1-1-工程化学-第一章--杜可杰分析
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工程化学 第一章
2015/8/10 9
1.1 反应热的测量
2015/8/10
10
1.1 反应热的测量
(3)系统的分类 敞开系统: 系统和环境之间，既有物质交换， 又有能量交换。 (以热和功的形式 )
2015/8/10
11
1.1 反应热的测量
封闭系统 系统和环境之间，没有物质交换，但 有能量交换。 封闭系统中 物质的质量是守恒的。
反应热的测量
1.反应热 2.反应热的测量－弹式量热计 3.热化学方程式
2015/8/10
42
1.1 反应热的测量
1.反应热
H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g) qP = -241.82 kJ· mol-1
HgO(s) → Hg(l) + 1/2O2(g) qP = 90.83 kJ· mol-1
2015/8/10
5
学习要求
第一章 热化学与能源
讲授： 2～3课时 习题讨论：1课时
1.1 反应热的测量
1.2 反应热的理论计算
1.3 能源及其利用
学习要求
1.了解用弹式量热计测量定容反应热qv 的原理，熟悉qv的实验计算法。 2. 了解状态函数、反应进度、标准状态 的概念和热化学定律。理解等压反应热 qP与反应焓变的关系、等容反应热qv与 热力学能变的关系。掌握△rHӨm的近似 计算。
2015/8/10 2
普通化学
本课程的内容： 在化学基本理论和基本知识方面主要 包括热化学，化学反应的方向、程度 和速率，水化学，电化学，物质结构 基等； 在联系工程实际方面主要包括能源、 大气污染、水污染、金属腐蚀及防止 等。
第一章-流体流动-1-杜可杰
（二） 液位测量
1.近距离液位测量装置
化工厂中经常要了解容器里液体的贮存量，或要控制设备里的液面， 因此要进行液位的测量。大多数液位计的工作原理均遵循静止液体内 部压强变化的规律。
连通管： 最原始的液位计，在容器底部及液面上方各开一小孔，两 孔间用玻璃管相连
（二） 液位测量
玻璃管压差计
平衡室
压差计读数R反映出容器
关 系 、 查 工 资底册 、查手 续、查 在岗情 况等， 进行严 格清查 ，做
第一章 流体流动
② 连续介质假定
假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有 间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。 质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备
尺寸、远大于分子自由程。 工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究
p 1p 2R sin (0 )g
值越小，读数放大倍数越大。
ρ0
R' R sin
4. 微差压差计(双液压差计）
密度接近但不互溶的两种指示
液A和C (A ；C)
扩大室内径与U管内径之比应大于10 。 扩大室液面差可忽略
pp 1 p 2 R g (A C )
双液：水-煤油、酒精-煤油、CCl4-苯等
uqV m/s A
2）质量流速
单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
wqm qVu
AA
kg/（m2·s）
流量与流速的气关体系：：V=f(Tq ,Pm ) , 温qV 度、压u A 力变化w A
时，qv、u 随之变化，qm不变
3. 管径的估算 对于圆形管道：
费
总费用
用
d 4qV u
流量qV一般由生产任务决定。
pp 1p 2(0)g R
工程化学第一章
工程化学第一章
0.02 0.01
工程化学第一章
化学平衡：
在一定条件下，可逆反应处于化学 平衡状态：
特征： （1）系统的组成不再随时间而变。 （2）化学平衡是动态平衡。 （3）平衡组成与达到平衡的途径无关。
工程化学第一章
2 标准平衡常数表达式
对于气相反应：
对于溶液中的反应： Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
-x
x
平衡cB/(mol·L-1) 0.100-x 1.00×10-2-x 1.00×10-3+x
3.2x2－1.352x＋2.2×10-3=0
x=1.6×10-3 c(Ag+)=8.4 ×10-3mol·L-1
