大学化学-化学原理.ppt

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1、化学原理（1）绪论绪论Introduction为什么本专业要学习化学原理（为什么本专业要学习化学原理（1）课程？）课程？明确开设本课程的意义并掌握基础理明确开设本课程的意义并掌握基础理论论了解化学在社会发展中的作用与地位了解化学在社会发展中的作用与地位开阔视野，拓宽知识面，完善知识体开阔视野，拓宽知识面，完善知识体系系1一、开设本课程的意义一、开设本课程的意义化学作为一门重要的基础学科，它在自然科学中具有重要的地位。化学作为一门重要的基础学科，它在自然科学中具有重要的地位。Pimentel G.C.美美在在化学中的机会化学中的机会-今天和明天今天和明天一书中指出，一书中指出，“化学化学是一门中

2、心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切关系。是一门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切关系。”世界是由世界是由物质组成的。所有物质，大至星球小至微生物，都是由为数不多的化学元物质组成的。所有物质，大至星球小至微生物，都是由为数不多的化学元素以原子、分子、离子的形态组成的。素以原子、分子、离子的形态组成的。2物理变化：不产生新物质，只是改变了物质的状态物理变化：不产生新物质，只是改变了物质的状态例如水的结冰，碘的升华。例如水的结冰，碘的升华。化学变化：一些物质转化为性质不同的另一些物质化学变化：一些物质转化为性质不同的另一些物质例如煤的燃烧，其实质是将碳转变为二氧化碳气体。物质的组成和结

3、例如煤的燃烧，其实质是将碳转变为二氧化碳气体。物质的组成和结合方式都发生了改变，生成的新物质表现出与原物质完全不同的物理合方式都发生了改变，生成的新物质表现出与原物质完全不同的物理性质和化学性质。性质和化学性质。只要仔细观察一下周围的世界，就会发现形形色色的物质都只要仔细观察一下周围的世界，就会发现形形色色的物质都处于变化之中。按照物质变化的特点，大致可分为两种类型：处于变化之中。按照物质变化的特点，大致可分为两种类型：化学是一门以研究物质的化学变化为主的科学，在原子、化学是一门以研究物质的化学变化为主的科学，在原子、分子的层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律。分子的层次上研究物质的组

4、成、结构、性质及其变化规律。3 化学已经成为人类认识物质自然界，改造物质自然界，并从物质和自然化学已经成为人类认识物质自然界，改造物质自然界，并从物质和自然界的相互作用得到进步的一种极为重要的武器，界的相互作用得到进步的一种极为重要的武器，人类的生活密切地依赖化人类的生活密切地依赖化学。学。但科学是双刃剑，经过但科学是双刃剑，经过100 多年的工业大发展之后，人们才渐渐明白：多年的工业大发展之后，人们才渐渐明白：天然资源的滥采和化学品的滥用已经反过来影响人类的安全。三废的治理天然资源的滥采和化学品的滥用已经反过来影响人类的安全。三废的治理和利用，寻找净化环境的方法和对污染情况的监测，都是现今化

5、学工作者和利用，寻找净化环境的方法和对污染情况的监测，都是现今化学工作者的重要任务，的重要任务，绿色化学是化学发展的总的指导思想。绿色化学是化学发展的总的指导思想。能源危机也是困扰人类发展的一大难题，能源危机也是困扰人类发展的一大难题，开发和利用新能源，特别是清开发和利用新能源，特别是清洁而又取之不尽的能源是化学工作者们奋斗的目标，核能、氢能、太阳能、洁而又取之不尽的能源是化学工作者们奋斗的目标，核能、氢能、太阳能、燃料电池、生物物质能源、利用海水盐差发电等是燃料电池、生物物质能源、利用海水盐差发电等是21世纪化学的前沿性世纪化学的前沿性课题。课题。材料科学创造了生产和生活的物质基础。材料科学

6、创造了生产和生活的物质基础。如高分子材料造就了合成纤维、如高分子材料造就了合成纤维、轮胎、塑料制品；荧光物质的发现产生了电视、半导体与信息产业等。轮胎、塑料制品；荧光物质的发现产生了电视、半导体与信息产业等。今今后需要进一步研究和开发具有特殊光、电、磁及催化性能的新材料。后需要进一步研究和开发具有特殊光、电、磁及催化性能的新材料。42011.8.28江苏卫视非诚勿扰节目上，一位拥有生物化学江苏卫视非诚勿扰节目上，一位拥有生物化学博士学位的男嘉宾陈晨用自己的专业知识解读爱情的发展过程：博士学位的男嘉宾陈晨用自己的专业知识解读爱情的发展过程：“放电期放电期”：当遇到心动异性的时候，人体内会分泌一种

