工程化学PPT(交大版)
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工程化学化学反应的基本原理PPT课件
V = kC( NO2 )C ( CO )
n =（ 1 + 1）= 2；为2级反应
2NO + O2 = 2NO2
V = kC 2 ( NO )C ( O2 )
n =（ 2 + 1）= 3；为3级反应
14
对非基元反应，质量作用定律只适用其中的每一个基元反 应，因此一般不能直接根据非基元反应的反应方程式书写 速率方程。 2NO + 2H2 → N2 + 2H2O 第一步：2NO + H2 → N2 + H2O2 慢 第二步：H2O2 + H2→ 2H2O 快
S. Arrhenius (1859-1927)
1903年诺贝尔化学奖得主，工作为电离理论。 （1889年提出上述公式）。
19
ε ε a ln k =－ + ln A =－ +b = +b RT RT T ε ε a lg k =－ + lg A =－ +b = +b 2.303RT 2.303RT T
=－ ΔC Δt
对生成物， V = ΔC
Δt
9
例：合成氨反应
N2 (g) ＋ 3H2 (g) ＝ 2NH3 (g)
起始浓度 mol· L-1
2s末浓度 mol· L-1
1.0
0.8
3.0
2.4
0
0.4
则该反应平均速率：
( 0.8－ 1.0 ) － 1 V ( N 2 ) =－ = 0.1mol • L • S－1 2
四、活化能的物理意义
1 碰撞理论 （Collision Theory）
英国科学家路易斯（W.C.M.Lewis）1918年提出 前提：气体分子为没有内部结构的硬球，反应看作为刚性 球体的有效碰撞，反应速率由有效碰撞决定。
n =（ 1 + 1）= 2；为2级反应
2NO + O2 = 2NO2
V = kC 2 ( NO )C ( O2 )
n =（ 2 + 1）= 3；为3级反应
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对非基元反应，质量作用定律只适用其中的每一个基元反 应，因此一般不能直接根据非基元反应的反应方程式书写 速率方程。 2NO + 2H2 → N2 + 2H2O 第一步：2NO + H2 → N2 + H2O2 慢 第二步：H2O2 + H2→ 2H2O 快
S. Arrhenius (1859-1927)
1903年诺贝尔化学奖得主，工作为电离理论。 （1889年提出上述公式）。
19
ε ε a ln k =－ + ln A =－ +b = +b RT RT T ε ε a lg k =－ + lg A =－ +b = +b 2.303RT 2.303RT T
=－ ΔC Δt
对生成物， V = ΔC
Δt
9
例：合成氨反应
N2 (g) ＋ 3H2 (g) ＝ 2NH3 (g)
起始浓度 mol· L-1
2s末浓度 mol· L-1
1.0
0.8
3.0
2.4
0
0.4
则该反应平均速率：
( 0.8－ 1.0 ) － 1 V ( N 2 ) =－ = 0.1mol • L • S－1 2
四、活化能的物理意义
1 碰撞理论 （Collision Theory）
英国科学家路易斯（W.C.M.Lewis）1918年提出 前提：气体分子为没有内部结构的硬球，反应看作为刚性 球体的有效碰撞，反应速率由有效碰撞决定。
工程化学第一章优秀课件
ΔU<0，则U2<U1，系统的内能降低。
4、热和功
• 热和功是系统与环境之间能量交换的两种形式。
• 热是指系统和环境之间由于温度差存在而传递的能量，符 号 Q，单位 J 或kJ。习惯上，系统吸热Q为正值，放热Q 为负值。
• 功是指除热以外，系统与环境之间以其它所有方式交换的 能量，如体积功、电功等。功的符号为W，单位J或kJ。习 惯上，环境向系统作功W为正值，系统向环境做功W为负 值。
p＝p1+p2+……pN＝Σpi (i＝1,2,……,N) 对混合理想气体中的每种组分气体，理想气体状态方程式 仍然适用，即
pi V=ni RT 或 pi＝ni RT/V 其中ni是第i组分气体的物质的量，V是混合气体所占有的 总体积。 根据理想气体分压定律，有
p＝ΣpI＝ ∑ni RT/V＝∑ni （RT/V） ＝nRT／V
二、化学反应的热效应和焓变
• 化学反应过程同样遵守能量守恒定律 • 当产物温度与反应物温度相同，并且在反应过程中除体积 功以外不做其它功时，反应过程放出或吸收的热量称为化学 反应的热效应，简称反应热。 • 反应热不是状态函数，其值与具体途径有关。
１、恒容反应热效应
设化学反应在恒温恒容条件下进行，并且不做其它功，由 于ΔV＝0，所以W＝0。根据能量守恒定律有
工程化学第一章
前言
• 工程化学课程的性质
• 化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科 • 工程化学是化学与工程技术间的桥梁。它将现代化学的基
本知识、基本原理和基本方法与工程实际紧密结合，努力 培养学生的化学观点，为培养知识结构全面的高素质人才 打下基础。是部分工科专业必修的一门基础课。
• 学习工程化学的目的
• 内能是状态函数，即状态确定时，内能具有确定值。
4、热和功
• 热和功是系统与环境之间能量交换的两种形式。
