《工科大学化学》课件

工科大学化学课程介绍欢迎参加工科大学化学课程！本课程旨在为工科学生提供坚实的化学基础知识，帮助同学们理解化学原理如何应用于工程领域，并培养解决实际工程问题的能力课程设计充分考虑工科学生的特点，将理论知识与工程应用紧密结合，通过生动的实例和实验操作，帮助学生掌握化学在工程中的重要作用和应用方法化学在工程中的作用结构材料能源转换环境工程化学原理支持各类工程结构材料的开发化学反应是能源转换的核心，从传统燃水处理、废气净化等环境工程技术的基与改进，从混凝土的水化反应到钢材的烧过程到现代锂离子电池，化学原理指础是化学反应和分离过程，化学知识对合金设计，都依赖于深入的化学知识导着能源技术的发展解决环境问题至关重要学科学习方法指导系统学习理论重视实验操作建立化学基本概念和原理的体通过实验验证理论，培养观察系，理解而非死记硬背，关注能力和实验技能，记录实验现概念间的联系与区别象并分析其化学本质问题导向学习从工程实际问题出发，寻找相关化学原理，建立知识应用的桥梁，提高解决实际问题的能力原子结构基础1道尔顿原子模型年，提出不可分割的微粒概念18032汤姆逊模型年，提出葡萄干布丁模型，发现电子18973卢瑟福模型年，提出核式结构模型，发现原子核19114玻尔模型年，提出轨道电子模型，解释氢原子光谱19135现代量子模型年，薛定谔方程建立，发展出云图模型1926现代原子结构理论基于量子力学，认为电子既具有粒子性又具有波动性电子在原子中的分布由概率云表示，不再是确定的轨道原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子构成，决定了元素的化学性质元素周期律与周期表原子半径电离能同一周期从左到右减小；同一主族从上到下同一周期从左到右增大；同一主族从上到下增大减小金属性电负性同一周期从左到右减弱；同一主族从上到下同一周期从左到右增大；同一主族从上到下增强减小元素周期表是按照原子序数（质子数）顺序排列的元素分类系统，由俄国化学家门捷列夫于年首次提出现代周期表按照元素电子构型排列，1869包含个周期和个族718化学键类型离子键共价键由金属原子和非金属原子之间通过电由非金属原子之间共享电子对形成，子转移形成，如氯化钠中如氢气分子中两个氢原子共享一NaCl Na+H₂和之间的键合作用特点是形成晶对电子特点是形成分子，熔点相对Cl-体，熔点高，固态不导电，水溶液或较低，通常不导电（除部分有机导体熔融状态导电外）金属键由金属原子的价电子形成电子海与金属正离子之间的作用力，如铜、铁Cu Fe等纯金属特点是良好的导电性、导热性和金属光泽，可塑性和延展性好分子结构与理论VSEPR电子对数非共用电子对数几何构型例子线型20BeCl₂平面三角形30BF₃四面体40CH₄三角锥形41NH₃形42V H₂O价层电子对互斥理论是预测分子几何构型的有效工具，该理论认为分子中心原VSEPR子周围的电子对会相互排斥，尽可能远离，从而决定分子的空间构型物质的量与摩尔概念×

