绪论
1.化学的定义：
化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学
2.化学的分支学科：
无机化学：无机物
有机化学：碳氢化合物及衍生物
分析化学：测量和表征
高分子化学：高分子化合物
若干新分支：环境化学、核化学等等
3.化学的地位和作用：
（1）是解决食物短缺问题的主要学科之一
(2)化学化学继续推动材料科学发展
长途运输鱼苗时
(3)化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障
(4)化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用 (5)化学是生命科学的重要支柱
第1章热化学与能源
1. 几个基本概念
(1)系统与环境
系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。
开放系统:有物质和能量交换
封闭系统:只有能量交换
隔离系统:无物质和能量交换
环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。
(2)相：
系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。
根据相的概念，系统可分为单相（均匀）系统;
多相（不均匀）系统 相与相之间有明确的界面
思考：
1)101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l), H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。
答：1）在此条件下，存在3相（气、液、固各一相；
2) CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数。
答： 2）3相（气体1相，固体2相）
(3)状态函数性质可分为两类：
广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等
强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。
思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？
答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。
(4)过程与途径
系统状态发生任何的变化称为过程；实现一个过程的具体步骤称途径。
思考：过程与途径的区别
设想如果你要把20 °C的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。
（5）可逆过程
体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。
（6）反应热 反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。 （7）热力学第一定律
封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热q，从环境得功w，则系统热力学能的增加ΔU (U2 – U1)为：
ΔU = q + w
热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用
（8）热力学能
系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及电子运动和核运动。
思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？
答：相同。
化学反应的反应热与焓
通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。
根据反应条件的不同，反应热又可分为：定容反应热 定压反应热
2.盖斯定律
化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。
例 由前两个反应热计算反应3的反应热
1 C(gra) + O2(g) → CO2(g) ΔrHm = －393.5kJ·mol-1
2 CO(g) + 1/2O2(g) → CO2(g) ΔrHm = －283.0kJ·mol-1
3 C(gra) + 1/2O2(g) → CO(g) ΔrHm = ？
ΔrHm = －110.5kJ·mol-1
3.热力学标准态
(1)气体物质的标准态：标准压力p 下表现出理想气体性质的纯气体状态
(2)溶液中溶质B的标准态是:标准压力p 下，质量摩尔浓度为m (1.0mol.kg-1),并表现出无限稀溶液中溶质的状态;
本书采用近似c =1.0 mol.dm-3),液体或固体的标准态是:标准压力p 下的纯液体或纯固体。
4.能源的分类
5.能源危机
本质：能量总量不变，质量衰退了，有序能下降。可利用之“有效能”减少了，于是产生了能源危机
思考：我国能源的现状有何特点？
答：(1）能源总量丰富，但人均不足；
(2）能源结构不合理，优质能源比例太小,煤炭占一次能源的76%蜗轮蜗杆传动，天然气消耗只有世界平均的76%，石油消耗只占世界平均的1/3。
(3）能源利用率低，能耗高浪费严重。
我国煤炭的一个特点是煤炭中含硫量较高，煤炭中的硫在燃烧时生成二氧化硫。SO2和粉尘是煤燃烧的主要一次污染物，其中的SO2是造成酸雨的主要原因。
所以煤炭的开采和燃烧都会引起环境污染。
6.煤炭的主要成分：
碳、氢、氧；少量氮、硫、磷等。
7.煤炭的热值：
单位质量或体积的燃料完全燃烧放出的热量。标准煤的热值为29.3MJ·kg-1
8.煤炭的分类：
无烟煤：低硫，较好；
