Chapter 01 工程化學概論課件

1、工程化學（大學化學）華中科技大學化學與化工學院：齊公臺電 話：87543432-709E-mail： 華中科技大學工科專業(yè)2010級第一章 工 程 化 學 概 論1、化學與化學工業(yè)2、化學及化學工業(yè)的作用3、學習化學的重要意義4、化學物質(zhì)的分類與命名5、化學發(fā)展簡史6、化學學科的分支及其形成7、工科基礎(chǔ)化學（工程化學）數(shù)學：研究數(shù)字及其運算規(guī)律。 1.化學現(xiàn)代化學：研究泛分子的科學-十個內(nèi)涵(略)?；瘜W：研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及化學變化的規(guī)律。 2.化學工業(yè)：以化學過程為核心內(nèi)容和關(guān)鍵步驟的工業(yè)，通過 化學過程實現(xiàn)全部或部分生產(chǎn)目的的工業(yè)。1.1 化學與化學工業(yè)物理：研究物質(zhì)的運動規(guī)律。1

2、.2 化學及化學工業(yè)的作用（生活、能源、健康、環(huán)保）1.化學與生活 衣-人造纖維：粘膠纖維、醋酸纖維和銅氨纖維（人造棉）、人造絲、人造毛和富強纖維等。合成纖維：以有機化合物為原料，利用化學合成的方法，經(jīng)過聚合反應合成的高分子聚合物。 錦綸(尼龍)-聚酰胺纖維 滌綸(的確良)-聚酯纖維 腈綸-聚丙烯脂纖維 維綸(維尼綸)-聚乙烯醇纖維 丙綸-聚丙烯纖維 氯綸-聚氯乙烯纖維 日用化學品：合成洗滌劑、肥皂、香精、香料、化妝品、牙膏、油墨、火柴、干電池、烷基苯、骨膠、明膠、皮膠、甘油、硬脂酸、感光膠片、感光紙等。肥皂：含有822個碳原子的脂肪酸或混合脂肪酸的堿性鹽類(無機的或有機的)的總稱，是脂肪酸鹽

3、：RCOOM。 食 - 食物本質(zhì)是化學物質(zhì)，主要營養(yǎng)物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化食物(糖)、維生素、無機鹽(礦物質(zhì))、纖維素等。 住建筑材料、裝飾、家庭陳設(shè)品； 行交通工具、燃料；燃燒前脫硫 燃燒中脫硫 煙氣脫硫 微生物脫硫 煤的缺點：煤的發(fā)熱值比石油、天然氣低得多，利用效率低；通常的采煤方法，開采率僅為60%左右；運輸比石油、天然氣困難；煤在燃燒過程中生成的SO2、SO3污染環(huán)境，是引起酸雨的主要原因。 脫二氧化硫步驟 CaCO3空 氣燃燒爐S+O2SO2 CaCO3CaO+CO2CaO+SO2CaSO3煤CaSO3SO2 CO2空氣凈化室煙囪CaO的水懸浮溶液主要是CO2和空氣煤的潔凈利用

4、技術(shù)水煤氣合成氣煤的液化燃料水煤漿燃料。a.水煤氣：C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g)1200K缺氧b.合成氣：煤=H2(40%)+CO(15%)+CH4(15%) + CO2(30%) 水蒸氣O2(合成氣) 將H2和 CO進行甲烷化反應， 制取合成天然氣。 CO(g) + 3H2(g) = CH4 + H2O(l)(合成天然氣)(2)石油和天然氣石油以汽油(辛烷)為代表：C8H18(l) +25/2O2 = 8CO2(g) + H2O(l)天然氣以甲烷為代表：CH4(g) +2O2 = CO2(g) + 2H2O(l)液化氣：來自油田氣或煉廠氣，主要成分為高壓液化后的

5、 C3H8+C4H10。城市煤氣：煤的合成氣和煉焦氣，主要成分為 H2(50%)+CO(15%)+CH4(15%)。石油主要分餾產(chǎn)物餾 分沸點范圍()烴的碳原子氣體石油氣C1C4輕油溶劑油汽油3080C5C6C6C10煤油180280C10C16柴油280350C17C20重油潤滑油凡士林石蠟瀝青350500C18C30C18C30C20C30C30C40渣油500 C40 生命科學：1953年英國自然雜志發(fā)表了英國克里克和美國沃特森的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，通過X-射線結(jié)構(gòu)分析確定了生命物質(zhì)-核酸的空間結(jié)構(gòu)。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的解析奠定了當今分子生物學的基礎(chǔ)。二人因此獲得1962年諾貝爾

6、生理和醫(yī)學獎。sugarphosphatebackbonebaseshydrogenbondsbetweenbases3.化學對健康和生命的貢獻(藥物化學)4.化學與環(huán)境保護 大氣污染：氣候變暖、煙霧污染、酸雨、臭氧層損耗 水體污染與防治： 固體廢棄物污染與防治： 當今世界四大熱點問題(能源開發(fā)和利用、環(huán)境保護、生命科學、新材料研制)都離不開化學。5.化學與國防 武器、動力、 1.4 化學物質(zhì)的分類與命名1.分類單質(zhì)化合物無機物有機物：烴、醇與酚、醛、酮、羧酸、胺、酯、物質(zhì)2.命名：(略)1.5 化學發(fā)展簡史1.古代化學(15世紀以前)2.醫(yī)化學時期(公元15001700年)3.燃素說時期(公