• 热是指系统和环境之间由于温度差存在而传递的能量，符 号 Q，单位 J 或kJ。习惯上，系统吸热Q为正值，放热Q 为负值。
• 功是指除热以外，系统与环境之间以其它所有方式交换的 能量，如体积功、电功等。功的符号为W，单位J或kJ。习 惯上，环境向系统作功W为正值，系统向环境做功W为负 值。
p＝p1+p2+……pN＝Σpi (i＝1,2,……,N) 对混合理想气体中的每种组分气体，理想气体状态方程式 仍然适用，即
pi V=ni RT 或 pi＝ni RT/V 其中ni是第i组分气体的物质的量，V是混合气体所占有的 总体积。 根据理想气体分压定律，有
p＝ΣpI＝ ∑ni RT/V＝∑ni （RT/V） ＝nRT／V
二、化学反应的热效应和焓变
• 化学反应过程同样遵守能量守恒定律 • 当产物温度与反应物温度相同，并且在反应过程中除体积 功以外不做其它功时，反应过程放出或吸收的热量称为化学 反应的热效应，简称反应热。 • 反应热不是状态函数，其值与具体途径有关。
１、恒容反应热效应
设化学反应在恒温恒容条件下进行，并且不做其它功，由 于ΔV＝0，所以W＝0。根据能量守恒定律有
工程化学第一章
前言
• 工程化学课程的性质
• 化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科 • 工程化学是化学与工程技术间的桥梁。它将现代化学的基
本知识、基本原理和基本方法与工程实际紧密结合，努力 培养学生的化学观点，为培养知识结构全面的高素质人才 打下基础。是部分工科专业必修的一门基础课。
• 学习工程化学的目的
• 内能是状态函数，即状态确定时，内能具有确定值。
《工程化学基础》第4章PPT课件
热化学与能量转化
例4. 1 某过程中，系统从环境吸收 40 kJ 的热，对环境做功 20 kJ，求该过程中系统的热力学能变。
解： 由热力学第一定律解得：
U(系统) = Q + W = 40 kJ + (20 kJ )= 20 kJ 即完成这一过程后，系统净增了 20 kJ 的热力学能
6
第4章 化学反应与能源
C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
–277. 6 0
–393. 5 –241. 8
r
H
θ m
B
f
H
θ m,
B
(298.15
K
)
B
= 2×(393. 5 kJmol1) + 3×(241. 8 kJmol1) 3 0 kJmol1 (277. 6 kJmol1)
S = k lnΩ k 为玻尔兹曼常数，为 1. 38×10–23 J·K–1
Ω为介观微粒的状态数，又称混乱度，Ω ≥1
28
第4章 化学反应与能源
化学反应的方向和限度
微粒状态的混乱度
熵 S 是介观微粒原子及其分子等结合态的混乱度在宏观上的 一种量度，熵值的变化 ΔS 是介观微粒混乱度变化在宏观上 的表现
学习要求
热力学能 U 是系统的状态函数，只要温度 T、压 力 p、体积 V 和物质的量 n 等状态因素被确定时，U 值 就被确定。
3
第4章 化学反应与能源
热力学第一定律 热力学第一定律又称能量守恒定律
热化学与能量转化 焦耳等发现的
U – (Q + w) = 0 或 U = Q + w (4. 1)
解：
工程化学第一章课件
1.1.1 系统和环境
系统：被划作研究对象的这一部分。
环境：系统以外，与系统密切相关 的部分。
第一章 化学反应的基本原理
一个热力学系统必须是宏观的。 根据系统与环境的关系，热力学的系统分为三种： 1.敞开系统 系统与环境之间既有物质交换又有能量交换。 2.封闭系统 系统与环境之间没有物质交换，只有能量交换。 3.孤立系统 系统与环境之间既没有物质交换，也没有能量交换。
第一章 化学反应的基本原理
工程化学（第二版） 21世纪高等院校教材 徐甲强（上海大学） 主编 科学出版社 （2010.4）
第一章 化学反应的基本原理
化学反应是化学研究的中心内容 1. 这个化学反应能否自发进行？反应判据或反应方向问题。 2. 如果反应能够进行，要知道反应能进行的程度，反应物 转变为产物的最大限度。研究反应中的质量关系和能量 关系，其中尤其重要的是要研究反应限度或化学平衡问 题。 3. 化学反应进行的速率如何？反应的历程（反应的中间步 骤）是怎样的？如果反应本质上是能够进行的，实际反
例：1.某理想气体在恒压100kPa下膨胀，体积从 20L变到50L，同时吸收2.24kJ的热量，求系统热
力学能的变化。
答案:W=-100*103*(50-20)*10-3=-3000J
Q=2.24*103=2240J
U=2240-3000=-760J
第一章 化学反应的基本原理
1.2.2 热化学和赫斯定律
第一章 化学反应的基本原理
r H ( i f H
m
m ,生成物
) ( i f H
m ,反应物
)
即：标准反应焓∆Hθ等于生成物标准摩尔生成焓之 和减去反应物标准摩尔生成焓之和。
工程化学PPT全套课件
时间
射在真秒空中波长的1650763．7s3倍”。
电流
安[培]
A
热力学温度
开[尔文]
K
物质的量
摩[尔]
mol
9
发光强度
坎[德拉]
cd
绪论
本课程通用概念
常见国际单位制导出单位（部分）
物理量 单位名称 单位符号
其他诸如：
力 压强
牛特[顿（]斯拉） N
韦（伯）
帕[斯亨（卡利] ） Pa
频率
赫库法[兹（（]仑拉））
1MW
常用的单位词头可参考书后附录1.
