工程化學(xué)

內(nèi)容概要

徐甲強(qiáng)、刑彥軍、周義鋒主編的《工程化學(xué)(第3版)》是在獲得上海市優(yōu)秀教材二等獎的《工程化學(xué)》(第二版)的基礎(chǔ)上修訂而成，針對非化類專業(yè)化學(xué)課程教學(xué)時數(shù)少以及卓越工程師計(jì)劃強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用能力的特點(diǎn)，濃縮化學(xué)的基本原理和應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)科交叉，強(qiáng)化了化學(xué)在工程科學(xué)上的應(yīng)用。全書分為三大部分，共10章。第1章和第2章，重點(diǎn)論述化學(xué)的基本原理及其平衡過程的應(yīng)用；第3章到第5章，側(cè)重從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度討論物質(zhì)的性能；第6章到第10章，介紹化學(xué)在能源、機(jī)械工程材料、信息和環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用以及危險(xiǎn)化學(xué)品的安全管理。
《工程化學(xué)(第3版)》可作為高等學(xué)校非化學(xué)化工專業(yè)以及卓越工程師計(jì)劃專業(yè)化學(xué)基礎(chǔ)課程的教材以及工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第三版前言
第二版前言
第1章  化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控與應(yīng)用
  1.1  化學(xué)反應(yīng)的基本概念與常用術(shù)語
    1.1.1  系統(tǒng)和環(huán)境
    1.1.2  過程和途徑
    1.1.3  狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)
    1.1.4  熱和功
    1.1.5  熱力學(xué)能
  1.2  化學(xué)反應(yīng)的能量關(guān)系
    1.2.1  熱力學(xué)第一定律
    1.2.2  熱化學(xué)和赫斯定律
    1.2.3  熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與生成焓
    1.2.4  鍵能
  1.3  化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性及其判據(jù)
    1.3.1  化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性
    1.3.2  熵
    1.3.3  吉布斯函數(shù)
  1.4  化學(xué)反應(yīng)的限度及其轉(zhuǎn)化率提高
    1.4.1  可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡
    1.4.2  標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)
    1.4.3  依據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算
    1.4.4  化學(xué)平衡的移動
  1.5  化學(xué)平衡的應(yīng)用
    1.5.1  酸堿溶液中pH的計(jì)算與控制
    1.5.2  沉淀的生成與溶解
    1.5.3  配合物的生成與解離
  1.6  化學(xué)反應(yīng)的速率及其控制
    1.6.1  化學(xué)反應(yīng)速率及其表示法
    1.6.2  影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
  思考題與習(xí)題
第2章  電化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用
  2.1  原電池與電極電勢
    2.1.1  原電池
    2.1.2  電極電勢
  2.2  電極電勢的應(yīng)用
    2.2.1  能斯特方程式
    2.2.2  濃度對電極電勢的影響
    2.2.3  電極電勢的應(yīng)用
  2.3  化學(xué)電源
    2.3.1  一次電池
    2.3.2  二次電池
    2.3.3  燃料電池
    2.3.4  綠色電池
  2.4  電解技術(shù)
    2.4.1  電解原理
    2.4.2  電解電壓
    2.4.3  電解產(chǎn)物
    2.4.4  電解食鹽水
    2.4.5  電化學(xué)技術(shù)
  2.5  金屬的腐蝕與防護(hù)
    2.5.1  電化學(xué)腐蝕
    2.5.2  金屬防腐技術(shù)
  思考題與習(xí)題
