工程化学 ppt课件.ppt
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建筑精选课件,1,工程化学,建筑精选课件,2,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,建筑精选课件,3,参考书:
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,建筑精选课件,4,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,建筑精选课件,5,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,开发创新潜能,建筑精选课件,6,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),建筑精选课件,7,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,建筑精选课件,8,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。
建筑精选课件,9,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。
建筑精选课件,10,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,建筑精选课件,11,
(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),建筑精选课件,12,2.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。
建筑精选课件,13,
(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,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,建筑精选课件,14,(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,建筑精选课件,15,(4)聚集状态和相聚集状态:
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:
建筑精选课件,16,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。
建筑精选课件,17,1.1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;nmolR=8.314J.mol-1.K-1。
建筑精选课件,18,1.1.2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(DaltonJ)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),建筑精选课件,19,2.分体积定律(阿马格(AmagatEH)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(或Vi=Vxi),建筑精选课件,20,1.1.3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),建筑精选课件,21,1.2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,建筑精选课件,22,1.2.2液晶液晶:
能够在某一温度范围内(T1T2)兼有液体和晶体两种特性的物质。
既有流动性又有各向异性性。
固体(TT1),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,建筑精选课件,23,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:
建筑精选课件,24,(3)胆甾型液晶,
(1)近晶型液晶,
(2)向列型液晶,建筑精选课件,25,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。
建筑精选课件,26,液晶(层状),晶体,胶团,溶液,液晶(立方),液晶(六方),卵磷脂,建筑精选课件,27,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。
建筑精选课件,28,1.3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,建筑精选课件,29,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),建筑精选课件,30,3.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,建筑精选课件,31,1.4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。
建筑精选课件,32,1.5超临界状态临界点:
在P-V图上确定临界状态的一点。
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。
建筑精选课件,33,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,有效成分就析出(采用逐级降压,可使多种成分分步析出)。
建筑精选课件,34,1.6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、。
建筑精选课件,35,1.6.2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P151.6.3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)
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