6.0210²³阿伏伽德罗常数一摩尔物质中所含的粒子数12碳原子-1212克碳-12含有一摩尔原子18水的摩尔质量一摩尔水的克数g/mol

22.4标准状况下气体一摩尔气体的体积L/mol物质的量是基本物理量之一，单位是摩尔mol一摩尔物质含有的粒子数等于阿伏伽德罗常数NA，即

6.02×10²³个摩尔质量等于相对分子质量的数值加上单位g/mol，表示一摩尔物质的质量化学计量与反应方程式确定反应物和产物明确参与反应的物质和生成的产物，写出化学式例如，甲烷燃烧反应涉及和作CH₄O₂为反应物，和作为产物CO₂H₂O列出未配平方程式按照化学反应规律，写出反应物和产物的化学式对于甲烷燃烧CH₄+O₂→CO₂+H₂O配平方程式调整系数使反应两侧的各元素原子数相等配平后的甲烷燃烧方程式CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O检查元素平衡确认每种元素在方程式两侧的原子数目相等；；C1=1H4=4O4=4化学反应方程式是化学反应的简洁表达，通过元素符号和化学式表示反应过程中物质的转化关系配平的化学方程式满足质量守恒和原子守恒定律，是化学计算的基础气体定律及应用溶液及浓度单位质量分数ω溶质质量与溶液总质量之比，常用百分比表示计算公式ω=m溶质/m溶液×100%适用于固体溶质制备溶液，如1%氯化钠溶液表示100克溶液中含有1克氯化钠摩尔浓度c单位体积溶液中所含溶质的物质的量，单位为mol/L计算公式c=n溶质/V溶液实验室常用浓度单位，便于计算反应中物质的量关系摩尔分数x某组分物质的量与溶液中所有组分物质的量之和的比值计算公式xA=nA/nA+nB+...在热力学计算中具有重要应用溶解度与溶解平衡温度影响大多数固体溶解度随温度升高而增加压力影响气体溶解度随压力增加而增大溶质结构极性溶质易溶于极性溶剂溶剂性质相似相溶原则指导溶解性预测溶解度是在特定温度下，一定量溶剂中所能溶解的最大溶质量，表示溶液达到饱和状态时的浓度溶解过程是一个动态平衡，饱和溶液中溶质的溶解速率等于结晶速率化学热力学基础焓熵H S系统所具有的能量，用于表征化学反应的热系统混乱程度的度量，表征分子排列的无序效应为放热反应，为吸热反性自发过程中，孤立系统的熵总是增加ΔH0ΔH0应的自由能G平衡常数K反应的驱动力，结合了焓和熵的影响ΔG0与自由能变化直接相关，，K=e^-ΔG°/RT表示反应自发进行，表示非自发ΔG0决定了反应的平衡位置化学热力学研究能量变化与化学变化之间的关系，是预测化学反应方向和程度的重要工具热力学第一定律表明能量守恒；第二定律指出自发过程的方向；第三定律确立了熵的绝对标度反应热及能量转换化学能存储在化学键中的能量热能分子无序运动的能量形式电能电荷定向流动产生的能量机械能可用于做功的能量形式标准反应焓是在标准状态个大气压，通常为下，按化学计量数反应物完全转化为产物时所放出或吸收的热量热化学方程式是标明热效应的化学方程ΔH°125°C式，如H₂g+½O₂g→H₂OlΔH°=-