11
绪论
本课程通用概念
除了一些国际单位制单位，在你印象里 有那些非国际单位制单位在使用？
质量：克拉、镑等
体积：加仑
长度：埃、尺、英尺等
功：卡
力：千克力、达因
功率：马力
12
速率：马赫
绪论
物理量运算规则及约定
物理量的数值和单位之间是相乘关系，只有量 纲相同的物理量（即同一物理量）才能进行加 减运算。 例如：1t+10kg+5克拉、100N-20J
所谓均匀是指其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，超过此相界面，一定有 某些宏观性质（如密度、组成等）发生突变。
相的分类
☺气相系统：任何气体共混，每一种气体都可无限充满容器， 为单相系统 如：H2+N2混合
☺液相系统：具体问题，具体分析。 如：水与乙醇混合 水与CCl4混合 水与CCl4、苯混合
P
用活塞将气体密封在截面积为S的圆
柱形筒内，以p代表外压，在恒压下
II
的膨胀过程中，气体将活塞从I位置推到
《工程化学》ppt1 (热力学1)
§ 1.2 热化学 / 1.2.3 盖斯定律
例题:
P.11 中的举例 [例1.2] P.36习题3 解题技巧：利用化学反应方程式 进行加减法：反应式可以进行相 加、相减或乘上一定的系数，则 其热效应也随之作相应的变化。
课堂练习：
1. 已知下列热化学方程式： 1）Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) H1 2 ）3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)H2 3 ）Fe3O4(s)+CO(s) 3FeO(s)+CO2(g) H3 求: 4) FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的H4 = ？
巩固练习
1．氢气与氮气完全混合后可形成几相？ 2. 按系统与环境乊间物质和能量的交换情况不同, 封闭系统是指怎样的系统？ 3. 什么是状态函数？状态函数的变化与什么有关？ 4. 循环过程的状态函数及其变化值如何？ 5. 热和功有何异同点？ 6. 什么是热力学能或内能？表示符号及规定如何? 有何主要特点？ 7. 若规定体系吸热为正(q>0),放热为负(q<0),环境 对系统做功为正(W>0),系统对环境做功为负 (W<0), 则封闭体系的热力学第一定律的表达式 是什么？ 8. 在恒压或恒外压下,如何计算体积功？
基本概念
1. System ,Surrunding and Phase 系统（体系）, 环境 和 相
我们用观察、实验等方法进行科学研究时， 必须先确定所要研究的对象。选取物质世界 的一部分作为研究的对象，就称之为系统； 把系统以外与系统紧密相关的周围及影响的
部分，则称为环境。
例如：在化工厂，有塔、管道、反应釜、泵
例题:
P.11 中的举例 [例1.2] P.36习题3 解题技巧：利用化学反应方程式 进行加减法：反应式可以进行相 加、相减或乘上一定的系数，则 其热效应也随之作相应的变化。
课堂练习：
1. 已知下列热化学方程式： 1）Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) H1 2 ）3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)H2 3 ）Fe3O4(s)+CO(s) 3FeO(s)+CO2(g) H3 求: 4) FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的H4 = ？
巩固练习
1．氢气与氮气完全混合后可形成几相？ 2. 按系统与环境乊间物质和能量的交换情况不同, 封闭系统是指怎样的系统？ 3. 什么是状态函数？状态函数的变化与什么有关？ 4. 循环过程的状态函数及其变化值如何？ 5. 热和功有何异同点？ 6. 什么是热力学能或内能？表示符号及规定如何? 有何主要特点？ 7. 若规定体系吸热为正(q>0),放热为负(q<0),环境 对系统做功为正(W>0),系统对环境做功为负 (W<0), 则封闭体系的热力学第一定律的表达式 是什么？ 8. 在恒压或恒外压下,如何计算体积功？
基本概念
1. System ,Surrunding and Phase 系统（体系）, 环境 和 相
我们用观察、实验等方法进行科学研究时， 必须先确定所要研究的对象。选取物质世界 的一部分作为研究的对象，就称之为系统； 把系统以外与系统紧密相关的周围及影响的
部分，则称为环境。
例如：在化工厂，有塔、管道、反应釜、泵
工程化学PPT_图文
➢整个系统的某种广度性质是系统中各部分该种性质 的总和
➢例如系统的体积、质量及即将学习的内能、焓、熵 等都属于广度性质
强度性质：强度性质不具有加和性，其数值决定于系统 自身的特性，与系统的数量无关。
➢系统的两个广度性质相除之商就成为强度性质。例 如，密度是质量除以体积之商 ➢例如温度、压力、摩尔焓、摩尔熵、摩尔吉布斯函 数等都属于强度性质
104 104
Pa Pa
0.097L
氮气的分体积
2020年2月6日10时19分
VN2 0.203L
15
第二章 化学热力学
热力学是研究能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。 ➢研究在各种变化过程中发生的各种能量效应； ➢研究在某一定条件下变化的自发性 变化能够自发发生的方向； 变化的程度——化学平衡；
热力学能
➢热力学第一定律：自然界的一切物质都具有能量， 能量可以表现为各种具体形式，且各种形式的能量可 以相互转化，在转化中，能量的总量不变。 ➢系统的总能量是由下列三部分组成：
系统整体运动的动能，该项通常为零。 系统在外力场中的位能，该项通常为零。 热力学能，又叫内能U，为我们所关注。
2020年2月6日10时19分
V / T ＝ 常数
(n, p 一定)
➢阿伏加德罗定律（A. Avogadro，1811)