烟煤 ：高硫，燃烧环境污染；
褐煤：储量大，但热值低。
9.石油
石油是多种烃类的混合物，其中含有链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含
氧、含硫的有机物。
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石油经过分馏和裂解等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油和沥青等产品
（1）汽油
95%的汽油用于驱动汽车。衡量汽油质量的一个重要指标是辛烷值。直馏汽油的辛烷值约为55~72之间，在汽油中加入少量四乙基铅可以将辛烷值提高到79~88，为了防止铅在汽缸中沉积，加入少量二溴乙烷，使生成挥发性的溴化铅，与尾气一同排入大气。
思考：汽车尾气污染物是什么？如何解决？
答：主要污染物：NO李含琳、CO、HC和含铅化物等。
解决方法：采用无铅汽油，对汽车尾气进行催化净化。
10.天然气
天然气是低级烷烃的混合物，主要成分是甲烷，常与石油伴生。其热值约为55.6MJ •kg-1。
天然气的优点：
可直接应用
易于管道输送
污染少
11.沼气和生物质能
植物残体在隔绝空气的情况下发生自然分解时产生的气体称为沼气。沼气约含60%的甲烷，其余为二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。
思考：可用哪些原料制备沼气？如果你来自农村，你家使用过沼气吗？
答：农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。
生物质能的现代利用是将植物枝杆等在汽化炉中加压汽化制成可燃气体。
思考：沼气和柴火是生物质能吗？
答：都是。沼气也属于生物质能。柴火是生物质能的直接利用。
12.可燃冰—未来的新能源
天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，外形似冰，用火柴一点就着，故称“可燃冰”。 CH4·矛盾分析法xH2O (s)。
形成条件：低温高压如0℃，76 MPa。
储量：尚难正确估计，各文发表的数据相差较大。预测总量相当于161万亿吨煤，可用100万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的2~3倍。
分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海有大量可燃冰，约相当于全国石油储量的一半。
开采难，储量丰富。
13.煤气和液化气
煤气：煤的合成气及炼焦气都是城市煤气。
煤气的组成:
H2：50%；CO：15%；CH4：15%，热值约16MJ •M-3
液化气:来源于石油，主要成分为丙烷、丁烷等，炼油厂的副产品。
思考：与煤气相比，液化气有哪些优点？
答：无毒、低污染、热值高于煤气。
液化气作动力→ 绿汽车← 燃料电池（各国竞争发展）。
思考1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无限的(不考虑太阳的寿命)？
1：矿物能源（煤炭和石油）是有限的，来自宇宙的能源（如太阳能）和核能是无限的。
邵晓萌第 2 章化学反应的基本原理与大气污染
1.自发反应或自发过程
在给定条件下能自动进行的反应或过程
自发过程的共同特征
(1)具有不可逆性——单向性
(2) 有一定的限度
(3) 可有一定物理量判断变化的方向和限度——判据
2.熵的定义：
熵是系统内物质微观粒子的混乱度(或无序度)的量度。
比较物质的标准熵值，可以得出下面一些规律：
(1) 对于同一种物质： Sg > Sl > Ss
(2) 同一物质在相同的聚集状态时，其熵值随温度的升高而增大。 S高温>S低温
(3) 对于不同种物质： S复杂分子 > S简单分子
(4) 对于混合物和纯净物： S混合物 > S纯物质
3.化学反应速率
（1）影响反应速率的因素：
反应物的本性，
反应物的浓度和系统的温度、 压力、催化剂 等宏观量，
光、电、磁等外场。
4.基元反应
由反应物一步直接生成产物的反应。也称为元反应。
复杂反应
反应的实际过程由几个基元反应组成的过程
5.有效碰撞
只有具有足够能量的反应物分子的碰撞才有可能发生反应。这种能够发生反应的碰撞。
活化分子 那些具有足够高能量，能发生有效碰撞的分子，
发生反应的有效碰撞的分子，还必须沿着特定的方向碰撞
活化能 要使普通分子成为活化分子所需最小能量。
6.催化剂（触媒）
催化剂能与反应物生成不稳定的中间化合物，改变了反应历程，降低了反应的活化能
催化剂的主要特征
（1）改变反应途径，降低活化能，使反应速率增大
（2）只能改变达到平衡的时间而不能改变平衡的状态
（3）有特殊的选择性
（4）对某些杂质特别敏感
助催化剂
合成氨的铁催化剂α-Fe — Al2O3 — K2O中α- Fe是主催化剂， Al2O3 、K2O等是助催化剂。
催化剂毒物
如CO可使合成氨铁催化剂中毒
7.环境污染物的来源：
工业：三废，量大、成分复杂、毒性强
农业：农药、化肥、农业废弃物等
交通运输：噪音、燃料燃烧的排放物等
生活：生活中的“三废” 等。
三废：废气、废液和废渣
三致：致突变、致癌、致畸
8.大气污染物
一般分为两类：
一次(原生)污染物，即由污染物直接排入大气的；
二次(次生)污染物，是由一次污染物在大气中进行热和光化学反应后的产物。后者往往危害性更大
9.颗粒物：
大气颗粒物包括尘（飘尘、落尘）、烟、雾等。
硫氧化物：SO2、SO3 (SOx)
硫氧化物主要来自于燃煤，是形成硫酸酸雨的主要气体。
氮氧化物：NO、NO2等 NOx是形成硝酸酸雨的主要气体，其毒性比CO高
10倍左右。
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