285.8kJ/mol化学动力学基础反应速率单位时间内反应物浓度的变化量，表示化学反应进行的快慢对于反应aA+bB→cC+，速率可表示为或dD-1/a·d[A]/dt1/c·d[C]/dt温度影响根据阿伦尼乌斯方程，反应速率常数与温度的关系为，其中为活化k Tk=A·e^-Ea/RT Ea能，为气体常数，为频率因子R A浓度影响反应速率与反应物浓度有关，速率方程中，和为反应级数，需通过实v=k[A]^m[B]^n mn验确定，不一定等于方程式中的化学计量数化学动力学研究化学反应速率及其影响因素，是化学反应工程的理论基础反应速率受多种因素影响温度升高通常使反应加速；浓度增加往往提高反应速率；催化剂可降低活化能，加速反应而不改变反应的热力学平衡反应顺序与机理零级反应一级反应二级反应速率与反应物浓度无关，v=k，浓度随时间线性减少，如某速率与一种反应物浓度成正比，v=k[A]，如放射性衰变、速率与两种反应物浓度乘积成正比，v=k[A][B]，或与一种些催化反应某些水解反应反应物浓度平方成正比，v=k[A]²反应机理描述了化学反应在分子水平上的具体过程，包括各个基元反应步骤最慢的反应步骤（速率决定步骤）控制整个反应的速率通过实验确定反应级数，可以推断可能的反应机理酸碱理论（阿伦尼乌斯布朗斯特）/阿伦尼乌斯理论布朗斯特洛里理论路易斯理论-最早的酸碱理论，由瑞典化学家阿伦尼年由丹麦化学家布朗斯特和英国化年由美国化学家路易斯提出，是最19231923乌斯于年提出学家洛里分别提出广泛的酸碱理论1884•酸在水溶液中电离出H+的物质•酸能够给出质子H+的物质•酸能接受电子对的物质•碱在水溶液中电离出OH-的物质•碱能够接受质子H+的物质•碱能提供电子对的物质•局限性仅适用于水溶液，不能解释•优势扩展到非水溶液，引入共轭酸•优势可以解释不涉及H+的酸碱反等物质的碱性碱对概念应，如配位反应NH₃酸碱中和及缓冲溶液盐类水解与溶液pH弱酸强碱盐如醋酸钠，水解后溶液呈碱性，⇌CH₃COONa pH7CH₃COO-+H₂O CH₃COOH+OH-强酸弱碱盐如氯化铵，水解后溶液呈酸性，⇌NH₄Cl pH7NH₄++H₂O NH₃·H₂O+H+强酸强碱盐如氯化钠，不发生水解，溶液呈中性NaCl pH=7弱酸弱碱盐如醋酸铵，值取决于和的相对大小CH₃COONH₄pH KaKb盐类水解是盐溶于水后，盐的阴离子或阳离子与水反应生成酸或碱的过程水解的本质是水分子中的或与盐离子的相互作用水解是可逆反应，遵循化学平衡原理，水解程度受多种因素影响，如H+OH-离子的酸碱性强弱、浓度和温度等氧化还原反应与电子转移确定氧化数遵循氧化数规则，如自由态元素为，氧通常为，氢通常为0-2+1识别氧化还原对找出氧化数发生变化的元素，确定氧化剂和还原剂电子平衡法配平确保得失电子数相等，再平衡其他元素和电荷检查并完善确认元素数量和电荷在方程式两侧平衡氧化还原反应是电子转移的过程，氧化是失电子过程，还原是得电子过程氧化剂是使其他物质被氧化的物质，自身被还原；还原剂是使其他物质被还原的物质，自身被氧化氧化数是表示原子在化合物中假定电荷状态的数值，用于追踪电子转移电化学原理原电池电解池利用自发氧化还原反应产生电流的装置利用外加电流强制进行非自发氧化还原反应的装置•阳极发生氧化反应，电子流出•阳极发生氧化反应，连接电源正极•阴极发生还原反应，电子流入•阴极发生还原反应，连接电源负极•电解质提供离子导电的介质•电极反应与原电池相反•盐桥平衡电荷，维持电流应用电解冶金、电镀、氯碱工业例锌铜原电池Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu电极电势是衡量电极得失电子能力的量度，标准电极电势是在标准状态下测得的电极电势值根据能斯特方程，电极电势与离子浓度有关电池电动势等于阴极电势减去阳极电势，表示电池产生电流的能力E=E°+RT/nFln[M^n+]电池与燃料电池锂离子电池氢燃料电池金属空气电池广泛应用于便携设备和电动车的可充电电池正一种将氢气和氧气（通常来自空气）的化学能直使用金属阳极（如锌、铝、锂）和空气中的氧气极通常为锂金属氧化物如，负极为碳材接转化为电能的装置在阳极，氢气分解为质子作为阴极活性物质的电池其理论能量密度高于LiCoO₂料（通常是石墨），电解质为含锂盐的有机溶和电子；质子通过质子交换膜移动到阴极，电子传统电池，但面临可充电性和放电效率等技术挑液工作原理是锂离子在充放电过程中在正负极通过外电路形成电流；在阴极，质子、电子和氧战锌空气电池已在助听器等设备中应用，锂空间往返移动（摇椅机制）气结合生成水氢燃料电池效率高，排放仅有气电池被视为未来高能量密度储能的候选技术水，是清洁能源技术常见无机物分类氧化物元素与氧形成的二元化合物•碱性氧化物金属氧化物，与水反应生成碱，如Na₂O•酸性氧化物非金属氧化物，与水反应生成酸，如SO₃•两性氧化物既有酸性又有碱性，如Al₂O₃•中性氧化物无明显酸碱性，如CO酸含有可电离氢离子的化合物•无机酸HCl,H₂SO₄,HNO₃等•强酸完全电离的酸，如HCl•弱酸部分电离的酸，如CH₃COOH•多元酸分子中含多个可电离H⁺，如H₂SO₄碱能与酸反应生成盐和水的物质•可溶性碱（碱金属和碱土金属氢氧化物）NaOH,KOH•难溶性碱MgOH₂,FeOH₃•强碱完全电离的碱，如NaOH•弱碱部分电离的碱，如NH₃·H₂O盐酸和碱反应的产物，由金属阳离子和酸根阴离子组成•正盐酸中全部H⁺被金属取代，如Na₂SO₄•酸式盐酸中部分H⁺被金属取代，如NaHCO₃•碱式盐碱中部分OH⁻保留，如PbOHCl•络合盐含有络离子的盐，如K₄[FeCN₆]典型金属元素及其化合物铁铜铝Fe CuAl地壳中含量丰富的过渡金属，优良导电金属，主要通过硫化地壳中含量最丰富的金属元主要通过高炉冶炼制取铁的铜矿石浮选、熔炼和电解提纯素，通过霍尔法从氧化铝中电化合物存在和两种常见价制取氧化铜用作催化解提取氧化铝硬度+2+3CuO Al₂O₃态氧化铁是重要的铁剂和色料；硫酸铜高，用作研磨材料和高温耐火Fe₂O₃矿石，也用作颜料和抛光剂；是重要的农用杀材料；硫酸铝用于水处理和造CuSO₄·5H₂O硫酸亚铁用于水处理和菌剂和电镀原料铜在电力、纸工业铝因其低密度、良好FeSO₄农业；氯化铁是常用的电子、建筑和通信领域有重要导电性和耐腐蚀性广泛应用于FeCl₃絮凝剂和催化剂铁及其合金应用，铜合金如黄铜和航空航天、建筑、包装和交通Cu-Zn在结构材料、机械制造、电力青铜具有良好的机械性领域铝的表面会形成致密氧Cu-Sn和交通领域有广泛应用能和防腐性能化膜，提供良好的自然防护金属腐蚀是金属与环境介质（如氧气、水、酸碱）发生的化学或电化学反应，导致金属性能退化常见腐蚀类型包括均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂等防腐措施包括表面涂层（如油漆、镀锌）、阴极保护、添加缓蚀剂和合适的材料选择等非金属元素及化合物元素性质特点重要化合物工程应用氧O无色气体，助燃H₂O,O₃,各种氧化物燃烧、呼吸、氧化反应硫S黄色固体，多种同素异形体H₂S,SO₂,H₂SO₄硫酸生产、硫化橡胶氮N惰性气体，化学性质不活泼NH₃,HNO₃,各种硝酸盐肥料、爆炸物、保护气磷P多种同素异形体，活泼P₄O₁₀,H₃PO₄,磷酸盐肥料、洗涤剂、火柴氯Cl黄绿色有毒气体，强氧化性HCl,NaClO,氯化物消毒、塑料生产、溶剂配位化合物及其结构八面体构型六配位，如[FeCN₆]³⁻平面四方构型四配位，如[NiCN₄]²⁻四面体构型四配位，如[ZnCl₄]²⁻线型构型二配位，如[AgNH₃₂]⁺配位化合物（又称络合物）是由中心金属离子（或原子）与配体通过配位键结合形成的化合物配位数是指与中心金属直接相连的配体上的给电子原子数常见配体包括水、氨、氰根、乙二胺等配位化合物的命名遵循配体中心金属电荷的顺序，如称为四氨合铜离子H₂O NH₃CN⁻en--[CuNH₃₄]²⁺II有机化学基础概念碳原子特性碳链类型形成稳定共价键，可链接形成多种结构直链、支链、环状结构多样性命名原则同分异构体命名法基于主链和取代基分子式相同，结构不同的化合物IUPAC有机化合物是含碳的化合物（少数简单碳化合物如、碳酸盐等除外）有机物的特点包括结构多样性（由于碳原子形成链状、支链和环状结构的能CO₂力）；同分异构现象（构造异构、位置异构、官能团异构和立体异构）；共价键结合（大多数有机反应涉及共价键的形成和断裂）烃类烷烃、烯烃与炔烃烷烃烯烃炔烃CnH2n+2CnH2n CnH2n-2只含有单键的饱和烃，化学性质相对稳含有双键的不饱和烃，化学活性高特征含有三键的不饱和烃，化学活性更高可C-C C=C C≡C定常见反应包括燃烧、卤代（取代）反应反应是加成反应（与、、、等）和发生加成反应（可分步进行）和酸性氢置换反H₂X₂HX H₂O甲烷、乙烷、丙烷是重要的燃料气体；高级烷聚合反应乙烯是最重要的基础化工原料之应乙炔是重要的工业原料和焊接燃料，用于烃是汽油、柴油和润滑油的主要成分烷烃的一，用于生产聚乙烯、乙醇和乙二醇等；丙烯合成醋酸、氯乙烯等化工产品；高级炔烃在有惰性特性使其成为良好的溶剂和化工原料用于生产聚丙烯、丙烯腈和环氧丙烷等机合成中是重要的中间体芳香烃与取代反应苯环结构六边形共轭环系，特殊稳定性共振理论电子离域化导致能量降低和稳定性提高取代反应偏好相比加成反应，更倾向发生取代以保持芳香性苯是最简单的芳香烃，具有平面六边形结构，所有碳碳键长相等苯环的稳定性源于电子云的完全离域化，使其比理论上的C₆H₆-

