工程化学

热力学能(又称内能) 热力学体系内部的总能量 称热力学能， 用符号U表示，单位是焦耳(J)。 U是状态函数，为广度性质，它的绝对值很 难确定，• 它的变化值可以不难求出。内能的变 但 化是通过两种方式表现出来的。
U – (Q + W) = 0 Q 称为热
或
U = Q + W
与途径（或过程）有关 W 称为功 Q > 0，表明系统对环境吸热； Q < 0，系统对环境放热； W > 0，系统接受环境作功； W < 0，系统对环境作出功。
显示渗透压现象的简单装置
1887年，荷兰物理学化学家范特霍夫(J. H. van‗ t Hoff)
提出了稀溶液的渗透压与温度以及溶质浓度的关系式：
实验发现，难挥发的非电解质稀溶液的渗透压 与溶液的物质的量浓度及热力学温度成正比。
n Π cRT RT V
或
ΠV nRT
等渗液
高渗液
低渗液
2
ΔrH1°
1
ΔrH°
H2O(l)
ΔrH3°
2H(g) + O(g)
ΔrH2°
H2O(g)
ΔrH° = ΔrH1° + ΔrH2° + ΔrH3°
盖斯定律计算实例
(1) H2(g)+ O2 = 2H(g)+O(g) ΔrH1°= +676.1 kJ· -1 mol (2) 2H(g)+O(g) = H2O(g) (3) H2O(g) = H2O(l) (1) + (2) + (3) : ΔrH2° = -917.9 kJ· -1 mol ΔrH3° = -44.0 kJ· -1 mol
ΔU＝Q+W＝QV (封闭体系，恒容，不做其他功) 上式表明，封闭体系在不做其他功的条件下， 内能的变化等于恒容热效应。
三、反应热效应的测量
点火电线
搅拌器 温度计
QV = –[cw (H2O) · (H2O) + Cs] ·ΔT m
钢弹 cw (H2O) 为水的质量热容， m (H2O) 为水的质量，
蒸气压下降的定量关系
实验证明，在一定温度下，稀溶液的蒸气压降低值 等于该稀溶液中难挥发溶质的物质的量分数(摩尔分数) 与纯溶剂蒸气压的乘积，而与溶质的性质无关：
nB * * p pA x B pA n
上式也称拉乌尔定律
2.、 溶液的凝固点下降
实验证明：在稀溶液中，凝固点下降(ΔTf )为
晶体
非晶体
一、晶体 按晶格结点上微粒的种类、组成及其粒子间相互作用力的 不同，晶体可分为： 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体
过渡型晶体
混合型晶体
1、 离子晶体 离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子， 靠离子键结合。 离子晶体有较高的熔点、较大的硬度、较脆。 在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性， 但在固体状态时几乎不导电。
1.2 •
气体、等离子体和大气污染 及其防治 教 学 内 容
• 1、掌握理想气体状态方程及其近似用于实际气体条件 • 2、了解大气湿度概念和相对湿度的计算 • 3、了解酸雨的成因
一、理想气体和实际气体
理想气体状态方程表示为：
pV nRT
理想气体在微观上具有两个特征：分子本身不占有体积； 分子间没有相互作用力，其系统的势能可忽略。
场
没有静止质量、体积、不占有空 间。如电场、磁场、光、声音。
1、分子：保持物质化学性质的最小粒子
2、原子：进行化学反应的最小微粒 3、团簇：尺寸介于原子、分子和宏观物体之间
有金属簇， 如 Lin，Cun，Hgn； 非金属簇，如 Cn，Nn，Arn； 分子簇， 如 (H2O)n，(NaCl)n 等。
二、元素 原子核中质子数相同的一类原子的总称。
发现了118种元素，96种金属元素，22种非金 属元素
三、系统、环境、相
被研究的对象就称为系统。 系统以外与之直接联系的部分，称为环境。
系统可分为下述三类： 开放系统 封闭系统 有质量和能量交换 只有能量交换 隔离系统 无质量和能量交换
相：系统中任何化学组成均匀，物理和化学性质 都相同的，且可用机械方法分离出来的部分。相与相 之间存在明显的界面。
第一章 物质的聚集状态
1.1 教 学 内 容
1. 了解物质层次及其运动理论，明确原子和分子 等原子结合态单元是介观粒子的概念。 2. 理解系统和环境，聚集状态和相等概念，明确 敞开系统、封闭系统、孤立系统及相的划分。 3. 明确化学反应中的质量守恒和能量变化，掌握 化学计量数的概念。 4. 明确反应进度的概念，掌握物质的量的符号、 单位及有关计算。
三、大气污染对大气的影响
1、酸雨
2、温室效应
3、臭氧层的破坏
1.3 液体和水污染及其治理
• 一、水的性质和应用
• 水分子中，氢、氧原子以共价键相结合， O–H 键长为 0. 095 72 nm，∠HOH 为104. 52°。