c(Fe2+)=9.84×10-2 mol·L-1
c(Fe3+)= 2.6 ×10-3mol·L-1
CO(g)+Cl2 (g)
0.0350 0.0270
108.5 83.7
108.5-83.7 0
x
x
24.8+x x
COCl 2(g)
0 0 83.7 -x 83.7-x
工程化学第一章
因为K 很大，x很小， 假设 83.7-x ≈ 83.7， 24.8+x ≈24.8 。 平衡时:p(CO)=24.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa
工程化学第一章
4 Le Chatelier 原理
1848年，法国科学家Le Chatelier 提出：
如果改变平衡系统的条件之一（浓度、 压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的 方向移动。
Le Chatelier原理只适用于处于平衡状 态的系统，也适用于相平衡系统。
0.02 0.01
工程化学第一章
化学平衡：
在一定条件下，可逆反应处于化学 平衡状态：
特征： （1）系统的组成不再随时间而变。 （2）化学平衡是动态平衡。 （3）平衡组成与达到平衡的途径无关。
工程化学第一章
2 标准平衡常数表达式
对于气相反应：
对于溶液中的反应： Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
-x
x
平衡cB/(mol·L-1) 0.100-x 1.00×10-2-x 1.00×10-3+x
3.2x2－1.352x＋2.2×10-3=0
x=1.6×10-3 c(Ag+)=8.4 ×10-3mol·L-1
c(Fe2+)=9.84×10-2 mol·L-1
c(Fe3+)= 2.6 ×10-3mol·L-1
CO(g)+Cl2 (g)
0.0350 0.0270
108.5 83.7
108.5-83.7 0
x
x
24.8+x x
COCl 2(g)
0 0 83.7 -x 83.7-x
工程化学第一章
因为K 很大，x很小， 假设 83.7-x ≈ 83.7， 24.8+x ≈24.8 。 平衡时:p(CO)=24.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa
工程化学第一章
4 Le Chatelier 原理
1848年，法国科学家Le Chatelier 提出：
如果改变平衡系统的条件之一（浓度、 压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的 方向移动。
Le Chatelier原理只适用于处于平衡状 态的系统，也适用于相平衡系统。
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。
第一章 流体流动-3-杜可杰
变形得 u22 u12 p1 p2
2
u22 u12
2p
连续性方程：
u1
A2 A1
u2
qm A2u2
A2 1 ( A2 )2
A1
2p
问题：（1）实际有能量损失； （2）缩脉处A2未知。
解决方法：用孔口速度u0替代缩脉处速度u2，引入 校正系数 C。
u02 u12 C
2p
由连续性方程
化工原理
授课人：杜可杰
版权所有
第六节 流量的测定
小孔
一、测速管（皮托管）
（一）结构 （二）原理 内管A处 流体动能与静压能 完全转化为静压能（冲压能）
pA p 1 u2
2 外管B处
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱpB p
p pA pB ( p 1 u2 ) p 1 u2
2 2
点速度：
u 2p
p R(0 )g
（二）流量方程
转子受力平衡
pAf Vf (f )g
即
p Vf (f )g
Af
仿孔板流量计
u0 CR
2p
CR
2Vf (f )g Af
CR—流量系数 ρf = 转子密度
体积流量
qV CR AR
2(f )Vf g Af
AR ---转子与玻璃管间的环隙截面积，m2
CR ---转子流量计的流量系数,无单位
与转子的形状及Re有关。
讨论：
（1）特点： 恒压差、恒流速、变截面——截面式流量计。
（2）刻度换算
标定流体：20℃水（＝1000kg/m3 ） 20℃、101.3kPa下空气（ ＝1.2kg/m3）
CR相同, 同刻度时 qV 2 qV 1
1(f 2 ) 2(f 1)