第3章  物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其鍵合
  3.1  原子結(jié)構(gòu)和元素周期系
    3.1.1  核外電子運(yùn)動狀態(tài)的量子力學(xué)描述
    3.1.2  基態(tài)原子中電子的分布原則
    3.1.3  原子的電子層結(jié)構(gòu)
    3.1.4  元素周期系
  3.2  原子的鍵合與分子中的電子運(yùn)動
    3.2.1  現(xiàn)代價鍵理論
    3.2.2  共價鍵的鍵參數(shù)
    3.2.3  分子間力和氫鍵
  3.3  配合物結(jié)構(gòu)的價鍵理論
    3.3.1  價鍵理論的基本要點(diǎn)
    3.3.2  配合物的幾何構(gòu)型
    3.3.3  外軌配鍵與內(nèi)軌配鍵
    3.3.4  配合物的穩(wěn)定性與磁性
  思考題與習(xí)題
第4章  物質(zhì)的聚集與分散
  4.1  氣態(tài)
    4.1.1  理想氣體
    4.1.2  實(shí)際氣體
    4.1.3  氣體的液化與儲運(yùn)
  4.2  液態(tài)
    4.2.1  液體的溶解性
    4.2.2  液體的表面張力
    4.2.3  液體的毛細(xì)現(xiàn)象
  4.3  溶液
    4.3.1  溶液的濃度及其計(jì)算
    4.3.2  物質(zhì)的溶解度及其影響因素
    4.3.3  溶液的蒸氣壓
    4.3.4  稀溶液的依數(shù)性
  4.4  固態(tài)
    4.4.1  晶體和非晶體
    4.4.2  晶體的類型
  4.5  膠體
    4.5.1  溶膠的制備
    4.5.2  膠體的特性
    4.5.3  膠體的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
    4.5.4  膠體的聚沉
    4.5.5  氣溶膠
  思考題與習(xí)題
第5章  元素及其化合物的性質(zhì)與變化規(guī)律
  5.1  物質(zhì)的熔點(diǎn)與沸點(diǎn)
    5.1.1  離子晶體的熔、沸點(diǎn)與晶格能之間的關(guān)系
    5.1.2  離子極化對固體熔、沸點(diǎn)的影響
    5.1.3  分子晶體的熔、沸點(diǎn)與分子間力的關(guān)系
  5.2  化合物的溶解性
    5.2.1  分子晶體的溶解性及其規(guī)律
    5.2.2  離子化合物的溶解性及其規(guī)律
    5.2.3   pH和配位作用對溶解性的影響
  5.3  無機(jī)物的顏色及其變化規(guī)律
    5.3.1  常見無機(jī)物的顏色
    5.3.2  無機(jī)物顯色的原因
  5.4  酸堿性
    5.4.1  化合物的酸堿性
    5.4.2  酸堿的應(yīng)用
  5.5  氧化還原性
    5.5.1  單質(zhì)的氧化還原性
    5.5.2  化合物的氧化還原性
    5.5.3  常用的氧化劑和還原劑
  5.6  化合物的熱穩(wěn)定性
    5.6.1  鹵化物的熱穩(wěn)定性規(guī)律
    5.6.2  含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性
  思考題與習(xí)題
第6章  能源工程中的化學(xué)
  6.1  能源概論
    6.1.1  能量及其能量轉(zhuǎn)化
    6.1.2  能源的定義與分類
    6.1.3  新能源的概念
  6.2  化石燃料的有效利用和清潔生產(chǎn)
    6.2.1  化石燃料的定義、分類和組成
    6.2.2  煤的氣化、液化和干餾
  6.3  氫能的開發(fā)與利用
    6.3.1  氫氣的制備
    6.3.2  氫氣的儲存
    6.3.3  氫氣的應(yīng)用
  6.4  可再生能源的開發(fā)
    6.4.1  生物質(zhì)能源的利用
    6.4.2  太陽能利用
  思考題與習(xí)題
第7章  機(jī)械和建筑工程中的化學(xué)
  7.1  工程材料的結(jié)構(gòu)與性能
    7.1.1  工程材料的分類
    7.1.2  工程材料的鍵合特征
    7.1.3  工程材料的性能特征
  7.2  工程材料的腐蝕與防護(hù)
    7.2.1  金屬的腐蝕與防護(hù)
    7.2.2  鋼筋混凝土的腐蝕與防護(hù)
    7.2.3  高分子材料的腐蝕與防護(hù)
  7.3  材料的摩擦與潤滑
    7.3.1  機(jī)械與化學(xué)拋光
    7.3.2  納米潤滑劑
    7.3.3  高分子摩擦材料
  7.4  材料的清洗與表面處理
    7.4.1  材料的表面處理技術(shù)
    7.4.2  鋼的表面強(qiáng)化的化學(xué)方法
    7.4.3  高分子材料表面處理的化學(xué)方法
  7.5  建筑材料中的助劑化學(xué)
    7.5.1  水泥外加劑的種類
