工科 大學(xué)化學(xué)教案

制工教育

?CMPEDU

教案

課程名稱工科大學(xué)化學(xué)

課程性質(zhì)考查

總學(xué)時(shí)/學(xué)分40/2.5

參考教材《工科大學(xué)化學(xué)》

授課章節(jié)0緒論

課程性質(zhì)必修學(xué)時(shí)1

教學(xué)掌握：化學(xué)的學(xué)科分支及其在社會(huì)發(fā)展中的作用。

目的理解：了解化學(xué)的研究對(duì)象。

要求了解：工科大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

重點(diǎn)：

教學(xué)

化學(xué)的研究對(duì)象，化學(xué)的學(xué)科分支及其在社會(huì)發(fā)展中的作用。

重點(diǎn)

難點(diǎn)難點(diǎn)：

化學(xué)的研究對(duì)象，化學(xué)的學(xué)科分支。

教學(xué)

結(jié)合啟發(fā)性、提問式等教學(xué)手段進(jìn)行系統(tǒng)講授

方法

教具多媒體課件輔以板書

0.1化學(xué)的研究對(duì)象；

0.2化學(xué)的學(xué)科分支；

授課0.3化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)；

提綱0.4化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)；

0.5工科大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容

教學(xué)主要內(nèi)容備注

0.1化學(xué)的研究對(duì)象

化學(xué)是研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)，是自然科學(xué)

領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科?；瘜W(xué)研究原子、離子、分子和超分子，其中最低

物質(zhì)層次是原子。超分子是分子借助分子間的弱相互作用力，通過自組裝

構(gòu)成的具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的聚集體?；瘜W(xué)是一門在原子、分子和超分子層次研

究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)。

0.2化學(xué)的學(xué)科分支

從學(xué)科角度劃分，化學(xué)屬于一級(jí)學(xué)科，根據(jù)其研究對(duì)象和目的的不同，

其分支學(xué)科主要包括無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等。

無機(jī)化學(xué)(InorganicChemistry)是以19世紀(jì)60年代元素周期律的發(fā)

現(xiàn)為標(biāo)志，研究無機(jī)化合物性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律的分支學(xué)科。20

世紀(jì)以來，無機(jī)化學(xué)有了更加蓬勃的發(fā)展，航天航空、石油能源、信息

科學(xué)等領(lǐng)域的進(jìn)步，推動(dòng)了無機(jī)化學(xué)與這些領(lǐng)域的交叉融合，出現(xiàn)了無機(jī)材

料化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、固體無機(jī)化學(xué)、無機(jī)金屬化學(xué)等新興學(xué)科。

有機(jī)化學(xué)(OrganicChemistry)是研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锝M成、結(jié)

構(gòu)、性質(zhì)、合成及其應(yīng)用的分支學(xué)科。有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)理論和分類形成于

19世紀(jì)下半葉。隨著有機(jī)化學(xué)研究的不斷深入，該學(xué)科與其他新興學(xué)科交

叉融合，又逐步誕生出新的學(xué)科分支。

分析化學(xué)(AnalyticalChemistry)是研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的分析方法及

其理論的分支學(xué)科，是化學(xué)研究的重要支撐。分析化學(xué)根據(jù)研究方法和手段

不同，可分為化學(xué)分析和儀器分析。

物理化學(xué)(PhysicalChemistry)是用物理學(xué)的原理和實(shí)驗(yàn)手段研究化學(xué)

變化基本規(guī)律的分支學(xué)科。1887年，范特霍夫創(chuàng)辦了《物理化學(xué)雜志》，標(biāo)

志著物理化學(xué)學(xué)科分支的形成。人們從物理學(xué)的發(fā)展中不斷獲得靈感，將其

應(yīng)用到更為復(fù)雜的化學(xué)領(lǐng)域，去揭示化學(xué)反應(yīng)的原理和內(nèi)在規(guī)律、化學(xué)物

質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)與外界環(huán)境因素(力、聲、熱、電、光、磁)

的相互關(guān)系等，為深入理解化學(xué)本質(zhì)提供了重要的理論基礎(chǔ)。

0.3化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)

化學(xué)是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，遵循從實(shí)踐中來、到實(shí)踐中去、

從個(gè)體到全面等原則，經(jīng)歷著對(duì)局部事實(shí)歸納和分類，提出規(guī)律、概念和假

設(shè)，再對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)驗(yàn)證與事實(shí)不符時(shí)，又開始新的假設(shè)和驗(yàn)證的過

程。

0.4化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)

化學(xué)自誕生以來，為人類文明的發(fā)展和進(jìn)步起到了巨大的推動(dòng)作用。進(jìn)

入21世紀(jì)，化學(xué)將在能源、資源、環(huán)境、健康等研究領(lǐng)域面臨全新的任務(wù)

和挑戰(zhàn)。未來的幾十年里，化學(xué)有三個(gè)主要的研究趨勢(shì)。

1）以解決重大實(shí)際問題為目標(biāo)。化學(xué)與人類社會(huì)生活密不可分，從目前

人類最為關(guān)切的能源、資源、環(huán)境、健康等重大問題出發(fā)，開展研究，化學(xué)

會(huì)有廣闊的發(fā)展空間并取得重要的研究突破。

2）進(jìn)一步與各學(xué)科交叉融合，拓展學(xué)科生長點(diǎn)?；瘜W(xué)研究本身具有巨大

的創(chuàng)新能力，與其他學(xué)科交叉融合，學(xué)習(xí)和借鑒相關(guān)學(xué)科的理論和實(shí)驗(yàn)成果,

會(huì)使化學(xué)具有更持久的生命力。

3）全面深入開展超分子、介觀領(lǐng)域、多尺度問題等方面的研究。20世

紀(jì)以來，化學(xué)家們?cè)诜肿铀缴蠈?duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)研究積累了大量的實(shí)踐

經(jīng)驗(yàn)，但在超分子、介觀領(lǐng)域和多尺度問題等復(fù)雜體系的研究才剛起步。這

些體系的研究，將有利于人們對(duì)各種生命現(xiàn)象和材料性能進(jìn)行深入理解，提

煉出關(guān)鍵的化學(xué)問題并加以解決。

0.5工科大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容

大學(xué)化學(xué)是化學(xué)相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，是化學(xué)學(xué)科的導(dǎo)論課程，主

要介紹化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和研究方法；而工科大學(xué)化學(xué)將結(jié)合工程

實(shí)踐需要，介紹物質(zhì)的聚集狀態(tài)與環(huán)境保護(hù)、化學(xué)反應(yīng)的能量與方向、化學(xué)

