工程化学PPT(交大版)

•理论课教材：•1.普通高等教育“十一五”国家级规划教材，童志平、管棣、周先礼等编：《工程化学基础》，高等教育出版社，2008年9月第1版•实验课教材：•1.西南交通大学323实验室工程系列教材，童志平、管棣、方伊等.《工程化学基础实验》，西南交通大学出版社，2006年9月第1版•参考书：•1.陈林根主编.《工程化学基础》（第二版）.北京：高等教育出版社，2005•2.浙江大学普通化学教研组编.《普通化学》（第五版）.北京：高等教育出版社，2002•3.天津大学无机化学教研室编.《无机化学》（第三版）.北京：高等教育出版社，2002•4.天津大学物理化学教研室编.《物理化学》（第四版）.北京：高等教育出版社，2001•有关大学在学习上、生活上应注意的问题：•1.学习上要刻苦：•掌握自学的方法、培养自学的能力•2.生活上要节俭：•掌握生活的规律、培养独立生活的能力•关于《工程化学》的讲授和学习说明：•1.3－17周上课（每讲2节课，另1节为实验课），其中第9周半期考试，第18周开始期末考试•2.8个实验做8周，具体时间听通知（初定从第7周开始做，各班学习委员现在开始去X6512找舒学彬老师选实验，每天上午上班至下午2点前）•3.讲课采用“问答式”、“提问式”和“启发式”的方法，和学生产生互动（学生要参与教学）•4.学生要积极思考问题－－－提出问题－－－分析问题－－－解决问题•5.培养学生自觉学习－－－独立学习的能力；通过学习、思考，开发创新潜能•讲课内容：•绪论（1-2h）•第一章物质的聚集状态（2h或自学）•第二章化学反应热效应与能源利用（4h）•第三章化学反应基本原理（6h）•半期考试（测验1h；讲课1h）•第四章溶液与离子平衡（6h）•第五章电化学与金属腐蚀（4h）•第六章物质结构基础（6h）•复习答疑（2h）•《工程化学》成绩组成：•期末考试：60％(茅院50%）•实验（8个）：30％•平时半期：10％(茅院20%）•缺课时间达三分之一：本课程为0分•考勤：由学习委员负责或点名•作业：每章讲完后布置绪论•1.工程化学简介•化学的定义：化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门科学。•即：从原子和分子等原子结合态单元（如分子和超分子体系，简称化学单元）层次上研究物质的组成、结构、性质和变化规律的科学。•物质：是化学研究的对象。它是不依赖于我们的感觉而存在的客观实在。世界的本质是物质的，物质世界包含无限多样的物质形态。•化学的主要分支学科（二级学科）：•（1）无机化学•（2）有机化学•（3）高分子化学•（4）分析化学•（5）物理化学•（6）结构化学•。。。。。。。。。•随着化学和其它学科、技术之间的交叉与渗透，同时形成了许多分支学科和交叉学科。•世界由物质构成(物质变化：分子变化、原子变化）•宇观物质：。。。。。。•物质宏观物质：。。。。。。•微观物质：。。。。。。•物质分子原子原子核+电子•质子中子•（1）化学是一门有其自身特点的基础学科，它广泛地联系着各个方面，化学的基本知识和理论工农业生产、日常生活及工程技术等密切相关。•（2）当前社会最为关注的环境、能源、信息、材料以及生命等问题都与化学有密切的关系。•（3）化学学科是一门实验性很强的学科：•实践认识再实践再认识•（化学的理论需要实验验证）•2.工程化学基本概念•（1）系统与环境•系统：在化学上，常以一定种类和质量的物质所组成的整体作为研究的对象，这种整体称为系统（物系或体系）。•敞开系统•系统封闭系统•孤立系统•环境：系统以外且与系统密切相关的部分。•（2）状态和状态函数•状态：体系的热力学状态（始态、终态），是系统的物理性质和化学性质的综合表现。•状态函数（性质）：确定系统状态的宏观性质的物理量（m,T,P,V,c,,,n,E,mol,…)•包括：•容量性质（广度性质）：其数值与体系中物质的数量成正比，具有加和性（V，m，mol，U…）。