工程化学交大版

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1、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,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，20052.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，20023.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，20024.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

2、,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. 317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. 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

3、潜能,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）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

4、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。,世界由物质构成(物质变化：分子变化、原子变化）宇观物质：。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

5、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。（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。,（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,

6、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,（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,（4）聚集状

7、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。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

8、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：pPa； Vm3； TK； nmol R=8.314J.mol-1.K-

9、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),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(

10、或Vi=Vxi),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 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 液晶：能够在某一温度范围内（T1T2）兼有液体和晶体两

11、种特性的物质。 既有流动性又有各向异性性。固体（ T T1），液体（TT2）热致液晶（近晶型液晶、向列型液晶、胆甾型液晶） 液晶溶致液晶,热致液晶是由于加热某些晶体而形成的液晶。,热致液晶,液晶,晶体,液体,(1) 近晶型液晶 (2) 向列型液晶 (3) 胆甾型液晶,包括三类：,(3) 胆甾型液晶,(1) 近晶型液晶,(2) 向列型液晶,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

12、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。,液晶 (层状),晶体,胶团,溶液,液晶 (立方),液晶 (六方),卵磷脂,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。,液晶的用途,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。,1.3

13、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/m2.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

14、度。cB = nB/V4.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（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。

15、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。,超临界流体：温度和压力均处于临界点以上的气体。它既具有气体的性质（可以压缩或膨胀），又像液体一样（具有较大的密度、粘度比液体小、有较好的流动性和热传导性）。超临界流体应用的原理：在高压条件下，使超临界流体与物料接触，物料中的有效成分则溶于超临界流体中（相当于萃取），分离后，降低超临界流体的压力，有

16、效成分就析出（采用逐级降压，可使多种成分分步析出）。,1.6 物质的其它形态 1.6.1 等离子体 等离子体：它是由电子、带正电的离子、自由基和少量中性原子组成的一种高度电离状态的独特系统。 常温常压下，物质三态：气态液态固态 物质第四态：等离子体（在高温、放电等条件下） 条件：高压电场、高频感应、。,1.6.2 超高密度态 超高密度态：在高压或超高压条件下，使物质的结构和性质发生很大变化的状态。 例如：书P15 1.6.3 玻色-爱因斯坦冷凝态与费密冷凝态 常温常压下，物质三态：气态液态固态 物质第四态：等离子体（在高温、放电等条件下） 物质第五态：玻色-爱因斯坦冷凝态（1995年发现） 物质第六态：费密冷凝态（2003年发现） 玻色子：自旋动量矩为(1/2)(h/2)(h为普朗克常数）的偶数倍的微观粒子，如光子、介子、粒子及由偶数个核子构成的原子核等。因印度物理学家玻色而得名。玻色子不服从泡利不相容原理。 费密子：自旋动量矩为(1/2)(h/2)(h为普朗克常数）的奇数倍的微观粒子，如电子、质子、子及由奇数个核子构成的原子核等。因意大利物理学家费密而得名。费密子服从泡利不相容原理。,