平衡和反應(yīng)速率、水溶液中的化學(xué)平衡、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、氧化還原反應(yīng)與電

化學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)與工程材料等內(nèi)容。通過本書的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在中學(xué)化學(xué)

的基礎(chǔ)上，掌握近代化學(xué)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)及技能在工程實(shí)踐中的基本應(yīng)

用，提高其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)和工作奠定

一定的化學(xué)基礎(chǔ)。

作業(yè)題

一、查閱化學(xué)相關(guān)資料，聯(lián)系本專業(yè)談?wù)劵瘜W(xué)的發(fā)展與應(yīng)用，撰寫小論文，

字?jǐn)?shù)1000字左右。

二、觀看學(xué)堂在線“工程化學(xué)”慕課緒論的相關(guān)視頻內(nèi)容。

授課章節(jié)1物質(zhì)的聚集狀態(tài)與環(huán)境保護(hù)

課程性質(zhì)必修學(xué)時(shí)6

掌握：理想氣體狀態(tài)方程，氣體分壓定律，溶液濃度的表示方法，稀溶

液的依數(shù)性。

教學(xué)

理解：晶體和非晶體特點(diǎn)，固體表面的吸附與干燥，環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)

目的

要求性發(fā)展。

了解：了解大氣污染與防治，水資源污染及其防治，固體廢棄物的利用

及處理。

重點(diǎn)：

理想氣體狀態(tài)方程，氣體分壓定律，溶液濃度的表示方法，稀溶液

的依數(shù)性，晶體和非晶體特點(diǎn)，固體表面的吸附與干燥，環(huán)境保護(hù)與可

教學(xué)

持續(xù)性發(fā)展，大氣污染與防治，水資源污染及其防治，固體廢棄物的利

重點(diǎn)

難點(diǎn)用及處理。

難點(diǎn)：

理想氣體狀態(tài)方程，氣體分壓定律，溶液濃度的表示方法，稀溶液

的依數(shù)性，晶體和非晶體特點(diǎn)，固體表面的吸附與干燥。

教學(xué)

結(jié)合啟發(fā)性、提問式等教學(xué)手段進(jìn)行系統(tǒng)講授

方法

教具多媒體課件輔以板書

1.1氣體

1.1.1理想氣體1.1.2氣體分壓定律

1.1.3大氣污染與防治

1.2.溶液

授課1.2.1溶液濃度的表示方法

提綱1.2.2稀溶液的依數(shù)性1.2.3水資源保護(hù)1.3固體

1.3.1晶體和非晶體

1.3.2固體表面的吸附與干燥

1.3.3固體廢棄物的利用及處理

1.4環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)性發(fā)展本章小結(jié)

教學(xué)主要內(nèi)容備注

1」氣體

氣體的分子間作用力很小，沒有固定的體積和形狀，易流動(dòng)，具有

擴(kuò)散性和可壓縮性，這些物理特性給研究帶來了很多困難。為了簡化問題,

人們提出了一種假想的氣體模型——理想氣體。

1.1.1理想氣體

理想氣體指氣體分子為沒有體積的質(zhì)點(diǎn),分子之間沒有相互作用力，分

子之間的碰撞及分子與容器器壁間碰撞沒有能量損失的氣體c實(shí)際上，理

想氣體是不存在的。研究結(jié)果表明：在高溫、低壓條件下，氣體分子間的

距離增大，分子的體積和分子間作用力均可忽略，這時(shí)的氣體可近似看作

是理想氣體。

pV=nRT

1.1.2氣體分壓定律

實(shí)際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到的是氣體混合物。例如，空氣是由氧氣、

氮?dú)?、二氧化碳和稀有氣體等多種氣體組成的混合物。通常，把組成混合

氣體的每一種氣體稱為混合氣體的組分氣體?；旌蠚怏w中各組分氣體的含

量，可以用其分壓來表示

p=Pl+p2+P3+p4+…=￡P(guān)B

1.13大氣污染與防治

大氣是多種氣體的混合物，其總質(zhì)量約為6x1015t,相當(dāng)于地球

質(zhì)量的百萬分之一。大氣層的厚度在1000km以上，沒有明顯的界線，

其中人類賴以生存的空氣主要是在距地面10~12km的范圍內(nèi)。

1）大氣污染的形成

大氣污染的形成，有自然原因和人為原因。前者如火山爆發(fā)、森林火

災(zāi)、巖石風(fēng)化等；后者如燃燒物釋放、工業(yè)廢氣排放等。目前，世界各

地的大氣污染主要是人為因素造成的。其中化石燃料的燃燒，向大氣釋放

了大量二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物質(zhì)，這些物質(zhì)嚴(yán)重影響了大

氣環(huán)境，會(huì)對(duì)人類造成危害。

形成大氣污染的主要因素有污染源、大氣狀態(tài)和受體。大氣污染分為

教學(xué)主要內(nèi)容備注

污染物排放、大氣運(yùn)動(dòng)的作用和相對(duì)受體的影響這三個(gè)過程。因此，大

氣污染的程度與污染物的性質(zhì)、污染源的排放、氣象條件和地理?xiàng)l件等

有關(guān)。

2)大氣污染的來源

大氣污染歷史始于取暖和煮食，到14世紀(jì)，燃煤釋放的煙氣已成為

主要污染問題。18世紀(jì)工業(yè)革命后，工業(yè)用的燃料燃燒、燃煤造成的空氣

污染更加嚴(yán)重。大氣污染的來源有以下三種類型。

(1)工業(yè)污染源工業(yè)污染源包括燃料燃燒排放的污染物，生產(chǎn)過程

中的排氣以及生產(chǎn)過程中排放的礦物和金屬粉塵。

(2)生活污染源這種污染源主要為家庭爐灶排氣，是一類排放量大、

分布廣、危害性不容忽視的空氣污染源。

(3)汽車尾氣汽車尾氣污染指由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染，

主要污染物為碳?xì)浠衔铩⒌趸?、一氧化碳、含鉛化合物等，可以

引起光化學(xué)煙霧。

3)大氣污染物

目前對(duì)環(huán)境和人類產(chǎn)生危害的大氣污染物中，影響范圍廣、具有普

遍性的污染物有以下幾種。

(1)顆粒物顆粒物指除氣體之外，包含于大氣中的物質(zhì)，包括各種固

體、液體和氣溶膠，其中有固體的灰塵、煙霧以及液體的云霧和霧滴，其

粒徑范圍主要在200?0.1pm之間。

(2)硫氧化物硫常以SCh、H2s的形態(tài)進(jìn)入大氣，也有以亞硫酸及硫

酸(鹽)微粒的形式進(jìn)入大氣。

(3)碳氧化物碳氧化物主要是CO和CO2oCO主要由含碳物質(zhì)不完

全燃燒產(chǎn)生。

4)大氣污染的治理方法

根據(jù)大氣污染物的存在狀態(tài)不同，大氣污染的治理方法可分為以下兩

類。

(1)顆粒污染物常采用除塵法來治理。除塵方法和設(shè)備的種類很多，

教學(xué)主要內(nèi)容備注

選擇適合的除塵方法和設(shè)備，除需考慮當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境質(zhì)量、塵的環(huán)境容