7、神经：当遇到心动异性的时候，人体内会分泌一种神经兴奋剂兴奋剂“苯基乙胺苯基乙胺”；热恋期：人体内会分泌热恋期：人体内会分泌“多巴胺多巴胺”，给人甜蜜、幸福的感觉。，给人甜蜜、幸福的感觉。但其浓度高峰最多仅能维持但其浓度高峰最多仅能维持4-5年，所以甜蜜的感觉最多也仅年，所以甜蜜的感觉最多也仅有有4-5年，建议谈恋爱不宜太久；年，建议谈恋爱不宜太久；结婚后：体内会分泌结婚后：体内会分泌“内啡肽内啡肽”，用安逸、平和来填补激情，用安逸、平和来填补激情，维持婚姻的长久发展；维持婚姻的长久发展；发生婚外恋时：体内分泌的发生婚外恋时：体内分泌的苯基乙胺多于内啡肽。苯基乙胺多于内啡肽。那么，这些激素都是什

8、么物质？通过什么机制对人体产生这些那么，这些激素都是什么物质？通过什么机制对人体产生这些作用呢？作用呢？爱情是大脑中的一种爱情是大脑中的一种“化学鸡尾酒化学鸡尾酒”，由化学，由化学物质多巴胺、苯乙胺、后叶催产素（由脑下垂体物质多巴胺、苯乙胺、后叶催产素（由脑下垂体分泌的一种激素，与人体天然产生的分泌的一种激素，与人体天然产生的“鸦片鸦片”内啡肽有协同作用，启动依恋他人的愿望）内啡肽有协同作用，启动依恋他人的愿望）组成，时间长了，人体会对这三种物质产生抗体。组成，时间长了，人体会对这三种物质产生抗体。爱情的保鲜期是在恋爱的第爱情的保鲜期是在恋爱的第4-5个年头，因为苯个年头，因为苯乙胺的分泌水平

9、会逐渐下降。乙胺的分泌水平会逐渐下降。5苯基乙胺：苯基乙胺：苯乙胺结构简式中文名称：2-苯乙胺；2-苯基乙胺。英文名称：Phenethylamine；2-Phenylethylamine；Benzene ethanamine；-Phenylethylamine；1-Amino-2-phenyle 分子式：C8H11N；C6H5CH2CH2NH2；分子量：121.18 6u 当一个人遇到所爱的人时，体内便会迅速产生大量的当一个人遇到所爱的人时，体内便会迅速产生大量的苯乙胺苯乙胺物质，物质，眼神里会流露出勾人心魄的秋波；能使若悬河的演说家呆若木鸡；使眼神里会流露出勾人心魄的秋波；能使若悬河的演说家

10、呆若木鸡；使木讷寡言者像诗人一样出口成章；没有力气的人，竟也能将一百多斤木讷寡言者像诗人一样出口成章；没有力气的人，竟也能将一百多斤重的情人一口气抱到三楼。又据生化专家们测定，重的情人一口气抱到三楼。又据生化专家们测定，此时双方的血液中此时双方的血液中苯乙胺的含量比平时高出苯乙胺的含量比平时高出25倍之多。倍之多。u科学家还发现苯乙胺等物质，不但人体会自然而然地合成、释放，科学家还发现苯乙胺等物质，不但人体会自然而然地合成、释放，而且而且不少食物、苹果中也有极丰富的含量，巧克力或含巧克力的食品不少食物、苹果中也有极丰富的含量，巧克力或含巧克力的食品中，都含有苯乙胺；此外还有莴苣、人参、核桃仁、

11、什果类、枸杞子、中，都含有苯乙胺；此外还有莴苣、人参、核桃仁、什果类、枸杞子、枣类等。枣类等。u专家们建议：专家们建议：如果你失恋了，血液中的苯乙胺含量就会降低。如果你失恋了，血液中的苯乙胺含量就会降低。长长此以往，便会百病缠身，你应该想方设法，来排解失恋的烦恼，如此以往，便会百病缠身，你应该想方设法，来排解失恋的烦恼，如唱唱歌、跳舞、听音乐、听相声、找朋友谈心，以激发自己多产生苯乙胺，歌、跳舞、听音乐、听相声、找朋友谈心，以激发自己多产生苯乙胺，从而改善忧虑心情，找回欢乐的春天。从而改善忧虑心情，找回欢乐的春天。7多巴胺（多巴胺（Dopamine）：）：分子式分子式C6H3(OH)2-CH2

12、-CH2-NH2，由脑内分泌，由脑内分泌，可影响一个人的情绪。可影响一个人的情绪。它正式的化学名称为它正式的化学名称为4-(2-乙胺基乙胺基)苯苯-1,2-二醇，简称二醇，简称DA。ArvidCarlsson确定多巴胺为脑内信息传递者的角确定多巴胺为脑内信息传递者的角色使他赢得了色使他赢得了2000年诺贝尔医学奖。多巴胺是一年诺贝尔医学奖。多巴胺是一种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。这种脑内分泌主要负责大脑的情欲、感觉，将质。这种脑内分泌主要负责大脑的情欲、感觉，将兴奋及开心的信息传递，也与上瘾有关。兴奋及开心的信息传递，也与上瘾有关。