1.39Åπ环己三烯能量低约，这种额外的稳定性称为共振能或芳香性1,3,5-150kJ/mol有机官能团识别官能团结构代表化合物特性反应醇R-OH甲醇、乙醇氧化、酯化醛R-CHO甲醛、乙醛氧化、还原、加成酮R-CO-R丙酮、丁酮还原、加成羧酸R-COOH乙酸、苯甲酸酯化、酰胺化酯R-COO-R乙酸乙酯水解、酯交换胺R-NH₂甲胺、苯胺酰基化、烷基化官能团是决定有机化合物化学性质的原子或原子团不同官能团表现出特定的化学反应活性和物理性质例如，羧酸具有酸性；醇可以与羧酸反应形成酯；醛酮含有羰基，易发生加成反应；胺具有碱性，可与酸反应生成盐有机反应机理简析加成反应不饱和键（如C=C，C≡C）接受原子或基团，如烯烃的卤化、氢化和水合反应应用于聚合物合成和药物中间体制备取代反应原子或基团被另一种取代，如烷烃卤代、芳香环硝化广泛用于染料、农药和药物合成消除反应分子失去原子或基团形成不饱和键，如脱水、脱卤用于制备烯烃和炔烃中间体重排反应分子内原子位置重新排列，如频哪醇重排用于合成特殊结构化合物有机反应机理是描述分子在反应过程中电子和原子变化的理论模型理解反应机理有助于预测反应结果、解释立体选择性和设计新反应有机反应可分为亲电反应（电子不足物质进攻电子富集位置）、亲核反应（电子富集物质进攻电子不足位置）和自由基反应（涉及不成对电子的中间体）高分子化学初步加聚反应缩聚反应单体通过加成反应形成聚合物，无小不同功能基团间反应形成聚合物，伴分子产物典型例子是乙烯聚合生成随小分子（如水、醇）生成例如，聚乙烯，反应过程中不丢失任何原子，对苯二甲酸与乙二醇缩聚生成，PET具有的原子经济性机理包括自同时释放水分子常见的缩聚聚合物100%由基聚合、离子聚合和配位聚合还包括尼龙、聚酯和酚醛树脂开环聚合环状单体开环后连接成线性聚合物链如环氧树脂、尼龙和某些聚醚的合成结合了6加聚的高效率和缩聚的多样性，是现代高分子合成的重要方法常见工程塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙PE PPPVC PS二醇酯等聚合物的性质与其分子结构密切相关分子量决定机械强度；交联度影响热PET稳定性和溶解性；结晶度影响透明度和刚性；侧链修饰可调节溶解性和生物相容性分析化学基础4滴定类型酸碱、配位、氧化还原、沉淀7中性点pH滴定曲线的平衡点±