許標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備的除塵效率及有關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)外，還必須了

解塵的特性，如粒徑、粒度分布、形狀、密度、黏性、可燃性及含塵

氣體的化學(xué)成分、溫度、壓力等。

（2）氣態(tài)污染物主要有吸收、吸附、催化、燃燒、膜分離等治理方法。

1.2溶液

溶液是一種分散體系，由溶質(zhì)和溶劑組成。許多化學(xué)反應(yīng)都是在溶

液中進(jìn)行的，許多物質(zhì)的性質(zhì)也是在溶液中呈現(xiàn)的，其與人類的工農(nóng)業(yè)

生產(chǎn)、日常生活和生命現(xiàn)象都有極為密切的關(guān)系。溶液有許多種類，根

據(jù)其聚集狀態(tài)小同，可分為氣態(tài)溶液、固態(tài)溶液和液態(tài)溶液。液態(tài)溶液

是最常見的溶液，根據(jù)溶質(zhì)不同，又可分為電解質(zhì)溶液和非電解質(zhì)溶液

兩大類。水溶液是最常用的物質(zhì)體系，有些物質(zhì)可以與水以任意比例互

相混溶，如乙醇。

1.2.1溶液濃度的表示方法

溶液濃度的表示方法可分為兩大類，一類是用溶質(zhì)和溶劑的相對(duì)量

表示，另一類是用溶質(zhì)和溶液的相對(duì)量表示。由于溶質(zhì)、溶劑或溶液使

用的單位不同，濃度的表示方法也不同。

1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)

在混合物中，組分B的質(zhì)量mR與混合物總質(zhì)量m總之比，即為

該組分B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用WB表示，單位為lo

WB=mB/m總

2）摩爾分?jǐn)?shù)

在混合物中，組分B的物質(zhì)的量nB與混合物總的物質(zhì)的量n總之比

XB=nB/n總

對(duì)于液體和固體混合物，一般用XB表示，對(duì)于氣體混合物，一般

改用yB表示。

3）質(zhì)量摩爾濃度

在溶液中，溶質(zhì)B的物質(zhì)的量皿除以溶劑A的質(zhì)量mA,即為溶

教學(xué)主要內(nèi)容備注

質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，用bs表示，單位為mol-kg-1o

be=nB/nu

4）摩爾濃度

在溶液中，物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB除以溶液的體積V,即為物質(zhì)B的

摩爾濃度，用CB表示，單位為molL-'o

CB=HB/V

L2.2稀溶液的依數(shù)性

溶液按溶質(zhì)類型不同可以分為電解質(zhì)溶液和非電解質(zhì)溶液。非電解

質(zhì)稀溶液具有以下共同性質(zhì)：溶液的蒸氣壓下降、沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下

降以及產(chǎn)生滲透壓。這些性質(zhì)都與溶液中

溶質(zhì)的粒子數(shù)（濃度）有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)，這類性質(zhì)稱為稀溶

液的依數(shù)性。

1）稀溶液的蒸氣壓下降

P=PA八

Ap=P；-p=P；_p；4A二p：（1FA）二P；4B

2）溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降

（1）液體的沸點(diǎn)與凝固點(diǎn)當(dāng)液體的蒸氣壓等于外壓時(shí)，液體就會(huì)沸騰，

此時(shí)的溫度稱為液體的沸點(diǎn)，用Tb表示。液體的沸點(diǎn)隨外壓的升高而

增大，例如：外壓為93.3kPa時(shí)，H2O的沸點(diǎn)為97.7℃;外壓為

lOlkPa（即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）時(shí)，H2O的沸點(diǎn)為100℃o標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下H2O

的沸點(diǎn)稱為正常沸點(diǎn)，通常所說液體的沸點(diǎn)指正常沸點(diǎn)。液體的正常凝固

點(diǎn)指在lOlkPa外壓下，該物質(zhì)的液相與固相達(dá)到平衡時(shí)的溫度。例如

H2O的正常凝固點(diǎn)是0C,比時(shí)水與冰共存，建立了液■固兩相平衡，水

的蒸氣壓等于冰的蒸氣壓。即：凝固點(diǎn)是液相與固相蒸氣壓相等時(shí)的溫

度，用Tf表示。

（2）溶液的沸點(diǎn)上升

“產(chǎn)―：=&,?如

（3）凝固點(diǎn)下降

教學(xué)主要內(nèi)容備注

AT(=T；-Tf=Kf-6B

3)滲透壓

nV=n^RT

n=cKRT

難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降、沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降和產(chǎn)生

滲透壓，都與溶液中所含溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，與其種類和本性尢關(guān)，這稱

為溶液的依數(shù)性，也稱為稀溶液通性或稀釋定律。

1.2.3水資源保護(hù)

1）水污染

水是常見的溶劑，可溶解多種物質(zhì)。當(dāng)污染物質(zhì)進(jìn)入水體，將影響

水質(zhì)。當(dāng)污染物含量過大，超出水體的自凈能力，將破壞水體的生態(tài)平

衡，使水體的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變而降低水體的使用價(jià)值，稱為水

體污染。全世界約75%的疾病與水體污染有關(guān)，如傷寒、霍亂、痢

疾等。

2）水污染的防治

廢水處理的主要原則是從清潔生產(chǎn)的角度，改革生產(chǎn)工藝和設(shè)備，減

少污染物，防止廢水外排，進(jìn)行綜合利用和回收。工業(yè)廢水和城市污水

的任意排放是造成水污染的主要原因。

要控制、消除水污染，必須從污染源抓起，積極對(duì)各類廢水實(shí)施有

效的技術(shù)處理，并加強(qiáng)對(duì)水體及其污染源的監(jiān)測(cè)和管理，將“防、治、

管”三者結(jié)合起來。

污水處理通常分為三級(jí)處理：①一級(jí)處理，屬于初級(jí)處理或預(yù)處理，

目的是去除水中的懸浮物和漂浮物。經(jīng)過一級(jí)處理后，懸浮固體去除率

可達(dá)70%~80%。②二級(jí)處理，其目的是去除廢水中呈膠體狀態(tài)和溶解

教學(xué)主要內(nèi)容備注

狀態(tài)的有機(jī)物。經(jīng)二級(jí)處理后，廢水中有機(jī)物可除去80%~90%,通常

能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。③三級(jí)處理。主要是去除生物難降解的有機(jī)污染物和