13、8内啡肽（内啡肽（endorphin）：）：u 亦称亦称安多芬安多芬或脑内啡，或脑内啡，是一种内成性（是一种内成性（脑下垂体脑下垂体分泌）的分泌）的类类吗啡生物化学合成物吗啡生物化学合成物激素。激素。它是由脑下它是由脑下垂体垂体和和脊椎动物脊椎动物的丘脑下的丘脑下部所分泌的氨基化合物部所分泌的氨基化合物(肽肽)。它能与吗啡受体结合，产生跟吗啡、。它能与吗啡受体结合，产生跟吗啡、鸦片剂一样有止痛和欣快感。等同天然的鸦片剂一样有止痛和欣快感。等同天然的镇痛剂。镇痛剂。u英文英文endorphin是是endomorphin的简化写法，的简化写法，endo有内在之含有内在之含意，而意，而morphin

14、则为吗啡的英文名称，故则为吗啡的英文名称，故endorphin有有大脑大脑自我自我制造的类吗啡物质制造的类吗啡物质之意。之意。是具有吗啡样活性的是具有吗啡样活性的神经肽神经肽的总称。的总称。u当机体有伤痛刺激时，内啡肽被释放出来以对抗疼痛。在内腓当机体有伤痛刺激时，内啡肽被释放出来以对抗疼痛。在内腓肽的激发下，人的身心处于轻松愉悦的状态中，肽的激发下，人的身心处于轻松愉悦的状态中，免疫系统免疫系统实力得实力得以强化，并能顺利入梦，消除以强化，并能顺利入梦，消除失眠症失眠症。91.化学发展历程大事记化学发展历程大事记古代化学时期古代化学时期(17 世纪中叶以前世纪中叶以前)以实用为目的，化学知识

15、来源于具体工艺过程的经验，包括炼丹术、炼金以实用为目的，化学知识来源于具体工艺过程的经验，包括炼丹术、炼金术以及医药化学的萌芽等。术以及医药化学的萌芽等。近代化学时期近代化学时期(1)1661年年玻义耳玻义耳首次提出了科学的首次提出了科学的元素概念元素概念(2)1777年年拉瓦锡拉瓦锡提出了提出了燃烧的氧化学学说，燃烧的氧化学学说，彻底推翻了燃素说彻底推翻了燃素说(3)1811年年阿伏加德罗阿伏加德罗提出了提出了分子假说分子假说为物质结构价键理论的研究奠定基为物质结构价键理论的研究奠定基础础(4)1827年年道尔顿道尔顿建立了建立了原子论，原子论，强调不同元素的原子质量不同，并以简强调不同元素

16、的原子质量不同，并以简单单的比例化合成化合物的比例化合成化合物(5)1869年年门捷列夫门捷列夫建立了建立了元素周期率，元素周期率，不仅使无机化学形成了比较完整不仅使无机化学形成了比较完整的的体系，而且与原子分子学说相结合，形成了体系，而且与原子分子学说相结合，形成了化学理论体系化学理论体系 二、现代化学的发展历史二、现代化学的发展历史10现代化学时期现代化学时期(1)19 世纪末的三大发现：世纪末的三大发现：X 射线、放射性和电子。射线、放射性和电子。打开了原子和打开了原子和原子核的大门，使化学家能够从微观的角度和更深的层次来研究物质的原子核的大门，使化学家能够从微观的角度和更深的层次来研究

17、物质的性质和化学变化的根本原因；性质和化学变化的根本原因；(2)现代化学发展到现在已有百年历史，这是一个丰收期，无论在现代化学发展到现在已有百年历史，这是一个丰收期，无论在化学理论、研究方法、实验技术及应用等方面都发生了深刻的变化。化学理论、研究方法、实验技术及应用等方面都发生了深刻的变化。2.现代化学学科的分支现代化学学科的分支化学的研究范围极其广泛，按其研究对象和研究目的的不同，在化学的研究范围极其广泛，按其研究对象和研究目的的不同，在20 世纪世纪20年代，形成了传统的年代，形成了传统的四大化学：四大化学：无机化学、有机化学、分析化学、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学物理化学11v

18、无机化学无机化学研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学无机物无机物是除碳以外的其它元素及其化合物是除碳以外的其它元素及其化合物(碳的化合物中，碳的化合物中，CO，CO2和碳酸和碳酸盐也是无机物盐也是无机物)无机化学无机化学的形成常以的形成常以1870 年前后年前后,门捷列夫和迈尔发现门捷列夫和迈尔发现元素周期律元素周期律和公布和公布元元素周期表素周期表为标志。他们把当时已知的为标志。他们把当时已知的63 种元素及其化合物的零散知识，归种元素及其化合物的零散知识，归纳成一个统一整体。一个多世纪以来，化学研究的成果还在不断丰富和发展纳成一个统一整体。一个多

