第一章--绪论

第1章 绪论
三、一些基本概念
例
N2(g) + 3H2(g)
反应前物质的量 n1/mol
10 30
反应某时刻物质的量 n2/mol 8
24
则反应进度为：
2NH3(g) 0 4
[n2 (N2 ) - n1(N2 )] (8 -10) mol 2 mol
(N2 )
(-1)
或
[n2 (H2 ) - n1(H2 )] (24 - 30) mol 2 mol
第1章 绪论
三种热力学系统 系统可分为下述三类：
三、一些基本概念
敞开系统
封闭系统
孤立系统
有物质和能量交换 只有能量交换 无物质和能量交换
第1章 绪论
三、一些基本概念
2 NH3 (g)
N2(g) + 3 H2(g)
我们可以把氮氢氨作为一个系统， 其余的作为环境来研究上述反应。
炉膛
N2 H2
Ag
wk.baidu.comNH3
例如： 3H2 +2N2 = 2NH3
• 我们可以说3mol H2分子(等同于1mol 3H2 )
我们还可以说一摩尔(3H2 +2N2 ) 等同于3mol H2加2mol N2
我们不可以说一摩尔氢，因为它没表明氢 是原子还是分子
必须指明基本单元 ➢ 基本单元可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，
• 物质的化学组成，即原子和分子等原子结合态单元的组成； • 物质的化学结构，即在化学单元内和单元间的结构； • 物质的化学反应，即化学单元在变化时表现出的质量守恒能
量变化关系； • 分子是原子结合态单元的特例，对原子结合态单元更广泛的
含义将在第二章中进一步阐明； • 对原子和原子结合态单元与光、电、磁等的相互作用，与热
解释
➢ 电子和光子是微观粒子 • 量子力学理论 微观粒子的特性 ➢ 微观粒子作用具有不确定关系，即遵循不确定
原理 • 位置和动量不能同时具有确定数值 • 时间和能量不能同时具有确定数值 ➢ 微观粒子具有波粒二象性
第1章 绪论
2、 系统和环境
三、一些基本概念
研究对象就称为系统 系统以外与之直接联系的部分，称为环境
第1章 绪论
5. 由化学萌发出的新兴学科
二、化学是什么？
与其它学科之间的交叉与渗透萌发出许多新的学科
例如： 药物化学 地球化学 环境化学 生物化学 材料化学 ……
第1章 绪论
6. 化学是重要的基础学科
二、化学是什么？
化学在物理、生物、环境、天文宇宙、地质地理、 材料等学科发展中起着中心环节的作用。
• 电子化学品是电子材料及精细化工结合的高新技术产品。主要包括集成电路 和分立器件、电容、电池、电阻、光电子器件、印制线路板、液晶显示器件、 显像管、电视机、计算机、收录机、录摄像机、激光唱盘、音响、移动通讯 设备、传真机等电子元器件、零部件和整机生产与组装用各种精细化工材料。 电子化学品及下游元器件是电子信息产业的基础与先导，处于电子信息产业 链的前端，是信息通讯、消费电子、家用电器、汽车电子、节能照明、工业 控制、航空航天、军工等领域终端产品发展的基础。
第1章 绪论
三、一些基本概念
气态：均相 空气
液态：如果彼此互溶，形成一个相。如果彼此不互溶， 则形成多相，相间有明显的界面。 固态：一物一相
➢不管分散的多细，只要存在相界面即结构不同，属于 不同的相
石墨 金刚石 球碳
a-Fe 910C g-Fe 与结构有关
➢同一种固态物质，不管分成多少部分仅为一相
工程化学基础
第1章 绪论
教材
《工程化学基础》教材定 位于大学本科将来不从 事化学研究、及化学品 生产类学生的化学教学。 2002年获国家级优秀教 材二等奖，同时确立为 国家级“十五”规划教 材。
第1章 绪论
一、学什么？怎样学？
学习《工程化学基础》的目的
一、学什么？怎样学？
1、学习化学原理
2、通过学习，在技术创新中碰到相关的化学问题时有较好的 理解能力，达到“简单的问题自己解决，复杂的问题知道找谁 解决”。
Fe
绝热层
银片 低熔合金 铁片
烧结炉 支架
第1章 绪论
三、一些基本概念
西医 系统
中医
第1章 绪论
