【正文】 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 1 緒論 化學(xué)是一門既古老又年輕的科學(xué) 。 古老： 化學(xué)的歷史淵源非常古老，自從有了人類，化學(xué)便與人類結(jié)下了不解之緣。 鉆木取火，用火燒煮食物，燒制陶器，冶煉青銅器和鐵器 等等。當(dāng)時(shí)只是一種經(jīng)驗(yàn)的積累，化學(xué)知識(shí)的形成和發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而曲折的道路。而它的發(fā)展，又極大地促進(jìn)了當(dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，成為人類進(jìn)步的標(biāo)志。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 2 年輕： 化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合，形成了許多極具生命力的邊緣學(xué)科，如： 生物 藥學(xué) 天文 醫(yī)學(xué) 化學(xué) 計(jì)算 材料 計(jì)算 化學(xué) 生物 化學(xué) 藥物 化學(xué) 材料 化學(xué) 天體 化學(xué) 醫(yī)用 化學(xué) 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 3 化學(xué)是研究和創(chuàng)造物質(zhì)的科學(xué)，同工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 和國(guó)防現(xiàn)代化，同人民生活和人類社會(huì)等都有 非常密切的關(guān)系。 化學(xué)是一門中心性的、實(shí)用的和創(chuàng)造性的科 學(xué)，主要是研究 物質(zhì)的分子轉(zhuǎn)變規(guī)律的科學(xué) 。 化學(xué)與數(shù)學(xué)、物理一起屬于自然科學(xué)的基礎(chǔ)課 。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 4 1. 化學(xué)的定義與分支學(xué)科 化學(xué)是在原子和分子水平上研究物質(zhì)的 組成、結(jié)構(gòu) 和 性質(zhì) 及其 變化規(guī)律 和變化過(guò)程中 能量關(guān)系 的學(xué)科。 定義： 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 5 ?無(wú)機(jī)化學(xué)：無(wú)機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和無(wú)機(jī)化 學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 ?有機(jī)化學(xué)：碳?xì)浠衔锛把苌? ?分析化學(xué)：測(cè)量和表征物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu) ?物理化學(xué)：所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理、規(guī)律和 方法 ?高分子化學(xué)：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。 ?若干新分支：環(huán)境化學(xué)、核化學(xué)等等 化學(xué)的分支學(xué)科 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 6 2. 化學(xué)的地位和作用 ? 化學(xué)仍是解決食物短缺問(wèn)題的主要學(xué)科之一 ? 化學(xué)繼續(xù)推動(dòng)材料科學(xué)發(fā)展 ? 化學(xué)是提高人類生存質(zhì)量和生存安全的有效保障 ? 化學(xué)在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起關(guān)鍵作用 ? 化學(xué)是生命科學(xué)的重要支柱 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 7 3. 學(xué)習(xí)的目的、內(nèi)容和要求 學(xué)習(xí)目的 ?了解當(dāng)代化學(xué)學(xué)科的概貌 ?用化學(xué)的觀點(diǎn)分析、認(rèn)識(shí)生活和工作中的化學(xué)問(wèn)題 學(xué)習(xí)內(nèi)容 ? 理論化學(xué)：兩條“主線” (化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和物質(zhì) 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)） ?應(yīng)用化學(xué)： 單質(zhì)和化合物知識(shí)；化學(xué)在相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用 ? 實(shí)驗(yàn)化學(xué)：主要是性質(zhì)或理論的驗(yàn)證，重要數(shù)據(jù)的測(cè)定 學(xué)習(xí)要求 ? 辨證的思維 ? 發(fā)展的眼光 ? 實(shí)踐的方法 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 8 熱化學(xué)與能源 第 1章 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 9 本章學(xué)習(xí)要求 ： ? 了解定容熱效應(yīng) (qv)的測(cè)量原理。熟悉 qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。 ? 了解狀態(tài)函數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念和熱化學(xué)定律。理解等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變的關(guān)系、等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能變的關(guān)系。 ?掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。 ? 了解能源的概況，燃料的熱值和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 10 目錄 反應(yīng)熱的測(cè)量 反應(yīng)熱的理論計(jì)算 常見能源及其有效與清潔利用 清潔能源與可持續(xù)發(fā)展 選讀材料 核能 Ⅰ . 核燃料和核能的來(lái)源 Ⅱ . 核電的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì) 本章小結(jié) 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 11 1 .1 反應(yīng)熱的測(cè)量 系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。 環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。 幾個(gè)基本概念 1. 系統(tǒng)與環(huán)境 環(huán)境 系統(tǒng) 系統(tǒng)與環(huán)境 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 12 系統(tǒng)與環(huán)境之間的聯(lián)系包括有能量交換與物質(zhì)交換兩類，針對(duì)二者之間聯(lián)系情況的差別，把系統(tǒng)分為三類： （ 1）敞開系統(tǒng)（ open system） 環(huán)境 有物質(zhì)交換 敞開系統(tǒng) 有能量交換 系統(tǒng)與環(huán)境之間 既有物質(zhì)交換，又有能量交換 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 13 （ 2）封閉系統(tǒng)（ closed system） 環(huán)境 無(wú)物質(zhì)交換 有能量交換 系統(tǒng)與環(huán)境之間 無(wú)物質(zhì)交換，但有能量交換 封閉系統(tǒng) 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 14 （ 3）隔離系統(tǒng)（ isolated system） 系統(tǒng)與環(huán)境之間 既無(wú)物質(zhì)交換，又無(wú)能量交換 ， 故又稱為 孤立 系統(tǒng) 。 