Chapter 01 工程化學(xué)概論課件

1、工程化學(xué)（大學(xué)化學(xué)）華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院：齊公臺(tái)電 話：87543432-709E-mail： 華中科技大學(xué)工科專(zhuān)業(yè)2010級(jí)第一章 工 程 化 學(xué) 概 論1、化學(xué)與化學(xué)工業(yè)2、化學(xué)及化學(xué)工業(yè)的作用3、學(xué)習(xí)化學(xué)的重要意義4、化學(xué)物質(zhì)的分類(lèi)與命名5、化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史6、化學(xué)學(xué)科的分支及其形成7、工科基礎(chǔ)化學(xué)（工程化學(xué)）數(shù)學(xué)：研究數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)律。 1.化學(xué)現(xiàn)代化學(xué)：研究泛分子的科學(xué)-十個(gè)內(nèi)涵(略)?；瘜W(xué)：研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及化學(xué)變化的規(guī)律。 2.化學(xué)工業(yè)：以化學(xué)過(guò)程為核心內(nèi)容和關(guān)鍵步驟的工業(yè)，通過(guò) 化學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全部或部分生產(chǎn)目的的工業(yè)。1.1 化學(xué)與化學(xué)工業(yè)物理：研究物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1

2、.2 化學(xué)及化學(xué)工業(yè)的作用（生活、能源、健康、環(huán)保）1.化學(xué)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(qiáng)纖維等。合成纖維：以有機(jī)化合物為原料，利用化學(xué)合成的方法，經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)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(xué)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(gè)碳原子的脂肪酸或混合脂肪酸的堿性鹽類(lèi)(無(wú)機(jī)的或有機(jī)的)的總稱(chēng)，是脂肪酸鹽

3、：RCOOM。 食 - 食物本質(zhì)是化學(xué)物質(zhì)，主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化食物(糖)、維生素、無(wú)機(jī)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(diǎn)：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(kāi)采率僅為60%左右；運(yùn)輸比石油、天然氣困難；煤在燃燒過(guò)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(jìn)行甲烷化反應(yīng)， 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(lái)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(diǎn)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(rùn)滑油凡士林石蠟瀝青350500C18C30C18C30C20C30C30C40渣油500 C40 生命科學(xué)：1953年英國(guó)自然雜志發(fā)表了英國(guó)克里克和美國(guó)沃特森的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，通過(guò)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(dāng)今分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。二人因此獲得1962年諾貝爾

6、生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。sugarphosphatebackbonebaseshydrogenbondsbetweenbases3.化學(xué)對(duì)健康和生命的貢獻(xiàn)(藥物化學(xué))4.化學(xué)與環(huán)境保護(hù) 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(dāng)今世界四大熱點(diǎn)問(wèn)題(能源開(kāi)發(fā)和利用、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)、新材料研制)都離不開(kāi)化學(xué)。5.化學(xué)與國(guó)防 武器、動(dòng)力、 1.4 化學(xué)物質(zhì)的分類(lèi)與命名1.分類(lèi)單質(zhì)化合物無(wú)機(jī)物有機(jī)物：烴、醇與酚、醛、酮、羧酸、胺、酯、物質(zhì)2.命名：(略)1.5 化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1.古代化學(xué)(15世紀(jì)以前)2.醫(yī)化學(xué)時(shí)期(公元15001700年)3.燃素說(shuō)時(shí)期(公

7、元17001774年)4.近代、現(xiàn)代化學(xué)(1774年后)1.古代化學(xué)(15世紀(jì)以前)1) 實(shí)用和自然哲學(xué)時(shí)期(公元前后)a.100萬(wàn)年前，原始社會(huì)，火的利用；b.公元前3000年左右，奴隸社會(huì)，以實(shí)用化學(xué)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(guó)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(jì)，中國(guó)發(fā)明了造紙術(shù)。e.關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)問(wèn)題，最早見(jiàn)解是我國(guó)商末(約公元前1140年) “易經(jīng)”中的“八卦”和“五行”(金、木、水、火、土)學(xué)說(shuō)。f.公元前五世紀(jì)， 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(jì)，亞里斯多德(Aristotle)提出冷、熱、干、濕的 “四原性”學(xué)說(shuō)。 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(fēng)，兌-澤。八卦互相搭配又得到六十四卦，用來(lái)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(huì)，中國(guó)道家化學(xué)煉丹(Pb3O4、HgS)。 公元二世紀(jì)，東漢魏伯陽(yáng)著有世界最早煉丹術(shù)文獻(xiàn)； 公元四世紀(jì)，東晉葛洪著有煉丹術(shù)巨著，發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)

