《工程化学》教案.docx
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《工程化学》教案
《工程化学》教案
总纲
一、课程性质及教学目的：
《工程化学》是全校非化学化工专业理工科本科生校级必修课，是素质教育的重要课程之一。
工程化学是从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发,密切联系现代工程技术中遇到的如材料的选择和寿命、环境的污染与保护、能源的开发与利用、信息传递、生命科学发展等有关化学问题，深入浅出地介绍有现实应用价值和有潜在应用价值的基础理论和基本知识，使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
该课程的任务是激发学生学习化学的兴趣，将化学的思维方法和能力传授给学生，通过介绍化学理论在工程实际中的应用，把化学对人类进步的影响逐渐渗透到学生的脑海中，从而提高学生的化学素质。
二、课程内容：
工程化学课程内容包含绪论、物质的化学组成和聚集状态、化学反应原理、水溶液中的化学反应和水体保护、电化学基础、物质结构基础等六部分。
纵观工程化学所含内容可知，该课程内容较为庞杂。
具有三多的特点；即所谓内容头绪多、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多，由于该课程具有上述特点，加之微观结构看不见、摸不到。
因此，教师感到难教，学生感到难学。
三、教学对象：
非化学化工类理工科本科新生。
四、教学时间：
第一学期或第二学期
五、教学指导思想：
1.从工程实际和生活实际的角度出发讲授《工程化学》，体现21世纪教学理念、教学改革精神和世界工程教育思想。
2.严格按《工程化学》教学大纲及《工程化学实验大纲》进行教学，注意课程内容的准确定位和整体优化，注重课程的趣味性和实用性。
3.开设的实验及课堂讨论应有利于激发学生的学习兴趣、有利于培养学生分析问题、解决问题及知识创新的能力。
六、教学重点：
1.系统与环境、反应进度、化学计量数；
2.气体分压定律，大气相对湿度，等离子体；
3.稀溶液的依数性；
3.晶体及其性质；
4.热力学第一定律；
5.焓与焓变，熵与熵变，吉布斯函数变；
6.盖斯定律；
7.化学反应等温式；
8.浓度（压力）、温度等因素对化学平衡的影响；
9.浓度、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响；
10.酸碱质子理论；
11.酸碱解离平衡常数；
12.缓冲溶液及有关pH计算；
13.溶度积及溶度积规则的应用；
14.难溶电解质稳定平衡常数；
15.四个量子数的意义、符号及电子组态表示的意义；
16.杂化轨道理论；
17.周期系元素原子的核外电子分布的一般规律；
18.分子间作用力；
19.氧化还原反应和原电池的关系；
20.电极电势的计算及其应用；
21.金属腐蚀原理与防护措施。
七、教学难点：
1.反应进度及有关计算；
2.稀溶液的蒸汽压下降、凝固点下降、沸点上升；
3.盖斯定律的应用；
4.焓与焓变，熵与熵变，吉布斯函数变；
5.温度对化学平衡的影响；
6.催化剂等因素对化学反应速率的影响；
7.缓冲溶液及有关pH计算；
8.难溶电解质稳定平衡常数。
9.原电池的结构和机理；
10.电极电势产生的原因。
11.波函数与原子轨道；
12.四个量子数的符号与意义；
13.共价键理论：
分子轨道理论、价键理论、杂化轨道理论；
八、教学方法：
1.采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。
2.采用CAI课件、多媒体进行教学。
3.改革实验内容及方法，注重理论联系实际及培养学生分析问题、解决问题的能力，利用电视、计算机等辅助教学手段提高实验教学效果。
4.采用计算机命题与评分系统，实现教考分离。
九、学时分配：
（详细安排见教学日历）
1.讲课26学时
2.实验6学时
3.总学时32学时
十、教学过程：
1.后次复习前次概念；
2.本次讲授内容的引入；
3.新教学内容的讲授过程；
4.小结；
5.思考题；
6．作业。
十一、实验内容