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。
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。
化学工程基础 第一章 第三节
1 n
平均速度
1 um umax 2
du dy
u m 0.82u max (n 7)
剪应力
du dy
四、流动边界层
1、边界层 流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域， 即流速降为主体流速的99％以内的区域。 边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。 边界层区（边界层内）：沿板面法向的速度梯度很 大，需考虑粘度的影响，剪应力不可忽略。
量，用 G 表示，单位为 kg／(m2· s)
Ws Vs G u A A
3、流速与管径的关系
圆形管路,若管道内径 d 表示，则
u
Vs d
2
d
4
4Vs u
一般: 密度大或粘度大的液体，u 应小;
含固体杂质流体 u 应大，避免固体沉积在管
内;
气体稍大10-30m/s，液体0.5-3m/s。
1St 100cSt 10 m / s
4 2
（6）影响粘度的因素 ①温度 液体—温度，粘度下降； 气体—温度，粘度。 ②压力： 液体—受压力影响很小； 气体—压力，粘度； 但只有在压力极高或极低时有影响。
三．流体流动的类型
• 稳定流动：任一点处流体的流速、压力、密度 等物理量仅随位置变，而不随时间改变的流动。
主流区（边界层外）：速度梯度很小，剪应力可以 忽略，可视为理想流体 。
2、边界层流型：层流边界层和湍流边界层
层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。 湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型转为
1 7
——1/7方律
um 0.82umax
通常遇到的情况下，湍流时的平均速度大约等于管中 心处最大速度的0.82倍。
《工程化学基础》第1章
欢迎大家共同学习
《工程化学基础》
教材：《工程化学基础》（第二版） 编著： 陈林根等 出版： 高等教育出版社
主讲人：x x x
1
第1章，绪 论
学习要求
1、了解化学学科的地位和作用，明确学习《工程化 学基础》的要求。 2、了解物质层次及其运动理论，理解认识源于实践 和没有止境的观点，确立正确的学习方法。 3、联系实例理解系统和环境，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。 4、明确化学反应中的质量守恒和能量变化，掌握物 质的量的符号、单位及有关计算。 5、明确反应进度的概念，掌握化学计量数正负值的 2 确定。
14
表1. 1
典型 层次 尺寸/m 胀观 宇观 宏观 微观 渺观 1040 1021 102 10–17 10–36
有关物质层次的一些情况
实 例 理 论 ？
过渡 尺寸/m 3×1030 3×1011 3×10-10 3×10-27
银河系 篮球场 基本粒子
太阳系 原子，分子
广义相对论 牛顿力学 量子力学 超弦（？
大学本科化学教学的分类 ①化学研究类， ②化学品生产类， ③非化学研究非化学品生产类。
10
2. 《工程化学基础》的编写特点 《工程化学基础》及其系列教材特意专门为上述 工程类学生设计和开设。它以化学原理为经线， 以化学在材料、信息、能源、环境、生命诸领域 中的目的 通过学习，首先使工程类学生理解以下三个方面内容： ①物质的组成无论多么复杂，它们最终都是由原子组 成的，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； ②物质的性质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，（这都和原子及其结合 态的电子运动状态有关）， 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。 12
《工程化学基础》
教材：《工程化学基础》（第二版） 编著： 陈林根等 出版： 高等教育出版社
主讲人：x x x
1
第1章，绪 论
学习要求