3、聚集状态和相
三、一些基本概念
物质在一定的温度和压力条件下所处的相对稳定的状态，称物 质的聚集状态，简称物态
相：系统中任何化学组成均匀，物理和化学性质都相同，且可 用物理方法分离出来的部分。相与相之间存在明显的界面。
或是这些粒子的特定组合。 • 特定组合，不限于已知或存在的独立单元，也不限于
整数原子的组合 ➢ 不能说“氢的物质的量”，“氯化汞的物质的量”
第1章 绪论
6、反应进度
三、一些基本概念
一般定义为：

[nB ( ) -
nB (0)]
B
反应进度ξ为 1 mol 简称摩尔反应。
根据反应进度的定义，它只与化学反应的方程式有关，而与选 择反应系统中何种物质来表述无关。例如合成氨反应。
……
第1章 绪论
4. 化学的学科体系
二、化学是什么？
六大分支学科（即化学的二级学科）： (1)无机化学：主要研究无机物的组成、结构、性质和无机化学 反应与过程（知识） (2)有机化学：主要研究碳氢化合物及其衍生物的化学，也有人 称之为“碳的化学” （知识） (3)高分子化学：主要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（知识） (4)分析化学：主要是测量和表征物质的组成和结构（技术） (5)物理化学：主要研究所有物质系统的化学行为的原理、规律 和方法（思维） (6)结构化学：研究物质的原子和分子等结合态单元结构和性质 的关系及其应用 （思维）
第1章 绪论
二、化学是什么？
2. 化学的主要任务
创造新物质 表：新分子和新材料的飞速增长
年份 1900 1945 1970 1975 1980 1985 1990
1999
已知化合物的数目 55万种 110万种，大约45年翻一倍 237万种，大约25年翻一倍 414. 8万种 593万种，大约10年翻一倍 785万种 1 057. 6万种，大约10年翻一 倍 超过 2 000 万种
纯的氧化铁粉末
(1)同一物质可因不同的聚集状态而形成不同 的相。如：水、蒸气、冰为不同的相。
(2)一个相并不一定是一种物质。如：空气或 溶液。
(3)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，白糖和食盐。
(4)同种元素组成，具有相同聚集状态的物质， 不一定是单相系统。如：金刚石、石墨
总之，具备一定的化学知识和化学思维是非常必要的，只有 这样，才能知道如何进行选择材料、使用材料和保护材料、 如何减少资源浪费和杜绝污染及有效地保护生态环境、实现 可持续发展，为未来的工作中有所发明创造打下坚实的基础。
• 电子化学品
• 又称电子化工材料。一般泛指电子工业使用的专用化学品 和化工材料，即电子元器件、印刷线路板、工业及消费类 整机生产和包装用各种化学品及材料。按用途可分成基板、 光致抗蚀剂、电镀化学品、封装材料、高纯试剂、特种气 体、溶剂、清洗前掺杂剂、焊剂掩模、酸及腐蚀剂、电子 专用胶黏剂及辅助材料等大类。电子化学品具有品种多、 质量要求高、用量小、对环境洁净度要求苛刻、产品更新 换代快、资金投入量大、产品附加值较高等特点，这些特 点随着微细加工技术的发展越来愈明显。
第1章 绪论
4、质量守恒和能量变化
三、一些基本概念
一般的化学反应方程式：
aA + bB ＝ yY + zZ
或 0 = – aA – bB + yY + Zz
通式：
0 BB
B
式中 νB 为相应指定物化学式 B 的计量数，B 为相应 指定物的化学式
能量变化如何表示？
反应通式表述了化学反应的两个特征： (1) 质量守恒
渺观
1040 1021 102 10–17
10–36
3×1030 3×1011 3×10-10
3×10-27
银河系 篮球场 太阳系
原子，分子 基本粒子
？ 广义相对论 牛顿力学 量子力学
超弦 ？
介观
➢ 原子和原子结合态单元是介观粒子(10-10 ~10-7 m) • 化学热力学和平衡理论 介观粒子特点 • 有静质量 • 运动时，有动能 • 相对静止时有势能 ➢ 化学反应中的能量变化可用动能和势能的变化来