•强度性质：其数值与体系中物质的数量无关，不具有加和性（P，T，，…）。•强度性质＝容量性质/容量性质•如＝m/V•（3）过程和途径•过程：指系统状态所发生的一切变化。•等温过程•过程等压过程•等容过程•途径：系统状态发生变化时，由同一始态到同一终态的不同方式称为不同的途径。•理想气体状态方程式：pV=nRT•可计算出摩尔气体常数R=8.314Pa.m3.mol-1.K-1•=8.314J.mol-1.K-1•=0.08206atm.dm3.mol-1.K-1•（4）聚集状态和相•聚集状态：是物质的一种存在形式，它们决定于分子、原子的相互作用。•气体（气态g）：•液体（液态l）：•固体（固态s）：•相：指系统中任何分布均匀、物理性质和化学性质都相同的部分。•单相体系：•多相体系：•相数的计算：•第一章物质的聚集状态•内容提要：•在常温下物质的聚集状态主要为气体、液体和固体，它们都是由大量分子（原子、离子）聚集而成。在一定温度和压力下，物质的三种聚集状态可以互相转化。•本章主要讨论气体、液体和溶液的性质及其变化规律，并简单介绍固体、等离子体、超高密度态、玻色-爱因斯坦冷凝态和费密冷凝态物质的种类和性质。•学习要求：•1.了解物质的主要聚集状态和特性；•2.理解理想气体状态方程和范德华方程的意义，了解分压定律与分体积定律的含义；•3.了解液体的特性，掌握溶液浓度的表示方法及拉乌尔定律和亨利定律的表达；•4.了解固体、超临界流体、等离子体等的特性和应用。•1.1气体•气体的特征：具有扩散性和可压缩性（无一定的体积和形状）。•可以用压力p、体积V、温度T、物质的量n来描述气体的状态。•（p、V、T为表示气体平衡状态的三个参量）•1.1.1理想气体状态方程式•理想气体：（1）忽略气体分子的体积•（2）忽略气体分子间的作用力•理想气体状态方程式（综合玻意耳、盖吕萨克、查理定律得出）：•pV=nRT•单位：p—Pa；V—m3；T—K；n—mol•R=8.314J.mol-1.K-1。•1.1.2混合理想气体的分压定律和分体积定律•1.分压定律（道尔顿（DaltonJ）于1801年提出分压定律）：在温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和。•Dalton分压定律：•（1）总压力：P=p1+p2+…+Pi=∑pi=∑niRT/V•（2）摩尔分数：xi=pi/p=ni/n(或pi=pxi)•2.分体积定律（阿马格（AmagatEH）于1880年提出分体积定律）：在温度和压力恒定时，混合气体的体积等于组成该混合气体的各组分的分体积之和。•Amagat分体积定律：•（1）总体积：V=V1+V2+…+Vi=∑Vi=∑niRT/P•（2）摩尔分数：xi=Vi/V=ni/n(或Vi=Vxi)•1.1.3实际气体的状态方程——范德华方程•实际气体：要考虑分子的体积和分子间作用力•范德华方程：•(p+an2/V2)(V-nb)=nRT•范德华常数：a—修正气体分子间的作用力•b—修正气体分子本身的体积•（可把低压、高温的实际气体近似看作理想气体）•1.2液体•1.2.1液体的微观结构•液体的特性：•液体介于气体和固体之间，具有气体的特征（无一定形状、有流动性）和固体的特征（有一定体积、不易压缩）；微观上是“近程有序、远程无序”；宏观上是“各向同性”。•分子间的距离：气体＞液体＞固体•分之间作用力：固体＞液体＞气体•1.2.2液晶•液晶：能够在某一温度范围内（T1～T2）兼有液体和晶体两种特性的物质。•既有流动性又有各向异性性。•固体（T＜T1），液体（T＞T2）•热致液晶（近晶型液晶、向列型液晶、胆甾型液晶）•液晶•溶致液晶热致液晶是由于加热某些晶体而形成的液晶。热致液晶液晶晶体热冷液体热冷(1)近晶型液晶(2)向列型液晶(3)胆甾型液晶包括三类：(3)胆甾型液晶(1)近晶型液晶(2)向列型液晶CH=NROOR'CH=NROORHOCH3CH3H3C-CH-(CH2)-CH(CH3)2•溶致液晶•溶致液晶是由像表面活性物质一样具有“两亲”特点的化合物与极性溶剂组成的二元或多元系统。