0.1%滴定精度良好实验条件下的误差范围⁻10³检测下限经典滴定法的典型灵敏度mol/L分析化学是研究物质组成、含量和结构的科学，包括定性分析（确定样品中存在的组分）和定量分析（测定组分的含量）经典分析方法包括重量分析法（基于沉淀反应和质量测量）和滴定分析法（基于当量点的体积测量）仪器分析初步元素分析与有机分析样品制备有机物样品需要干燥、纯化，确保没有杂质干扰样品量通常在毫克级别，需要精确称量燃烧转化在高温（通常约）下，在氧气存在条件下完全燃烧碳转化为，氢转化为，1000°C CO₂H₂O氮转化为或氮氧化物，硫转化为N₂SO₂产物收集燃烧产物被收集并定量分析可通过红外吸收或热导检测器测定；可通过电解池CO₂H₂O或重量法测定；氮通常采用热导检测器测定含量计算基于检测到的元素含量，结合分子量计算，推断分子式或检验产品纯度元素分析是测定物质中各元素含量的方法，有机元素分析主要测定、、、、等元素的含量常C HN SO见仪器有元素分析仪，能同时测定碳、氢、氮含量元素分析可用于确定未知化合物的分子式、CHN验证合成产物纯度和检测有机污染物环境化学要点大气污染物水污染物主要包括颗粒物PM