V / n ＝ 常数
(T, p 一定)
理想气体状态方程：结合以上三式 经过数学处理而导出
➢pV = nRT
➢单位：p Pa
V m3
➢
TK
n mol
➢
R J mol-1 K-1
➢R 普适 摩尔气体常数 R ＝ 8.314472 J mol-1 K-1
➢例如系统的体积、质量及即将学习的内能、焓、熵 等都属于广度性质
强度性质：强度性质不具有加和性，其数值决定于系统 自身的特性，与系统的数量无关。
➢系统的两个广度性质相除之商就成为强度性质。例 如，密度是质量除以体积之商 ➢例如温度、压力、摩尔焓、摩尔熵、摩尔吉布斯函 数等都属于强度性质
104 104
Pa Pa
0.097L
氮气的分体积
2020年2月6日10时19分
VN2 0.203L
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第二章 化学热力学
热力学是研究能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。 ➢研究在各种变化过程中发生的各种能量效应； ➢研究在某一定条件下变化的自发性 变化能够自发发生的方向； 变化的程度——化学平衡；
热力学能
➢热力学第一定律：自然界的一切物质都具有能量， 能量可以表现为各种具体形式，且各种形式的能量可 以相互转化，在转化中，能量的总量不变。 ➢系统的总能量是由下列三部分组成：
系统整体运动的动能，该项通常为零。 系统在外力场中的位能，该项通常为零。 热力学能，又叫内能U，为我们所关注。
2020年2月6日10时19分
V / T ＝ 常数
(n, p 一定)
➢阿伏加德罗定律（A. Avogadro，1811)
V / n ＝ 常数
(T, p 一定)
理想气体状态方程：结合以上三式 经过数学处理而导出
➢pV = nRT
➢单位：p Pa
V m3
➢
TK
n mol
➢
R J mol-1 K-1
➢R 普适 摩尔气体常数 R ＝ 8.314472 J mol-1 K-1
工程化学.pptx
5
工程化学简介
工程化学是在高中化学基础上的深入， 大学普通化学与中学化学比较，具有理 论化、抽象化、概念化、定量化的特点， 兼具一定的描述性质。
6
2.工程化学的基本概念
1. 系统与环境 2. 状态和状态函数 3. 过程和途径 4. 聚集态和相 5. 化学方程式的一般形式与反应进度
7
（1）系统与环境
17
途径——系统由始态到终态的变化过程可以 采取多种不同的方式。每一种具体方式称为 一种途径。
或将系统由始态到终态所经历的全部过 程的总和称为途径。
18
19
（4）聚集状态和相
概念： 相 ： 系统中任何具有相同的物理性质和化学性 质并与其它部分有明确界面分隔开来的任何均 匀部分。 只含一相的称为单相系统。
20
两相和两相以上的系统称为多相系统。
21
注意几点
1. 同一物质可因不同的聚集状态而形成不同的 相。如：水、蒸汽、冰为不同的相。
2. 一个相并不一定是一种物质。 3. 如：空气或溶液。 4. 聚集状态相同的物质放在一起，并不一定是
单相系统。如：水和油 5. 一般一种固体为一个相（固态溶液为一个相）
12
例 如 ， 要 描 述 CO2气 体 的 状 态 ， 通 常 可 用 压 力 P、 体 积 V、 物 质 的 量 n和 温 度 T 来 描 述 。 当 这 些 物 理 量 (即 性 质 )都 确 定 后 ， CO2气 体 的 状 态也就被确定了；当这些量中的某个性质如 压 力 P 发 生 变 化 时 ， CO2气 体 的 状 态 也 就 随 之 发 生 改 变 。 可 见 ， 对 气 体 来 说 ， 气 体 的 压 力 P、 体 积 V、 物 质 的 量 n和 温 度 T 等 都 是 状 态 函 数 。
工程化学简介
工程化学是在高中化学基础上的深入， 大学普通化学与中学化学比较，具有理 论化、抽象化、概念化、定量化的特点， 兼具一定的描述性质。
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2.工程化学的基本概念
1. 系统与环境 2. 状态和状态函数 3. 过程和途径 4. 聚集态和相 5. 化学方程式的一般形式与反应进度
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（1）系统与环境
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途径——系统由始态到终态的变化过程可以 采取多种不同的方式。每一种具体方式称为 一种途径。
或将系统由始态到终态所经历的全部过 程的总和称为途径。
18
19
（4）聚集状态和相
概念： 相 ： 系统中任何具有相同的物理性质和化学性 质并与其它部分有明确界面分隔开来的任何均 匀部分。 只含一相的称为单相系统。
20
两相和两相以上的系统称为多相系统。
21
注意几点
1. 同一物质可因不同的聚集状态而形成不同的 相。如：水、蒸汽、冰为不同的相。
2. 一个相并不一定是一种物质。 3. 如：空气或溶液。 4. 聚集状态相同的物质放在一起，并不一定是
单相系统。如：水和油 5. 一般一种固体为一个相（固态溶液为一个相）
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例 如 ， 要 描 述 CO2气 体 的 状 态 ， 通 常 可 用 压 力 P、 体 积 V、 物 质 的 量 n和 温 度 T 来 描 述 。 当 这 些 物 理 量 (即 性 质 )都 确 定 后 ， CO2气 体 的 状 态也就被确定了；当这些量中的某个性质如 压 力 P 发 生 变 化 时 ， CO2气 体 的 状 态 也 就 随 之 发 生 改 变 。 可 见 ， 对 气 体 来 说 ， 气 体 的 压 力 P、 体 积 V、 物 质 的 量 n和 温 度 T 等 都 是 状 态 函 数 。
工程化学基础-1ppt课件
.
