厦门理工学院：工程化学电子教案

教案2009～2010学年第一学期系部环境工程系教研室(实验室)环境工程课程名称工程化学适用班级大学一年级电气主讲教师严滨职称副教授二〇〇八年二月二十八日厦门理工学院教务处制首页课程名称工程化学授课对象大学二年级课程编号23160002课程类型必修课公共基础课（）；专业基础课（√）；专业课（）选修课限选课（）；任选课（）授课方式课堂讲授（√）；实践课（）考核方式考试（）；考查（）课程教学总学时数42学分数2学时分配课堂讲授42学时；实践课4学时基本教材和主要参考资料序号教材名称作者出版社出版时间1普通化学浙江大学普通化学教研组高等教育出版社20062物理化学傅献彩高等教育出版社20073无机化学武汉大学、吉林大学高等教育出版社20074有机化学胡宏纹高等教育出版社20075分析化学武汉大学高等教育出版社2006授课教师严滨职称副教授授课时间周一，下午5-7节教学目的要求化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学，是在原子、分子层次上研究物质及其运动的科学。化学的认识方法，化学对物质运动的解释是科技人才整体性、综合性素质的重要组成部分。《工程化学基础》是非化学、化工类各专业的一门自然科学基础课，对于培养具有综合性素质、创新意识、全面发展的人才，是不可缺少的。其目的主要是使学生在一定程度上能具有一些必需的近代化学基本理论、基本知识和基本技能，并了解这些理论知识和技能在工程实际上的应用，培养学生具有化学观点，为今后学习和工作打下一定的化学基础。教学重点难点教学的重点包括热力学定律，化学反应进度及反应平衡，溶液通性，电化学及物质的基本结构。难点在于许多化学概念较抽象，学生可能较难理解及掌握。在课堂教学中，教师讲授课程的主要内容，不仅讲授知识，还教思维、教方法，摒弃“满堂灌”，采用启发、讨论、研究式教学方法，变换对化学问题的思考角度，将学生置于实际化学问题研究的环境之中，为学生提供了思考解决问题的空间。通过习题课、辅导答疑等方法，进一步加强教学效果。在教学手段上，采用多媒体教学课件用于课堂教学，以取得较好的教学效果。注：表中（）选项请打“√”课程教案授课时间第六周周一第5-7节课次授课方式（请打√）理论课√实验课□习题课□实践课□其他□课时安排授课题目（教学章、节或主题）：绪论、第一章物质的聚集状态教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解化学研究的对象和物质的聚集状态教学内容（注明：重点、难点及疑点）：0．绪论1.化学研究的对象及化学在国民经济、科学技术及人们生活中的重要作用。2.本课程的主要内容、教学方法及教学要求一．第一章物质的聚集状态物质的聚集状态，气体、液体、固体的特性重点：理想气体状态方程、分压定律、分体积定律难点：分压定律教学基本内容：0绪论1．化学的研究内容与作用（1）化学是研究和创造物质的科学。化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系的学科。研究的对象包括原子、分子、生物大分子、超分子和物质聚集态（如宏观聚集态晶体、非晶体、流体、等离子体等，以及介观聚集态纳米、溶胶、气溶胶等）多个层次。在20世纪的100年中，通过化学的方法合成了大量的化合物。见表1。表1新分子和新材料的飞速增长年份已知化合物的数目19001945197019751980198519901999（12月31日）55万种110万种，大约45年加倍236.7万种，大约25年加倍414.8万种593万种，大约10年加倍785万种1057.6万种，大约10年加倍2340万种（2）、化学是一门中心性的、实用性的和创造性的科学。A、化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学（sun-risesciences）都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学。学科按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上、中、下游。数学、物理是上游，生物、医药和社会科学是下游，化学是中游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游学科的研究对象比较复杂，除了用本门学科的方法外，如果借用上游学科的理论和方法，往往可以收到事半功倍之效。化学在与材料的交叉领域起到了非常重要的作用。半导体材料是最重要的信息功能材料，其发明和发展对信息技术的发展与人类社会的进步具有划时代的历史意义。B、化学是一门社会迫切需要的中心科学，与我们的衣、食、住（建材、家具）、行（汽车、道路）都有非常紧密的联系。1909年Haber发明合成氨技术，1918年获诺贝尔化学奖。徐光宪指出，如果没有合成氨、合成尿素和农药合成技术，世界粮食产量至少要减少一半，60亿人口中的30亿就会饿死。如果没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类平均寿命要缩短25年。如果没有合成纤维、合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大影响。因此他认为化学合成（包括分离）技术是20世纪最重要的技术之一，应与报刊上常说的六大技术并列，甚至更为重要。1974年人工合成维生素B12，开创了人工合成天然产物的新局面。B12又叫氰钴胺，是钴的配合物，在人体内合成核蛋白，缺乏B12会造成恶性贫血。20世纪，塑料、纤维、橡胶三大高分子合成材料和形形色色的功能高分子材料，对提高人类生活质量、促进国民经济发展和科技进步作出了巨大贡献。2、化学的分支（1）、无机化学研究无机物的组成、结构、性质和无机化学反应与过程的化学。（2）、有机化学研究碳氢化合物及其衍生物的化学。（3）、高分子化学研究高分子化合物的结构、性能与反应、合成方法、加工成型及应用的化学。（4）、分析化学测量和表征物质的组成和结构的学科。（5）、物理化学研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科。3、工程化学是工科学生必修的一门基础课程，其目的是给学生以高素质的化学通才教育。