1、了解化学学科的地位和作用，明确学习《工程化 学基础》的要求。 2、了解物质层次及其运动理论，理解认识源于实践 和没有止境的观点，确立正确的学习方法。 3、联系实例理解系统和环境，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。 4、明确化学反应中的质量守恒和能量变化，掌握物 质的量的符号、单位及有关计算。 5、明确反应进度的概念，掌握化学计量数正负值的 2 确定。
14
表1. 1
典型 层次 尺寸/m 胀观 宇观 宏观 微观 渺观 1040 1021 102 10–17 10–36
有关物质层次的一些情况
实 例 理 论 ？
过渡 尺寸/m 3×1030 3×1011 3×10-10 3×10-27
银河系 篮球场 基本粒子
太阳系 原子，分子
广义相对论 牛顿力学 量子力学 超弦（？
大学本科化学教学的分类 ①化学研究类， ②化学品生产类， ③非化学研究非化学品生产类。
10
2. 《工程化学基础》的编写特点 《工程化学基础》及其系列教材特意专门为上述 工程类学生设计和开设。它以化学原理为经线， 以化学在材料、信息、能源、环境、生命诸领域 中的目的 通过学习，首先使工程类学生理解以下三个方面内容： ①物质的组成无论多么复杂，它们最终都是由原子组 成的，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； ②物质的性质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，（这都和原子及其结合 态的电子运动状态有关）， 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。 12
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。
工程化学教案-第1章全解
工程化学教案 第一章 •• 1工程化学教案——第一章 热力学主讲教师：董文魁、许力、李静萍等使用教材：许力等编著，《工程化学》，兰州大学出版社授课对象：非化学类各专业学生第一章热力学（讲授时数: 14学时）一．学习目的和要求1．掌握热化学的基本术语和概念（系统和环境、状态与状态函数、过程、相、化学反应进度）。
2．掌握热力学第一定律（热力学能、热和功、热力学第一定律、焓和热化学方程式、盖斯定律、键焓与反应焓）。
3．了解能源。
4. 掌握标准平衡常数的表达式、意义、应用。
5.掌握化学平衡移动的规律。
6.掌握熵、熵变和绝对熵的概念、意义。
7.掌握化学反应的标准摩尔吉布斯函数的引入和△r Gθm（T）的近似计算，能用其判定化学反应进行的方向。
8. 理解标准平衡常数Kθ的意义及其与△r Gθm（T）的关系，并掌握有关计算。
二．本章节重点、难点热化学的基本术语和概念（系统和环境、状态与状态函数、过程、相、化学反应进度）；热力学第一定律（热力学能、热和功、热力学第一定律、焓和热化学方程式、盖斯定律、键焓与反应焓）。
标准平衡常数的表达式、意义、应用（判断反应方向；程度、计算平衡组成）；化学平衡移动的规律；掌握熵、熵变和绝对熵的概念、意义。
化学反应的标准摩尔吉布斯函数的引入和△r Gθm（T）的近似计算，（化学反应的方向和吉布斯函数；化学反应进行的程度）；标准平衡常数Kθ的意义及其与△r Gθm（T）的关系；；化学反应的标准摩尔吉布斯自由能函数变△r Gθm（T）的近似计算；用△r Gθm（T）判定化学反应进行的方向。
三．学时分配热化学的基本术语和概念（系统和环境、状态与状态函数、过程、相、化学反应进•• 2工程化学教案 第一章• •3 度）（2学时）。
热力学第一定律（热力学能、热和功、热力学第一定律）（2学时）焓和热化学方程式、盖斯定律、键焓与反应焓（2学时）。
标准平衡常数的表达式、意义、应用（2学时）。
化学平衡移动的规律（1学时）。
工程化学——01 绪论
量的名称 时间 单位 分 时 日 符号 min h d
体积
能
升
电子伏
l、L
eV
第三节 有效数字
一． 有效数字的概念
有效数字(significant figure)是既能表达数 值大小, 又能表明测量值准确程度的数字表 示方法, 它包括测得的全部准确数字和一位 可疑数字，可疑数字的误差为±1。
25
mB MB nB
def
单位 kg· -1。以 g· -1为单位，原子MB的数 mol mol 值等于其 Ar，分子MB的数值等于其 Mr。
第五节 分散系统与混合物的组成标度
例
0.53g Na2CO3的物质的量是多少？ 运用摩尔质量的定义式
可以方便地计算MB 、 mB 和nB。
第五节 分散系统与混合物的组成标度
?
