化学与社会 PPT (1)

1、2022-6-30第1章绪论化学（化学（Chemistry）定义：）定义：“化学是研究化学是研究物质分子的组成、结构、性质和变化物质分子的组成、结构、性质和变化规律的科学规律的科学” 。 2022-6-3011 化学在社会发展中的作用和地位化学在社会发展中的作用和地位l自然科学是研究自然界的物质形态、自然科学是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学。它是结构、性质和运动规律的科学。它是人类了解自然和认识自然，在生产和人类了解自然和认识自然，在生产和科学实验中的实践经验的概括和总结。科学实验中的实践经验的概括和总结。 2022-6-30w 自然科学作为一个科学门类，由一系自然科学作为一

2、个科学门类，由一系列的具体学科，如数学、物理学、化列的具体学科，如数学、物理学、化学、生物学、天文学、地学、材料科学、生物学、天文学、地学、材料科学、能源科学、空间科学、农业科学、学、能源科学、空间科学、农业科学、医学科学等组成医学科学等组成 。2022-6-30w 自然科学是推动社会发展的强大动力自然科学是推动社会发展的强大动力邓小平指出：邓小平指出：“当代的自然科学正在以空当代的自然科学正在以空前的规模和速度，应用于生产，使社会的前的规模和速度，应用于生产，使社会的物质生产的各个领域面貌一新。物质生产的各个领域面貌一新。”“”“科学科学技术是第一生产力技术是第一生产力”。 w 2022-6

3、-30w 自然科学是促进思想解放的精神武器自然科学是促进思想解放的精神武器恩格斯在指出：恩格斯在指出：“从笛卡儿从笛卡儿(Descartes)到黑到黑格尔和从霍布斯格尔和从霍布斯(Hobbes)到费尔巴哈这一长到费尔巴哈这一长时期内，推动哲学家前进的，决不象他们时期内，推动哲学家前进的，决不象他们所想象的那样，只是纯粹思想的力量。恰所想象的那样，只是纯粹思想的力量。恰恰相反，真正推动他们前进的，主要是自恰相反，真正推动他们前进的，主要是自然科学和工业的强大而日益迅速的进步然科学和工业的强大而日益迅速的进步”。2022-6-30w 化学的足迹化学的足迹w古代冶金、酿造、染色技术和练丹术、点金术。

4、古代冶金、酿造、染色技术和练丹术、点金术。w 17世纪英国科学家波义耳（世纪英国科学家波义耳（Robert Boyle,16271691）提出化学元素概念。）提出化学元素概念。w法国化学家拉瓦锡（法国化学家拉瓦锡（Antoine Lavoiser,17431794）提出了燃烧氧化理论。提出了燃烧氧化理论。w道尔顿（道尔顿（John Dalton,17661844）原子论的创立）原子论的创立和阿佛加德罗分子学。和阿佛加德罗分子学。w俄国化学家门捷列夫俄国化学家门捷列夫（. ,18341907）提出的化学元素周）提出的化学元素周期表期表,提示了元素的性质和原子量的关系。提示了元素的性质和原子量的关

5、系。2022-6-30w 19世纪末世纪末X射线、放射线和电子等物理学的射线、放射线和电子等物理学的三大发现及三大发现及20世纪初原子结构的确定，使世纪初原子结构的确定，使化学进入现代时期。化学进入现代时期。w随着基础理论研究的发展以及实验技术的随着基础理论研究的发展以及实验技术的不断提高，现代化学科学已呈现出由宏观不断提高，现代化学科学已呈现出由宏观到微观、由定性到定量、由静态研究到动到微观、由定性到定量、由静态研究到动态研究、由单一学科向综合学科和边沿学态研究、由单一学科向综合学科和边沿学科发展的趋势。科发展的趋势。2022-6-30w 人们必须要研发和人们必须要研发和生产各种各样的物生产

6、各种各样的物质来满足其需要。质来满足其需要。 “化学造就更好化学造就更好的物质，创造更的物质，创造更美好的生活美好的生活”。“化学是一门满化学是一门满足社会需要的中足社会需要的中心学科心学科”。2022-6-30w 衣衣w 食食w 住住w 行行 2022-6-30w 坚持科学发展观坚持科学发展观w “可持续发展可持续发展”w 重视重视“自然的和谐自然的和谐”和和“人与自然的和人与自然的和谐谐”。 2022-6-30w 发展是硬道理。人类必须发展。目前发展是硬道理。人类必须发展。目前发展的重点，是信息科学、能源科学、发展的重点，是信息科学、能源科学、材料科学和生命科学，这些都与化学材料科学和生命