2.5/PM

10、二氧化硫SO₂、氮氧化物NOₓ、臭氧O₃、一包括重金属、有机污染物、营养盐类、农药残留和微生物等氧化碳和挥发性有机物CO VOCs检测指标检测技术•生化需氧量BOD和化学需氧量COD•气相色谱法检测VOCs•总有机碳TOC和总氮TN•红外吸收法测定CO和CO₂•原子吸收分光光度法测定重金属•化学发光法分析NOₓ•高效液相色谱法分析有机污染物•重量法或β射线法测定颗粒物处理技术治理技术•混凝沉淀法去除悬浮物•催化转化器处理汽车尾气活性炭吸附有机物••脱硫脱硝技术处理工业废气•生物处理降解有机污染物•静电除尘器去除颗粒物•高级氧化技术处理难降解污染物农业与食品化学肥料分析农药分析食品添加剂肥料的主要养分包括氮、磷和钾，通常以农药残留分析通常采用提取净化检测流程常用常见食品添加剂包括防腐剂、抗氧化剂、着色剂、N PK--的百分含量表示氮素分析采用凯氏定技术包括液液萃取、固相萃取、方法等甜味剂、增味剂等检测方法包括高效液相色谱法N-P₂O₅-K₂O QuEChERS氮法或自动氮分析仪；磷含量通过钼蓝比色法测进行样品前处理；气相色谱质谱联用和液测定防腐剂和甜味剂；分光光度法分析合成-GC-MS HPLC定；钾含量通常使用火焰光度法或原子吸收光谱法相色谱质谱联用用于定性定量分析多残着色剂；气相色谱法检测香料成分；电感耦合等离-LC-MS测定微量元素如、、、等可通过留分析方法可同时检测几十到上百种农药成分，检子体质谱法分析微量元素添加剂快速检Fe ZnCu BICP-ICP-MS或测定出限可达或级别测技术如拉曼光谱和近红外光谱也越来越多地应用MS ICP-OES ppbppt于食品添加剂筛查新材料化学导论新型合金材料纳米材料高熵合金是由种或更多主元素组成的新型纳米材料是至少在一个维度上尺寸在纳51-100合金体系，具有高强度、高韧性、耐腐蚀和米范围内的材料量子点是纳米尺度的半导耐磨损等优异性能形状记忆合金能够在特体颗粒，具有独特的光电性能，应用于显示定条件下恢复变形前形状，如镍钛合金技术和生物标记碳纳米管和石墨烯具有优Nitinol在医疗器械和航空领域有广泛应用异的机械、电学和热学性能，在复合材料、非晶态金属（金属玻璃）具有无长程有序结电子器件和能源存储领域有广泛应用前景构，表现出高强度和优异的弹性性能化学储能材料锂离子电池是目前最成熟的化学储能技术，正极材料如、和高镍三元材料LiCoO₂LiFePO₄决定了电池的性能和安全性全固态电池使用固体电解质替代液态电解质，提高安全NCM/NCA性和能量密度钠离子电池和钾离子电池作为锂离子电池的替代技术，利用更丰富的资源，降低成本化学实验室安全规范护目装备手部防护实验服实验时必须佩戴符合标准的安全眼镜选择适合特定化学品的防护手套，注穿着长袖实验服，材质应为棉质等阻或防护面罩，尤其是操作腐蚀性物意不同材质如丁腈、乳胶、氯丁橡燃材料，不宜选择易燃的合成纤维质、易爆物质或紫外线源时隐形眼胶对不同化学品的防护效果使用实验服应定期清洗，受污染时立即更镜佩戴者应特别注意，某些化学蒸气后检查手套完整性，避免交叉污染，换离开实验室前应脱下实验服，避可能被隐形眼镜吸收造成伤害及时更换老化或损坏的手套免将污染物带出呼吸防护处理有毒或刺激性气体、蒸气时，应在通风橱内操作；如必要，使用适当的呼吸面罩不同污染物需选择相应的过滤器，如有机蒸气、酸性气体或颗粒物过滤器常见实验室事故包括化学品溅洒、火灾、爆炸和有毒气体泄漏等溅洒处理小量溅洒可用吸附材料处理，大量溅洒应立即疏散并报告；皮肤或眼睛接触化学品应立即用大量清水冲洗15分钟以上火灾处理了解不同类型灭火器的使用方法，如A类（普通可燃物）、B类（易燃液体）、C类（电气火灾）和D类（金属火灾）基本实验技能精确测量使用适当的仪器进行准确计量溶液配制掌握不同浓度溶液的准备方法控制条件监测和调节温度、压力等实验参数记录与分析详细记录实验过程和数据处理溶液配置是化学实验中的基础技能配置摩尔浓度溶液时，先计算所需溶质质量，准确称量后溶解，最后定容至标线配置标准溶液时，需使用基准物质m=c×V×M进行标定常用仪器包括分析天平（精度，用于精确称量）、容量瓶（用于定容）、移液管（用于准确移取溶液）和滴定管（用于精确控制液体添加量）

