工程化学 概论

2)食
食物的本质是化学物质，主要营养物质包括：蛋白质、脂
肪、碳水化食物(糖)、维生素、无机盐(矿物质)、纤维素等。
3)日用化学品
合成洗涤剂、肥皂、香精、香料、化妆品、牙膏、油墨、
火柴、干电池、烷基苯、五钠（三聚磷酸钠）、骨胶、明胶、 皮胶、甘油、硬脂酸、感光胶片、感光纸等。 肥皂：含有8~22个碳原子的脂肪酸或混合脂肪酸的碱性盐 类(无机的或有机的)的总称，是脂肪酸盐：RCOOM。
1.4 化学物质的分类与命名
1.分类
物质
单质 化合物 无机物 有机物：烃、醇与酚、醛、酮、羧酸、 胺、酯、……
2.命名：(略)
1.5 化学发展简史
1.古代化学(15世纪以前)
1) 实用和自然哲学时期(～公元前后)
a.100万年前，原始社会，火的利用； b.公元前3000年左右，奴隶社会，以实用化学工艺为特征。 埃及：炼铁、鞣制皮革、提取药物香料、制造陶器； c.公元前2500-2000年，中国铜的冶炼技术，殷代青铜；
1200K
缺氧
b.合成气：煤=====H2(40%)+CO(15%)+CH4(15%) + CO2(30%)
水蒸气
(合成气)
O2
将H2和 CO进行甲烷化反应， 制取合成天然气。
CO(g) + 3H2(g) = CH4 + H2O(l)(合成天然气)
c.煤的液化燃料：以合成气为原料，生产液体燃料。 合成气油：nCO + (2n+1)H2 ============== CnH2n+2+nH2O
封建社会，中国道家化学炼丹(Pb3O4、HgS)。
公元二世纪，东汉魏伯阳著有世界最早炼丹术文献； 公元四世纪，东晋葛洪著有炼丹术巨著，发现了反应的可
逆性 (HgS←→Hg；Pb3O4←→ Pb)及金属的取代(Fe和Cu盐)。
这段时期，化学走入了歧途，但积累了更多的化学知识， 提高了实验技术，制作了操作器皿。
170~200℃,1~2MPa
活性Fe-Co Cu
合成甲醇：CO + 2H2O ============== CH3OH
300℃, 20~30MPa
d.水煤浆燃料：70%煤粉+30%水+少量添加剂，可代替油使用。
2)石油和天然气
石油以汽油(辛烷)为代表：C8H18(l) +25/2O2 = 8CO2(g) + H2O(l) 天然气以甲烷为代表：CH4(g) +2O2 = CO2(g) + 2H2O(l)
hydrogen bonds between bases
4.化学与环境保护
大气污染：气候变暖、烟雾污染、酸雨、臭氧层损耗…… 水体污染与防治：…… 固体废弃物污染与防治：……
1.3 学习化学的重要意义
“学好数理化，走遍天下都不怕”。 由于各学科之间的相互渗透日益增强，化学已经渗透到每 个工程技术领域。可以肯定，现代工程技术上所面临的课题需 要的化学知识会越来越多。
2.化学与能源
1)煤
①煤的成分
C、H、O、N、S、P (C135H96O9NS) 煤的热值(发热量，标准煤29.3MJ· kg-1，高质煤>30MJ· kg-1)。 水煤气 ②煤的洁净利用技术 合成气 煤的液化燃料
水煤浆燃料
a.水煤气：C(s) + H2O(g) ===== CO(g) + H2(g)
1.化学与生活
1)衣 人造纤维：粘胶纤维、醋酸纤维和铜氨纤维(人造棉、人造 丝、人造毛和富强纤维等都属于人造纤维。
合成纤维：以有机化合物为原料，利用化学合成的方法，
经过聚合反应合成的高分子聚合物。锦纶(尼龙)-聚酰胺纤维， 涤纶(的确良)-聚酯纤维，腈纶-聚丙烯脂纤维；维纶(维尼纶)-聚 乙烯醇纤维；丙纶-聚丙烯纤维；氯纶-聚氯乙烯纤维。
商代青铜器(铜锡合金)
f.公元前五世纪， Empedocles(安培多克尔)提出宇宙是由水、
火、气、土“四原质”构成的。 g.公元前400年德谟克利特：朴素原子论。
h.公元前四世纪，亚里斯多德(Aristotle)提出冷、热、干、湿的 “四原性”学说。 2)炼金术、炼丹术时期(公元前后～公元1500年)
凯库勒的原子链学说，1865年，提出苯的环状结构学说。
有机立体化学的兴起，有机结构理论的发展； 十九世纪后半期，有机化学飞速发展。
Justus von Liebig
Friedlich Wö hler
Friedrich A.Kekulé
物理化学：从物质的物理现象和化学现象的联系入手，探求
化学变化规律的科学。物理化学创立和发展：1)气体理论和溶液
2.化学工业
以化学过程为核心内容和关键步骤的工业，通过化学过程 实现全部或部分生产目的的工业。
1.2 化学及化学工业的作用
化学与生活：衣-服装；食-农业、食品；住-建筑材料、装饰、 家庭陈设品；行：交通工具、燃料；日用品。 化学与国防：武器、动力。
化学对健康和生命的贡献：药物化学。
化学与当今世界四大热点问题：环境保护；能源的开发和利用； 新材料研制；生命科学。
成方法、加工成型及应用的化学。
The laboratory apparatus designed by Fritz Haber and Robert Le Rossignol for producing ammonia from hydrogen and nitrogen。
1.教学目的
1.7 工科基础化学
d.公元前一世纪，中国发明了造纸术。
e.关于宇宙结构问题，最早见解是我国商末(约公元前1140年) 出现在“易经”中的“八卦”和“五行”学说。
Immortal philosopher of antiquity
Aristotle (384 - 322 B.C.)