表1实验内容及学时数分配
实验内容
学时
混合碱液中组分含量测定（双指示剂法）
2
水质检验及水硬度测定
2
氧化还原和电化学
2
十二、教材及教学参考书
1.《工科基础化学》李秋荣等中国标准出版社20XX年
2.《工科大学化学》曲保中等机械工业出版社1993年
3．《普通化学》（第五版）浙江大学普通化学教研室高等教育出版社20XX年
4.《工程化学基础》陈林根高等教育出版社1999年
5.《现代基础化学》竹裕贞等化学工业出版社，1998年
6《化学与社会》唐有祺等高等教育出版社，1998年
7.《展望21世纪化学》王佛松等化学工业出版社，2000年
8.《三废治理与利用》三废治理与利用编委会等冶金工业出版社，2000年
第一章物质的聚集状态
一、教学目的及要求
使学生们正确理解化学的基本概念，掌握气体、液体和固体基本性质，了解环境污染及防治。
二、主要内容
系统与环境、状态与状态函数、反应进度等化学概念；气体、液体和固体基本性质，环境污染及防治。
三、学时安排：
讲课4学时（详细安排见教学日历）
四、教学重点：
1.系统与环境、反应进度、化学计量数；
2.理想气体状态方程式，分压定律，大气相对湿度，等离子体；
3.稀溶液的依数性；
4.晶体及其性质。
五、教学难点：
1.反应进度及有关计算
2.大气相对湿度
3.稀溶液的蒸汽压下降、凝固点下降、沸点上升
六、教学过程：
简介—授课—思考题—讨论总结—布置作业；
七、思考题：
1．怎样理解物质的聚集状态？
2．根据系统和环境间有无物质交换和能量的传递，系统大致可划分为哪三类？
3．对某化学反应，选用反应方程式中的不同物质来表示反应进度是否相同？
4．理想气体状态方程式适用于真实气体的条件？
5．温度对大气相对湿度有何影响？
6．稀溶液的依数性的核心是什么？
7．说明在冬季向汽车水箱中加入乙二醇或甘油可用来防止水箱冻裂的原因？
8．晶体有哪几种基本类型？
9．冬季，为何可以用食盐来帮助融化人行道旁的冰雪？
将NaCl、NH4NO3和（NH4）2SO4各0.1mol溶于1kg水中，问哪一种冰点下降最多？
八、作业：
1．20℃时某处空气中水的实际蒸气压为1.001kPa，求此时的相对湿度是多少？
若温度降低到10℃，此时的相对湿度又是多少？
2．比较并简述原因：
（1）0.1mol·kg-1，0.2mol·kg-1，0.5mol·kg-1蔗糖溶液的凝固点高低。
（2）0.1molC6H12O6，0.1molNaCl，0.1molNa2SO4溶于1kg水中构成溶液的凝固点高低
（3）0.1mol·kg-1，0.2mol·kg-1，0.5mol·kg-1的Na2SO4溶液的渗透压高低。
3．比较并简单说明理由：
（1）BaCl2，CCl4，AlCl3，FeCl2的熔点高低；
（2）SiO2，CO2，BaO的硬度大小；
（3）CaF2，CaO，CaCl2，MgO的熔点高低；
（4）SiC，SiF4，SiCl4，SiBr4的熔点高低。
（5）NaF，NaCl，NaBr，NaI的熔点高低。
（6）HF，HCl，HBr，HI的沸点高低
九、教学参考书：
1.《无机化学》大连理工大学高等教育出版社1992年
2.《三废治理与利用》三废治理与利用编委会冶金工业出版社
第二章化学反应原理
一、教学目的及要求：
通过本章的学习，使学生了解化学反应中能量的变化，掌握化学反应方向与限度的判断依据，化学反应速率及其影响因素。
二、主要内容：
热力学第一定律，反应热效应的测量与计算；自发过程及反应自发性判断依据吉布斯函数变；化学平衡及影响平衡移动的因素；化学反应速率及其影响因素。
三、学时安排：
讲课6学时（详细安排见教学日历）
四、教学重点：
1．热力学第一定律，盖斯定律
2．焓变，熵变，吉布斯函数变，热力学等温式
3．浓度（压力）、温度等因素对化学平衡的影响
4．浓度、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响
五、教学难点：
1．盖斯定律的应用；
2．焓与焓变，熵与熵变，吉布斯函数变；
3．温度对化学平衡的影响；
4．催化剂等因素对化学反应速率的影响；
六、教学过程
复习—授课—思考题—讨论总结—布置作业
七、思考题：
1．热力学第一定律的数学表达试?