0.0001g常见化学实验与分析典型工程化学项目案例（）1原料准备石灰石CaCO₃、粘土含SiO₂、Al₂O₃、铁矿石Fe₂O₃按比例混合，经破碎、粉磨形成生料煅烧过程生料在回转窑中经1450℃高温煅烧，CaCO₃分解为CaO并与其他组分反应形成硅酸钙C₃S,C₂S、铝酸钙C₃A和铁铝酸钙C₄AF熟料混合熟料与适量石膏CaSO₄·2H₂O混合并粉磨，石膏用于调节水泥凝结时间水化反应水泥与水混合后发生复杂的水化反应，形成具有粘结力的水化硅酸钙凝胶C-S-H和氢氧化钙CaOH₂水泥制造过程的化学反应主要包括碳酸钙的分解CaCO₃→CaO+CO₂；熟料矿物的形成反应如2CaO+SiO₂→Ca₂SiO₄；以及水泥的水化反应如2Ca₃SiO₅+7H₂O→3CaO·2SiO₂·4H₂O+3CaOH₂水泥水化是放热反应，混凝土硬化过程中会产生大量热量，大体积混凝土浇筑需考虑温度控制典型工程化学项目案例（）2多晶硅制备区熔提纯还原SiCl₄或SiHCl₃得到高纯Si利用固液相杂质分配系数差异提纯晶片加工晶体生长切割、研磨、抛光和清洗制备晶片通过直拉法或区熔法生长单晶半导体材料纯化是电子工业的关键工艺冶金级硅首先通过与氯化氢反应生成三氯氢硅，经精馏纯化后，在高温℃下通过化学气相沉积法还原为多晶硅98%SiHCl₃1100纯度可达区熔提纯利用杂质在固液相中的分配系数不同，通过多次熔化和凝固，使杂质向一端富集，进一步提高纯度

99.999999%大型工程材料腐蚀防护案例腐蚀机理分析金属腐蚀的本质是电化学过程，涉及阳极反应金属氧化，M→M^n++ne^-和阴极反应如氧还原，O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-海洋环境中的钢结构面临多种腐蚀威胁高盐度导致的电解质腐蚀、氧浓差电池腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀开裂等桥梁支柱水线附近的腐蚀尤为严重，因为这里同时存在充足的氧气和海水电解质阴极保护系统牺牲阳极保护利用更活泼的金属如锌、铝、镁作为阳极，保护钢结构作为阴极在海水环境中，常用铝合金阳极含In、Zn，其电位比钢低，形成有效的电偶保护外加电流阴极保护通过直流电源将保护结构连接到负极，强制其成为阴极系统设计需考虑结构面积、涂层状况、水流速度等因素，确保保护电位在-

0.8V至-

1.2Vvs.Ag/AgCl范围内，避免过度保护导致的氢脆和碱性腐蚀涂层防护系统多层涂装系统是当前最广泛使用的防护方式，典型结构包括底漆提供附着力和阴极保护，常含锌粉、中间漆提供厚度和屏障性和面漆提供耐候性和美观环氧富锌底漆、环氧中间漆和聚氨酯面漆的组合在海洋环境中表现优异涂层选择需考虑耐海水性、耐紫外线性、附着力和维护周期等因素现代涂料技术已开发出自修复涂料和长效防污涂料，进一步延长保护寿命工业化学循环经济实践清洁生产绿色设计优化工艺流程，减少污染物产生在产品设计阶段考虑环境影响资源化利用产业共生将废弃物转化为有价值的资源或产品废弃物资源化利用实例钢铁厂高炉渣经淬冷处理后可用作水泥混合材料，替代部分水泥熟料，既节约资源又减少排放；电厂脱硫石膏可用于石膏板生产，实现工业副CO₂产物的高值化利用；废旧锂电池经过破碎、分选和化学处理，可回收钴、镍、锂等贵重金属，重新用于电池生产，形成闭环管理绿色工艺的推广应用体现在多个方面溶剂替代用水或超临界替代有机溶剂；催化工艺提高选择性，降低能耗；生物基平台化学品如用生物法生产乙醇、乳酸等；CO₂废水零排放技术通过膜分离、蒸发结晶等实现水资源闭路循环这些技术的应用正在重塑化工产业，推动其向资源高效、环境友好的方向转变前沿化学技术与发展辅助分子设计自动化实验平台AI人工智能技术正彻底改变化学研究范式智能化学实验室通过集成机器人、传感器深度学习算法可以从海量化学数据中学习和自动控制系统，实现实验过程的自动化分子结构与性能的关系，预测新分子的物流动化学反应器可精确控制反应条件，提理化学性质生成模型如变分自编码器高反应效率和安全性高通量实验平台能VAE和生成对抗网络GAN能够在化学空同时进行数百次平行实验，极大加速材料间中自动生成具有期望性质的候选分子发现过程闭环优化系统结合在线分析和强化学习算法可以优化合成路径，减少实机器学习，可自主规划和执行实验，不断验次数和资源消耗优化反应条件材料基因组计划通过计算模拟、高通量实验和数据科学相结合的方法，加速新材料的发现和部署第一性原理计算可预测材料的电子结构和性质；相图计算帮助理解多组分系统的热力学稳定性；机器学习模型利用现有数据预测未知材料性能；材料数据库整合实验和计算数据，为研究人员提供全面的信息资源工程伦理与可持续发展化学安全道德规范可持续材料开发趋势化学工作者的道德责任包括绿色化学十二原则指导可持续材料开发•保障人员安全和环境保护