•两亲化合物包括简单的脂肪酸盐（如硬脂酸钠），离子型或非离子型表面活性物质，以及与生命体密切相关的复杂的类脂化合物（如卵磷脂，见下页图）。•当两亲化合物与水混合时，水分子进入固体晶格中，分布在亲水基的双层之间，破坏了晶体的有序排列而呈现出液晶特征，随着水量增加，可以出现不同的液晶态。亲水部分亲脂部分液晶(层状)晶体胶团溶液+H2O–H2O液晶(立方)液晶(六方)+H2O–H2O+H2O–H2O+H2O–H2O+H2O–H2OOCHCH2ORCOR'COCH2OPOOOCH2CH2N(CH3)3+卵磷脂液晶是新型显示材料，在工程上应用非常广泛。比如，液晶显示器、电子体温计等。液晶的用途液晶分子在弱电场（1V量级）控制下改变其取向，从而改变液晶层的光学特性，实现有史以来最省电的平板显示技术，成为与运算半导体集成电路在功率与电压上直接匹配的现代仪表、计算机的最佳搭档。可以说，没有液晶显示，就不可能有当今信息时代涌现出的笔记本电脑、移动电脑终端、汽车雷达卫星定位系统和多种平板飞机航空仪表。•1.3溶液•定义：一种物质以分子或离子的状态均匀地分散在另一种物质中，所得到的分散系统（体系）称为溶液。•包括：•水溶液、非水溶液•气态溶液、液态溶液、固态溶液•溶液的浓度：指溶质在溶剂（或溶液）中的相对含量。•1.物质B的质量分数（WB）•定义：溶质B的质量(mB)在溶液质量(m)中所占的分数。即质量百分浓度。•WB=mB/m•2.物质B的摩尔分数（XB）•定义：物质B的物质的量（nB）与溶液的物质的量（n）之比。也称物质的量分数。•XB=nB/n=nB/(nA+nB)•3.物质B的物质的量浓度（cB）•定义：溶质B的物质的量（nB）除以溶液的体积（V），单位：mol.dm-3，即体积摩尔浓度。•cB=nB/V•4.物质B的质量摩尔浓度（mB或bB）•定义：溶质B的物质的量（nB）除以溶剂的质量（mA）。单位：mol.kg-1。•mB=nB/mA•1.4固体•定义：固体是物质的一种聚集状态，它具有一定的形状和固定的体积，但不能流动。具有不可压缩性（称为固体性）。•晶体：宏观上具有整齐的几何外形；微观上晶体中质点•（原子、分子、离子）排列有序；晶体的某些性质•（光学、力学、电学等）各向异性。•固体••非晶体（无定形体）：无一定的结晶外形；其中质点•排列有序度低；某些性质各向同性。•准晶体：由微小晶体聚集而成的、外观为无定形的物质。•1.5超临界状态•临界点：在P-V图上确定临界状态的一点。由临界温度和临界压力表示。•临界状态（或临界情况）：物质的气态和液态平衡共存时的一个边缘状态。在这种状态下，液体密度与饱和蒸气密度相同，因而他们的界面消失。这种状态只能在临界温度和临界压力下实现。•超临界点：超过临界温度和临界压力的一点。•超临界状态：流体处于超临界点（临界温度和临界压力以上）的状态。•超临界流体：温度和压力均处于临界点以上的气体。它既具有气体的性质（可以压缩或膨胀），又像液体一样（具有较大的密度、粘度比液体小、有较好的流动性和热传导性）。•超临界流体应用的原理：在高压条件下，使超临界流体与物料接触，物料中的有效成分则溶于超临界流体中（相当于萃取），分离后，降低超临界流体的压力，有效成分就析出（采用逐级降压，可使多种成分分步析出）。•1.6物质的其它形态•1.6.1等离子体•等离子体：它是由电子、带正电的离子、自由基和少量中性原子组成的一种高度电离状态的独特系统。•常温常压下，物质三态：气态•液态•固态•物质第四态：等离子体（在高温、放电等条件下）•条件：高压电场、高频感应、。。。•1.6.2超高密度态•超高密度态：在高压或超高压条件下，使物质的结构和性质发生很大变化的状态。•例如：书P15•1.6.3玻色-爱因斯坦冷凝态与费密冷凝态•常温常压下，物质三态：气态•液态•固态•物质第四态：等离子体（在高温、放电等条件下）•物质第五态：玻色-爱因斯坦冷凝态（