问题：1mol 物质有多少 1mol水能一口喝下，宇宙中的星球约 1/10 mol，算算直径 1cm 的小球排满我国 9.6×106 km2 陆地会有多厚？
第五节 分散系统与混合物的组成标度
一． 物质的量(amount of substance) 4. 摩尔质量(molar mass)和物质的量的计算 物质B的摩尔质量MB定义为B的质量mB除以B的 物质的量nB，即：
第一节 基础化学课程的地位和作用
三． 化学是一门中心学科。
第一节 基础化学课程的地位和作用
四． 化学和生命科学、药学的关系。
O O P O O 碱基 H C C OH H
N O H HN N H N NH N H
腺嘌呤 adenine
H N N H
胸腺嘧啶 thymine
O H N O
HOCH2 C H H C
体积
能
升
电子伏
l、L
eV
第三节 有效数字
一． 有效数字的概念
有效数字(significant figure)是既能表达数 值大小, 又能表明测量值准确程度的数字表 示方法, 它包括测得的全部准确数字和一位 可疑数字，可疑数字的误差为±1。
25
mB MB nB
def
单位 kg· -1。以 g· -1为单位，原子MB的数 mol mol 值等于其 Ar，分子MB的数值等于其 Mr。
第五节 分散系统与混合物的组成标度
例
0.53g Na2CO3的物质的量是多少？ 运用摩尔质量的定义式
可以方便地计算MB 、 mB 和nB。
第五节 分散系统与混合物的组成标度
?
问题：1mol 物质有多少 1mol水能一口喝下，宇宙中的星球约 1/10 mol，算算直径 1cm 的小球排满我国 9.6×106 km2 陆地会有多厚？
第五节 分散系统与混合物的组成标度
一． 物质的量(amount of substance) 4. 摩尔质量(molar mass)和物质的量的计算 物质B的摩尔质量MB定义为B的质量mB除以B的 物质的量nB，即：
第一节 基础化学课程的地位和作用
三． 化学是一门中心学科。
第一节 基础化学课程的地位和作用
四． 化学和生命科学、药学的关系。
O O P O O 碱基 H C C OH H
N O H HN N H N NH N H
腺嘌呤 adenine
H N N H
胸腺嘧啶 thymine
O H N O
HOCH2 C H H C
工程化学1
“系统”是根据研究对象的需要划分的。在讨论工 程实际问题时更要注意具体情况具体分析。比如烧结 炉是常用的工业设备(见图1—2所示)在这个例子中，如 果要讨论烧结工艺的有关问题就可把整个烧结炉作为 系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧 结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉 内可控保护气体间发生的反应，则把氨、氮和氢三种 气体 的 化学反应作为系统加以研究。
§1．2 “工程化学基础”的教学对象和目的
对中国大学本科的化学教学应分成三个大类：一、化学研 究类；二、化学品生产类；三、非化学研究非化学品生产类。 能源、信息、环境、军事、航空航天、交通运输等业、工业、 医药等工程类及其各类的物资流通、管理等应属第三大类。它 以化学原理为经线，以化学在材料、信息、能源、环境、生命 诸领域中的应用为纬线编织而成。 通过学习，应加深理解以下三个方面的内容：①物质世界， 性能各异的各种材料，都是由原子组成的。②原子在空间范围 和时间进程中运动着，相互作用着，并排列组合形成分子等结 合态单元。这种排列组合和相互作用都来自于电子运动状态的 改变，而电子运动状态又与光子(充满宇宙的辐射或能量子)有 关；③材料、生物体中化学单元的组成结构与其功能紧密相关； 它们在不同的条件下可以发生不同的化学变化；化学变化时能 量与质量紧密联系，不可分割，能量是物质存在的又一种表现 形式。
无机化学向生物学渗透形成了生物无机化学， 等等，事实上，无机化学已经在材料、能源、 信息、环保、生命科学及生物模拟等领域起着 举足轻重的作用。可以预见，无机化学将在科 学发展和社会进步的进程中，发挥愈来愈重要 的作用。
20世纪80年代以来的超导热，近几年的纳 米材料的发展，这也是无机化学的新发展，总 之，无机化学仍不失为一个具无限潜力的科学 领域。