1.防止废物产生•如实报告实验数据和研究结果

2.原子经济性•防止化学知识和技术的滥用

3.减少有害化学合成•遵守化学品管理相关法规

4.设计更安全的化学品•关注化学品全生命周期影响

5.使用更安全的溶剂

6.提高能源效率《负责任关怀》Responsible Care是化工行业的全球性自愿倡议，要求企业在健康、安全和环境方面不断改进，并与利益相关方保持透明沟通

7.使用可再生原料

8.减少衍生物

9.催化优于化学计量反应

10.设计可降解产品

11.实时分析控制污染

12.本质安全预防事故可持续材料的具体发展方向包括生物基材料如聚乳酸PLA，从可再生资源中提取；可降解材料如聚羟基脂肪酸酯PHAs，能在自然环境中完全降解；可回收设计如单一材料设计，便于分类回收；低碳足迹材料减少生产过程中的能源消耗和碳排放；无毒材料避免使用双酚A等有害添加剂复习与自测题解析基础概念题考查基本定义和原理理解计算应用题测试公式应用和数值计算能力综合分析题评估复杂问题的解决能力知识点考核要点主要分布在几个方面原子结构和元素周期律（电子构型、元素性质变化规律）；化学平衡（平衡常数、影响因素）；热力学和动力学（能量变化、反应速率）；物质结构与性质关系；化学计算（物质的量、浓度、值）；有机化合物性质与反应；材料性能与应用pH常见问题解答学习方法疑问实验操作困惑工程应用联系许多同学困惑于如何有效记忆化学知识建议采用实验中常见问题包括滴定终点判断不准、气体制备有同学困惑如何将化学原理与工程实践相结合建概念图方法，将相关知识点连接成网络，形成知识装置漏气、沉淀不完全等解决方法提前熟悉实议关注工程实例，了解化学在不同工程领域的应用；体系；通过解题强化理解，而非死记硬背；建立学验原理和操作步骤；练习基本技能如移液和称量；参观工厂和实验室，亲身体验化学技术；参与科研习小组，相互讲解加深理解；定期复习，使用间隔做好实验前准备工作；细心观察实验现象；及时记项目或竞赛，将理论知识应用于实际问题解决；阅重复法巩固记忆化学学习应注重原理理解和应用录数据和现象；遇到问题积极寻求指导实验是理读相关文献和案例，拓宽视野化学知识与工程应能力培养，而非简单记忆论与实践结合的过程，通过反复操作可以提高实验用的结合需要长期实践和思考，在学习过程中逐步技能建立联系课程总结与展望基础理论体系实验技能训练本课程系统介绍了原子结构、化学键、化学热通过实验教学，培养了基本操作技能、观察分力学、化学动力学、电化学等基础理论，建立析能力和实验安全意识这些能力对工程师解了从微观结构到宏观性质的认知框架这些理决实际问题至关重要，实验思维和实证精神是论是理解化学现象和解决工程问题的基础，为科学方法的核心，将伴随职业发展全过程未后续专业课程学习和工程实践打下了坚实基来工作中，实验设计和数据分析能力将成为技础术创新的关键工程应用视角课程强调化学原理在工程中的应用，通过材料、能源、环境等领域的实例，展示了化学知识如何解决实际工程问题这种应用导向的学习方法有助于建立理论与实践的联系，培养工程思维，为未来职业发展奠定基础工科化学未来学习建议保持对基础理论的深入理解，同时关注前沿技术发展；培养跨学科思维，将化学知识与其他工程学科如材料、机械、电子等融合；提升信息素养，学会利用数据库、模拟软件等现代工具；关注可持续发展，理解化学在解决环境和能源问题中的作用；保持终身学习态度，适应科技快速发展的需求。