7、科学，这些都与化学相关。相关。w 可持续，要保护环境，治理污染，这可持续，要保护环境，治理污染，这些也必须借助化学。些也必须借助化学。 2022-6-30w本课程介绍化学，但不沿袭传统的化本课程介绍化学，但不沿袭传统的化学教学体系和教学方式，而是紧扣学教学体系和教学方式，而是紧扣“化学与社会化学与社会”这个主题，介绍现代这个主题，介绍现代人必须了解的一些化学知识，丰富我人必须了解的一些化学知识，丰富我们的知识结构。们的知识结构。w我们的口号我们的口号“轻松知化学轻松知化学”。 2022-6-3012化学学科的分支w化学的主要分支有无机化学、化学的主要分支有无机化学、有机化学、分析化学和物理化有

8、机化学、分析化学和物理化学。学。 w随着科学研究领域的日益扩展以及学科随着科学研究领域的日益扩展以及学科之间的互相渗透，产生了一系列边缘学之间的互相渗透，产生了一系列边缘学科和新兴学科，例如计算化学、固体化科和新兴学科，例如计算化学、固体化学、激光化学、地球化学、天体化学等。学、激光化学、地球化学、天体化学等。2022-6-30w高分子化学研究链状大分子的合成、高分子化学研究链状大分子的合成、大分子的链结构和聚集态结构，以及大分子的链结构和聚集态结构，以及大分子聚合物作为高分子材料的成型大分子聚合物作为高分子材料的成型及应用。及应用。 2022-6-30w 教材与主要教学参考书目教材与主要教学

9、参考书目w 唐 有 祺 、 王 夔 主 编 ，唐 有 祺 、 王 夔 主 编 ， 化 学 与 社 会化 学 与 社 会 ，高等教育出版社，高等教育出版社，1997 w2022-6-30w 孟长功孟长功 主编，化学与社会（第二版），主编，化学与社会（第二版），大连理工大学出版社，大连理工大学出版社，2008年年1月第二版月第二版2022-6-30w 陈平初等，陈平初等，社社会 化 学 简 明 教会 化 学 简 明 教程程，高等教育，高等教育出版社，出版社，20042022-6-30w化学与社会化学与社会 (原著第五版原著第五版)(中国中国化学会和美国化学会特别推荐化学会和美国化学会特别推荐) w

10、 作者：作者： （美）（美）Lucy Pryde Eubanks，Catherine H.Middlecamp 等编著，段连运等编著，段连运等译，林国强等译，林国强 审校审校w 出出 版版 社：社： 化学工业出版社化学工业出版社w 出版时间：出版时间： 2008-8-1w 定价：￥定价：￥98.002022-6-302022-6-30w 几点约定：几点约定：w 1、不定期考勤，不定期有课堂作业（请自、不定期考勤，不定期有课堂作业（请自备纸张），记入平时成绩。备纸张），记入平时成绩。w 2、课件不拷贝，提倡记笔记。、课件不拷贝，提倡记笔记。w 3、开卷考试。总成绩中，平时、开卷考试。总成绩中，平

11、时40，期末，期末考试考试60。成绩呈正态分布。成绩呈正态分布。w 4、期末考试时间初步定于、期末考试时间初步定于12月月25日（星期日（星期日晚上），不可缓考。日晚上），不可缓考。2022-6-30第2章化学与能源化学与能源2022-6-30w 21 能源的分类能源的分类w 能量为系统做功的能力。能量为系统做功的能力。w 能量的单位：焦耳能量的单位：焦耳J（千焦（千焦kJ，千瓦小时，千瓦小时kW.h）。）。w 1J=0.238cal ； 1cal（卡）（卡）=4.18Jw 电子伏特（电子伏特（eV）：）：1eV=1.6010-19Jw 功、热量、能量三者的单位相同。功、热量、能量三者的单位相

12、同。2022-6-30w 人类所认识的能量主要有如下六种形式：人类所认识的能量主要有如下六种形式：w (1)机械能。机械能。w (2)热能。热能。w (3)电能。电能。w (4)辐射能。辐射能。w (5)化学能。化学能。w (6)核能。核能。2022-6-302022-6-302022-6-302022-6-302022-6-302022-6-30w 我国的我国的能源百科全书能源百科全书说：说：“能源能源是可以直接或经转换提供人类所需的是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。体资源。”w 可见，能源是一种呈多种形式的，且可见，能源