1-1-工程化学-第一章--杜可杰报告
pV=nRT
化学反应的基本原理
3、状态与状态函数
状态函数的特点： 变化值只与系统的始态和终态有关，而与变化的过程无关。 状态一定，状态函数的值也一定。 系统经过一系列过程，回到原来的状态，即循环过程，状态函
数数值的变化为零。
化学反应的基本原理
4、过程与途径
过 程（Process） 状态变化的经过称为过程 （恒温、恒压、恒容、绝热过程、 循环过程、可逆过程）。
V，体积，m3；
ρ，密度，kg/m3；η，粘度，Pa· s
一个教室。可以想象被分为N个区域。
强度性质:不具有加和性 T=T1=T2=…… 广度(容量)性质:具有加和性 V=V1+V2+V3+…… 问题：密度是否为强度性质？
化学反应的基本原理
3、状态与状态函数
2）状态函数： • 系统的状态是系统一切宏观性质的综合表现。
于太空航行和精确定位。 玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性，正是利用这种特 性，哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为 零，将光储存了起来。
化学反应的基本原理
一、基本概念和基本知识
1) 聚集状态——现代研究扩展
费米子凝聚态————新物质可能导致产生下一代超导体 超固态 白矮星（white dwarf） 17.5吨/cm3
H2O + C6H6 + Hg
化学反应的基本原理
3、状态与状态函数
1）系统的状态： 系统的状态是指系统所处的状况。热力学用系统的宏观性 质描述系统的状态。系统的宏观性质通常包括：温度、体积、 压力、物质的量、热力学能等。对定量、定组成的均相系统，
任意两个独立的宏观性质可确立系统的性质。
因此，所谓状态实际上是系统的总性质。
大一工程化学第一章知识点
大一工程化学第一章知识点一、引言工程化学是一门综合性学科，它结合了化学、物理、材料科学等多个领域的知识，旨在培养学生掌握并应用现代化学技术，解决工程问题的能力。
通过学习工程化学的基础知识，我们可以更好地理解和应用化学的原理和方法，为我们从事工程化学相关领域的工作打下坚实的基础。
二、化学基础1. 原子结构和元素周期表工程化学的基础是对原子结构和元素周期表的理解。
原子是所有物质的基本单位，由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成。
元素周期表是将元素按照原子序数排列的表格，它可以帮助我们了解元素的性质和化学反应。
2. 化学键和化学反应化学键是原子之间相互作用的结果，常见的化学键有离子键、共价键和金属键等。
化学反应是原子重新组合形成新物质的过程，常见的反应类型包括酸碱中和反应、氧化还原反应和置换反应等。
三、化学平衡和化学热力学1. 化学平衡化学平衡是指化学反应前后反应物和生成物的摩尔数保持不变的状态。
根据动力学和热力学的原理，我们可以通过改变温度、压力和浓度等条件来控制和调节化学平衡。
2. 化学热力学化学热力学研究化学反应的能量变化和反应速率。
熵是物质分子混乱程度的度量，焓是化学反应过程中的热变化量。
根据热力学的原理，我们可以计算和预测化学反应的热力学参数，如焓变、熵变和自由能变化等。
四、溶液和溶解度1. 溶液的概念与分类溶液是由溶质和溶剂组成的均匀混合物。
按照溶解度的大小，溶液可以分为饱和溶液、过饱和溶液和不饱和溶液。
饱和溶液是指在一定温度和压力下，溶液中已经溶解了最大量的溶质。
2. 溶解度和溶剂的选择溶解度是指在一定温度和压力下，溶质在溶剂中的最大溶解量。
溶解度的大小受到溶质和溶剂性质的影响，如温度、压力、溶质和溶剂的相互作用力等。
根据不同的溶解度规律，我们可以选择适当的溶剂来实现溶质的溶解。
五、化学反应速率和催化剂1. 化学反应速率化学反应速率是指反应物消耗或生成的物质在单位时间内的数量变化。
反应速率受到温度、浓度、表面积和催化剂等因素的影响。
工程化学1
第1章气体和溶液8．已知在标准状态下1体积的水可吸收560体积的氨水，此氨水的密度为0.90g·mL －1。
求此氨水的质量分数和物质的量的浓度。