2．在热力学中对功和热是如何规定的？
3．精确测量恒容热效应的装置名称是什么？
4．在化学热力学中，物质的标准摩尔生成焓是如何规定的？
最稳定单质的标准摩尔生成焓是多少？
5．热力学中，物质的标准摩尔熵是如何规定的？
纯净完整晶态物质的熵在何种下为零
6．在化学热力学中，物质的标准摩尔生成吉布斯函数是如何规定的？
最稳定单质的标准摩尔生成吉布斯函数是多少？
7．反应自发性判断依据是什么？
8．对于某基元反应，质量作用定律如何写？
9．温度对化学平衡、化学反应速率如何影响的？
八、作业
1．请回答下述情况时反应：
aA+bB=yY+zZ的进行方向：
（1）Q＜Kθ
（2）Q＞Kθ（3）Q＝Kθ
2．下列组合中的哪一个在任何温度下反应均是自发的？
说明理由。
（1）
＞0，
＞0
（2）
＞0，
＜0
（3）
＜0，
＜0
（4）
＜0，
＞0
（5）
=0，
=0
3．由
和
计算反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）的转向温度。
4．已知下列反应的标准平衡常数：
（1）SnO2（s）+2H2（g）=Sn（s）+2H2O（g）
（2）CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）
求反应：
SnO2（s）+2CO（g）=Sn（s）+2CO2（g）
=?
5．反应A（g）+B（s）
2C（g）,
＜0，当达到化学平衡时，如果改变下表中表明的条件，试将其他各项发生的变化情况填入表中：
改变条件
增加A的分压
增加压力
降低温度
平衡常数
平衡移动的方向
6.据实验，在一定温度范围内，可按NO和Cl2的下列反应方程式来表达该反应的速率方程式（符合质量作用定律），2NO（g）+Cl（g）→2NOCl（g）
（1）写出该反应的反应速率表达式。
（2）该反应的总级数是多少？
（3）其他条件不变，如果将容器的体积增加到原来的2倍，反应速率如何变化？
（4）如果容器体积不变而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率又将如何变化？
九、教学参考书：
1．《大学化学原理及应用》樊行雪等化学工业出版社2000年
2.《物理化学》傅献彩等高等教育出版社1990年
3．《工程化学基础》陈林根高等教育出版社1999年
第三章水溶液中的离子平衡
一、教学目的及要求：
通过本章学习使学生掌握水溶液中酸碱平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡。
二、主要内容：
1．酸碱理论；
2．缓冲溶液及其应用；
3．沉淀溶解平衡，溶度积规则；
4．配位平衡及配位化合物与难溶电解质间的转化。
三、学时安排：
讲课4学时（详细安排见教学日历）
习题2学时
实验4学时
四、教学重点：
酸碱质子理论，酸碱解离平衡常数，缓冲溶液及有关pH计算；
难溶电解质沉淀—溶解平衡常数（溶度积）及溶度积规则的应用；
配位化合物及配位平衡
五、教学难点：
1．缓冲溶液及有关pH计算；
2．难溶电解质沉淀—溶解平衡。
六、教学过程：
复习—授课—思考题—讨论总结—布置作业
七、实验教学：
4学时
混合碱液中组分含量测定（双指示剂法）：
2学时
水质检验及水硬度测定：
2学时
八、思考题：
1．举例说明共轭酸碱对。
2．为什么说酸碱的强弱是相对的？
3．在什么条件下缓冲溶液的缓冲性能最大？
4．对于不同类型难溶电解质表示溶液能力的特征常数是溶度积还是溶解度？
5．判断沉淀生成或溶解的依据是什么？
6．举例说明配合物的组成。
AgNO3能将PtCl4·6NH3溶液中所有的氯沉淀为AgCl，但在PtCl4·3NH3溶液中仅能沉淀出1/4的氯。
试判断两种配合物的结构。
7．沉淀物之间的转化，反应通常向着溶解度大还是溶解度小的方向转化？
8．对于配合物之间的转化，反应通常向着稳定常数大还是小的方向转化？
九、作业：
1．计算混合溶液的pH值：
（1）30ml2.0mol·L—1NH3溶液与等体积、等浓度的HCl溶液混合
（2）30ml2.0mol·L—1NH3溶液与10ml、等浓度的HCl溶液混合
