工科大学化学教案

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1、H l工数自CMPEDU教 案课 程 名 称 工科大学化学课 程 性 质 考 查总学时/学分 40/2.5参 考 教 材 工科大学化学授课章节0绪 论课程性质必修学 时1教学目的要求掌握：化学的学科分支及其在社会发展中的作用。理解：了解化学的研究对象。了解：工科大学化学的学习内容。教学重点难点重点：化学的研究对象，化学的学科分支及其在社会发展中的作用。难点：化学的研究对象，化学的学科分支。教学方法结合启发性、提问式等教学手段进行系统讲授教具多媒体课件辅以板书授课提纲0.1化学的研究对象；0.2化学的学科分支；0.3化学的学科特点；0.4化学学科的发展趋势；0.5工科大学化学的学习内容教 学 主

2、 要 内 容备注0.1化学的研究对象化学是研究物质组成、结构、性质和变化规律的科学，是自然科学领域的重要基础学科。化学研究原子、离子、分子和超分子，其中最低物质层次是原子。超分子是分子借助分子间的弱相互作用力，通过自组装构成的具有高级结构的聚集体。化学是一门在原子、分子和超分子层次研究物质组成、结构、性质和变化规律的科学。0.2化学的学科分支从学科角度划分，化学属于一级学科，根据其研究对象和目的的不同，其分支学科主要包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等。无机化学(Inorganic Chemistry)是 以 19世 纪 6 0 年代元素周期律的发现为标志，研究无机化合物性质、组成、结

3、构和变化规律的分支学科。20世纪以来，无机化学有了更加蓬勃的发展，航天航空、石油能源、信息科学等领域的进步，推动了无机化学与这些领域的交叉融合，出现了无机材料化学、生物无机化学、固体无机化学、无机金属化学等新兴学科。有机化学(Organic Chemistry)是研究碳氢化合物及其衍生物组成、结构、性质、合成及其应用的分支学科。有机化学的结构理论和分类形成于1 9 世纪下半叶。随着有机化学研究的不断深入，该学科与其他新兴学科交叉融合，又逐步诞生出新的学科分支。分析化学(Analytical Chemistry)是研究物质组成、结构的分析方法及其理论的分支学科，是化学研究的重要支撑。分析化学根据

4、研究方法和手段不同，可分为化学分析和仪器分析。物理化学(Physical Chemistry)是用物理学的原理和实验手段研究化学变化基本规律的分支学科。1887年，范特霍夫创办了 物理化学杂志，标志着物理化学学科分支的形成。人们从物理学的发展中不断获得灵感，将其应用到更为复杂的化学领域，去揭示化学反应的原理和内在规律、化学物质的组成和结构、化学反应与外界环境因素(力、声、热、电、光、磁)的相互关系等，为深入理解化学本质提供了重要的理论基础。0.3化学的学科特点化学是一门理论和实践相结合的学科，遵循从实践中来、到实践中去、从个体到全面等原则，经历着对局部事实归纳和分类，提出规律、概念和假设，再对

5、假设进行验证，当验证与事实不符时，又开始新的假设和验证的过程。0.4化学学科的发展趋势化学自诞生以来，为人类文明的发展和进步起到了巨大的推动作用。进入 2 1 世纪，化学将在能源、资源、环境、健康等研究领域面临全新的任务和挑战。未来的几十年里，化学有三个主要的研究趋势。1）以解决重大实际问题为目标。化学与人类社会生活密不可分，从目前人类最为关切的能源、资源、环境、健康等重大问题出发，开展研究，化学会有广阔的发展空间并取得重要的研究突破。2）进一步与各学科交叉融合，拓展学科生长点。化学研究本身具有巨大的创新能力，与其他学科交叉融合，学习和借鉴相关学科的理论和实验成果,会使化学具有更持久的生命力。

6、3）全面深入开展超分子、介观领域、多尺度问题等方面的研究。2 0世纪以来，化学家们在分子水平上对物质的组成、结构研究积累了大量的实践经验，但在超分子、介观领域和多尺度问题等复杂体系的研究才刚起步。这些体系的研究，将有利于人们对各种生命现象和材料性能进行深入理解，提炼出关键的化学问题并加以解决。0.5工科大学化学的学习内容大学化学是化学相关专业的重要基础课程，是化学学科的导论课程，主要介绍化学的基础知识、基本原理和研究方法；而工科大学化学将结合工程实践需要，介绍物质的聚集状态与环境保护、化学反应的能量与方向、化学平衡和反应速率、水溶液中的化学平衡、物质结构基础、氧化还原反应与电化学基础、化学与工