【解】设水（A ）的体积为1L ，则被吸收的氨气（B ）的体积为560L ，那么： 氨气的物质的量：mol 25molL 4.22L 5601B =⋅=-n 氨气的质量：g 425mol g 17mol 251B =⋅⨯=-m氨溶液的质量：g 1425425g g 1000B A =+=+m 氨溶液的体积： 1.58L mL 3.1583mL g 90.0g 14251B A B A ≈=⋅==-++ρm V 氨的质量分数：298.0g1425g 425B A B B ===+m m x 氨的量的浓度：1B A B B L mol 8.1558L .1mol 25-+⋅===V n c 9．经化学分析测得尼古丁中C 、H 、N 的质量分数依次为0.7403、0.0870、0.1727。
今将尼古丁溶于24.5g 水中，测得溶液的凝固点为－0.568℃。
求尼古丁的最简式、相对分子质量和分子式。
【解】设尼古丁的相对分子量为M ，根据稀溶液的依数性，凝固点下降：b K T ⋅=∆f5.24/21.11086.1)568.0(03M ⨯⨯=--，求得：162=M 1:7:501233.0:087.0:06167.0141727.0:1087.0:12740.0)N (:)H (:)C (===n n n NH 3C 尼古丁的结构式 尼古丁的最简式：N H C 75，式量：811471512=+⨯+⨯='M ，281/162/=='M M ，所以尼古丁的分子式为21410N H C ；结构式如上所示。
10．为防止水在仪器内冻结，在里面加入甘油，如需使其凝固点下降至－2.00℃，则在每100g 水中应加入多少克甘油（甘油的分子式为C 3H 8O 3）？【解】设100g 水中加入的甘油质量为m g ，甘油的相对分子质量92=M 。
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一、基本概念和基本知识
1) 聚集状态——现代研究扩展 玻色-爱因斯坦凝聚态--第五态
化学反应的基本原理
Ketterle在钠原子气中实现的BEC
希格斯玻色子
应用：凝聚体中的原子几乎不动，可用来设计高精度的原子钟，应用
于太空航行和精确定位。 玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性，正是利用这种特
性，哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为 零，将光储存了起来。
一、基本概念和基本知识
太阳、恒星及地球上空的电离层等都是等离子体。在整个 宇宙中，按质量估计，90％以上的物质处于等离子态。自然界 中也可看到等离子体现象，如闪电和极光。
化学反应的基本原理
阿拉斯加上空的极光 加拿大育空地区的极光 太阳 应用：
等离子体有利于产生“高能量”、“高密度”的化学 反应条件，从早期作为导电流体、高能量密度的热源发展 到化学合成、薄膜制备、表面处理和精细化工等领域，促 成了一系列工艺革新和巨大的技术进步。
化学反应的基本原理
Байду номын сангаас
化学反应的基本原理
一、基本概念和基本知识
1) 聚集状态——现代研究扩展 玻色-爱因斯坦凝聚态--第五态
如果物质不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去， 比如说，接近绝对零度（-273.16℃）吧，在这样的极低温下， 物质又会出现什么奇异的状态呢？
这时，奇迹出现了--所有的原子似乎都变成了同一个原子， 再也分不出你我他了！这就是物质第五态--玻色-爱因斯坦凝聚 态。 Bose – Einstein Condensation，BEC 1924年由玻色提出
一、基本概念和基本知识
1)聚集状态——现代研究扩展
等离子态--电浆态（Plasma）
等离子态的形成：我们知道，把冰加热到一定程度，它就 会变成液态的水，如果继续升高温度，液态的水就会变成气态 ，如果继续升高温度到几千度以上，气体的原子就会抛掉身上 的电子，发生气体的电离化现象，物理学家把电离化的气体就 叫做等离子态。
（2）封闭系统（closed system） 系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
三种常见系统
化学反应的基本原理
（3）孤立系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故
又称为隔离系统。有时把封闭系统和体系影响所及的环境 一起作为孤立系统来考虑。