12
其次，通过学习，使工程类学生在碰到相关的化学 问题时有较好的理解能力，并能达到“简单的问题自 己解决，复杂的问题知道找谁解决”。
.
13
3、考试方式 平时占20% (出席情况、作业完成情况等) 考试占80%
4、课程安排
第一章；第三章；第二章；第四章；第五章；第六章
.
14
三 、基本概念
1. 物质是分层次的
宇宙天体（包括地球）
↓
单质和化合物
↓
原子、分子和离子
↓
电子、质子、中子、光子等基本粒子
.
15
表1. 1 有关物质层次的一些情况
层次
胀观 宇观 宏观 微观
典型 尺寸/m
1040 1021 102 10–17
渺观 10–36
过渡 尺寸/m
3×1030 3×1011 3×10-10 3×10-27
实例
银河系 篮球场
1990 1 057. 6万种，大约10年翻一倍
1999
超过 2 000 万种 .
7
6. 研究目的
任何自然科学的最终目标都是要为人类造福，使人 类生活的更美好。 (1)，保证人类的生存 (衣、食) (2)，提高人类的生活质量(住、行) (3)，延长人类的寿命(药物开发)
.
8
7. 化学带来的环境问题
.
11
2. 学习《工程化学基础》的目的 通过学习，首先使工程类学生理解以下三个方面内容：
①物质都是由原子组成的
②物质的性质首先来自于组成物质的不同元素原子的种类、形 态和数目，同时来自于物质的结构，取决于原子在空间的排布 和相互间的作用
③不同性质的物质通过不同方式组合、化合以及复合，形成形 态各异、功能各异的众多物质，它们彼此相互依存、相互取长 补短，形成了一个五彩缤纷的物质世界。
《工程化学概论》PPT课件
Hale Waihona Puke 机械学科领域的相关化学问题
• 首先看看目前国家在基础研究领域对机械学科提出的要求.
• 机械学
• 机械学是对各类机械产品进行功能综合、定量描述以及性能 控制的基础技术科学,主要研究机械系统的特性,试图应用机 械系统相关的知识和信息发展新的设计理论与方法.机械学 包括机构学与机器组成原理、机械系统动力学、机械结构强 度学、机械摩擦学与表面技术、机械仿生学、机械设计理论 和方法学、传动机械学、机器人机械学等.制造科学主要研 究加工出符合设计要求、提升客户价值的产品所涉及的各种 制造理论、方法、技术、工艺、装备与系统等,包括零件成 形制造、零件加工制造、制造系统与自动化、机械测试理论 与技术、微/纳机械系统等.
教材及参考书
• 教 材：唐和清, 工科基础化学. : 化学工业, 2009, 第二版. • 参考书：##大学, 普##学. : 高等教育, 2003, 6 • 江棂, 工科化学. : 化学工业, 2003, 8 • 曲保中, 新大学化学. : 科学, 2002, 12 • ##大学, 无机化学. ##: ##大学, 1997, 1
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.
氢能源
• 氢能作为一种无污染的二次能源,由于具有资源丰富,氢燃烧热值 大且燃烧产物是水,不会产生大量的烃、CO、CO2、SO2和有机 酸,造成环境污染等种种突出的优势,因此科学家们预测氢能将在 未来的能源体系中占有一席之地,它与电力将成为21世纪能源体系 的两大支柱.但是,氢能要成为新能源结构的支柱,还需要在氢气的 制取、氢气的储存与运输以及氢能的利用方面继续开展研究.开发 制氢新技术,将主要考虑以水为原料,达到水分解制氢,氢燃烧生成 水的循环过程.由于氢大量存在于水中,因此利用水制氢一旦技术 成熟,达到实用化后,以氢为能源结构主要支柱便成为可能.
• 首先看看目前国家在基础研究领域对机械学科提出的要求.
• 机械学
• 机械学是对各类机械产品进行功能综合、定量描述以及性能 控制的基础技术科学,主要研究机械系统的特性,试图应用机 械系统相关的知识和信息发展新的设计理论与方法.机械学 包括机构学与机器组成原理、机械系统动力学、机械结构强 度学、机械摩擦学与表面技术、机械仿生学、机械设计理论 和方法学、传动机械学、机器人机械学等.制造科学主要研 究加工出符合设计要求、提升客户价值的产品所涉及的各种 制造理论、方法、技术、工艺、装备与系统等,包括零件成 形制造、零件加工制造、制造系统与自动化、机械测试理论 与技术、微/纳机械系统等.