Plato (427-347 B.C.)
生命科学：1953年英国《自然》杂志 发表了英国克里克和美国沃特森的DNA双
sugar phosphate backbone
螺旋结构的分子模型，通过X-射线结构分
析确定了生命物质-核酸的空间结构。 DNA双螺旋结构的解析奠定了当今 分子生物学的基础。二人因此获得1962年 诺贝尔生理和医学奖。
bases
Jö ns Jakob Berzelius：原子量的测定；电荷的概念(二元论)；
Βιβλιοθήκη Baidu
化学符号和化学方程式的创始人。
分析化学：含量的测定、成分的分析、结构的表征，是分 析化学的三大领域。分析天平的使用---定量概念的建立---高新
仪器的发明和使用为分析化学的发展起到了重要的作用。
贝采里乌斯测定原子量使用的天平
2)基本知识和应用化学：物质的性质、与其他学科的渗透。
Jö ns Jakob Berzelius
有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学。 十九世纪初，李比希(Liebig)分析了大量的有机化合物； 1824年，德国化学家维勒(Wö hler)成功合成了尿素； 1834年，法国杜马Dumas，系统定量地研究了卤化反应， 提出了“取代学说” ； 1842年，日拉尔提出了有机化合物同系列的概念； 弗兰克的原子价学说；
2.医化学时期(公元1500～1700年)
16世纪初，欧洲资本主义的发展使化学走上正路：炼金
术改革，化学方法制成药剂(无机物)；明代李时珍《本草纲 目》，列有中药材、矿物1000多种并附有制备方法、性质介 绍；明代宋应星著有《天工开物》(1639年)，总结了我国的 工业技术。
3.燃素说时期(公元1700～1774年) 英国的波义尔(Boyle)提出各种物质的微粒都是由基本粒 子的不同聚集体构成的。对燃烧现象认为火是由一种实在的、 具有重量的火微粒构成的。
无机化学：除去碳氢化合物和其大多数衍生物外，无机化 学是对所有元素和它们的化合物及反应进行实验研究和理论解
释的科学。最初的化学是无机化学。如：青铜、陶瓷、彩陶、
点金术、炼丹术、黑火药等；以门捷列夫、Meyer的元素周期律 为标志，标志现代无机化学形成。
贝采里乌斯(分析化学之父)分析天平的使用和定量分析的 建立是分析化学形成的标志。
3)城市煤气和液化气 城市煤气：煤的合成气和炼焦气，主要成分为
H2(50%)+CO(15%)+CH4(15%)。
液化气：来自油田气或炼厂气，主要成分为高压液化后的 C3H8+C4H10。 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。
3.化学对健康和生命的贡献(药物化学)
为工科类大学生提供基础化学教育。使学生的基础知识、 科学素质得到提高。 1)了解化学学科的概貌，并运用化学的理论、观点、方法， 关注社会热点话题。
2)对工科同学，能将化学理论、方法与工程技术结合，分
析和认识工程技术中的化学问题。 2.教学内容 介绍物质基本结构理论和化学反应基本规律。 1)理论化学：物质结构理论、化学热力学、化学动力学。
理论的建立； 2)热化学与化学热力学的发展；3)电化学的建立和 发展；4)化学动力学的发展；5)结构化学的产生和发展。
J. Willard Gibbs 化学热力学
Svante August Arrhenius 电离学说
传统化学与当代高新科技领域的结合，形成了许多新分支 学科：高分子化学、量子化学、结构化学、生物化学、环境化 学、农业化学、材料化学、地球化学、计算化学等。 高分子化学：研究高分子化合物的结构、性能与反应、合
1700年，德国的施塔尔(Stahl)提出“燃素说”，清除了“四
原性”学说。 法国拉瓦锡(Lavoisier) 燃烧的氧学说，近代化学由此萌芽。 4.近代、现代化学(1774年后)
1.6 化学学科的分支及其形成
传统的化学学科领域包括：无机化学、有机化学、物理化 学、分析化学。新测试手段和新的数据处理方法不断涌现促进 了传统学科的不断完善。 无机化学 四大基础化学 分析化学 有机化学 物理化学