13、是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。可以相互转换的能量的源泉。2022-6-30w 凡是能直接或者经过转换而获取某种凡是能直接或者经过转换而获取某种能量的自然资源统称为能源。能量的自然资源统称为能源。2022-6-302022-6-30w 分类方法：分类方法：w (1)一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能等。根据能否再生，一次能源又可分为可再生能源和非再生能源。可再生能源是指不会随着人类利用而减少的、具有天然再生能力的能源，例如太阳能、风能、水能。非再生能源则不然，其储量有限，会越用越少，最后将枯竭，例如煤、石油、天然气。2022-6-30w (2

14、)二次能源，即由一次能源直接或间二次能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，易炭、煤气、氢等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。于利用，是高品质的能源。2022-6-30w根据各种能源的开发利用情况和在社会经济生活中的地位，习惯上又将能源分为常规能源和新能源。w 常规能源是指技术上比较成熟、已被广泛利用的能源；w 新能源是指尚未大规模科学利用的、正在积极研究和开发的能源。2022-6-302022-6-302022-6-302022-6-302022-6-302022-6-302022-6-30w 2-2 能

15、量的品质能量的品质w 能量的品质是指总能量中可供利用部分的能量的品质是指总能量中可供利用部分的比例。比例。w 依据热力学第二定律，热不能百分之百地依据热力学第二定律，热不能百分之百地转化成功，热量不能自发地从低温物体流转化成功，热量不能自发地从低温物体流向高温物体，所以电能机械能的品质要高向高温物体，所以电能机械能的品质要高于热能，高温热能的品质要高于低温热能。于热能，高温热能的品质要高于低温热能。w 能量的转换和使用的过程是一个能量贬值能量的转换和使用的过程是一个能量贬值的过程。的过程。2022-6-30w 2-3 化学能化学能w 物体可以动能、势能、内能和核能来做物体可以动能、势能、内能和

16、核能来做功。功。w 化学能就是物体（物质）蕴藏在内能中化学能就是物体（物质）蕴藏在内能中的一部分能量。的一部分能量。2022-6-30w 在一定的状态下，在一定的状态下，A物质有其内能物质有其内能UA，B物质物质有其内能有其内能UB，两者在数值上可能不同。如果，两者在数值上可能不同。如果A经过一个或一系列化学反应变成了经过一个或一系列化学反应变成了B物质，物质，AB，则，则UAUB就是这个反应释放（也就是这个反应释放（也可能是吸收）的化学能，例如煤炭的燃烧、可能是吸收）的化学能，例如煤炭的燃烧、火药的爆炸、化学电池的放电等。火药的爆炸、化学电池的放电等。2022-6-30w 2-4 能量的贮存

17、能量的贮存 能量在时间上的转移。w 2-4-1光合作用光合作用 光合作用是自然界将光能转变光合作用是自然界将光能转变为化学能的主要途经。地球上每年由植物捕获为化学能的主要途经。地球上每年由植物捕获的太阳能至少产生的太阳能至少产生4.2E17kJ的能量。的能量。w 以葡萄糖为例以葡萄糖为例w 焓变焓变0，表示反应吸热，即反应从环境中吸热，将其，表示反应吸热，即反应从环境中吸热，将其转化为化学能贮存在葡萄糖中；熵变转化为化学能贮存在葡萄糖中；熵变CHCH3 3OCHOCH3 3+CO+CO2 2 2022-6-30w 2-5-9 2-5-9 车用乙醇汽油车用乙醇汽油 w乙醇，又称酒精，它以玉米、小

18、麦、薯类等为乙醇，又称酒精，它以玉米、小麦、薯类等为原料，经发醇、蒸馏而制成。原料，经发醇、蒸馏而制成。w将乙醇进一步脱水再加上适量汽油后形成变性将乙醇进一步脱水再加上适量汽油后形成变性燃料乙醇。燃料乙醇。w 车用乙醇汽油，是把变性燃料乙醇和汽车用乙醇汽油，是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一种车用燃料。油以一定比例混配形成的一种车用燃料。 2022-6-30w 车用乙醇汽油的优点车用乙醇汽油的优点w 1 1、提高燃油品质、提高燃油品质 w 2 2、降低尾气有害排放、降低尾气有害排放 w 3 3、燃烧充分，可减少发动机积碳和清、燃烧充分，可减少发动机积碳和清洁发动机燃油系统。洁发动机燃