    7.5.2  化學(xué)外加劑的發(fā)展
  思考題與習(xí)題
第8章  信息工程中的化學(xué)
  8.1  信息感知化學(xué)
    8.1.1  溫度傳感器
    8.1.2  氣體傳感器
    8.1.3  濕度的表示與濕度傳感器
  8.2  信息轉(zhuǎn)換功能材料
    8.2.1  壓電轉(zhuǎn)換材料
    8.2.2  光電轉(zhuǎn)換材料
    8.2.3  熱電轉(zhuǎn)換材料
  8.3  信息存儲材料
    8.3.1  信息記錄與存儲的一般原理
    8.3.2  磁記錄材料
    8.3.3  光信息存儲材料
  8.4  信息傳輸材料
    8.4.1  光纖的結(jié)構(gòu)
    8.4.2  石英光纖
    8.4.3  塑料光纖(POF)
  思考題與習(xí)題
第9章  環(huán)境工程中的化學(xué)
  9.1  大氣污染及其防治
    9.1.1  大氣污染物
    9.1.2  大氣污染的防治
    9.1.3  CO2的排放與循環(huán)利用
  9.2  水體污染及其防治
    9.2.1  水體污染
    9.2.2  水體污染的防治
  9.3  土壤污染及其防治
    9.3.1  土壤的主要污染物
    9.3.2  土壤污染的防治
  思考題與習(xí)題
第10章  危險(xiǎn)化學(xué)品的管理與消防
  10.1  危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理基礎(chǔ)知識
    10.1.1  危險(xiǎn)化學(xué)品的分類與特性
    10.1.2  危險(xiǎn)化學(xué)品的儲存和運(yùn)輸
  10.2  危險(xiǎn)化學(xué)品事故的預(yù)防和事故處理
    10.2.1  操作時的預(yù)防
    10.2.2  常用危險(xiǎn)化學(xué)品事故處置
  10.3  危險(xiǎn)化學(xué)品的消防
    10.3.1  燃燒的條件
    10.3.2  危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)防治措施
    10.3.3  滅火方法與滅火劑
  思考題與習(xí)題
參考文獻(xiàn)
附錄
  附表1  一些常見弱酸、弱堿的標(biāo)準(zhǔn)解離常數(shù)(298.15K)
  附表2  水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(298.15K)
  附表3  一些物質(zhì)的溶度積常數(shù)(298.15K)
  附表4  一些常見配離子的穩(wěn)定常數(shù)Kθ 穩(wěn)
  附表5  一些物質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)值(298.15K)

章節(jié)摘錄

　　第1章 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控與應(yīng)用　　化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)研究的中心內(nèi)容?；瘜W(xué)工作者在研究一個特定化學(xué)反應(yīng)時，最關(guān)心的問題主要有下面四個方面：　　（1）這個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？除了進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)之外，能不能從理論上加以判斷？這就要研究反應(yīng)自發(fā)性的理論根據(jù)，即反應(yīng)判據(jù)或反應(yīng)方向問題。這一問題主要涉及化學(xué)反應(yīng)的能量關(guān)系?！　。?）如果反應(yīng)能夠進(jìn)行，就要知道反應(yīng)能進(jìn)行到什么程度？反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的最大限度是多少？這就要研究該反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系，其中很重要的是要研究反應(yīng)限度或化學(xué)平衡問題。　?。?）化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速率如何？反應(yīng)的歷程（反應(yīng)的中間步驟）是怎樣的？如果反應(yīng)本質(zhì)上是能夠進(jìn)行的，但實(shí)際進(jìn)行反應(yīng)的速率很慢，就需要去尋找適當(dāng)?shù)拇呋瘎约涌旆磻?yīng)的速率。　?。?）進(jìn)一步了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，深入探討化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。