二、溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压 1.、溶液的蒸气压降低 一定温度下，液相（固相）与其气相达到平衡时的压力 称为液体（固体）在该温度的饱和蒸气压，简称蒸气压。 溶液的蒸气压降低的原因
1.1
化学的基本概念
一、分子、原子和团簇 化学研究的 物质是不依赖于人们的感觉而存在并且 可以被人们的感觉所认识的客观实在。 物质 简而言之，物质是客观存在的东西。 具体地说 具有静止质量、体积、占有空间 物质包括 实物 的物体。如书桌、铁、木材、水、 实物和场 空气等。
化学研究的 物质一般是 指实物
样品 Cs 为钢弹及内部物质和金属容器 组成的物质系统的总热容，
水 绝热外套和 钢质容器
弹式热量计示意图
T 为测量过程中温度计的最终 读数与起始读数之差。
四、反应热效应的计算
1、 盖斯定律 化学反应的反应热（恒压或恒容下）只与物质的始态 或终态有关而与变化的途径无关。
H2(g) + —O2(g)
Tb Tb* Tb KbbB
式中ΔTb 表示溶液的沸点升高， Tb*、Tb 分别表示纯溶剂和溶液的沸点，bB 是质量摩尔 浓度，单位为mol· –1。 kg Kb 为沸点升高常数，它取决于纯溶剂的特性 而与溶质特性无关。
4、 溶液的渗透压
П= cB×R×T
溶液
纯水 半透膜 渗透压是为维持被 半透膜所隔开的溶液与纯 溶剂之间的渗透平衡 而需要的额外压力。
相对湿度
大气中水蒸气的分压力和同温度下水的饱和蒸气压 的百分比值称为相对湿度。
相对湿度
pH 2O p
* H 2O
100%
例如：已知25℃时，某地实际水蒸气压力为 2. 154 kPa，此时相
对湿度是多少?
解： 25℃ 时水的饱和蒸气压为 3. 167 kPa。
相对湿度= (2. 154 kPa／3. 167 kPa) ×100% = 68％
二、大气相对湿度
绝对湿度 水蒸气在大气中的含量多少，表达了大气的干湿程度，简称湿度。 单位体积空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿度。 例如，20℃空气中的水蒸气达到饱和时， 每立方米的空气中含有的水蒸气质量为：
pVM 2 339 Pa 1 m3 18.01g mol1 m(H 2O) 17.28 g 1 1 RT 8. 314 J mol K 298.15 K
2.、 分子晶体
分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子， 分子间以范德华力(分子间力)或氢键相结合。
属于分子晶体的物质一般为非金属元素组成的共价化合物， 如 SiF4，SiCl4，SiBr4，SiI4，H2O，CO2，I2 等。 CO2 分子晶体(干冰)
3、 原子晶体
原子晶体的晶格结点上排列着中性原子， 原子间由共价 键结合。 由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但有少部 分形成原子晶体， 如常见的 C (金刚石，立方型)，Si，Ge，As，SiC (俗称金 刚砂)，SiO2，B4C，BN (立方型)，GaAs 等。
体 积 功： 非体积功： We ）
pV W （如电功
W = pV + W
热和功都不是系统的状态函数，除状态 外还与系统状态变化的具体途径有关。
例2－1 某过程中，系统放出50 kJ 的热，对外做 功 35.5 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 = －50 kJ + (35.5 kJ ) = －85.5 kJ
nB 为物质 B 的物质的量。 一般定义为：

nB
B
例如
反应前物质的量 n1/mol
N2(g) + 3H2(g)
10 30
2NH3(g)
0
反应某时刻物质的量 n2/mol
8
24
4
则反应进度为： [n2 ( N 2 ) n1 ( N 2 )] (8 10) mol 2 mol (N2 ) (1)
4、 金属晶体
金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。 原子或正离子通过自由电子结合，这种结合力是金属键。
金属键的强弱与构成金属晶体原子的原子半径、有效核 电荷、外层电子组态等因素有关。
5、 过渡型晶体
6、 混合键型晶体 例如，层状结构的石墨、二硫化钼、 氮化硼等属于混合键型晶体。
二、非晶体 目前广泛应用的非晶体固体有四类：
反渗透 如果在溶液的一侧施加一个大于渗透压的外压力，则溶 剂由溶液一侧通过半透膜向纯溶剂或低浓度方向渗透，这 种现象称为反渗透。反渗透法为海水淡化和废水处理提供 了一个重要方法。
溶液
纯水
海水淡化示意图
1.4Байду номын сангаас
固体和固体废弃物污染及其 治理
固体中的原子及其结合态粒子在空间的排布， 如果长程有序便称为晶体，如果短程无序就称为非晶体。