19、油系统。 2022-6-30w 煤炭煤炭w 组成和结构组成和结构w C135H96O9NS2022-6-30w 我国规定每千克标准煤的热值我国规定每千克标准煤的热值(标准燃标准燃烧热烧热)为为7000千卡千卡即即 7000*4.18=29260 kJ/kg 2022-6-30w C135H96O9NS 计算：燃烧计算：燃烧1kg煤，放煤，放出出CO2和和SO2分别为多少？分别为多少？w 解：碳占解：碳占85%，即，即850克碳元素，可生克碳元素，可生成成CO2 850 : x = 12 : 44 ; x=3116gw 硫占硫占1.75%，即，即17克硫元素，可生成克硫元素，可生成SO2 17

20、: y = 32 : 64 ; y=34g2022-6-30w 煤的干馏煤的干馏2022-6-30w 洁净煤技术洁净煤技术 旨在减少污染和提高效率的煤炭加旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。的总称。 2022-6-30w煤炭是世界上储量最多、分布最广的煤炭是世界上储量最多、分布最广的化石燃料。世界煤炭探明可采储量为化石燃料。世界煤炭探明可采储量为一万亿吨，世界煤炭年产量约为一万亿吨，世界煤炭年产量约为50亿亿吨，在世界一次能源生产和消费总量吨，在世界一次能源生产和消费总量中占中占25%30%。2022-6-30w煤中有机物质主要

21、是由碳（煤中有机物质主要是由碳（C）、氢（）、氢（H）氧（）氧（O）、）、氮氮(N)四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（物质，主要有硫（S）、磷（）、磷（P）以及稀有元素等。）以及稀有元素等。w低硫分煤低硫分煤 0.511.00w低中硫煤低中硫煤 1.011.50w中硫分煤中硫分煤 1.512.00w中高硫煤中高硫煤 2.013.00 2022-6-302022-6-30w 水煤浆水煤浆w 是煤基液态燃料，它由煤粉、水和少量添加是煤基液态燃料，它由煤粉、水和少量添加剂组成。剂组成。w它既保留了煤原有的物理特性，又可以像燃料油那样通

22、过管道输送，并在加压的情况下通过喷嘴雾化和燃烧。w水煤浆可以作为工业炉窑、工业锅炉和电站锅炉的燃料以代替燃料油，也可作为民用燃料。水煤浆的价格比燃料油更便宜。2022-6-30w 煤的气化与液化煤的气化与液化 w煤气化是将煤与气化剂起反应，使之转化煤气化是将煤与气化剂起反应，使之转化为煤气的技术。可以得到以一氧化碳和氢为煤气的技术。可以得到以一氧化碳和氢气为主煤气产品。气为主煤气产品。w作用有：供大、中、小城市民用；供合成作用有：供大、中、小城市民用；供合成氨和合成甲醇使用；供冶金和电力等工业氨和合成甲醇使用；供冶金和电力等工业作工艺燃料或发电燃料使用。作工艺燃料或发电燃料使用。w煤的液化是将

23、煤加氢转化成石油产品。煤的液化是将煤加氢转化成石油产品。 2022-6-302022-6-302022-6-302022-6-30化学电源优点：携带方便，使用简便；电流、电压、容量可以在相当的范围内变动；可做成特殊的形状和体积； 能在各种条件下随时使用； 没有噪声，环境污染小； 能量转换效率高。 化学电源还是一种很好的能量存储器。2022-6-30化学电源的应用各种车辆、矿山、无线电通讯、遥感遥测、计算机计算器、文化娱乐以及火箭、导弹、潜艇、鱼雷等等，都要配备一种或几种化学电源。 UPS/不间断电源 (uninterruptible power system) 2022-6-30化学电源由四个

24、基本部分组成： （1）分别用不同材料组成的电极正极和负极 。正极和负极由活性物质材料及导电材料以及添加剂构成，主要作用是参与成流反应和导电作用。 2022-6-30（2）隔膜隔膜的作用是防止正负极活性物质直接接触而使电池短路，但是要求允许离子顺利通过。即，隔膜应该是电子的不良导体和离子的良导体，并要求隔膜在电池中有良好的化学物理稳定性。 2022-6-30（3）电解质电解质的主要作用是担任离子导体。一般电解质做成水溶液，在新型电池中也用到有机电解质、固体电解质、融盐电解质。 2022-6-30（4）外壳 2022-6-30几种典型的电池几种典型的电池2022-6-30锌锰干电池锌锰干电池 2022-6-30分为中性（弱酸性）和碱性锌锰电池两种。两种电池标称电压都是1.5伏.中性锌锰电池不适于大电流放电。碱性锌锰电池可以较大电流放