廢水中溶解的無機(jī)污染物，屬于深度處理，處理后的水通常可達(dá)到工業(yè)

用水、農(nóng)業(yè)用水和飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，但成本高，一般只用于嚴(yán)重缺水的地

區(qū)和城市

1.3固體

當(dāng)液體冷卻到一定溫度，便凝結(jié)為固體。固體具有一定的體積和形

狀，密度大，不易壓縮。固體內(nèi)部粒子受力相互抵消，而表面粒子受

力不對(duì)稱，使固體具有吸附能力，從而產(chǎn)生潤滑、黏結(jié)和催化作用。

自然界的物質(zhì)中，固體占絕大多數(shù)。工程材料以固態(tài)物質(zhì)為主。

1.3.1晶體和非晶體

晶體與非晶體比較，有以下不同。

1）幾何形狀

晶體具有整齊的、有規(guī)則的幾何形狀。

2）各向異性

晶體有許多物理性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、溶解作用

等，在晶體的不同方向各不相同，稱作各向異性。例如石墨晶體在不同

方向的導(dǎo)電能力相差很大；云母晶體在不同方向上的強(qiáng)度相差很遠(yuǎn)，容易

沿著某一方向的平面分裂成薄片C非晶體物質(zhì)則不同，和液體相似，表

現(xiàn)為各向同性。

3）熔點(diǎn)

非晶體沒有固定的熔點(diǎn)，只有軟化溫度范圍。

1.3.2固體表面的吸附與干燥

吸附現(xiàn)象是物質(zhì)界面將周圍介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)吸引并暫時(shí)停留的現(xiàn)象，或物

質(zhì)在相界面上濃度自動(dòng)發(fā)生變化的現(xiàn)象。能把周圍介質(zhì)吸引在其表面的物

質(zhì)稱為吸附劑。常用的固體吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁等。被

吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。固體表面能自發(fā)地產(chǎn)生吸附現(xiàn)象。被吸附的物質(zhì)

并非靜止不動(dòng)，隨著分子熱運(yùn)動(dòng)、氣體分子的碰撞，吸附質(zhì)分子還可以

教學(xué)主要內(nèi)容備注

重新回到周圍介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為解吸。

1.3.3固體廢棄物的利用及處理

1）固體廢棄物的概念

固體廢棄物指生產(chǎn)和生活活動(dòng)中丟棄的固體、半固體物質(zhì)。“廢物”

是一個(gè)相對(duì)的概念，在某種條件下稱為廢物，但在另一種條件下卻可能

成為寶貴的原材料，故固體廢棄物有“放錯(cuò)地點(diǎn)的原料”之稱。2）固體

廢棄物的產(chǎn)生

3）固體廢棄物的分類與特點(diǎn)

4）固體廢棄物的處理和利用的原則

1.4環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)性發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展的含義深刻、內(nèi)容豐富，主要指社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、資

源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。目標(biāo)是發(fā)展，必要條件是可持續(xù)，其主張世界上

任何地區(qū)、任何國家的發(fā)展不能以損害別的地區(qū)、國家的發(fā)展能力為代

價(jià)，當(dāng)代人的發(fā)展不能以損害后代人的發(fā)展能力為代價(jià)?？沙掷m(xù)發(fā)展的

實(shí)質(zhì)是協(xié)調(diào)人與自然的關(guān)系，從根本上緩解人口爆炸、資源短缺、環(huán)境

污染、生態(tài)破壞的問題。

作業(yè)題

三、填空題：1、3、6、7

四、單選：1、2、3、4、7、1（）

五、簡答題：2、3

六、計(jì)算題：1、2、3

授課章節(jié)第2章化學(xué)反應(yīng)的能量與方向

課程性質(zhì)必修學(xué)時(shí)6

掌握：熱力學(xué)常用術(shù)語、化學(xué)反應(yīng)熱和焙變、熱化學(xué)方程式及化學(xué)反

應(yīng)的焰變的計(jì)算、化學(xué)計(jì)量數(shù)、混亂度與燧、吉布斯函數(shù)與反應(yīng)方向

教學(xué)

的判據(jù)。

目的

理解：自發(fā)過程的特點(diǎn)、反應(yīng)進(jìn)度的意義及其計(jì)算。

要求

了解：了解本章的主要內(nèi)容和基本要求、能源開發(fā)利用及現(xiàn)狀

焰變與反應(yīng)的自發(fā)性、中國能源現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)。

重點(diǎn)：

化學(xué)計(jì)量數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度、系統(tǒng)、環(huán)境、狀態(tài)、狀態(tài)函數(shù)等熱力學(xué)

常用術(shù)語、熱力學(xué)第一定律、化學(xué)反應(yīng)熱和焰變、熱化學(xué)方程式及化

教學(xué)

學(xué)反應(yīng)的焰變的計(jì)算、自發(fā)過程、焙、吉布斯函數(shù)與反應(yīng)方向的判據(jù)、

重點(diǎn)

能源開發(fā)利用及現(xiàn)狀。

難點(diǎn)

難點(diǎn)：

化學(xué)計(jì)量數(shù)；反應(yīng)進(jìn)度、狀態(tài)、狀態(tài)函數(shù)、吉布斯函數(shù)與反應(yīng)方

向的判據(jù)、化學(xué)反應(yīng)的焰變的計(jì)算、熠。

教學(xué)

結(jié)合啟發(fā)性、提問式等教學(xué)手段進(jìn)行系統(tǒng)講授

方法

教具多媒體課件輔以板書

2.1化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系

2.1.1化學(xué)反應(yīng)計(jì)量數(shù)2.1.2反應(yīng)進(jìn)度

2.2化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系

2.2.1熱力學(xué)常用術(shù)語2.2.2熱力學(xué)第一定律2.2.3化學(xué)反應(yīng)熱

和焰變2.2.4熱化學(xué)方程式2.2.5化學(xué)反應(yīng)的焰變

授課2.3化學(xué)反應(yīng)的方向

提綱2.3.1自發(fā)過程2.3.2熔變與反應(yīng)的自發(fā)性2.3.3混亂度與焰

2.4吉布斯函數(shù)與反應(yīng)方向的判據(jù)