7、程材料等内容。通过本书的学习，学生可以在中学化学的基础上，掌握近代化学基本理论、基础知识及技能在工程实践中的基本应用，提高其发现问题、分析问题和解决问题的能力，为后续学习和工作奠定一定的化学基础。作 业 题一、查阅化学相关资料，联系本专业谈谈化学的发展与应用，撰写小论文，字 数1000字左右。二、观看学堂在线“工程化学”慕课绪论的相关视频内容。授课章节1 物质的聚集状态与环境保护课程性质必修学 时6教学目的要求掌握：理想气体状态方程，气体分压定律，溶液浓度的表示方法，稀溶液的依数性。理解：晶体和非晶体特点，固体表面的吸附与干燥，环境保护与可持续性发展。了解：了解大气污染与防治，水资源污染及其防

8、治，固体废弃物的利用及处理。教学重点难点重点：理想气体状态方程，气体分压定律，溶液浓度的表示方法，稀溶液的依数性，晶体和非晶体特点，固体表面的吸附与干燥，环境保护与可持续性发展，大气污染与防治，水资源污染及其防治，固体废弃物的利用及处理。难点：理想气体状态方程，气体分压定律，溶液浓度的表示方法，稀溶液的依数性，晶体和非晶体特点，固体表面的吸附与干燥。教学方法结合启发性、提问式等教学手段进行系统讲授教具多媒体课件辅以板书授课提纲1.1 气体1.1.1 理想气体 L L 2 气体分压定律1.1.3 大气污染与防治1 2 溶液1.2.1溶 液浓度的表示方法1.2.2稀 溶液的依数性 1.2.3水资源

9、保护 1.3固体1.3.1 晶体和非晶体1.3.2 固体表面的吸附与干燥1.3.3 固体废弃物的利用及处理1.4环境保护与可持续性发展 本章小结教 学 主 要 内 容备注1.1 气体气体的分子间作用力很小，没有固定的体积和形状，易流动，具有扩散性和可压缩性，这些物理特性给研究带来了很多困难。为了简化问题,人们提出了一种假想的气体模型理想气体。1.1.1 理想气体理想气体指气体分子为没有体积的质点，分子之间没有相互作用力，分子之间的碰撞及分子与容器器壁间碰撞没有能量损失的气体。实际上，理想气体是不存在的。研究结果表明：在高温、低压条件下，气体分子间的距离增大，分子的体积和分子间作用力均可忽略，这

10、时的气体可近似看作是理想气体。pV=nRT1.1.2 气体分压定律实际生产过程中，经常遇到的是气体混合物。例如，空气是由氧气、氮气、二氧化碳和稀有气体等多种气体组成的混合物。通常，把组成混合气体的每一种气体称为混合气体的组分气体。混合气体中各组分气体的含量，可以用其分压来表示P=pi+P2+P3+P4+=Z PB1.13大 气污染与防治大气是多种气体的混合物，其总质量约为6 x 1015 t,相当于地球质量的百万分之一。大气层的厚度在1000km以上，没有明显的界线，其中人类赖以生存的空气主要是在距地面10 12km的范围内。1）大气污染的形成大气污染的形成，有自然原因和人为原因。前者如火山爆

11、发、森林火灾、岩石风化等；后者如燃烧物释放、工业废气排放等。目前，世界各地的大气污染主要是人为因素造成的。其中化石燃料的燃烧，向大气释放了大量二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物质，这些物质严重影响了大气环境，会对人类造成危害。形成大气污染的主要因素有污染源、大气状态和受体。大气污染分为教 学 主 要 内 容污染物排放、大气运动的作用和相对受体的影响这三个过程。因此，大气污染的程度与污染物的性质、污染源的排放、气象条件和地理条件等有关。2）大气污染的来源大气污染历史始于取暖和煮食，到 1 4 世纪，燃煤释放的烟气已成为主要污染问题。18世纪工业革命后，工业用的燃料燃烧、燃煤造成的空气污染更加严重。