前兩個問題屬于化學(xué)熱力學(xué)的研究范疇，速率問題屬于化學(xué)動力學(xué)的研究范疇，最后一個問題屬于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究范疇?！　”菊轮饕懻撉叭齻€問題，即化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率；并在此基礎(chǔ)上探討化學(xué)平衡的應(yīng)用?！　?.1 化學(xué)反應(yīng)的基本概念與常用術(shù)語　　1.1.1 系統(tǒng)和環(huán)境　　熱力學(xué)通常從宏觀的角度研究化學(xué)問題，為了研究方便總是習(xí)慣于把研究對象與周圍環(huán)境區(qū)分開來。被劃作研究對象的這一部分稱為系統(tǒng)；而系統(tǒng)以外，與系統(tǒng)密切相關(guān)的部分稱為環(huán)境。例如，如果我們要研究NaCl溶液與AgNO3溶液之間的反應(yīng)，就把溶液看作系統(tǒng)，而溶液周圍的其他東西如燒杯及其上方的空氣等看作環(huán)境?！　「鶕?jù)系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系，熱力學(xué)的系統(tǒng)分為以下三種情況?！　。?）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?！　。?）封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換，只有能量交換?！　。?）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間既沒有物質(zhì)交換，也沒有能量交換。在化學(xué)反應(yīng)和化工工程中，我們通常遇到的是封閉系統(tǒng)?！　?.1.2 過程和途徑　　當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，我們把這種變化稱為過程，完成這個過程的具體步驟則稱為途徑。熱力學(xué)上經(jīng)常遇到的過程主要有下列幾種：　?。?）等壓過程――系統(tǒng)的壓力始終恒定不變（Δp＝0）。在敞口容器中進(jìn)行的反應(yīng)，可看作等壓過程，因系統(tǒng)始終經(jīng)受相同的大氣壓力。　?。?）等容過程――系統(tǒng)的體積始終恒定不變（ΔV＝0）。在容積不變的密閉容器中進(jìn)行的過程，就是等容過程，也稱恒容過程。　?。?）等溫過程――系統(tǒng)溫度始終恒定不定（ΔT＝0）?！　?.1.3 狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)　　一個系統(tǒng)的狀態(tài)是由一系列物理量所確定的。例如，用來表明氣體狀態(tài)的物理量有壓力、體積、溫度和各組分的物質(zhì)的量等。當(dāng)這些物理量都有確定值時，我們就說該氣體系統(tǒng)處于一定的狀態(tài)。如果其中一個物理量發(fā)生改變，則系統(tǒng)的狀態(tài)隨之而變。我們把這些決定系統(tǒng)狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)。　　乍看起來，要確定一個系統(tǒng)的狀態(tài)，似乎要先確定所有的狀態(tài)函數(shù)。其實(shí)不然。由于狀態(tài)函數(shù)之間彼此是相互關(guān)聯(lián)，相互制約的，通常只要知道其中幾個狀態(tài)函數(shù)，其余的狀態(tài)函數(shù)也就隨之而定了。例如，確定某一氣體的狀態(tài)，只需在壓力、體積、溫度和物質(zhì)的量這四個狀態(tài)函數(shù)中確定任意三個，因?yàn)榈谒膫€狀態(tài)函數(shù)可以通過氣體狀態(tài)方程式（pV＝nRT）來確定?！　顟B(tài)函數(shù)具有如下性質(zhì)：　　（1）系統(tǒng)的一種狀態(tài)函數(shù)代表系統(tǒng)的一種性質(zhì)，對于每一種狀態(tài)它都有確定的值，而與系統(tǒng)形成的途徑無關(guān)。例如，現(xiàn)有一杯溫度為300K的水，300K是該系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)T的一個確定值，不管這杯水是由冷水加熱而來還是由沸水冷卻而來，結(jié)果都是300K。　?。?）當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)函數(shù)也隨之改變，并且其變化值只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。例如，把25℃的水升溫至35℃可以通過如下的途徑達(dá)到：直接升溫至35℃；先冷卻至0℃然后升溫至35℃等，但其狀函數(shù)（溫度T）的改變量卻相同，即ΔT＝T（終態(tài)）-T（始態(tài)）＝10℃。這是因?yàn)闋顟B(tài)一定時，狀態(tài)函數(shù)就有一個確定值；始態(tài)和終態(tài)一定時，狀態(tài)函數(shù)的改變量只有唯一的數(shù)值?！　