（3）50ml0.3mol·L—1NaOH溶液与100ml0.45mol·L—1HAc溶液混合
2．配制PH=10的缓冲溶液250ml，现有100ml15mol·L—1NH3·H2O，问需加入NH4Cl（s）多少克？
（M（NH4Cl）=53.5g·mol—1）
3．计算并比较AgCl在纯水、0.1mol·L-1NaCl、1.0mol·L-1NaCl、1.0mol·L-1CaCl2、1.0mol·L-1NH3·H2O中的溶解度
4．若反应前溶液Cl—离子的总浓度为0.020mol·L—1、Ag+离子的总浓度为0.01mol·L—1，问溶液中NH3的最初总浓度至少为多少才能防止AgCl沉淀析出。
（已知K稳（Ag（NH3）2-）=1.1×107，KSP（AgCl）=1.8×10-10）
5．命名下列配合物，并指出中心离子、配体、配位原子及中心离子的配位数。
（1）[Co（NH3）4（H2O）Cl]（OH）2
（2）Na3[AlF6]
（3）[Pt（NH3）4（NO）2Cl]CO3（4）K3[Co（NO2）6]
（5）[Cu（NH3）2（CH3COO）]Cl（6）H2[Zn（OH）2Cl2]
十、教学参考书：
1．《工科大学化学》曲保中等高等教育出版社1995年
2．《现代基础化学》朱裕贞等北京化工出版社1998年
3．《普通化学》浙大普化教研室高等教育出版社1995年
4．《展望21世纪化学》王佛松主编化学工业出版社2000年
第四章电化学基础
一、教学目的及其要求：
通过本章学习，使学生了解电极电势产生的原因、各类电池的组成原理、电解的基本原理及某些应用、金属腐蚀原理及防护方法；掌握电极电势和电池电动势的计算方法、电池电动势测定的应用。
二、主要内容
1原电池的结构和机理；
2电极电势产生的原因；
3电极电势的计算及其应用；
4电池的电动势测定的应用；
5金属腐蚀原理及防护方法
三、学时安排：
讲课4学时
习题2学时
实验2学时
四、教学重点：
1.氧化还原反应和原电池的关系
2.电极电势的计算及其应用；
3.电池电动势测定的应用；
五、教学难点：
1.原电池的结构和机理；
2.电极电势产生的原因。
六、教学过程：
复习—授课—思考题—讨论总结—布置作业
七、实验教学2学时
氧化还原与电化学
八、思考题：
1.氧化还原反应的标准摩尔吉布斯函数变
、标准电动势Eθ与平衡常数Kθ之间有什么关系？
它们会不会随温度变化？
2.根据下列反应组成原电池，并写出电池符号表示式。
（1）Ag++Cu（s）→Ag（s）+Cu2+
（2）Pb（s）+2H++2Cl-→PbCl2（s）+H2（g）
3.电极电势是怎样产生的？
电极电势是怎样测定的？
又如何计算？
4.使用能斯特方程式时应注意那些问题？
5.根据电对Cu2+/Cu、Fe3+/Fe、Fe2+/Fe的电极反应的标准电势值，指出下列各组物质中，哪些可以共存，哪些不能共存，并说明理由。
（1）Cu2+、Fe2+
（2）Fe3+、Fe（3）Cu2+、Fe（4）Fe3+、Cu
（5）Cu、Fe2+
6.判断氧化还原反应进行程度的原则是什么?
与E有关，还是只与Eθ有关？
7.通常大气腐蚀主要是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？
写出腐蚀电池的电极反应。
8.防止金属腐蚀的方法主要有那些？
各根据什么原理？
九、作业：
1.将下列各氧化还原反应组成原电池，分别用图式表示各原电池。
（1）Zn+Fe2+=Zn2++Fe
（2）2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+
（3）Ni+Sn4+=Ni2++Sn2+
（4）5Fe2++8H++MnO4-=Mn2++5Fe3++4H2O
2.由标准钴电极（Co2+/Co）与标准氯电极组成原电池，测得其电动势为1.64V，此时钴电极为负极。
已知Eθ（Cl2/Cl-）=1.36V，问：
（1）标准钴电极的电极电势为多少（不查表）？
（2）此电池反应的方向如何?
（3）当氯气的压力增大或减小时，原电池的电动势将发生怎样的变化?
（4）当Co2+的浓度降低到0.010mol·L-1时，原电池的电动势将如何变化?
数值是多少?