2.4.1吉布斯函數(shù)2.4.2吉布斯函數(shù)變與反應(yīng)的方向

2.4能源開發(fā)利用2.4.1能源概述2.4.2常規(guī)能源

2.4.3新型能源2.4.4人類利用能源的歷史及現(xiàn)狀展望

2.4.5中國能源現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)本章小結(jié)

教學(xué)主要內(nèi)容備注

2.1化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系

2.1.1化學(xué)反應(yīng)計(jì)量數(shù)

化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)研究的核心部分。物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，遵循質(zhì)量

守恒定律?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，用元素符號(hào)和化學(xué)式

表示化學(xué)變化中質(zhì)量關(guān)系的式子。對(duì)于任意一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)

方程式可以寫作：

aA+Z?B=gG+〃H

若將反應(yīng)物的化學(xué)式移項(xiàng)，則有0=gG+/?H-〃A?B

此式可簡寫作通式0=ZVBB

2.1.2反應(yīng)進(jìn)度

為了表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3100~3102-93《量

和單位》中規(guī)定了反應(yīng)進(jìn)度S這一物理量及其單位。

2.2化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系

熱力學(xué)是研究能量相互轉(zhuǎn)化過程中所遵循規(guī)律的科學(xué)。熱力學(xué)建立

在熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和熱力學(xué)第三定律基礎(chǔ)上，適用于

大量分子組成的宏觀系統(tǒng)。化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化，將熱力學(xué)原

埋應(yīng)用于化學(xué)過程，就形成了化學(xué)熱力學(xué)。

2.2.1熱力學(xué)常用術(shù)語

1）系統(tǒng)與環(huán)境

人們?yōu)榱搜芯糠奖悖⒀芯康膶?duì)象與周圍其他部分區(qū)分開，被研

究的對(duì)象稱為系統(tǒng)（或體系），除系統(tǒng)之外與系統(tǒng)密切相關(guān)的部分稱為環(huán)

境。例如研究燒杯中的水，水即為系統(tǒng)，而燒杯及其它的相關(guān)物質(zhì)或空

間則為環(huán)境。根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間是否有物質(zhì)和能量交換，將系統(tǒng)分為

三類：

（1）敞開系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換又有能量交換的系統(tǒng)。

教學(xué)主要內(nèi)容備注

如敞口廣口瓶內(nèi)的熱水。

（2）封閉系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境之間無物質(zhì)交換而有能量交換的系統(tǒng)。

如封口廣口瓶內(nèi)的熱水。

（3）孤立系統(tǒng)系統(tǒng)與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換也無能量交換的系統(tǒng)，

又稱隔離系統(tǒng)。如保溫瓶內(nèi)的熱水。

2）狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

系統(tǒng)都具有一定的宏觀性質(zhì)，如溫度、壓力、體積、質(zhì)量、密度等，

這些性質(zhì)的綜合表現(xiàn)稱為系統(tǒng)的狀態(tài)。這些描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀性質(zhì)（物

理量），稱為狀態(tài)函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)一定時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)就確定了；

當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)的性質(zhì)也會(huì)隨之改變。

3）過程和途徑

當(dāng)系統(tǒng)從始態(tài)變化到終態(tài)時(shí)，其宏觀性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，稱這種變化

為過程.將系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)所經(jīng)歷的過程總和稱為途徑。

4）相

系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的均勻部分稱為相，有氣相、

液相和固相三種，不同的相之間存在著明顯的相界面。同一種物質(zhì)可因

其聚集狀態(tài)不同而形成不同的相，且能同時(shí)存在，例如水、水蒸氣、冰

是同一物質(zhì)水的不同相。同一相可能含有多種物質(zhì)，例如硫酸銅和氯化

鈉的混合溶液為一個(gè)相，但其中有三種物質(zhì)。

2.2.2熱力學(xué)第一定律

1）熱和功

（1）熱系統(tǒng)與環(huán)境之間由于溫度不同而交換的能量稱為熱，用。

表示，單位為J。熱力學(xué)中用。值的正、負(fù)表示熱傳遞的方向；系統(tǒng)吸熱，

Q為正值；系統(tǒng)放熱，。為負(fù)值。熱不但與系統(tǒng)的始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，還

與變化的途徑有關(guān)，故熱不是狀態(tài)函數(shù)。

（2）功系統(tǒng)和環(huán)境之間除熱外，所交換的其他形式能量稱為功，

用W表示，單位為J。熱力學(xué)中用W值的正、負(fù)表示功傳遞的方向：環(huán)

境對(duì)系統(tǒng)作功，w為正值；系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功，w為負(fù)值。功也與變化的

教學(xué)主要內(nèi)容備注

途徑有關(guān)，不是狀態(tài)函數(shù)。

W二—〃外?4=-P外AV=一〃外(匕一V)

2)熱力學(xué)能

任何物質(zhì)都具有能量，系統(tǒng)內(nèi)所含全部能量的總和稱為熱力學(xué)能，

又稱內(nèi)能。用U表示，單位是J或kJ。熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)，其改變量

只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。

3)熱力學(xué)第一定律

人們經(jīng)過長期的實(shí)踐證明：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量不會(huì)

自生自滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過程中，能量的

總值不變。此規(guī)律稱為能量守恒定律，即熱力學(xué)第一定律。

△U=U2~UI=Q+W

2.2.3化學(xué)反應(yīng)熱和始變

在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)吸收或放出的熱量稱為化學(xué)反

應(yīng)熱，簡稱反應(yīng)熱。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的條件不同，反應(yīng)熱分為：恒容

反應(yīng)熱與恒壓反應(yīng)熱。

1.恒容反應(yīng)熱

對(duì)于只做體積功的反應(yīng)系統(tǒng)，在恒容條件下的反應(yīng)熱稱為恒容反應(yīng)

熱(Heatofreactionatconstantvolume),用Qv表示。

AU=Q+W=Qy-pAV=Qv

2.恒壓反應(yīng)熱

對(duì)于只做體積功的反應(yīng)系統(tǒng)，在恒壓條件下的反應(yīng)熱稱為恒壓反應(yīng)熱

(Heatofreactionatconstantpressure),用Qp表示。

△U=Q+W=Qp-pbV

QP=A[/+〃△V=(Ui~U\)+p(Vz—V\)