19、世纪以来，化学研究的成果还在不断丰富和发展元素周期律，元素周期律的发现是科学史上的一个勋业。元素周期律，元素周期律的发现是科学史上的一个勋业。现代无机化学现代无机化学在合成新材料、超导体、配合物催化剂、金属原子簇化学、稀在合成新材料、超导体、配合物催化剂、金属原子簇化学、稀土元素化学、核化学、生物无机化学等领域正在发挥着越来越重要的作用。土元素化学、核化学、生物无机化学等领域正在发挥着越来越重要的作用。现在，现在，无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学是无机化学中最为活跃是无机化学中最为活跃的一些领域。例如：在合成新材料方面，已经能合成出的一些领域。例

20、如：在合成新材料方面，已经能合成出比头发还细的石英光比头发还细的石英光导纤维。导纤维。Inorganic Chemistry12v无机化学无机化学研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学无机化学学科诺贝尔获奖历程无机化学学科诺贝尔获奖历程：Inorganic Chemistry1904年年拉姆塞拉姆塞(18521916)英国化学家，英国化学家，1894至至1910年发现并分离出空气中的年发现并分离出空气中的惰性惰性气体氖、氩、氪、氙，气体氖、氩、氪、氙，它们又称为它们又称为“钝气钝气”1906年年莫瓦桑莫瓦桑(18521907)法国化学家，法国化学家，1

21、886年发现并提纯了年发现并提纯了最活泼的元素最活泼的元素氟氟 1913年年维尔纳维尔纳(18661919)瑞士化学家，瑞士化学家，1893年提出了年提出了配位化学理论。配位化学理论。1934年年尤里尤里(18931981)美国物理学家，美国物理学家，1931年提取出了年提取出了氢的同位素氢的同位素重氢重氢 1985年年斯莫利、克罗托和科尔发现碳元素也可以非常稳定地以球的形状存在，他斯莫利、克罗托和科尔发现碳元素也可以非常稳定地以球的形状存在，他们称这些新的碳球为们称这些新的碳球为“富勒烯富勒烯”。13v有机化学有机化学有机化学的结构理论和有机化合物的分类，形成于有机化学的结构理论和有机化合物

22、的分类，形成于19世纪下半叶。世纪下半叶。有机化学有机化学研究碳氢化合物及其衍生物，碳原子的正四面体结构是有机化合物结构的重研究碳氢化合物及其衍生物，碳原子的正四面体结构是有机化合物结构的重要基础，故有人认为有机化学就是要基础，故有人认为有机化学就是“碳的化学碳的化学”。有机化学有机化学使煤、石油、天然气、农林牧渔产品等自然资源得到充分的综合利使煤、石油、天然气、农林牧渔产品等自然资源得到充分的综合利用，为合成染料、医药、农药、炸药等工业建立理论基础用，为合成染料、医药、农药、炸药等工业建立理论基础在有机物中有些小分子如在有机物中有些小分子如乙烯、丙烯，乙烯、丙烯，在一定温度、压力和有催化剂的

23、条件在一定温度、压力和有催化剂的条件下可以下可以聚合成为分子量为几万、几十万的高分子材料，聚合成为分子量为几万、几十万的高分子材料，如塑料、人造纤维、如塑料、人造纤维、人造橡胶、涂料、粘合剂等。目前高分子材料的年产量已超过人造橡胶、涂料、粘合剂等。目前高分子材料的年产量已超过1 亿吨，其总亿吨，其总产量大大超过各种金属总产量之和。若按使用材料的主要种类来划分时代，产量大大超过各种金属总产量之和。若按使用材料的主要种类来划分时代，人类经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代，目前正在迈向高分子时代。人类经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代，目前正在迈向高分子时代。Organic Chemistry1

24、4v有机化学有机化学有有机化学学科诺贝尔获奖历程机化学学科诺贝尔获奖历程：1902年年费舍尔费舍尔(18521919)德国化学家，德国化学家，合成了近合成了近30 种糖类化合物和种糖类化合物和150 多种嘌多种嘌呤化合物，呤化合物，为有机化学广泛应用于现代工业奠定了基础为有机化学广泛应用于现代工业奠定了基础 1912年年萨巴蒂埃萨巴蒂埃(18541941)法国化学家，研究法国化学家，研究有机化合物的加氢方法，有机化合物的加氢方法，使油脂中使油脂中的的不饱和脂肪酸加氢，变成饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸加氢，变成饱和脂肪酸，为油脂工业的发展奠定了基础为油脂工业的发展奠定了基础 1923年年温道斯温道斯

