中国石油和化学工业优秀教材 普通高等教育“十二五”规划教材 工程化学 GONGCHENG HUAXUE 第二版 周祖新。主编丁蕙王根礼。副主编
本书第一版荣获2010年中国石油 工程化学 第二版 销售分类建议：化学/基础化学 定价：29.80元
中国石油和化学工业优秀教材 普通高等教育“十二五”规划教材 工程化学 第二版 周祖新 主编 丁蕙王根礼副主编 可化学￥业岛服社 ·北京
本书是为高等学校工程技术类及管理科学各专业（除化工、材料、生物医学类）化学基础课 编写的教材。其特点是取材精练，突出化学在生产实践中的实际应用，反映学科发展趋势和最新 成果。 全书共11章，包括化学反应基本规律，溶液中单相和多相平衡，电化学基础，物质结构基 础，化学与材料，非化工类生产中的化学知识，化学与环保，能源与化学，危险化学品的管理与 对独立的专题，既有专业性，又有科普性。 本书不仅可以作为本科生的基础课教材，也可供自学者、工程技术人员、企业管理和营销人 员参考 图书在版编目(CIP)数据 工程化学/周祖新主编.一2版。一北京：化学 丁业出版社，2013.10 中国石油和化学工业优秀教材 普通高等教育“十二五”规划教材 ISBN978-7-122-18469-6 1①工.山.①周.Ⅲ.①工程化学-高等学校 教材N.TQo2 中国版本图书馆CP数据核字(2013)第219598号 责任编辑：刘俊之 装顿设计：关飞 责任校对：陶燕件 出饭发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号邮政编码100011） 印 装 三河市延风印装厂 787mm×1092mm1/16印张14%彩插1字数383千字2014年1月北京第2版第1次印刷 购书咨询：010-64518888（传真：010-64519686）售后服务：010-64518899 址：htp:∥w 凡胸买本书。如有缺损质量题，本社销售中心负责调换。 定价：29.80元 版权所有违者必究
前 言 本书第一版自009年出版以来，受到了高校师生相当程度的欢迎。随着高等教有和教 学改革的深入开展，特别是大一、大二通才式教有的普及，教学内容和课程体系都发生了一 些变化。几年来，使用本书的许多教师也不断为本书的修订提供了大量的宝贵意见。 本书的第二版秉承了第一版的特点，即突出知识的实用，提高能力，尽量做到实用、全 面、易懂。为适应通才式教育的需要，提高大学毕业生就业、创业或独当一面的工作能力 增加了“化工商品知识与营销”一章，在这一章中介绍了化工商品知识和营销，使理工科学 生能在理科课程中学到以往要到外系选修的商品营销知识。本幸还用较多篇幅介绍了一些常 见化学品的性质和用途，称补了基础化学教学中元素化学内容的不足，并使管理类科学的学 生热悉一些常见化学品的知识。为与国际化学品生产、储运、使用管理接轨，本书在第9章 危险化学品的管理和消防中增加了全琼化学品统一分和标签制度(GHS)简介一节，以 适应化学品贸易的全球化趋势。 由于本书的起点适中，高中文、理科基础的学生均可使用该教材，一些文理兼收的专 业，其学生使用该教材后效果良好。本书的第二版更加强了本书的文理科学生通用性，如对 化学品性质的介绍只介绍其使用时的特点，不涉及其结构。对化学品的营销重点介绍营销方 法，基本不涉及理论。 本书在编写过程中得到了本教研室老师的大量参与和支持，丁蕙、王根礼老师作为副主 编始终参与资料的查找、江总工作，王爱民、郭晓明、周义锋、沈绍典、程利平、李忆平 李向清、肖秀珍、黄莎华、李亮诸老师提供了大量的资料和提出了宝贵意见，对本书的编写 做了大量工作，化学工业出版社的编辑为本书第二版提供了一些很好的思路，在此一并表示 感谢」 由于编者水平所限，书中不当之处在所难免，减望广大读者指正。 编者 2013年8月