=CU2+PV2)-(Ui+pVi)

定義為婿(Enthalpy),用符號(hào)"表示，H=U+pV

QP=(S+pV'2)-(Ui+pVi)=HI~H\=LH

在只做體積功的條件下，恒壓反應(yīng)熱等于系統(tǒng)培的改變量，

教學(xué)主要內(nèi)容備注

焰是狀態(tài)函數(shù)，單位是J或kJ,其絕對(duì)值無法求得。

2.2.4熱化學(xué)方程式

熱化學(xué)方程式指表示化學(xué)反應(yīng)及其標(biāo)準(zhǔn)摩爾婚變之間關(guān)系的化學(xué)反

應(yīng)方程式。

熱化學(xué)方程式書寫時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

1）要注明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)。物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，則反

應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焰變不同。

2）;表示反應(yīng)進(jìn)行了Imol反應(yīng)進(jìn)度時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)熔變，而反

應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，所以用不同化學(xué)計(jì)量式表示同一反應(yīng)時(shí)，

△r”：也不同。

3）要注明反應(yīng)溫度，溫度變化時(shí)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焰變會(huì)隨之改變。

但若溫度和壓力分別為298K和p）可以不注明。

2.2.5化學(xué)反應(yīng)的結(jié)變

L蓋斯定律

1840年，俄國化學(xué)家蓋斯（GH.Hess）根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出：在恒

壓或恒容條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)無論一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)

熱相等。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律稱為蓋斯定律。

2.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成給與化學(xué)反應(yīng)熱

（1）標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成培熱力學(xué)規(guī)定，將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由元素最穩(wěn)定

單質(zhì)生成Imol物質(zhì)B時(shí)反應(yīng)的焰變稱為該物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成始,用

相態(tài)，7）表示。下標(biāo)f表示生成，溫度為298K時(shí)，7可以省略。

的單位為kJmo「i或Jmol'o

規(guī)定表明，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，元素最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成婚為零,

例如Af"：（H2,g,298.15K）^kJmoF'o對(duì)于存在同素異形體的單質(zhì)，

熱力學(xué)上習(xí)慣將02、石墨、白磷、正交硫作為最穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)。如

石墨，s,T）=0kJ-mol1,而Af”：（金剛石，s,T）H0kJ-mol"。附

教學(xué)主要內(nèi)容備注

錄3列出了298.15K,一些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焙數(shù)據(jù)。

(2)由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成培計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱

對(duì)于任一化學(xué)反應(yīng)

+Z?B=gG+〃H

△r〃：二[g△冉：(G)+/z4H：(H)HaA”：(A)+0A〃：(B)]

(B，相態(tài)，T)

(2-9)

式(2-9)中UB為化學(xué)反應(yīng)計(jì)量數(shù)，對(duì)反應(yīng)物取負(fù)值，生成物取正值。

可見反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾婚變等于反應(yīng)物與生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成培與相應(yīng)

化學(xué)計(jì)量數(shù)乘積的加和。

2.3化學(xué)反應(yīng)的方向

2.3.1自發(fā)過程

在一定條件下，不需要環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作功就能自動(dòng)進(jìn)行的過程稱為自發(fā)

過程。需要環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作功才能進(jìn)行的過程稱為非自發(fā)過程。自發(fā)過程

具有一些共同特點(diǎn)：

(1)自發(fā)過程具有方向性。

(2)自發(fā)過程具有一定的限度。

(3)進(jìn)行自發(fā)過程的系統(tǒng)具有作功的能力。

2.3.2婚變與反應(yīng)的自發(fā)性

2.3.3混亂度與熠

人們?cè)谘芯糠磻?yīng)自發(fā)性的過程中發(fā)現(xiàn)，許多自發(fā)過程都向混亂程度

(簡稱混亂度)增大的方向進(jìn)行。系統(tǒng)有趨向于最大混亂度的傾向。系統(tǒng)混

亂度的增大有利于反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行。

1.炳

熱力學(xué)將系統(tǒng)中微觀粒子的混亂度用物理量烯來表示，符號(hào)是S,單

位是J?KL物質(zhì)的混亂度越大，其炳值也越大。端是狀態(tài)函數(shù)，其改變

量只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化途徑無關(guān)。在孤立系統(tǒng)中，系

教學(xué)主要內(nèi)容備注

統(tǒng)與環(huán)境沒有能量交換，系統(tǒng)總是自發(fā)地向皤值增大的方向變化，達(dá)到

平衡時(shí)，系統(tǒng)的端達(dá)到最大值。因此孤立系統(tǒng)中嫡值增加的方向總是自

發(fā)的，被稱為是焙增原理。孤立系統(tǒng)的端值永不減少，這就是熱力學(xué)第

二定律。由此可知

△S孤立系統(tǒng)>0,自發(fā)過程；孤立系統(tǒng)=0,達(dá)到平衡；ZkS孤立系統(tǒng)V0,非自

發(fā)過程

熱力學(xué)第三定律：0K時(shí)，任何純凈物質(zhì)完美晶體的嫡值等于零。若

某純凈物質(zhì)的溫度從OK升高到T,則此過程的燧變?yōu)椋?/p>

/SS=S(T)-S(0K)=S(T)

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol純物質(zhì)B的規(guī)定炳稱為該物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾埼，

用符號(hào)S：(B,相態(tài)，7)表示，單位為J.molK"。。

通過分析物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熠數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

(1)同一物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同時(shí)，S：(g)>S：(1)>Sfn(s)o

(2)分子結(jié)構(gòu)相似的同類物質(zhì)，摩爾質(zhì)量越大，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾燧值越

大。例如，298.15K時(shí)，S：(HF)vS：(HC1)<S：(HBr)<S：(HI)

(3)摩爾質(zhì)量相同的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾越大。

2.反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾埔變

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)進(jìn)行Imol反應(yīng)進(jìn)度時(shí)的燧變稱為該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

摩爾烯變。298.15K時(shí)化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾烯變可以由反應(yīng)物與生成物的

標(biāo)準(zhǔn)摩爾燧求得。對(duì)于任一化學(xué)反應(yīng)

4A+bB=gG+/?H

溫度T時(shí)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾端變?yōu)椋?/p>

=ZVBS：(B,相態(tài)，T)(2-10)

2.4吉布斯函數(shù)與反應(yīng)方向的判據(jù)

2.4.1吉布斯函數(shù)

教學(xué)主要內(nèi)容備注

1.自發(fā)過程的判據(jù)和吉布斯函數(shù)