教材及参考书
• 教 材：唐和清, 工科基础化学. : 化学工业, 2009, 第二版. • 参考书：##大学, 普##学. : 高等教育, 2003, 6 • 江棂, 工科化学. : 化学工业, 2003, 8 • 曲保中, 新大学化学. : 科学, 2002, 12 • ##大学, 无机化学. ##: ##大学, 1997, 1
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.
氢能源
• 氢能作为一种无污染的二次能源,由于具有资源丰富,氢燃烧热值 大且燃烧产物是水,不会产生大量的烃、CO、CO2、SO2和有机 酸,造成环境污染等种种突出的优势,因此科学家们预测氢能将在 未来的能源体系中占有一席之地,它与电力将成为21世纪能源体系 的两大支柱.但是,氢能要成为新能源结构的支柱,还需要在氢气的 制取、氢气的储存与运输以及氢能的利用方面继续开展研究.开发 制氢新技术,将主要考虑以水为原料,达到水分解制氢,氢燃烧生成 水的循环过程.由于氢大量存在于水中,因此利用水制氢一旦技术 成熟,达到实用化后,以氢为能源结构主要支柱便成为可能.
工程化学优秀课件
100
N2、O2+、O+、
90
NO+、O2、e -
中间层顶
80
N2、O2、
70 中间层
O2+、NO+
60
50
平流层顶
40
30
平流层
N2、O2、O3
20 10 0
160 200 240
对流层顶
对流层
N2、O2、Ar CO2、H2O
280
320 温度 T/K
表2.4 干燥清洁空气的组成(体积分数)
气体类别 氮(N2) 氧(O2) 氩(Ar)
成因总反应
NOx CxHy O2
紫外光 逆温层
O3 PAN 醛等
85% 10%
危害
光化学烟雾
强氧化性、强刺激性，会引起红眼病等。
小高炉炼钢
土法炼锌
贵州威宁彝族回族苗族 自治县二塘镇
30岁的人60岁的肺 — 工人“重金属中毒”
工人所在的金属表带磨光 部有130多名工人，他们每 天都要接触二氧化硅、重金 属、三氯乙烯等可能导致职 业病的有害物质。
一名工人展示自己体检的胸片
《北京青年报》 2002年12月23日
土法生产砒霜
广西壮族自治区柳州金秀瑶族自治县的 七建乡和三角乡之间。
山窝里的冶炼厂修了一 条200多米的烟道直通 向山顶的烟囱。
天真的孩子还不知道自己身上这些会发 痛发痒的斑点意味着什么。
人民网，2002年12月15日04:15
2. 我国空气污染的主要特征
1. 大气污染
单击播放
三废：废气、废液和废渣 三致：致突变、致癌、致畸 环境污染物的来源：
Ø 工业：三废，量大、成分复杂、毒性强
《工程化学交大版》PPT课件
建筑精选课件
1
• 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
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；
• 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
建筑精选课件
13
• （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。
• 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
建筑精选课件
12
• （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
《工程化学基础》第5章PPT课件
–H+
酸1 + 碱2
酸2 + 碱1
+H+
.
5
第5章 水溶液中的化学反应和水体保护
弱酸弱碱溶液
在
H A c + H 2 O H 3 O + + A c -
和
H 2 O + A c - O H - + H A c
HAc–Ac–、H3O+–H2O、H2O–OH– 均互称为共轭酸 碱对。
.
6
第5章 水溶液中的化学反应和水体保护
1923年，化学家布朗斯特(Brφnsted J. N. 丹麦) 和化学家劳莱(Lowry T. M. 英国)
凡是能够提供质子的分子或离子都是酸 酸是质子的给予体
凡是能够接受质子的分子或离子都是碱 碱是质子的接受体
.
4
第5章 水溶液中的化学反应和水体保护
弱酸弱碱溶液
这种酸和碱的相互依存、相互转化关系被称为酸 碱共轭关系，酸(或碱)与它共轭的碱(或酸)一起被称为 共轭酸碱对。
N H 3 + H 2 ON H 4 + + O H -
这种在弱酸或弱碱等弱电解质溶液中，加入与弱酸 或弱碱解离后具有相同离子的易溶强电解质，能使弱电 解质解离度降低的现象称同离子效应
.
20
第5章 水溶液中的化学反应和水体保护
弱酸弱碱溶液
缓冲溶液
像 HAc–NaAc 这类能抵抗外加少量强酸、强碱或 适当稀释的影响，保持其 pH 基本不变的溶液叫缓冲 溶液。缓冲溶液对强酸强碱或适当稀释的抵抗作用叫 缓冲作用。
.