能、电能的关系将在第三章和第四章中介绍； • 化学反应中原子和原子结合态单元在空间范围中排列组合和
时间进程中的相互作用与光、电、磁、热的关系还将在第四、 五、六章中进一步讨论。
第1章 绪论
• 二、化学是什么？
1. 化学研究的对象
二、化学是什么？
化学是从原子和分子等原子结合态单元层次上研 究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学
物质的总质量不变，即化学反应前后元素的种类和原子 数目保持不变
(2) 能量变化
化学变化伴随化学键的断裂和生成，因此反应会吸收或 放出热量
能量转化的两个实例
(a) 在火箭推进器中燃料燃烧，将化学能转化为 热能再转化为火箭运动的动能；(b) “暖宝宝”， 利用氧化放热来提供热量
(a)
第1章 绪论
三、一些基本概念
(H2)
(-3)
[n2 (NH 3) - n1(NH 3)] (4 - 0) mol 2 mol
(NH 3)
2
1 2
N2
(g)

3 2
H2
(g)

NH3
4 mol
小结
➢ 物质层次 ➢ 系统和环境概念，敞开系统、封闭系统、孤立
系统的划分 ➢ 聚集状态和相的关系，相的概念与真实内涵 ➢ 质量守恒和能量变化，“物质的量”的符号、
第1章 绪论
3. 化学的研究目的
二、化学是什么？
(1)保证人类的生存
诸如在解决人类粮食、能源、合理使用自然资源以及保护环境所做出的努力 和贡献。
(2) 提高人类的生活质量
诸如合成新的材料，以及物质的净化和纯化等。均使人类衣、食、住、行的 条件有大幅度的改善和提高。
(3) 延长人类的寿命
诸如探明生命过程中的化学奥秘，合成新的药物等。
第1章 绪论
试剂加入次序
水 乙醇 氯化钠 四氯化碳 硝酸银 碘化钾
三、一些基本概念 相实验
水：
一个相
水+乙醇：
一个相
水+乙醇+氯化钠（溶） 一个相
水+乙醇+氯化钠+四氯化碳
两个相
水+乙醇+氯化钠+四氯化碳+硝酸银 三个相
水+乙醇+氯化钠+CCl4+AgNO3+KI 四个相 (Ag+ +Cl- →AgCl ↓) (Ag+ +I- → AgI ↓ )
第1章 绪论
• 三、一些基本概念
1、物质的层次
三、一些基本概念
哲学上说：物质是客观实在，是运动的，运动是物质的基本属性 和存在形式。
物质是有层次的，如微观、宏观和宇观
第1章 绪论
三、一些基本概念
钱学森 表1. 1 有关物质层次的一些情况
层次 典型 过渡 尺寸/m 尺寸/m
实例
理论
胀观 宇观 宏观 微观
• 随着技术创新的发展，电子化学品的应用领域不断扩大，已渗透到国民经济 和国防建设的各个领域。没有高质量的电子化学品就不可能制造出高性能的 电子元器件。电子化学品在一定程度上决定或影响着下游及终端产业的发展 与进步，对于国内产业结构升级、国民经济及国防建设具有 要意义。工信部 指出，"十一五"期 ，我国必须大力发展电子材料产业，加快产业结构调整与 优化，缩小电子材料与国外先进水平的差距，提高国内自主配套能力，为电 子信息产业的发展提供有力支撑。
5、物质的量
1971年，第14届国际计量大会（CGPM）选择了物质的量作 为 7 个基本的物理量（长度、质量、时间、电流、热力学温度、 发光强度和物质的量）之一。用以计量原子、分子、电子等界 观和微观物质的量。
物质的量的符号记为 n，单位为摩尔(mol)。n与阿佛加德罗 常数 NA 和粒子数 N 的关系是 n = N / NA，其中 NA = 6. 022136×1023 mol–1。我们还知道某物质的摩尔质量（符号 为M）是该物质的质量（符号为m）与该物质的物质的量（n） 之比：M = m/n，它的单位为 kg·mol–1（千克/摩尔，读作千克 每摩尔）。物质的量(n)，不仅可以计量分子、原子、电子等 微观粒子的数目，进而计量电子、原子、分子等的量。
单位及有关计算 ➢ 反应进度的概念，化学计量数正负值
第1章 绪论
作业
• 作业：
练习题：P13-14 1、2、3、4、7、9