Chapter 01 工程化學概論

工程化學（大學化學）華中科技大學化學與化工學院：齊公臺

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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

①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

⑤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8～22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：RCOOM。

②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。

③?。ㄖ牧?、裝飾、家庭陳設(shè)品；

④行－交通工具、燃料；2.化學與能源(1)煤①煤的成分：C、H、O、N、S、P

－C135H96O9NS煤的熱值(發(fā)熱量，標準煤29.3MJ·kg-1，高質(zhì)煤>30MJ·kg-1)。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+O2→SO2CaCO3→CaO+CO2CaO+SO2→CaSO3煤CaSO3SO2CO2空氣凈化室煙囪CaO的水懸浮溶液主要是CO2和空氣②煤的潔凈利用技術(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)合成氣油：nCO+(2n+1)H2=============CnH2n+2+nH2O活性Fe-Co170~200℃,1~2MPa合成甲醇：CO+

2H2O==============CH3OHCu300℃,20~30MPad.水煤漿燃料：70%煤粉+30%水+少量添加劑，可代替油。c.煤的液化燃料：以合成氣為原料，生產(chǎn)液體燃料。(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

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C1～C4輕油溶劑油汽油30～80C5～C6C6～C10煤油180～280C10～C16柴油280～350C17～C20重油潤滑油凡士林石蠟瀝青350～500C18～C30C18～C30C20～C30C30～C40渣油>500>C40(3)其他能源

風能、地熱能、潮汐能、太陽能、核能、……(4)干凈、無毒、無污染的二次能源-氫需解決的三個問題：氫的制取、儲存、利用。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、……化學是物質(zhì)科學的基礎(chǔ)學科之一，是一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的科學。由于各學科之間的相互滲透日益增強，化學已經(jīng)滲透到每個工程技術(shù)領(lǐng)域?？梢钥隙?，現(xiàn)代工程技術(shù)上所面臨的課題需要的化學知識會越來越多。“學好數(shù)理化，走遍天下都不怕”。1.3學習化學的重要意義

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1500～1700年)3.燃素說時期(公元1700～1774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(384-322B.C.)Plato(427-347B.C.)Immortalphilosopherofantiquity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)了反應的可逆性(HgS←→Hg；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)16世紀初，化學走上正路：煉金術(shù)改革，化學方法制成藥劑(無機物)；李時珍《本草綱目》，列有中藥材、礦物1000多種并附有制備方法、性質(zhì)介紹；明代宋應星著有《天工開物》(1639年)，總結(jié)了我國的工業(yè)技術(shù)。2.醫(yī)化學時期(公元1500～1700年)3.燃素說時期(公元1700～1774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：無機化學、有機化學、物理化學、分析化