7、元17001774年)4.近代、現(xiàn)代化學(1774年后)1.古代化學(15世紀以前)1) 實用和自然哲學時期(公元前后)a.100萬年前，原始社會，火的利用；b.公元前3000年左右，奴隸社會，以實用化學工藝為特征。 埃及：煉鐵、鞣制皮革、提取藥物香料、制造陶器；c.公元前2500-2000年，中國銅的冶煉技術(shù)，殷代青銅；商代青銅器(銅錫合金)d.公元前一世紀，中國發(fā)明了造紙術(shù)。e.關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)問題，最早見解是我國商末(約公元前1140年) “易經(jīng)”中的“八卦”和“五行”(金、木、水、火、土)學說。f.公元前五世紀， Empedocles(安培多克爾)提出宇宙是由水、 火、氣、土“四原質(zhì)”構(gòu)成

8、的。g.公元前400年德謨克利特：樸素原子論。h.公元前四世紀，亞里斯多德(Aristotle)提出冷、熱、干、濕的 “四原性”學說。 每一卦形代表一定的事物。乾-天，坤-地，坎-水，離-火，震-雷，艮-代表山，巽-代表風，兌-澤。八卦互相搭配又得到六十四卦，用來象征各種自然現(xiàn)象和人事現(xiàn)象。 Aristotle (384 - 322 B.C.)Plato (427-347 B.C.)Immortal philosopher of antiquity 封建社會，中國道家化學煉丹(Pb3O4、HgS)。 公元二世紀，東漢魏伯陽著有世界最早煉丹術(shù)文獻； 公元四世紀，東晉葛洪著有煉丹術(shù)巨著，發(fā)現(xiàn)了反應

9、的可逆性 (HgSHg；Pb3O4 Pb)及金屬的取代(Fe和Cu鹽)。 這段時期，化學走入了歧途，但積累了更多的化學知識，提高了實驗技術(shù)，制作了操作器皿。2)煉金術(shù)、煉丹術(shù)時期(公元前后公元1500年)3.燃素說時期(公元17001774年) 英國的波義爾(Boyle)提出各種物質(zhì)的微粒都是由基本粒子的不同聚集體構(gòu)成的。對燃燒現(xiàn)象認為火是由一種實在的、具有重量的火微粒構(gòu)成的。1700年，德國的施塔爾(Stahl)提出“燃素說”，清除了“四原性”(冷、熱、干、濕)學說。法國拉瓦錫(Lavoisier) 燃燒的氧學說，近代化學由此萌芽。4.近代、現(xiàn)代化學(1774年后) 傳統(tǒng)的化學學科領(lǐng)域包括：

10、無機化學、有機化學、物理化學、分析化學。新測試手段和新的數(shù)據(jù)處理方法不斷涌現(xiàn)促進了傳統(tǒng)學科的不斷完善。1.6 化學學科的分支及其形成無機化學分析化學有機化學物理化學四大基礎(chǔ)化學 貝采里烏斯(分析化學之父)分析天平的使用和定量分析的建立是分析化學形成的標志。 Jns Jakob Berzelius：原子量的測定；電荷的概念(二元論)；化學符號和化學方程式的創(chuàng)始人。 分析化學：含量的測定、成分的分析、結(jié)構(gòu)的表征，是分析化學的三大領(lǐng)域。分析天平的使用-定量概念的建立-高新儀器的發(fā)明和使用為分析化學的發(fā)展起到了重要的作用。 貝采里烏斯測定原子量使用的天平Jns Jakob Berzelius 有機化學

11、：研究碳氫化合物及其衍生物的化學。 19世紀初，李比希(Liebig)分析了大量的有機化合物；1824年，德國化學家維勒(Whler)成功合成了尿素；1834年，法國杜馬Dumas，系統(tǒng)定量地研究了鹵化反應，提出了“取代學說” ；1842年，日拉爾提出了有機化合物同系列的概念；弗蘭克的原子價學說；凱庫勒的原子鏈學說，1865年，提出苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)學說。有機立體化學的興起，有機結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展；十九世紀后半期，有機化學飛速發(fā)展。 Justus von Liebig Friedrich A.KekulFriedlich Whler 物理化學：從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學現(xiàn)象的聯(lián)系入手，探求化學變化規(guī)律的科學

12、。物理化學創(chuàng)立和發(fā)展：1)氣體理論和溶液理論的建立； 2)熱化學與化學熱力學的發(fā)展；3)電化學的建立和發(fā)展；4)化學動力學的發(fā)展；5)結(jié)構(gòu)化學的產(chǎn)生和發(fā)展。Svante August Arrhenius 電離學說J. Willard Gibbs 化學熱力學 高分子化學：研究高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性能與反應、合成方法、加工成型及應用的化學。 傳統(tǒng)化學與當代高新科技領(lǐng)域的結(jié)合，形成了許多新分支學科：高分子化學、量子化學、結(jié)構(gòu)化學、生物化學、環(huán)境化學、農(nóng)業(yè)化學、材料化學、地球化學、計算化學等。 The laboratory apparatus designed by Fritz Haber and R

13、obert Le Rossignol for producing ammonia from hydrogen and nitrogen。 (1)了解化學學科的概貌，并運用化學理論、觀點、方法，關(guān)注社會熱點話題。 (2)對工科同學，能將化學理論、方法與工程技術(shù)結(jié)合，分析和認識工程技術(shù)中的化學問題。1.7 工科基礎(chǔ)化學 1.教學目的：為工科類大學生提供基礎(chǔ)化學教育。使學生的基 礎(chǔ)知識、科學素質(zhì)得到提高。(1)理論化學：物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學熱力學、化學動力學。(2)基本知識和應用化學：物質(zhì)的性質(zhì)、與其他學科的滲透。2.教學內(nèi)容：介紹物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)理論和化學反應基本規(guī)律。3.學習要求看、聽、記、練仔細閱讀、復習教材：教材是基礎(chǔ)；專心致志聽課：聽老師講解比