13
第5章 水溶液中的化学反应和水体保护
弱酸弱碱溶液
《工程化学课件》PPT课件
普通化学多媒体电子教案
第二节配合物的化学键理论
第二节
分子结构
1
自然界里，通常所遇到的物质，多数不 是以单原子存在，而是以原子间相互作用 结合成分子或晶体的状态存在。
如： O2(g) 金属铜
NaCl (s)
双原子分子 金属晶体 离子晶体
物质的性质不仅与原子结构有关，还与 分子的结构有关。
2
分子结构
120°
正三角形
σ键
正三角形
例 BCl3
B
激发
Cl
2p 2s
2p 2s
sp2杂化
B 120°
2p
sp2
35
杂化类型
sp3杂化——１个s 轨道+3个p 轨道
杂化轨 杂化轨 轨道夹 杂化轨道 成键 分子 道数目 道含量 角 构型 类型 构型
4
1 4
s、34
p
109
28’
正四面体
σ键
正四面体
+ __ _109 28’ +_ +
H 玻尔2-半２径-1＝共53价pm键
说明H2分子的形成： 成共键价电键子：的原轨子道间发由生于了成重键叠电，子使的核原间子形轨成道了 电子概率密度较大的区域，削弱了两核间的 正电排斥，重增叠强而了形核成间的电化子学云键对核的吸引， 使体系能量降低，形成共价键。
14
价键理论(电子配对法)要点 两原子靠近时，自旋方向相反的未成
2-3-2 杂化轨道理论
杂化轨道理论的要点
原子成键时, 参与成键的若干个能级相近 的原子轨道相互“混杂”, 组成一组新轨道 (杂化轨道),这一过程叫原子轨道的“杂化”
30
杂化轨道理论的要点
有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂
第二节配合物的化学键理论
第二节
分子结构
1
自然界里，通常所遇到的物质，多数不 是以单原子存在，而是以原子间相互作用 结合成分子或晶体的状态存在。
如： O2(g) 金属铜
NaCl (s)
双原子分子 金属晶体 离子晶体
物质的性质不仅与原子结构有关，还与 分子的结构有关。
2
分子结构
120°
正三角形
σ键
正三角形
例 BCl3
B
激发
Cl
2p 2s
2p 2s
sp2杂化
B 120°
2p
sp2
35
杂化类型
sp3杂化——１个s 轨道+3个p 轨道
杂化轨 杂化轨 轨道夹 杂化轨道 成键 分子 道数目 道含量 角 构型 类型 构型
4
1 4
s、34
p
109
28’
正四面体
σ键
正四面体
+ __ _109 28’ +_ +
H 玻尔2-半２径-1＝共53价pm键
说明H2分子的形成： 成共键价电键子：的原轨子道间发由生于了成重键叠电，子使的核原间子形轨成道了 电子概率密度较大的区域，削弱了两核间的 正电排斥，重增叠强而了形核成间的电化子学云键对核的吸引， 使体系能量降低，形成共价键。
14
价键理论(电子配对法)要点 两原子靠近时，自旋方向相反的未成
2-3-2 杂化轨道理论
杂化轨道理论的要点
原子成键时, 参与成键的若干个能级相近 的原子轨道相互“混杂”, 组成一组新轨道 (杂化轨道),这一过程叫原子轨道的“杂化”
30
杂化轨道理论的要点
有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂
工程化学课件：绪论
一直有些科學家持懷疑和批判的態度。其中，對燃燒作用做
了全面周密的研究，令人信服地抨擊了燃素學說的錯誤，建
立起燃燒的氧化學說的人則是傑出的法國化學大師拉瓦錫
（Antoine Laurent Lavoisier，1743～1794）。
•
拉瓦錫是一個巨富律師之子。他工作的突出特點是注重
定量研究，善於發揮天平在化學研究中的作用。拉瓦錫在他
工程化学
2.化學在社會發展中的的作用
化學是一門古老的學科，隨著人來看，色澤鮮豔的衣服需要經過化學處理 和印染，豐富多彩的合成纖維是化學的一大貢獻。要裝滿糧袋子， 豐富菜籃子，關鍵之一是發展化肥和農藥的生產。加工製造色香 味俱佳的食品，離不開各種食品添加劑，如甜味劑、防腐劑、香 料、調味劑等等，它們大多是用化學合成方法或用化學分離方法 從天然產物中提取出來的。現代建築所用的水泥、石灰、油漆、 玻璃和塑膠等材料都是化工產品。
工程化学
原美國化學會主席R.Breslow在1997年美國化學會出版的 《化學的今天和明天—一門中心的、實用的和創造性的科學》 一書中，對化學有一段形象描述：“從早晨開始，我們在用化 學品建造的住宅和公寓中醒來，使用化學家們設計的肥皂和牙 膏並穿上有合成纖維和合成染料製成的衣著，即使天然的纖維 （如羊毛和棉花）也是經化學品處理過並染色的，這樣可以改 進它們的性能。為了保護起見，我們的食品被包裝起來和冷藏 起來，並且這些食品或是用肥料、除草劑和農藥使之成長；或 是家畜類需用獸醫藥來防病；或是維生素類可以加到食品中或 製成片劑後口服；甚至我們購買的天然食品，諸如牛奶，也必 須經過化學檢驗來保證純度。
工程化学
用以代步的各種現代交通工具，不僅需要汽油、柴油作動力， 還需要各種汽油添加劑、防凍劑，以及機械部分的潤滑劑，這些 都是石油化工產品。
工程化学基础-复习精选ppt
J < Ky 平衡向右移动(正方向自发) J > Ky 平衡向左移动(逆方向自发) J = Ky 平衡不移动
.