25、(18761959)德国化学家，德国化学家，1927 年年发现并分离出维生素发现并分离出维生素D1 和和D3，此此后又确定了后又确定了维生素维生素D类物质的化学结构类物质的化学结构 1965年年伍德沃德伍德沃德(19171979)美国化学家，美国化学家，1942至至1972年人工合成了年人工合成了维生素维生素B12、四环素等四环素等多种天然有机合成物多种天然有机合成物 1990年年科里科里(1928)美国化学家，人工美国化学家，人工合成了几百种天然有机化合物，并提出了合成了几百种天然有机化合物，并提出了“逆合成分析原理逆合成分析原理”，使有机合成方案系统化并符合逻辑使有机合成方案系统化并符合逻

26、辑Organic Chemistry15反式脂肪酸结构反式脂肪酸结构16v分析化学分析化学分析化学分支形成最早，自分析化学分支形成最早，自19 世纪初，原子量的准确测定，促进了分析化学世纪初，原子量的准确测定，促进了分析化学的发展，这对原子量数据的积累和元素周期律的发现，都有很重要的作用。的发展，这对原子量数据的积累和元素周期律的发现，都有很重要的作用。研究物质中含有哪些元素和基团，每种成分的含量、物质的纯度、原子在分研究物质中含有哪些元素和基团，每种成分的含量、物质的纯度、原子在分子中的排列等，子中的排列等，按其分析方法可以分为按其分析方法可以分为化学分析化学分析法法和和仪器分析仪器分析法法

27、。如对运动员的兴奋剂监测如对运动员的兴奋剂监测中中，某些，某些违禁违禁药物药物的的浓度即使低到浓度即使低到10-13 gmL-1也能也能被检测出被检测出。目前分析化学不再只限于测定物质组成和含量，而要对物质的状。目前分析化学不再只限于测定物质组成和含量，而要对物质的状态态(氧化氧化-还原态、各种结合态、结晶态还原态、各种结合态、结晶态)、立体、立体结构结构、表面组成以及化学行表面组成以及化学行为和生物活性等作出瞬时追踪，进行无损和在线监测等分析及过程控制，甚为和生物活性等作出瞬时追踪，进行无损和在线监测等分析及过程控制，甚至要求直接观察到原子和分子的形态与排列。至要求直接观察到原子和分子的形态

28、与排列。Physical Chemistry17v物理化学物理化学从物质的物理现象和化学现象的联系入手，探索化学变化的基本规律，实验从物质的物理现象和化学现象的联系入手，探索化学变化的基本规律，实验方法上也主要采用物理学的方法和手段。方法上也主要采用物理学的方法和手段。物理化学是引用物理学知识研究物质和化学现象的边缘科学。物理化学是引用物理学知识研究物质和化学现象的边缘科学。化学反应能不化学反应能不能发生？如何提高这些反应的效率能发生？如何提高这些反应的效率？这都是物理化学的研究内容之一，这都是物理化学的研究内容之一，它它们具有很强的精确性和逻辑性。因此，它对于化学的进步和化工生产的发展们具有

29、很强的精确性和逻辑性。因此，它对于化学的进步和化工生产的发展具有指导意义。具有指导意义。物理化学研究的是化学反应的方向和限度（化学热力学）、化学反应的速率物理化学研究的是化学反应的方向和限度（化学热力学）、化学反应的速率和机理（化学动力学）以及物质的微观结构与宏观性质间的关系（结构化学）和机理（化学动力学）以及物质的微观结构与宏观性质间的关系（结构化学）等问题，它是化学学科的理论核心。等问题，它是化学学科的理论核心。Physical Chemistry18v物理化学物理化学物理物理化学学科诺贝尔获奖历程化学学科诺贝尔获奖历程：1901年年范特霍夫范特霍夫(18521911)荷兰物理化学家，荷兰

30、物理化学家，1875至至1887年建立了年建立了化学平衡理论，化学平衡理论，并对立体化学、物理化学、化学动力学的发展作出了重大贡献并对立体化学、物理化学、化学动力学的发展作出了重大贡献 1903年年阿伦尼乌斯阿伦尼乌斯(18591927)瑞典物理化学家，瑞典物理化学家，1884年提出了年提出了电离学说，电离学说，成为是成为是现代化学的基础理论之一现代化学的基础理论之一 1920年年能斯特能斯特(18641941)德国物理化学家，德国物理化学家，1887至至1906年在年在电化学和热动力学电化学和热动力学方方面作出了卓越贡献，面作出了卓越贡献，提出热力学第三定律提出热力学第三定律 1956年年欣

31、谢尔伍德提出了欣谢尔伍德提出了“气体爆炸理论气体爆炸理论”，谢苗诺夫发现了气体反应动力学中谢苗诺夫发现了气体反应动力学中的的“支链反应支链反应”，建立了，建立了化学连锁反应理论化学连锁反应理论 1968年年翁萨格翁萨格(19031976)挪威裔美国物理学家，挪威裔美国物理学家，2030 年代创立了多种热动作年代创立了多种热动作用之间的相互关系理论，为用之间的相互关系理论，为现代不可逆过程热力学现代不可逆过程热力学奠定了基础奠定了基础 Analytical Chemistry19化学在现代社会中的作用和地位化学在现代社会中的作用和地位20历史故事历史故事:关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程