对工科学生，着重把化学的理论、方法与工程技术的观点结合起来，用化学的观点分析、认识工程技术中的化学问题；了解当代化学学科的概貌，能运用化学的理论、观点、方法审视公众关注的环境污染、能源危机、新兴材料、生命科学、健康与营养等社会热点话题，了解化学对社会的作用和贡献。（1）、教学内容A、理论化学包括化学热力学、化学动力学和物质结构基础。B、基本知识和应用化学包括单质和化合物的知识，化学与能源、环境、材料、信息、生命和健康，以及与人文社会的关系和互相渗透。C、实验化学主要是性质或理论的验证，重要数据的测定，结合工程、社会生活的应用化学实验和设计性实验，并训练实验基本操作和现代仪器的使用等。（2）、教学安排与要求本课程28学时，6学时实验。一些基本概念：一、系统和环境系统system作为研究对象的那一部分物质。环境surroundings系统以外与系统有密切联系的其它物质。热力学系统分为三类：敞开系统封闭系统孤立系统系统+环境—→孤立系统二、相相phase系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。所谓均匀是指分散度达到分子或离子大小的数量级。相与相之间有明确的界面，超过此界面，一定有某些宏观性质（如密度、折射率、组成）要发生突变。如含有冰的氯化钠溶液，氯化钠溶液为一个相，称为液相；溶液上方的水蒸气和空气的混合物为一相，称为气相；浮在液面上的冰称为固相。相的存在与物质的量的多少无关，也可以不连续存在。液面上的冰不管有多少块，都是同一相。相与物态不同，物态一般分为气态、液态、固态。对相来说，通常任何气体均能无限混合，不管有多少种气体都只有一个气相；液相则按其互溶程度可以是一相、两相或三相共存。对于固体，如果系统中不同种固体达到了分子程度的均匀混合，就形成了固溶体，一种固溶体就是一个相；否则，系统中有多少种固体物质，就有多少个固相。单相系统homogenoussystem多相系统heterogeneoussystem三、化学反应质量守恒定律1748年，罗蒙诺索夫提出：∑m（反应物）=∑m（产物）化学反应质量守恒定律可用化学反应计量方程式（stoichiometricequation）表示。aA+bB—→xX+yY0=∑νBBB表示物质，νB表示各物质的化学计量数，是量纲为1的纯数，反应物取负值，产物取正值。如N2+3H2—→2NH30=（+2）NH3+（-1）N2+（-3）H2第一章物质的聚集状态1.1气体§1.1.1理想气体状态方程1理想气体状态方程气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。人们将符合理想气体状态方程的气体，称为理想气体。理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。理想气体状态方程：pV=nRTR----摩尔气体常量在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m32理想气体状态方程的应用a.计算p，V，T，n中的任意物理量b.确定气体的摩尔质量c.确定气体的密度§1.1.2混合气体的分压定律和分体积定律1.1.2.1分压定律组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。1.1.2.2分体积定律混合气体中某一组分B的分体积VB是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。1.2液体•1.2.1液体的微观结构•1.2.2液晶1.3溶液一种物质以分子或离子的状态均匀地分布在另一种物质中得到的分散系统称为溶液。1、物质的质量分数（wB）2、物质B的物质的量浓度（CB）1.4固体•有序排列－晶体•无定形体－非晶体教学方法及手段：课堂讲授与多媒体演示K15.2731.0molm1022.414Pa10132533nTpVRVRTnpBB讨论、作业和思考题：作业：P17－1参考资料：物理化学上、下（第五版），高等教育出版社，傅献彩，2007备注：注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。授课时间第七周周一第5-7节课次授课方式（请打√）理论课√实验课□习题课□实践课□其他□课时安排授课题目（教学章、节或主题）：第二章化学反应热与能源利用教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握热力学第一定律教学内容（注明：重点、难点及疑点）：第二章化学反应热与能源利用1.热力学研究的内容，能量守恒与转化，热力学第一定律重点：热力学第一定律难点：能、焓、热力学第一定律教学基本内容：第二章热化学与能源一、热力学第一定律（firstlawofthermodynamics）即能量守恒定律1、状态和状态函数状态state描述系统的性质的总和。状态函数statefunction用于描述系统状态的物理量。状态函数特点：（1）状态函数之间相互关联；（2）状态一定，状态函数就有确定值，反之亦然；（3）状态函数变化量仅决定于系统的始态和终态，而与变化的途径无关。系统的性质可分为两类：（1）广度性质（容量性质）具有加和性；（2）强度性质，仅取决于系统自身的特性，不具有加和性。2、热力学能（thermodynamicenergy）系统内部能量的总和，用U表示。U是状态函数，属广度性质，但其绝对值未知。系统发生状态变化时，内能的变化量ΔU=U2﹣U13、热和功（1）热heat由于温度差的存在，而在系统和环境之间传递的能量，用Q表示。规定：系统吸热，Q为正值；系统放热，Q为负值。（2）功work系统和环境之间除热以外的能量交换形式，用W表示。包括体积功和非体积功。体积功workinchangeofvolumeW体=－pΔV规定：系统对环境做功，W取正值；环境对系统做功，W取负值。注意：热和功都不是状态函数，其数值与经历的途径有关。4、热力学第一定律的数学表达式封闭系统，只做体积功时，U2－U1=Q+W，即ΔU=Q+W。教学方法及手段：课堂讲授与多媒体演示讨论、作业和思考题：作业：参考资料：物理化学上、下（第五版），高等教育出版社，傅献彩，2007备注：注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。课程教案授课时间第八周周一第5-7节课次授课方式（请打√）理论课√实