為尋找過程自發(fā)進(jìn)行的普遍性判據(jù)，1878年，美國物理化學(xué)家

J.W.Gibbs提出了一個(gè)綜合考慮焰、墉和溫度三個(gè)因素的新熱力學(xué)函數(shù)一

吉布斯函數(shù)(或稱吉布斯自由能)，用符號(hào)G表示。可以用吉布斯函數(shù)

的變化量4G,判斷恒溫、恒壓下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。

吉布斯函數(shù)的定義式為

G=H~TS

(2-11)

根據(jù)吉布斯函數(shù)的定義式G二”一75,在恒溫、恒壓條件下有

△G=AH-TAS

(2-12)

式(2-12)即為吉布斯?亥姆霍茲(Gibbs-Helmholtz)方程，是熱力

學(xué)中非常重要的公式。

恒溫、恒壓且標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，進(jìn)行了Imol反應(yīng)進(jìn)度，有

(T)(T)-gS：(T)

ArG?(T)MH：(298.15K)-TArS?(298.15K)

2.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由元素最穩(wěn)定單質(zhì)生成Imol物質(zhì)B時(shí)反應(yīng)的吉布斯函

數(shù)變，稱為該物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)，用符號(hào)AtG：(B,相

態(tài)，T)表示，其單位是

對(duì)于任一化學(xué)反應(yīng)：

aA+/?B=gG+/?H

標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變?yōu)椋?/p>

△,G：=[gAfG：(G)+gG：(A)+孫G：(B)]

2.4.2吉布斯函數(shù)變與反應(yīng)的方向

教學(xué)主要內(nèi)容備注

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，可以用4Gm判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向，即反應(yīng)的吉

布斯函數(shù)判據(jù)：

ArGm<0反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行

ArGm=0反應(yīng)處于平衡狀態(tài)

ArGin>0反應(yīng)正向非自發(fā)，逆向可自發(fā)進(jìn)行

根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)，非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下反應(yīng)的摩爾吉布斯函數(shù)變(7)與

標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下反應(yīng)的摩爾吉布斯函數(shù)變之間的關(guān)系為：

ArGm(T)-ArG?(T)+RTtnJ

化學(xué)反應(yīng)等溫方程。式中，J稱為反應(yīng)商。對(duì)于任意狀態(tài)的氣相間反

應(yīng)：〃A(g)+Z?B(g)一gG(g)+〃H(g)

曄巴畔r

j-PP

PrP(A)】“rP(BM

LQ-11Q-J

pp

對(duì)于任意狀態(tài)下溶液中反應(yīng)

c(G)c(H)h

I=c。c°

c［等］a［*b

應(yīng)當(dāng)注意，在反應(yīng)商J的表達(dá)式中不包括純固態(tài)或純液態(tài)的分壓或濃

度。

由Gibbs-Helmholtz方程可以分析△”、A5和7對(duì)反應(yīng)方向的影響。

對(duì)于婚變、端變不同的任意反應(yīng)，焙變、端變可正、可負(fù)；溫度也可高、

可低。表2-1為不同條件下反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷。

2.4能源開發(fā)利用

能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)

發(fā)展的原動(dòng)力。人類歷史表明，每次能源科技的突破都帶來生產(chǎn)力的巨

大飛躍和社會(huì)的進(jìn)步。建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的

教學(xué)主要內(nèi)容備注

能源系統(tǒng)極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展，但化石燃料的大規(guī)模使用也帶

來嚴(yán)重的后果：資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，誘發(fā)政治經(jīng)濟(jì)糾紛，甚

至沖突和戰(zhàn)爭(zhēng)。而且，全球的人口增長和經(jīng)濟(jì)增長對(duì)能源的需求日益增

大，能源供需之間的矛盾越來越尖銳。因此，如何合理利用現(xiàn)有能源，

開發(fā)新能源，保障能源安全供應(yīng)和實(shí)現(xiàn)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)與可持

續(xù)發(fā)展成為人類社會(huì)迫切關(guān)注的問題

2.4.1能源概述

（1）能源及其分類能源指能夠提供能量的資源，包括物質(zhì)資源，

如煤炭、石油、天然氣，氫能等及提供能量的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式，如太用能、

風(fēng)能等。能源的晶種繁多，可從不同角度進(jìn)行分類。

（2）能量的轉(zhuǎn)化能源在一定條件下可以釋放能量。能量有多種不

同的形式，如機(jī)概能、勢(shì)能、動(dòng)能、熱能、化學(xué)能、光能、電能等。各

種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程服從熱力學(xué)第一定律一一能量守

恒定律?；瘜W(xué)反應(yīng)是能量轉(zhuǎn)換的重要方式，包括熱化學(xué)反應(yīng)（燃燒）、光

化學(xué)反應(yīng)（光合作用、光化學(xué)電池）、電化學(xué)反應(yīng)（電池、電解）和生物

化學(xué)反應(yīng)（發(fā)酵）等。

2.4.2常規(guī)能源

煤、石油、天然氣以及水利資源、電力等都屬于常規(guī)能源，被人類

廣泛利用，并在生產(chǎn)和生活中起著重要的作用。2018年世界一次能源消

費(fèi)中，石油位列第一，占比31%；煤炭位列第二，占比26%；天然氣位

列第三，占比23%。三種傳統(tǒng)化石能源合計(jì)占一次能源消費(fèi)總量的80%,

可見當(dāng)今世界的能源消費(fèi)仍處于傳統(tǒng)的化石能源時(shí)代。我國是煤、石油

和天然氣發(fā)現(xiàn)和使用最多的國家，煤的消耗居能源消費(fèi)之首,

243新型能源

開發(fā)新型能源體系，將從以石油為主干，煤炭為基礎(chǔ)的礦物能源體

系向非礦物能源體系（太陽能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)

能、氫能等）過渡，從根本上解決能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)。

2.4.4人類利用能源的歷史及現(xiàn)狀展望

教學(xué)主要內(nèi)容備注

能源的利用伴隨著人類文明的進(jìn)步，具有劃時(shí)代的重要意義。學(xué)會(huì)

了用火，人類開始以樹枝、雜草等為燃料煮食和取暖，提高支配自然的

能力。從遠(yuǎn)古到中世紀(jì)，薪柴在世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中長期居首位。

2.4.5中國能源現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

《中國能源發(fā)展報(bào)告2018》指出，改革開放40年來，我國能源行業(yè)

發(fā)生巨變，取得了舉世矚目的成就，能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量躍升世界首位，

能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進(jìn)；能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，清潔能源消費(fèi)比