32、关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程1、合成氨反应催化剂的开发：N2 3 H2 2 NH3用途：氮肥、TNT、农药、聚丙烯晴纤维等重要学者：Haber,Bosch,Mittasch 等 1909 年末发现 Fe3O4 Al2O3 K2O“双重促进铁催化剂”1913 年 9 月 7 日建成10 吨/日的工业化装置 获 1918 年(Haber)和1931年(Bosch)诺贝尔化学奖2、聚乙烯、聚丙烯的生产：齐格勒纳塔催化剂用途：人工合成自然界并不存在的塑料，聚乙烯耐化学腐蚀、耐水耐寒，重量轻，卫生安全，易成型，还具有绝缘性。二战时被用做雷达用电绝缘物，现广泛用做薄膜、电线包皮、餐具及其它日用

33、品。21历史故事历史故事:关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程1953年，时任 Keiser Wilhelm 煤炭研究所所长的 Karl Ziegler在进行有关有机金属化合物的基础研究过程中，偶然发现将TiCl4 加入 AlH3+3C2H4 Al(C2H5)3 反应中时，常温下即可得到大量聚乙烯白色固体，这就是 Al(C2H5)3 TiCl4 齐格勒催化剂。此法叫做低压聚合法：高密度聚乙烯（HDPE）原来的ICI 法叫高压法：低密度聚乙烯（LDPE）很快，意大利 Milano 工业大学的 G.Natta 访问了 Ziegler 的课题组，并马上开始

34、研究丙烯的聚合问题，为得到立体有序的表面结构，他直观地想到用不溶于反应介质的结晶性 TiCl3来代替 Ziegler 的 TiCl4 是否会更好些，于是用 Al(C2H5)3 TiCl3 催化剂进行实验，发现isotactic（等规）结构聚丙烯的比例上升到85，使聚丙烯的工业化生产成为可能。22历史故事历史故事:关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程现在，以 MgCl2 为载体的齐格勒纳塔催化剂活性比原来高了100 倍，即每 1g Ti 可得1000 kg 聚乙烯，而且这种性能优异的 Al(C2H5)3 TiCl3/MgCl2 催化剂使至今不易进行的共

35、聚反应（如乙烯与其它烯烃的聚合）成为可能，从而制造出强度更高、耐热性更好、性能更优异的聚合物，可用于制造更薄的薄膜等。为此，Ziegler 与 Natta 同获 1963 年的诺贝尔化学奖。23历史故事历史故事:关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程3、用于合成环氧乙烷的催化剂：Ag 催化剂环氧乙烷的直接用途并不多（少量用做粮库的杀虫剂），但它可用做制造合成药品的中间体原料。另外，环氧乙烷与水蒸汽反应可制得乙二醇：乙二醇是优良的汽车防冻剂。此外，1950 年代发现了乙二醇与对-苯二甲酸反应可生成聚酯（广泛用做聚酯纤维、聚酯薄膜磁带等），导致乙二醇的需求

36、量飞速增加。24历史故事历史故事:关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程早期生产环氧乙烷是由乙醇、氯气和水经两步反应而得，但使用 Cl2 和酸带来了装置腐蚀、废水处理等问题，于是 1960年代开发出了使用 Ag 催化剂的乙烯直接氧化合成法，大大改进了工艺：当然，其中的Ag 催化剂是主要金属为Ag 的多组分催化剂系列，如 Ag Na K(Rb,Cs)等，碱金属的加入使选择性明显提高。25历史故事历史故事:关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程关于几个重要工业过程及其催化剂的开发历程4、用于汽车尾气净化的催化剂：Pt-Rh-Pd 催化剂1940 年代，美

37、国洛杉矶多次出现光化学烟雾污染；1974 年，美国通用和福特汽车公司首先在汽车中引进了净化汽车尾气的新装置；现在，几乎所有汽车都加装了“三元催化”（Three Way Catalyst）装置，能同时去除CO、HC 和 NOx 等有害气体:CO+O2 CO2（氧化）NOCO CO2 N2（氧化，还原）HC O2 CO2 H2O（氧化）261.化学反应遵守质量守恒定律化学反应遵守质量守恒定律化学变化：化学变化：反应物的原子，通过旧化学键破坏和新化学键形成而重新组合的过程反应物的原子，通过旧化学键破坏和新化学键形成而重新组合的过程在燃烧过程中氢分子的在燃烧过程中氢分子的 HH 键和氧分子的键和氧分子