環(huán)境 無(wú)物質(zhì)交換 無(wú)能量交換 隔離系統(tǒng) (1) 真正的孤立系統(tǒng)是不存在的 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 15 （ 3）隔離系統(tǒng)（ isolated system） 大環(huán)境 無(wú)物質(zhì)交換 無(wú)能量交換 有時(shí)把系統(tǒng)和影響所及的環(huán)境一起作為孤立系統(tǒng)來(lái)考慮。 孤立系統(tǒng) (2) 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 16 開放系統(tǒng) 有物質(zhì)和能量交換 封閉系統(tǒng) 只有能量交換 隔離系統(tǒng) 無(wú)物質(zhì)和能量交換 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 17 2. 相 系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì) 完全相同的、均勻部分稱為相。所謂均勻時(shí)指其分散度達(dá)到 分子或離子大小 的數(shù)量級(jí)。 相與相之間有明確的界面。超過(guò)此相界面，一定某些宏觀性質(zhì)要發(fā)生突變。如 密度、折射率、組成 等 根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為： ?單相（均勻）系統(tǒng) ?多相（不均勻）系統(tǒng) 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 18 系統(tǒng)中相的總數(shù)稱為相數(shù)，用 ? 表示。 氣體 ：通常任何氣體均能無(wú)限混合，不論有多少種氣體混合， 只有一個(gè)氣相 。 液體 ：按其互溶程度可以組成 一相、兩相或三相共存。 如 乙醇與水完全互溶，則 ? =1；如 CHCl3與 H2O體系， 則 ? = 2。 單相：（乙醇 —水） 兩相：（苯 —水 ） 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 19 固體 ，一般有 一種固體就有一個(gè)相 。兩種固體粉末無(wú)論混合得多么均勻，仍是兩個(gè)相。其分散度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到分子、離子級(jí)。例如： ?Fe, ?Fe, ?Fe 3相 。 當(dāng)系統(tǒng)中不同種固體達(dá)到了分子程度的均勻混合，就形成了“固溶體”，這時(shí)就 一 個(gè)相。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 20 思考 ： 1) ， (0176。 C)下， H2O(l), H2O(g)和 H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。 答： 在此條件下，存在 3相（氣體 1相，固體 2相） 2) CaCO3(s)分解為 CaO (s)和 CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。 答：在此條件下，存在 3相（氣、液、固各一相） 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 21 3. 狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù) 狀態(tài)函數(shù) 用于表示系統(tǒng)性質(zhì)的物理量 X 稱狀態(tài)函數(shù)，如氣體的壓力 p、體積 V、溫度 T 等。 當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)確定后，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)就有確定的數(shù)值。 系統(tǒng)的狀態(tài)就是指用來(lái)描述系統(tǒng)的 壓力 p、體積 V、溫度 T 等 的各種宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。 有平衡態(tài)和非平衡態(tài)之分。 如系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)都處于定值，則系統(tǒng)為平衡態(tài)。 狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也必然發(fā)生部分或全部變化。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 22 狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì) ? 狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的 單值 函數(shù)。 ? 當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的變化量只與系統(tǒng)的 始、末 態(tài)有關(guān)，而與變化的實(shí)際途徑無(wú)關(guān)。 圖 狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì) 以下例子說(shuō)明：當(dāng)系統(tǒng)由始態(tài)變到終態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)壓力 p和體積 V的變化量與途徑無(wú)關(guān)。 外壓從 3p186。變?yōu)?p176。 V T 3p186。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 23 狀態(tài)函數(shù)的特性可描述為： 異途同歸，值變相等； 周而復(fù)始，數(shù)值還原 。 狀態(tài)函數(shù)的微小變化在數(shù)學(xué)上具有 全微分 的性質(zhì)。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 24 描述狀態(tài)或熱力學(xué)狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)。如 T、 P、 V、 U（熱力學(xué)能）、 H（焓）、 G（吉布斯函數(shù)）、 S（熵）等。仔細(xì)分析這些性質(zhì)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們有的值與物質(zhì)量有關(guān)，有的具有加和性，有的無(wú)加和性。狀態(tài)函數(shù)按其性質(zhì)可分為兩類 ： 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè) 25 廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì) 廣度性質(zhì)： 又稱為 容量性質(zhì) ，它的 數(shù)值與系統(tǒng)的物質(zhì)的量成正比 ， 其量值具有 加和性 ，如體積、質(zhì)量等。 強(qiáng)度性質(zhì)： 它的數(shù)值取決于系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，與系統(tǒng)的數(shù)量無(wú)關(guān)， 其量值 不具有加和性 ，如 溫度、壓力、密度等。 首頁(yè) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 末頁(yè)