工程化学PPT(交大版)

• 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
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。
• 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
• 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
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。
• 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
• （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。
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。
• 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）
• 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
• 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
• 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
• • • • • •
（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
• 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
• 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。
（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。
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。
• （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
• 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
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• 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.分体积定律（阿马格（Amagat E H）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)
• 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)
• （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
• 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
• 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。
• 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