38、的 OO 键断裂，氢原子和氧原子键断裂，氢原子和氧原子通过形成新的通过形成新的 HO 键而重新组合生成水分子。键而重新组合生成水分子。在化学反应过程中，原子核不发生变化，电子总数也不改变，在化学反应过程中，原子核不发生变化，电子总数也不改变，因此，在化学因此，在化学反应前后，反应体系中物质的总质量不会改变。反应前后，反应体系中物质的总质量不会改变。这条定律是组成化学反应方程式和进行化学计算时的依据这条定律是组成化学反应方程式和进行化学计算时的依据。三、化学变化的特征三、化学变化的特征272.化学反应都伴随着能量变化化学反应都伴随着能量变化在化学反应中，在化学反应中，拆散化学键需要吸收能量，形成

39、化学键则放出能量，拆散化学键需要吸收能量，形成化学键则放出能量，由于各由于各种化学键的键能不同，所以当化学键断裂或形成的过程中，必然伴随有能量种化学键的键能不同，所以当化学键断裂或形成的过程中，必然伴随有能量变化。变化。如果放出的能量大于吸收的能量则此反应为如果放出的能量大于吸收的能量则此反应为放热反应，放热反应，反之则为反之则为吸热反应。吸热反应。我们将要学习的我们将要学习的热化学方程式热化学方程式就是用来表示化学反应的能量变化的。而反应就是用来表示化学反应的能量变化的。而反应过程中的热效应也与化学反应是否能进行、进行的程度和速率如何、选择什过程中的热效应也与化学反应是否能进行、进行的程度和

40、速率如何、选择什么温度和压力最为适宜等问题有着密切的关系。么温度和压力最为适宜等问题有着密切的关系。煤、煤气、石油气或天然气等的燃烧过程放出热量，这些化学变化过程的热煤、煤气、石油气或天然气等的燃烧过程放出热量，这些化学变化过程的热效应就是人类赖以生存的能量来源，我国提倡在生产生活中节能降耗。效应就是人类赖以生存的能量来源，我国提倡在生产生活中节能降耗。28五、参考书目五、参考书目1普通化学，同济大学普通化学及无机化学教研室编普通化学，同济大学普通化学及无机化学教研室编2普通化学，浙江大学编普通化学，浙江大学编3.普通化学，马家举主编，普通化学，马家举主编，化学工业出版社化学工业出版社4大学化

41、学教程，丁廷桢主编，高等教育出版社大学化学教程，丁廷桢主编，高等教育出版社5.化学与社会，北京大学唐有祺编化学与社会，北京大学唐有祺编6.PimentelG.C.美美化学中的机会化学中的机会-今天和明天，北大今天和明天，北大华彤文译华彤文译7.大学化学标准化习题集，周恩绚，北京航空航天大学大学化学标准化习题集，周恩绚，北京航空航天大学29六、实验安排六、实验安排观看无机化学实观看无机化学实验录像？验录像？30Contents2.化学反应方向和程度化学反应方向和程度 3.电解质溶液电解质溶液4.氧化还原反应和电化学氧化还原反应和电化学5.配位化合物配位化合物1.物质及其变化的基本规律物质及其变化

42、的基本规律31Chapter 12.能量和能量守恒定律能量和能量守恒定律 3.焓、焓变和盖斯定律焓、焓变和盖斯定律4.化学反应速率和质量作用定律化学反应速率和质量作用定律1.理想气体状态方程和分压定律理想气体状态方程和分压定律物质及其变化的一些基本定律物质及其变化的一些基本定律321理想气体状态方程和分压定律理想气体状态方程和分压定律一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程一定质量的气态物质在确定的温度和压力下将占有确定的一定质量的气态物质在确定的温度和压力下将占有确定的体积，这是气体的基本性质。气体的状态可以用体积，这是气体的基本性质。气体的状态可以用气体的物气体的物质的量、压力、温度和体积

43、质的量、压力、温度和体积等物理量来描述。等物理量来描述。33什么是理想气体？什么是理想气体？Ideal Gas通常缩略通常缩略为为i.g.i.g.气体分子本身不占空间（分子自身体积可忽略）气体分子本身不占空间（分子自身体积可忽略）分子间不存在作用力（分子间作用力也可忽略）分子间不存在作用力（分子间作用力也可忽略）34v理想气体状态方程理想气体状态方程适用条件：适用条件：理想气体是真实气体在极低压力和较高温度情况下的极限情况。理想气体是真实气体在极低压力和较高温度情况下的极限情况。而对于通常情况下压力不太高，温度不太低普遍存在的实际情而对于通常情况下压力不太高，温度不太低普遍存在的实际情况，在理