第一版前言 随着就业压力的不断增加，大学毕业生需要更强的能力来适应社会的要求，另外，作为 社会较高素质的人才，也应该具备完整的基础科学知识体系，化学知识是其中的重要组成部 分。在实际工作过程中，非化工类大学毕业生也经常会遇到需要化工知识才能解决的问题 在科学技术和生产中，化学起着重要作用。工程化学是在普通化学、物理化学、结构化学、 高分子化学、材料化学和环境化学等学科基础上发展起来的一门实用科学 工程化学作为非化工专业的一门重要基础课，教学目的是：使广大工科生在一定程度上 具有一些必需的近代化学基本理论、基本知识和基本技能，并了解这些理论在实际工程中的 应用，培养学生具有化学观点，为今后工作和继续学习打下一定的化学基础。 本书的编写特点是：起点较低，基础理论简明扼要，不作深入求证，突出知识的实用 性，重在提高能力，尽量微到实用、全面、易懂。由于工程化学涉及的范围广，不同专业所 需的化学知识不尽相同，故在使用该教材时，可根据各类工科专业的特点，选择性地学习一 些章节。为了提高学生学习的兴趣，并增加化学素养，编写了“化学与日常生活”一章 本书的内容在化学基本理论和基础知识方面包括化学反应的基本原理，水落液中的单相 和多相平衡，电化学基础和物质结构基础：在联系工程实际方面包括化学与材料，化学与能 源，非化工类生产中的化学知识，化学与环保，危险化学品的管理与消防，生活中的化学。 为了提高学生的兴趣，在每一章的后面介绍一些化学家的故事或涉及身边的化学知识。为了 能使有兴趣、学有余力的学生进一步学习，在每一章后面加入了“网络导航”，方便学生通 过网络自己查找，同时也增加了学生自己解决问题的能力。 由于编者水平所限，书中不当之处在所难免，诚望广大读者指正。 编者 2008年12月
目 录 0.绪论 2.1.电解质溶液的通性.32 0.1化学的研究对象 2.1.5稀溶液依数性的应用 +044.32 0.2化学发展简中 2.2酸贼平衡 .33 02 火的使用和人类自身的发展 2.21 电解质的分类及其解离 ,33 0.2.2 化学促进材料的发展 222 水的解离和溶 液的p 0.2.3炼丹术和炼金术对化学的展 2.2.3 弱电解质的酸碱性 0.2.4侯药化学 2 2.2.4 同离子效应和缓冲溶液 39 0,2.5现代化学的建立和发暖：3 2,3沉淀溶解平靠 42 0.3化学在国民经济中的作用 2.3.1沉淀溶解平衡与游度积 031 化学与能源 232 溶度积规则及其应用 44 0.3.2 化学与农业 配位 0.3.3 化学与材料 2.4.1 配位化合物的基本概急 46 0.3.4化学与环境科学 2.4.2 配合物的西配位平衡 48 0.4化学学到的体系 2.4.3配位反应的应用 50 第1章化学反应的基本原理 化学视野 可伦尼白断 50 化学反应热效应及其计算 网络导航 从网上查出所需的化学数据 51 1.1.】几个热力学基本概念 思考题 1.1.2执力学第一律 习题 52 1.1.3化学反应热与始有 40 第3章电化学基础· 54 1.1.4 化学反应热的计算 1 原电池和电极电势 54 1.2 化学反应进行的方向 3.1.1 原电池 1.2.1 化学反应自发性的判期 12 3.1.2电极电势 1.2.2吉布斯自由能变与化学反应的 3.2电极电势的应用 57 方向 14 3.2.1 Nernst方程式 57 1.3化学反应速率 16 3.22由摄由热的应用 59 1.3.1 反应速率与浓度的关系 16 3.3化学电 62 1.3.2 反应速率与温度的关 ·次电泡. 62 1.3.3 催化剂与反应速率的关系 18 3.3.2 二次电池 63 1.4化学平衡 19 3.3.3做料由池 64 1.4.1可逆反应与化学平衡 19 3.3.4绿色电池 ,64 1.4.2化学平衡的移动 21 65 化学祝野 1.热力学第 定律的创立 3.4. 电解原 人体体温的调节 3.4.2 电解时电极上的反周 66 网络导航 开航前的话 一初识重要网站 25 3.4.3 工业上电解食盐水 思考题 26 3.4.4电化学技术 67 习顺 26 3.5金属的腐蚀与防护 ,69 第2章水溶液中的化学 29 .5 电化学腐但 9 2) 溶液的通性 29 3.5.2 金属防腐技术 70 2,1,1溶液的蒸气压下降. 29 化学视野 能斯特 72 2.1.2溶液的沸点上升和凝固点下降. 30 烟络导航 专业化学网站 72 2.1.3渗透压. 31 思考题 .72
