)的物質(zhì)的量〔n〕之比：M=m/n，它的單位為kg·mol–1〔千克/摩爾，讀作千克每摩爾〕。物質(zhì)的量(n)，不僅可以計量分子、原子、電子等微觀粒子的數(shù)目，進而計量電子、原子、分子等的量。275，反響進度nB為物質(zhì)

B的物質(zhì)的量。