14
(2)压力对平衡的影响
总压的改变将同等程度地改变各组分 气体的分压力，因此平衡移动的方向将 决定于各组份气体计量数的代数和。
n: 生成气体总分子数-反应气体化学总分子数
总压力增加时: n <0 的反应，平衡右移； n >0 的反应，平衡左移； n =0 的反应，平衡不受的影响。
[C(H ) / Cy][C(Ac）/ Cy] [C(HAc) / Cy]
K
y
b
[C(NH4 ) / Cy][C(OH）/ Cy] [C(NH3 H2O) / Cy]
一元弱酸的解离平衡
HA 初始浓度/mol·L-1 c
平衡浓度/mol·L-1 c－x
H+ + A－
00
x
x
(1) 当c/Kay >500, c>>c(H+)，近似看做c-x c,
ΔrGm (T) = ΔrGmy(T) +RT InJ ΔrGm (T) < 0, 自发反应 ΔrGm (T) > 0, 非自发反应 ΔrGm (T) = 0, 平衡状态
d. 转化温度，T = ΔrHmy /ΔrSmy
.
9
化学平衡
对于平衡：aA + bB
gG + dD
用浓度表示
= Ky
CG /C y g CD /C y d
率；化学平衡的移动；影响化学平衡的因
素（浓度， 温度， 压力，催化剂）
13. 酸碱平衡：
Kwy, PH, POH, 酸碱质子理论中酸碱的定义 解离常数， 稀释定律，同离子效应
.
14
(2)压力对平衡的影响
总压的改变将同等程度地改变各组分 气体的分压力，因此平衡移动的方向将 决定于各组份气体计量数的代数和。
n: 生成气体总分子数-反应气体化学总分子数
总压力增加时: n <0 的反应，平衡右移； n >0 的反应，平衡左移； n =0 的反应，平衡不受的影响。
[C(H ) / Cy][C(Ac）/ Cy] [C(HAc) / Cy]
K
y
b
[C(NH4 ) / Cy][C(OH）/ Cy] [C(NH3 H2O) / Cy]
一元弱酸的解离平衡
HA 初始浓度/mol·L-1 c
平衡浓度/mol·L-1 c－x
H+ + A－
00
x
x
(1) 当c/Kay >500, c>>c(H+)，近似看做c-x c,
ΔrGm (T) = ΔrGmy(T) +RT InJ ΔrGm (T) < 0, 自发反应 ΔrGm (T) > 0, 非自发反应 ΔrGm (T) = 0, 平衡状态
d. 转化温度，T = ΔrHmy /ΔrSmy
.
9
化学平衡
对于平衡：aA + bB
gG + dD
用浓度表示
= Ky
CG /C y g CD /C y d
率；化学平衡的移动；影响化学平衡的因
素（浓度， 温度， 压力，催化剂）
13. 酸碱平衡：
Kwy, PH, POH, 酸碱质子理论中酸碱的定义 解离常数， 稀释定律，同离子效应
相关主题
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• （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。
• 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（Dalton J）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)
• 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） • • 液晶 • 热致液晶（近晶型液晶、向列型液晶、胆甾型液晶） 溶致液晶
热致液晶
热致液晶是由于加热某些晶体而形成的液晶。 晶体
热 冷
液晶
热 冷
• 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
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）
• • 物质 • 宇观物质：。。。。。。 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。
• 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 • 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
液体
包括三类：
(1) 近晶型液晶 (2) 向列型液晶 (3) 胆甾型液晶
(1) 近晶型液晶
(2) 向列型液晶
RO
C H=N
OR
RO
C H=N
H 3 C - CH - (CH CH
3 2 ) - CH(CH
OR'
3)2
(3) 胆甾型液晶
CH
3
HO
• 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。
• 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
• 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
• • • • • •
（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
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。
• 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。
• 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
• 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
晶体
+H2O –H2O
液晶
(层状)
+H2O –H2O
液晶
(立方)
+H2O –H2O
液晶
(六方)
+H2O
–H2O
溶液
R C O R' C O O O CH2 CH CH2 O O
+H2O –H2O
+
胶团
P O
O C H 2 C H 2 N (CH
3)3
亲脂部分
卵磷脂
亲水部分
液晶的用途
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。
• 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。
• （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。
• 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（Dalton J）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)
• 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） • • 液晶 • 热致液晶（近晶型液晶、向列型液晶、胆甾型液晶） 溶致液晶
热致液晶
热致液晶是由于加热某些晶体而形成的液晶。 晶体
热 冷
液晶
热 冷
• 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
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）
• • 物质 • 宇观物质：。。。。。。 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。
• 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 • 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
液体
包括三类：
(1) 近晶型液晶 (2) 向列型液晶 (3) 胆甾型液晶
(1) 近晶型液晶
(2) 向列型液晶
RO
C H=N
OR
RO
C H=N
H 3 C - CH - (CH CH
3 2 ) - CH(CH
OR'
3)2
(3) 胆甾型液晶
CH
3
HO
• 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。
• 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
• 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
• • • • • •
（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
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。
• 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。
• 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
• 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
晶体
+H2O –H2O
液晶
(层状)
+H2O –H2O
液晶
(立方)
+H2O –H2O
液晶
(六方)
+H2O
–H2O
溶液
R C O R' C O O O CH2 CH CH2 O O
+H2O –H2O
+
胶团
P O
O C H 2 C H 2 N (CH
3)3
亲脂部分
卵磷脂
亲水部分
液晶的用途
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。
• 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。