习， 7 .123 第4章 物质结构基础 124 4.1 原子结构和元素周期律 第6章化学与能源 125 4.1.1原子结构 6.1概述 125 4.1.2核外电子运动状态 2 61.1能源利用的历中进 125 4.1.3多电子原子核外电子分布 6.1.2 能源分类 4.1.4 元索周期利 6.1.3 能源危机和环境污染 126 4.2 化学键与分子结构 83 6,1.4 世界能源概况 127 4.2.1离子继 83 6.1.5我园能瓶概况 4127 4.2.2比价镜. 6,2化学使古老的能源焕发青春 128 4.2.3分子的几何构型 6.2.1 石油深力 4.3分子间力和氢 6.2.2 煤的综合开发 4.3.1 分于的极作 88 6.2.3 化学电源 130 4,3.2分作用力 89 6.2.4节能特 。130 A.3.3灯特. 6.3化学是开发新能源的源良，. 133 4,4晶体结构 6.3.1 核能 133 4.4.1晶体的概念 6.3.2 太用能 134 4.4.2 品体的基本类型 92 6.3. 氢能 135 化学视野 元素周期律的发现与发感 93 6.3.4 生物质能 136 网络导航周期表探趣 6.3.5其他新能源 13 思考顾 化学视野 磁流体发电 138 习题 网 导 能源发展的目标 第5章化学与材料科学 97 恩考题 138 5,1金属和合金材料 ,.07 习题 138 5.1.1金属的化学性固 97 第7章化学与环墙 140 5.1.2金属和合金材紫 物质变化与环境污染 140 5.2 无机非金属材料 *▣4103 71.1 大气污染 141 5.2.1 些非金属单质及化合物的 7,1.2水污染 142 性质 7,1,3评价水质的工业指材 144 5,2.2传统陆酸盐材料 105 7.2环境问题与化学的关系 5.23半导体材料 72 大气污染的化学治理 5.2.4 新型无机非金属材料 108 7.2.2 水污染的化学治理 147 5.3高分子化合物材料 109 7.2.3 固体废弃物污染的化学治理 148 5.3.1高分子化合物概述 110 7.2.4 化学对环境保护的其他作用 5.3.2高分子化合物的结构与性能 112 化学视 新时代的“自色风怖” 150 533 传统高分子材 114 网络导航 关心我们的环境 5.34 功能高分子材料 117 思考题 151 5.4复合材料. 119 习题. 151 5.4.1复合材料申的基体材料和增 第8章 非化工类生产中的化学 都材料 19 知识 4.153 5.4.2 复合材料的分类 20 8.1金属清洗与表面处理 m153 5.4.3 聚合物基复合材料. 120 8.1.1金凤除油 ,153 5.4.4其他类型复合材料简介 121 8.1.2金底酸洗 154 化学视野 液品与液品显示翼· 129 8.1.3金属表面处理 网络导敏 进入材料科学大世界 122 8 润滑油和润滑脂 157 2 解金属材料 123 8.2.1润滑原理和润滑油及润滑脂的
作用 158 10.3日用化学品 444192 82.2 润滑油及润滑脂的组成 10.3. 洗涤 193 8.2.3润滑油的主要性能指标 10.3.2化妆品 194 8.3钻结剂 160 10.4口腔卫生用品 197 8.3.1盐结剂的理论解 +161 化学抑感军“随白会”直相孔 ,198 8.3.2合成结结剂的组成 .6 侧终导航五影能粉的化学园站，19 83.3黏结剂的固化 6 思考题 习题 8.3.4 黏结剂的选择原 1 第11竞化工商品知识与营销201 8.3.5常用黏结剂举例 162 11.1化工商品概论 ,201 8.4钢筋混凝土的腐蚀与防腐 *4.163 11,1.1研究化工商品的章义 201 8.4.1混凝十的窗地 44163 1.1.2化工商品与营销的研究内容 8.42混凝土中钢筋的腐蚀 165 11.2化工商品 20 8.43 钢筋混凝土的防腐措 11.2.1化工原材料. 202 化学视 润滑油变质如何鉴别？ 4444166 11.2.2精细化学品： 206 烟络导航润滑油，结合剂， 167 11.3化工商品的质量和标准 208 思考题与习题· 167 113.1化丁品的质量 420 第9章危险化学品的管理和消防 169 1.3.2 化工商品的标 9.】危险化学品安全管理基础知识 +169 11.3.3化工商品的检验 21 9.1.1危险化学品分类与特性 16g 11.4化工密品的营销.+ 213 9.1.2危险化学品的储存和运输.170 11.4.1消费和采购特点. 