44、想气体的假设下误差很小。况，在理想气体的假设下误差很小。当一定量气体处于一定状态当一定量气体处于一定状态（T、P、V）时，表述其系统状时，表述其系统状态的各个物理量之间有如下关系：态的各个物理量之间有如下关系：压力压力P体积体积V物质的量物质的量n通用气体常数通用气体常数R温度温度T35常用单位常用单位 R=8.314 Jmol-1 K-1=8.314 Pam3mol-1 K-1 不常用的单位不常用的单位 R=1.987 calmol-1K-1=0.08206 atmLmol-1 K-1注意点注意点1 标准单位的使用标准单位的使用压力压力P Pa 帕斯卡帕斯卡（也常以（也常以 kPa，atm

45、等单位出现）等单位出现）体积体积V m3 立方米立方米 （也常以（也常以 mL、L（即（即 dm3）等单位出现）等单位出现）物质的量物质的量n mol 摩尔摩尔温度温度T K 开尔文开尔文 （也常以（也常以 单位出现单位出现，请加上，请加上273.15）通用气体常数通用气体常数（摩尔气体常数）（摩尔气体常数）R36注意点注意点2 公式的变形公式的变形物质的量物质的量n n=m/M进一步变形进一步变形特殊情况特殊情况在不同状态下，物质的在不同状态下，物质的n 不变，不变，n1=n2 37注意点注意点3 应用时要明确解题思路应用时要明确解题思路读懂题目读懂题目对于一定状态下的气体，对于一定状态下的

46、气体，已知其中几个物理量，可以求未已知其中几个物理量，可以求未知量：知量：P、V、n、T 明确已知条件是关键明确已知条件是关键以选择适合的公式变换为入手点，注意单位的标准化以选择适合的公式变换为入手点，注意单位的标准化下面，我们以几道例题加以解释和说明下面，我们以几道例题加以解释和说明38v例题辨析例题辨析例例1容容积积为为30 dm3 的的钢钢瓶瓶中中，在在温温度度为为293.15 K，压压力力为为1013.25 kPa下装入某种气体，试计算该气体的摩尔数？下装入某种气体，试计算该气体的摩尔数？（答案：（答案：12.47mol,见教材见教材P2）已知：体积已知：体积V 温度温度T 压力压力P

47、 R为常数为常数求：物质的量求：物质的量 例例2两个体积相等的玻璃球，中间以细管相连，开始时两端两个体积相等的玻璃球，中间以细管相连，开始时两端均放入均放入27 的容器中，充入压力为的容器中，充入压力为0.5 atm 的氢气并密封。的氢气并密封。若将其中一端浸入若将其中一端浸入127 的油中，另一端保持不变，求平衡的油中，另一端保持不变，求平衡后体系内的压力。后体系内的压力。（答案：（答案：0.57atm,忽略传热效应忽略传热效应）关键点：两个玻璃球中气体的总量（关键点：两个玻璃球中气体的总量（n1+n2）在前后两个状在前后两个状态下保持不变态下保持不变 39二、道尔顿分压定律二、道尔顿分压定

48、律如果几种理想气体混合在一起，相互之间不发生化学反应，如果几种理想气体混合在一起，相互之间不发生化学反应，那么每种气体的分压和混合气体的总压之间存在一定的关那么每种气体的分压和混合气体的总压之间存在一定的关系：系：即：即：混合气体的总压力等于混合气体中各组分的分压之和混合气体的总压力等于混合气体中各组分的分压之和。这一结论称为这一结论称为道尔顿分压定律道尔顿分压定律40注意点注意点1 什么是分压？什么是分压？前提：前提：混合气体中每一组分气体产生的压力，不因其他组混合气体中每一组分气体产生的压力，不因其他组分气体的存在而有所改变分气体的存在而有所改变，与它单独占有整个容器时所产与它单独占有整个

49、容器时所产生的压力相同生的压力相同定义：定义：组分气体对容器所施加的压力，叫做该组分气体的组分气体对容器所施加的压力，叫做该组分气体的分压力分压力，简称，简称分压分压效果：效果：分压力等于在同温度下组分气体单独占有与混合气分压力等于在同温度下组分气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力体相同体积时所产生的压力411 10 0、两个容器中两个容器中O2对器壁产生的压力是否相同？对器壁产生的压力是否相同？答：是。答：是。2 20 0、两个容器的器壁承受的压力是否相同？、两个容器的器壁承受的压力是否相同？答：否。答：否。3 30 0、答：是。答：是。PV=nRT，而，而V、T、n 均相同均相同例

50、例342注意点注意点2 每种组分气体仍然遵守理想气体状态方程每种组分气体仍然遵守理想气体状态方程设容器中是设容器中是A、B 两组分的混合气体，根据理想气体状态方程：两组分的混合气体，根据理想气体状态方程：进一步得出分压定律的另一形式：进一步得出分压定律的另一形式：xi i 组分气体的摩尔分数组分气体的摩尔分数组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数的乘积组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数的乘积注：已知总压、组分的物质的量，可以计算分压注：已知总压、组分的物质的量，可以计算分压43v例题辨析例题辨析例例4 某某温温度度下下,将将2105 Pa 的的O2(3 dm3)和和3105 P