B(tài)，　　1.1.4 熱和功　　系統(tǒng)能量的改變可以由許多方式來實(shí)現(xiàn)，從大的方面看共有三種，熱、功和輻射。熱力學(xué)僅考慮前兩種能量變化?！　‘?dāng)兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱的要變冷，冷的要變熱，在兩者之間發(fā)生了能量的交換。這種由于溫差而引起的能量傳遞稱為熱，用符號Q表示，單位為J或kJ。通常規(guī)定，系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱，Q為正值，即Q＞0；系統(tǒng)向環(huán)境釋放熱，Q為負(fù)值，即Q＜0?！　≡跓崃W(xué)中，系統(tǒng)和環(huán)境之間除了熱以外，其他各種被傳遞的能量都稱為功，用符號W表示，單位為J或kJ。并規(guī)定：系統(tǒng)對環(huán)境做功，W為負(fù)值，即W＜0；環(huán)境對系統(tǒng)做功，W為正值，即W＞0。功有多種形式，通常分為體積功和非體積功兩大類。由于系統(tǒng)體積變化反抗外力所做的功稱為體積功，其他功如電功、表面功等都稱為非體積功?！　‘?dāng)系統(tǒng)反抗外界壓力而發(fā)生體積變化時，就產(chǎn)生體積功，如圖1.1。若活塞的位置從l1→l2位移了Δl（Δl＝l2-l1）的距離，則筒內(nèi)氣體反抗恒定外壓膨脹做功，系統(tǒng)失功：W＝-FΔl＝-p×S（l2-l1）＝-p×（Sl2-Sl1）＝-p×（V2-V1）＝-p×ΔV（1-1）　　應(yīng)該特別強(qiáng)調(diào)的是，熱和功都是在系統(tǒng)和環(huán)境之間被傳遞的能量，它們只在系統(tǒng)發(fā)生變化時才表現(xiàn)出來。沒有過程，系統(tǒng)的狀態(tài)沒有變化，系統(tǒng)和環(huán)境之間無法交換能量，也就沒有功和熱。由此可見，功和熱不是狀態(tài)函數(shù)。　　在一般情況下，化學(xué)反應(yīng)中系統(tǒng)只做體積功。因此，本章下面的討論都局限于系統(tǒng)只做體積功的情況?！　?.1.5 熱力學(xué)能　　熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的能量稱為熱力學(xué)能，用符號U表示，單位為J（或kJ）。它包括系統(tǒng)內(nèi)部分子的能量（平動能、振動能、轉(zhuǎn)動能等），分子間的勢能，分子內(nèi)原子、電子的能量等。熱力學(xué)能是系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和，它是系統(tǒng)本身的性質(zhì)，由系統(tǒng)的狀態(tài)決定，系統(tǒng)的狀態(tài)一定，它具有確定的值，也就是說熱力學(xué)能是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)時，熱力學(xué)能的增量ΔU只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無關(guān)?！　∮捎谖镔|(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和內(nèi)部相互作用的多樣性，至今無法知道系統(tǒng)熱力學(xué)能的絕對值。但當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變時，系統(tǒng)和環(huán)境有能量的交換，即有功和熱的傳遞，據(jù)此可確定系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化值?！　?.2 化學(xué)反應(yīng)的能量關(guān)系　　1.2.1 熱力學(xué)第一定律　　“自然界中一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，而在傳遞和轉(zhuǎn)化的過程中能量的總值不變?！边@就是眾所周知的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。將其應(yīng)用到熱力學(xué)系統(tǒng)，就得到了熱力學(xué)第一定律，即在孤立系統(tǒng)中，能量的形式可以轉(zhuǎn)化，但能量的總值不變?！　∮蔁崃W(xué)第一定律可知，若一封閉系統(tǒng)由狀態(tài)Ⅰ變化到狀態(tài)Ⅱ，則其熱力學(xué)能U的改變量就等于在系統(tǒng)變化過程中，系統(tǒng)和環(huán)境之間傳遞的熱量和所做功的代數(shù)和，即ΔU＝Q+W（1-2）式（1-2）是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，給出了系統(tǒng)的熱力學(xué)能、熱和功之間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量關(guān)系。在應(yīng)用式（1-2）時，要特別注意每個物理量的符號規(guī)定及意義。　　……

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