12、大气污染的来源有以下三种类型。（1）工业污染源 工业污染源包括燃料燃烧排放的污染物，生产过程中的排气以及生产过程中排放的矿物和金属粉尘。（2）生活污染源这种污染源主要为家庭炉灶排气，是一类排放量大、分布广、危害性不容忽视的空气污染源。（3）汽车尾气汽车尾气污染指由汽车排放的废气造成的环境污染，主要污染物为碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳、含铅化合物等，可以引起光化学烟雾。3）大气污染物目前对环境和人类产生危害的大气污染物中，影响范围广、具有普遍性的污染物有以下几种。（1）颗粒物颗粒物指除气体之外，包含于大气中的物质，包括各种固体、液体和气溶胶，其中有固体的灰尘、烟雾以及液体的云雾和雾滴，其粒径范

13、围主要在200 0.W m 之间。（2）硫氧化物 硫常以SO2、H2s的形态进入大气，也有以亚硫酸及硫酸（盐）微粒的形式进入大气。（3）碳氧化物 碳氧化物主要是C O 和 CO2。CO主要由含碳物质不完全燃烧产生。4）大气污染的治理方法根据大气污染物的存在状态不同，大气污染的治理方法可分为以下两类。备注（1）颗粒污染物常采用除尘法来治理。除尘方法和设备的种类很多,教 学 主 要 内 容选择适合的除尘方法和设备，除需考虑当地大气环境质量、尘的环境容许标准、排放标准、设备的除尘效率及有关经济技术指标外，还必须了解尘的特性，如粒径、粒度分布、形状、密度、黏性、可燃性及含尘气体的化学成分、温度、压力等

14、。（2）气态污染物主要有吸收、吸附、催化、燃烧、膜分离等治理方法。1.2溶液溶液是一种分散体系，由溶质和溶剂组成。许多化学反应都是在溶液中进行的，许多物质的性质也是在溶液中呈现的，其与人类的工农业生产、日常生活和生命现象都有极为密切的关系。溶液有许多种类，根据其聚集状态不同，可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。液态溶液是最常见的溶液，根据溶质不同，又可分为电解质溶液和非电解质溶液两大类。水溶液是最常用的物质体系，有些物质可以与水以任意比例互相混溶，如乙醇。1.2.1 溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法可分为两大类，一类是用溶质和溶剂的相对量表示，另一类是用溶质和溶液的相对量表示。由于溶质、溶

15、剂或溶液使用的单位不同，浓度的表示方法也不同。1）质量分数在混合物中，组 分 B 的质量mB与混合物总质量m 总之比，即为该组分B 的质量分数，用 WB表示，单位为1。WB=FOB/01 总2）摩尔分数在混合物中，组分B 的物质的量nB与混合物总的物质的量n.6之比X B=ns/n e对于液体和固体混合物，一般用X B表示，对于气体混合物，一般改 用 yB表示。备注3）质量摩尔浓度在溶液中，溶 质 B 的物质的量nB除以溶剂A 的质量m A,即为溶教 学 主 要 内 容质 B 的质量摩尔浓度，用 b B 表示，单位为m o l-k g1 ob B =n B /m A4）摩尔浓度在溶液中，物 质

16、 B 的物质的量nB除以溶液的体积V,即为物质B 的摩尔浓度，用CB表示，单位为m o l-L1 oC B=i w/V1.2.2稀溶液的依数性溶液按溶质类型不同可以分为电解质溶液和非电解质溶液。非电解质稀溶液具有以下共同性质：溶液的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降以及产生渗透压。这些性质都与溶液中溶质的粒子数（浓度）有关，而与溶质的本性无关，这类性质称为稀溶液的依数性。1）稀溶液的蒸气压下降备注P=PA XA2）溶液的沸点上升和凝固点下降（1）液体的沸点与凝固点当液体的蒸气压等于外压时，液体就会沸腾，此时的温度称为液体的沸点，用 T b 表示。液体的沸点随外压的升高而增大，例如：外 压 为 9 3.3 k P a 时，H2O 的沸点为9 7.7 ;外压为l O l k P a （即标准大气压）时，H2O 的沸点为1 0 0 o标准大气压下H2O的沸点称为正常沸点，通常所说液体的沸点指正常沸点。液体的正常凝固点指在l O l k P a 外压下，该物质的液相与固相达到平衡时的温度。例如H2O 的正常凝固点是0 C ,此时水与冰共存，建立了液-固两相平衡，水的蒸气压等于冰的蒸气压。即：凝固