重持續(xù)提升；能源科技創(chuàng)新口新月異，一大批技術(shù)成果開始領(lǐng)跑國際；

能源體制機(jī)制市場(chǎng)化改革探索中前行，市場(chǎng)資源配置能力大幅增強(qiáng)。能

源發(fā)展給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力。

能源供應(yīng)方面，2018年我國能源生產(chǎn)總量達(dá)37.7億噸標(biāo)煤，是1978

年的6.0倍，位居世界第一。2018年煤炭、石油、天然氣產(chǎn)量分別比1978

年增長5.9倍、1.9倍和11.7倍；發(fā)電裝機(jī)和發(fā)電量位居世界第一，分別

比1978年增長33.3倍和26.9倍。在能源消費(fèi)方面,2018年我國能源消

費(fèi)總量達(dá)46.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比1978年增長7.7倍，位居世界第一。

能源體制機(jī)制改革逐步進(jìn)入深水區(qū)，市場(chǎng)資源配置能力大幅增強(qiáng)。

但由于我國特殊的國情等限制，我國能源系統(tǒng)也存在一定不足。

作業(yè)題

填空題：2、3、4、5、6單選：3、4、5、6

簡答題：1、3計(jì)算題：1、3

授課章節(jié)第3章化學(xué)平衡和反應(yīng)速率

課程性質(zhì)必修學(xué)時(shí)4

掌握：化學(xué)平衡時(shí)組成、轉(zhuǎn)化率及平衡常數(shù)之間的關(guān)系及計(jì)算；溫

度、壓力及惰性氣體對(duì)平衡的影響；簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)的速率方程，溫

教學(xué)

度對(duì)反應(yīng)的影響。

目的

理解：基元反應(yīng)、非基元反應(yīng)、反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)分子數(shù)以及活化能

要求

基本概念，確定反應(yīng)級(jí)數(shù)的方法。

了解：化學(xué)反應(yīng)平衡的條件、各種平衡常數(shù)的表示方法及其關(guān)系。

重點(diǎn)：

教學(xué)化學(xué)平衡；化學(xué)平衡的移動(dòng)；化學(xué)反應(yīng)速率；催化劑與催化作

重點(diǎn)用；勒夏特列原理。

難點(diǎn)

難點(diǎn)：

化學(xué)平衡常數(shù)；化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素；化學(xué)反應(yīng)速率理論。

教學(xué)

結(jié)合啟發(fā)性、提問式等教學(xué)手段進(jìn)行系統(tǒng)講授

方法

教具多媒體課件輔以板書

3.1化學(xué)平衡

3.1.1化學(xué)平衡概述

3.1.2化學(xué)平衡常數(shù)

3.1.3化學(xué)平衡的移動(dòng)

授課

3.2化學(xué)反應(yīng)速率

提綱

3.2.1化學(xué)反應(yīng)速率的定義

3.2.2影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

3.2.3化學(xué)反應(yīng)速率理論

3.2.4催化劑和催化作用.本章小結(jié)

教學(xué)主要內(nèi)容備注

3.1化學(xué)平衡

3.1.1概述

1.化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，是有條件的、暫時(shí)的，是可逆反應(yīng)進(jìn)

行的最大限度。

可逆反應(yīng)是在相同條件下，既可以發(fā)生正反應(yīng)，又可以發(fā)生逆反應(yīng)

的化學(xué)反應(yīng)。將反應(yīng)物向右進(jìn)行生成產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)稱為正反應(yīng)；產(chǎn)物

向左進(jìn)行生成反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)稱為逆反應(yīng)。

2.“四大化學(xué)平衡”：

1)酸堿平衡，如：醋酸的水解反應(yīng)；

+

CH3COOH(aq)+H2O(aq)=H3O(aq)+CH3COO'(aq)；

2)配位平衡,如：[Cu(NH3)/+的解離反應(yīng)；

2+2+

[Cu(NH3)4](aq)Cu(aq)+4NH3(aq)；

3)沉淀溶解平衡，如：難溶金屬氫氧化物的溶解反應(yīng)；

Mg(0H)2(s)=Mg"(叫)+20H(aq)；

4)氧化還原平衡，如：SCh氧化反應(yīng)；

2SO2(g)+O2(g)^2SO3(g)

3.L2化學(xué)平衡常數(shù)

1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是以M表示之，也稱平衡壓力商，以邛表小之。

2.由理想氣體的化學(xué)反應(yīng)等溫方程：

(

A￡n=+RTInJ?=-RTInK"+RTInJ?=RTln(4/K')

則在一定的溫度和壓力下，理想氣體反應(yīng)有：

若則VO,表示反應(yīng)自發(fā)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即向生成

產(chǎn)物的方向進(jìn)行；

若K°VJp,則々5>0,表示反應(yīng)自發(fā)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，即向反

應(yīng)物的方向進(jìn)行；

教學(xué)主要內(nèi)容備注

若K?=Jp,則與GLO,表示正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡。

3.理想氣體反應(yīng)平衡常數(shù)的不同表示式

K"=A；(p5AB=((￡)=j(4)A，=K.

PPP

B

弓、K,、(、(叫做經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)或?qū)嶒?yàn)平衡常數(shù)。

4.溶液反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

對(duì)于稀溶液中的反應(yīng)aA(aq)+/?B(aq)U^G(aq)+/?H(aq)

”

—g_

(4)“(舁y

cc

5.多相反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

若化學(xué)反應(yīng)為多相反應(yīng)：

cC(g)+tZD(aq)UtgG(g)+力(Hs)

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K(＞的計(jì)算只涉及反應(yīng)中理想氣體的平衡分壓。

（喏A）"

K"=

（龍/P）

6.相關(guān)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之間的關(guān)系

1)同一理想氣體反應(yīng)，若反應(yīng)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，則K”也

不同。

2)當(dāng)若干個(gè)反應(yīng)方程式相加或減，得到另一反應(yīng)式時(shí)；其平衡常數(shù)

為這幾個(gè)反應(yīng)平衡常數(shù)之積或商。

實(shí)驗(yàn)測(cè)定平衡常數(shù)的方法分為物理法和化學(xué)法兩類。

3.1.3化學(xué)平衡的移動(dòng)

1.化學(xué)平衡移動(dòng)是當(dāng)濃度、壓力、溫度等外界條件發(fā)生變化時(shí)，可

逆反應(yīng)將打破原有條件下的平衡，經(jīng)過一個(gè)非平衡過程，再在新的條件

下，建立起一個(gè)新的平衡。

教學(xué)主