（5）若在氯电极的电解质溶液中加入一些AgNO3溶液，电池的电动势将如何变化？
（6）从Eθ和
，分别计算反应的平衡常数。
3.已知下列反应均按正反应方向进行
2FeCl3+SnCl2═2FeCl2+SnCl4
2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4（稀）═2MnSO4+5Fe2（SO4）3+K2SO4+8H2O
指出上述反应中存在的氧化还原电对，并比较它们的电极电势的相对大小。
4.已知电对的标准电极电势为：
H3AsO4+2H++2e-
H3AsO3+H2O；Eθ（H3AsO4/H3AsO3）=0.581V
I2+2e-
2I-；Eθ（I2/I-）=0.535V
（1）计算标准状态下，由以上两个电对组成原电池的电动势；
（2）计算电池反应的标准平衡常数Kθ；
（3）计算反应的标准吉布斯函数变
，并指出反应能否自发进行。
（4）若溶液的pH=7，该反应向什么方向进行，通过计算说明。
十、教学参考书：
1．《工科基础化学》李秋荣等中国标准出版社20XX年
2.《物理化学》（第四版）傅献彩等高等教育出版社1990年
第五章物质结构基础
一、教学目的及要求
使学生们了解原子核外电子运动的特征（量子化、波粒二象性、统计性）、四个量子数的符号及意义；掌握电子组态表示的意义；掌握周期系元素的原子的核外电子分布的一般规律；掌握共价键理论和分子间作用力。
二、主要内容
电子在核外的运动状态和核外电子分布的一般规律；元素周期系与原子结构的关系；化学键和分子间相互作用力。
三、学时安排：
讲课4学时
四、教学重点：
1.四个量子数的意义、符号及电子组态表示的意义；
2.杂化轨道理论；
3.周期系元素原子的核外电子分布的一般规律；
4.分子间作用力。
五、教学难点：
1.波函数与原子轨道；
2.四个量子数的符号与意义；
3.共价键理论：
分子轨道理论、价键理论、杂化轨道理论；
六、教学过程：
复习—授课—思考题—讨论总结—布置作业
七、思考题：
1.下列电子运动状态是否存在？
为何？
（1）n=1,l=1,m=0
（2）n=2,l=0,m=+1（3）n=3,l=3,m=+3
（4）n=4,l=3,m=-2
2.下列说法是否正确
（1）s轨道绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形；
（2）m=0的轨道，都是s轨道；
（3）n=2,l只能取1，m只能取±1。
3.试排列出下列各套量子数的电子状态的能量高低的顺序：
（1）3，2，2，
（2）2，1，1，-
（3）2，0，0，
（4）3，1，-1，-
（5）3，0，0，
（6）1，0，0，
4.试写出下列各化合物分子的空间构型，成键时中心原子的杂化轨道类型。
（1）SiH4
（2）H2S（3）BCl3（4）BeCl2（5）PH3
5.符合下列电子结构的元素，分别是哪一区的哪些（或哪一种）元素？
（1）外层具有两个s电子和两个p电子的元素。
（2）外层具有6个3d电子和2个4s电子的元素。
6.下列各物质的分子之间分别存在何种类型作用力？
（不能仅用分子间力表示）
（1）H2
（2）CCl4（3）CH3COOH（4）HCHO
八、作业：
1.选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）
（1）已知某元素+2价离子电子分布式为
该元素在周期表中所属区为。
A.s区Bp区Cds区Df区
（2）下列分子中，中心原子在成键时以
不等性杂化的是。
ABeCl2BNH3CH2ODSiCl4
（3）下列各物质的分子间只存在色散力的是。
ACO2BNH3CHBrDCHCl3EH2S
FSiF4GCH3OCH3
（4）下列各种含氢的化合物中含有氢键的是。
AHClBHFCCH4DHCOOHEH3BO3
2.将合理的量子数填入下表空缺处：
1
2
0
+
2
2
+1
－
3
4
2
0
4
2
0
+
3.填充下表
原子序数
原子的外层电子构型
未成对电子数
周期
族
所属区
16
19
42
4若元素最外层仅有一个电子，该电子的量子数为
。
请问：
（1）符合上述条件的元素可以有几个？
原子序数各为多少？
（2）写出相应元素原子的电子结构，并指出在周期表中所处的区域和位置。
5第四周期某元素，其原子失去3个电子，在
的轨道内电子全充满，试推断该元素的原子序数，并指出该元素的名称。
6判断下列说法是否正确，并说明理由。
（1）非极性分子中的化学键，一定是非极性的共价键；
（2）P轨道是“8”字形的，所以电子沿着“8”字轨道运动；
（3）Fe原子的外层电子分布式是4S2;
（4）主族元素和副族元素的金属性和非金属性递变规律是相同的；
（5）核外电子运动状态需要用4个量子数决定；
（6）
反映电子在空间某位置上单位体积内出现的几率大小。
（7）多电子原子中，电子的能量只取决于主量子数
。
（8）3个
轨道的能量、形状、大小都相同，不同的是在空间的取向。
（9）一个
轨道和3个
轨道，形成一个
杂化轨道。
（10）电子云的黑点表示电子可能出现的位置，疏密程度表示电子出现在该范围的机会大小。
（11）电子具有波粒二象性，就是说它一会是粒子，一会是波动。
（12）色散作用只存在于非极性分子之间，而取向作用只存在于极性分子之间。
九、教学参考书：
1．《工科基础化学》李秋荣等编中国标准出版社20XX年
3.《工程化学基础》陈林根编高等教育出版社1999年
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