三种常见系统
一、基本概念和基本知识
化学反应的基本原理
1) 聚集状态——现代研究扩展 等离子态--电浆态（Plasma）
所谓等离子态，是气体分子被高温或外加强磁场电离形成 的。该状态有大量的正离子、电子及未电离的气体分子组成。 它蕴含有大量的能量，一旦降温或降低场强，等离子态将被破 坏，同时释放出大量能量。
化学反应的基本原理
三种常见系统
化学反应的基本原理
敞开系统：既有物质交换又有能量交换 密闭系统：无物质交换但有能量交换 孤立系统：既无物质交换又无能量交换
化学反应系统一般为密闭系统。
三种常见系统
化学反应的基本原理
（1）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
三种常见系统
化学反应的基本原理
化学反应的基本原理
热力学的研究对象、方法和局限性
研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程 中所遵循的规律；
研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应； 研究化学变化的方向和限度。
研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结 论具有统计意义。
只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应 机理。
能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化 所需要的时间。
不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲 现实性。
要学习的问题
能否用人工方法将石 墨制造成金刚石呢？
(1)化学热力学 主要研究化学反应的方向和限度问题
常温下金刚石能否变 成石墨呢？
(2)化学动力学 研究化学反应速率、反应机理以及外界条件对金反刚应石速和率石的墨影的响性。质
注意： 系统与环境是可以相互转化的
研究目的不同，划分方法不同
化学反应的基本原理 体系
问题：我们所在的教室属于什么系统？为什么？
一、基本概念和基本知识
化学反应的基本原理
2、聚集状态与相 气态（gas）、液态（liquid）、固态（solid）
物质在通常情况下以什么状态存在，主要取决于构成物 质的微粒间的作用力及外部条件（如温度、压强等）。
为什么差别这么大？
(3)物质结构 主要研究物质的微观结构与包括反应性能在内的一切宏观性质 之间的关系。--后面学习
第一章 化学反应的基本原理
1 化学反应热效应及其计算
内
2
化学反应方向
容
3
化学反应速率
4 化学平衡
本章要内容
化学反应的基本原理
明确系统、环境、相、聚集状态等概念 认识反应热效应、热化学方程式等概念 能初步运用盖斯定律进行简单的热效应计算 熟悉常用热力学函数的意义，并能正确书写 掌握化学反应 ΔHθ298、ΔSθ298、ΔGθ298、ΔGθT的计算，判断反应自发性 认识化学平衡及平衡常数的意义，能用Kθ~ΔGθ关系式计算 了解反应速率等概念 了解反应速率的影响因素
工程化学
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授课人：杜可杰 E-mail: alaike1983@ 手机：
要解决的问题
化学反应的基本原理
• 在研究化学反应时，人们总会思考一些问题： 1. 在给定条件下，某化学反应能否自动进行？ 2. 若能自动进行，则进行到什么程度为止？ 3. 反应完成后是吸热还是放热？该热量是多少？ 4. 若利用化学能做有用功，则最多能做多少有用功？ 5. 一个化学反应是怎样发生的？经历那些具体步骤？ 6. 化学反应进行的速度如何？受哪些因素影响？ 1 2 3为化学热力学问题 4 5为化学动力学问题
第一章 化学反应的基本原理
1 化学反应热效应及其计算
内 容
一、基本概念和基本知识
化学反应的基本原理
1、系统和环境
人们研究的对象称为系统，系统作为研究对象把一部分物 质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。
系统以外与系统有关的部分称为环境。
系统+环境=宇宙
与系统密切相关、有相互作用或影响 所能及的部分称为环境。