213 9.2危险化学晶事故的预防和事故处理 .170 11.4.2销售道 9.2.1 操作时的预防 11.4.3营销方法 21 9.2.2 常用危险化学品事故处置 11.5化工商品的国际贸易 9.3危险化学品的消防 172 11.5.1国际贸易流程. 216 9.3.1燃烧的条件 172 11,5.2国云留易中的非关税壁华.·218 9.3.2危隐化学品火灾防治措能 173 11.5.3化工电子商务 218 9.3.3灭火方法与灭火剂 174 习题 .。221 9.4全球化学品统一分类和标签制度 附录. .22 (GHS》简介 ,176 附表1 一此基本物理量 222 9.4.1GHS题述. .176 附表2 一些物质的标准摩尔生成焓、标准 9.4.2GHS的主要内容.： 176 摩尔生成白由能和标准摩尔熵的 化学视旺爆炸极别 182 数搅 (298, 5 00kPa) 222 网络导 化学品的安全及消防知 附表3 常见弱酸或弱碱的解离常数 思考题与习题· .183 (298.15K).4. .225 第10章化学与日常生活 附表4常见难溶电解质的溶度积 10.1化学与衣、食、住、行 418 (298.15K)-. 225 10.1.1 化学与饮 18 附表5 常见配离子的稳定常数 10.1.2服装与化学 (298.15K 226 10.1.3化学与居住 187 附表6常见氧化还原电对的标准电极电势 10.1.4化学与出行 188 (298.15K).226 10.2化学与药物 .190 参考文献 .228 1a2 常用的化学药物 190 元素周期表 10.2.2症与基因治疗 192
0.绪 论 0.1化学的研究对象 简单地说，化学是研究化学反应（变化）的学科。而要研究化学反应，必须在原子、分 子水平上研究参与反应的物质的组成、结构、性能、变化规律以及变化过程中的能量关系 等。故目前一般认为化学的研究对象是：物质，物质的组成、结构、性能，相互关系，变化 规律以及在变化过程中的能量转换关系。 例如，汽车尾气八O是大气的主要污染源之一。它是内燃机工作时，来自空气中的N2 和O2在汽缸中反应生成的。治理的方法之一就是使生成的NO变成无害的物质。那么 NO变成什么物质才是无害的呢？当然变成O2和N2是最合适的，相当于回归自然。这样 我们就要研究2N0一02+这一化学反应在给定的条件下能否自发进行，这需要化学的 重要理论一化学热力学知识。通过化学热力学的理论分析可知（同学们学完了这一部分 识以后就可以判断了)，该反应可以自发进行，而且可以进行得很完全。但实际上并没有看 到这一反应进行（如能很快进行就不用治理了）。这是为什么呢？ 这是因为化学反应速率太慢。有关化学反应速率问题是化学的另一重要理论一化学动 力学的研究内容。为什么这一反应速率太慢呢？化学动力学研究表明，是因为该反应的活化 能太高。那么如何降低活化能，提高这一反应的速率呢？或是升温，或是加催化剂。采用升 温的方法一是不方便，二是对反应不利（需要另外的加热升温系统，发动机要承受更高的温 度)，因此最好采用催化剂。那选用什么做催化剂呢？这就要了解为什么该反应的活化能非 常高，采用什么物质能降低该反应的活化能。要解决这一问题，则要用到化学的第三个重要 理论 物质结构的知识，了解NO、O2、N2等分子的结构特点。 0.2 化学发展简史 0.2.1火的使用和人类自身的发展 借助于火，人类掌握了巨大的能量，并且开始初步地利用它来改造自然世界。这是人类 第一个有意使用的化学反应，有机物在点燃下进行剧烈的氧化反应，放出光和热，人类借以 驱寒和驱逐其他野兽，为了保存火种，人类开始分工，开始了社会化，使人类在恶劣自然条 件下得以生存并得到较大的发展。火的使用，扩大了人类食物的种类和范围，许多过去不能 食用之物变成可食之物，如一些坚硬的植物根茎，经火加工后变软，某些含有毒素的食物经 火加工后毒素消失；另外，火的使用，使食物的成分发生化学变化，向有利于人体吸收的方 向转化，如动物的肉烤熟后蛋白质更容易转化为氨基酸，脂肪更容易转化为酸和醇，植物命 淀粉变成蓬松状，易在人体中降解成糖类，改善了食物的消化和营养的吸收，为人体的生长 发育以及脑髓的发展提供了物质基础，熟食促进了大脑的发展，使人类的智力不断发展（猿 脑仅重350g,而人脑重约1400g)。人类在改造自然的复杂进程中，大脑逐渐产生了能适应 新环境的新的化学物质，这些新化学物质部分遗传给后代，并不断发展完善，就是人类大脑