9、的可逆性 (HgSHg；Pb3O4 Pb)及金屬的取代(Fe和Cu鹽)。 這段時(shí)期，化學(xué)走入了歧途，但積累了更多的化學(xué)知識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)技術(shù)，制作了操作器皿。2)煉金術(shù)、煉丹術(shù)時(shí)期(公元前后公元1500年)3.燃素說(shuō)時(shí)期(公元17001774年) 英國(guó)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(duì)燃燒現(xiàn)象認(rèn)為火是由一種實(shí)在的、具有重量的火微粒構(gòu)成的。1700年，德國(guó)的施塔爾(Stahl)提出“燃素說(shuō)”，清除了“四原性”(冷、熱、干、濕)學(xué)說(shuō)。法國(guó)拉瓦錫(Lavoisier) 燃燒的氧學(xué)說(shuō)，近代化學(xué)由此萌芽。4.近代、現(xiàn)代化學(xué)(1774年后) 傳統(tǒng)的化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域包括：

10、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)。新測(cè)試手段和新的數(shù)據(jù)處理方法不斷涌現(xiàn)促進(jìn)了傳統(tǒng)學(xué)科的不斷完善。1.6 化學(xué)學(xué)科的分支及其形成無(wú)機(jī)化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)四大基礎(chǔ)化學(xué) 貝采里烏斯(分析化學(xué)之父)分析天平的使用和定量分析的建立是分析化學(xué)形成的標(biāo)志。 Jns Jakob Berzelius：原子量的測(cè)定；電荷的概念(二元論)；化學(xué)符號(hào)和化學(xué)方程式的創(chuàng)始人。 分析化學(xué)：含量的測(cè)定、成分的分析、結(jié)構(gòu)的表征，是分析化學(xué)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(xué)的發(fā)展起到了重要的作用。 貝采里烏斯測(cè)定原子量使用的天平Jns Jakob Berzelius 有機(jī)化學(xué)

11、：研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。 19世紀(jì)初，李比希(Liebig)分析了大量的有機(jī)化合物；1824年，德國(guó)化學(xué)家維勒(Whler)成功合成了尿素；1834年，法國(guó)杜馬Dumas，系統(tǒng)定量地研究了鹵化反應(yīng)，提出了“取代學(xué)說(shuō)” ；1842年，日拉爾提出了有機(jī)化合物同系列的概念；弗蘭克的原子價(jià)學(xué)說(shuō)；凱庫(kù)勒的原子鏈學(xué)說(shuō)，1865年，提出苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。有機(jī)立體化學(xué)的興起，有機(jī)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展；十九世紀(jì)后半期，有機(jī)化學(xué)飛速發(fā)展。 Justus von Liebig Friedrich A.KekulFriedlich Whler 物理化學(xué)：從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，探求化學(xué)變化規(guī)律的科學(xué)

12、。物理化學(xué)創(chuàng)立和發(fā)展：1)氣體理論和溶液理論的建立； 2)熱化學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)的發(fā)展；3)電化學(xué)的建立和發(fā)展；4)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展；5)結(jié)構(gòu)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展。Svante August Arrhenius 電離學(xué)說(shuō)J. Willard Gibbs 化學(xué)熱力學(xué) 高分子化學(xué)：研究高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性能與反應(yīng)、合成方法、加工成型及應(yīng)用的化學(xué)。 傳統(tǒng)化學(xué)與當(dāng)代高新科技領(lǐng)域的結(jié)合，形成了許多新分支學(xué)科：高分子化學(xué)、量子化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、材料化學(xué)、地球化學(xué)、計(jì)算化學(xué)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(xué)學(xué)科的概貌，并運(yùn)用化學(xué)理論、觀點(diǎn)、方法，關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)話題。 (2)對(duì)工科同學(xué)，能將化學(xué)理論、方法與工程技術(shù)結(jié)合，分析和認(rèn)識(shí)工程技術(shù)中的化學(xué)問(wèn)題。1.7 工科基礎(chǔ)化學(xué) 1.教學(xué)目的：為工科類(lèi)大學(xué)生提供基礎(chǔ)化學(xué)教育。使學(xué)生的基 礎(chǔ)知識(shí)、科學(xué)素質(zhì)得到提高。(1)理論化學(xué)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)。(2)基本知識(shí)和應(yīng)用化學(xué)：物質(zhì)的性質(zhì)、與其他學(xué)科的滲透。2.教學(xué)內(nèi)容：介紹物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律。3.學(xué)習(xí)要求看、聽(tīng)、記、練仔細(xì)閱讀、復(fù)習(xí)教材：教材是基礎(chǔ)；專(zhuān)心致志聽(tīng)課：聽(tīng)老師講解比