工程化学 第3版

前言 
本书自2013年第二版出版以来，已过了十年。十年来科学技术、社会经济和生源情况发生了不少变化，特别是思政教育越来越被强调，学生的自主创业也越来越受到鼓励。教材也应及时适应这种变化，这些年来使用本书的许多师生对本书提出了大量的修改意见和建议，因此我们对本书进行了修订。 
本书的第三版秉承了前面两版的特点，即突出理论知识的实用性，删除复杂计算，着重于提高学生实际解决问题的能力，尽量做到实用、全面、易懂。对前面四章化学原理部分作了小量修改，增加了对概念、原理理解的关键用词。以往学生预习后对概念、原理的理解总是懵懵懂懂，上课时教师用口语或举一些例子后才能完全弄懂，因为常用的书面语言和学生的理解能力间还有一层薄纱，增加一些关键用词就是点破这层薄纱。对化学与能源、化学与环境等章节的修改主要依据目前的能源及环境现状、科学发展的新成就、新的各项数据、新的国家政策。如近十年来天然气的大量使用，页岩油及页岩气的大量开采，危险化学品国家标准的更新等。本教材不仅可作为在校学生的教科书，也可作为社会上非化学化工类毕业生备考各种证书、扩展知识用。 
本书的起点适中，具有高中二年级化学基础的学生即可使用该教材，一些文理兼收的专业，本教材对其更加适用。本书自第二版以来加强了文理科学生的通用性，如对化学品的性质只介绍其常用的名称、一般性质、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，会使用该方法进行化学品贸易，基本不涉及化学理论。 
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，黄莎华、程利平、肖秀珍、李亮老师作为副主编始终参与资料的查找、汇总工作，王爱民、郭晓明、王根礼、沈绍典、董文雅、张贵阳、李向清、张太阳、林琳诸位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一直在为提高本书的质量做大量的工作，跑高校、跑社会，广泛征求意见，为本书各版更新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，诚望广大读者指正。 

编者 
2023年3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，尽量做到实用、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，水溶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 

第二版前言 
本书第一版自2009年出版以来，受到了高校师生相当程度的欢迎。随着高等教育和教学改革的深入开展，特别是大一、大二通才式教育的普及，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。本章还用较多篇幅介绍了一些常见化学品的性质和用途，弥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熟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球化学品统一分类和标签制度(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、汇总工作，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，诚望广大读者指正。 

编者 
2013年8月

《工程化学》（第三版）是为高等院校工程技术及管理科学各专业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12章，包括绪论、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，化学与能源，危险化学品的管理与消防，化学与日常生活，化学商品知识与营销。第1～4章属于化学原理部分，是本书的基础，第5～11章是在科学技术和社会生活中既重大又贴近实际生活的属于现代社会文明的几个相对独立的专题，既有专业性，又有科普性。《工程化学》（第三版）不仅可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。

周祖新，上海应用技术学院化学与环境学院，副教授，1991年-2008年 教授无机化学，无机与分析化学，普通化学，现代生活与化学，工程化学主要教学、科学研究、实践经历：1．生物传感器的研究（过氧化氢酶传感器，乙酰胆碱酯酶生物传感器，葡萄糖生物传感器）；2．催化剂的研究（合成吗啉的催化剂研究）；3．有机中间体，农药的合成（β-紫罗兰酮的合成，高纯氨丙醇的合成，并进行了中试生产，多肽的合成研究，新型农药苯氧威的合成，并进行了中试生产）；4．在工厂主持生产维生素A的中间体β-紫罗兰酮5年。主讲无机化学、工程化学已三十多年，多次被学生评为“我心目中的好老师”。主持市科委、、农委科研课题5项，取得上海市科技进步奖。主持市和学校重点课程建设和教改项目6项，获得校教学成果一等奖和教学成就一等奖。在《大学化学》、《化学教育》以第*一作者发表教学论文十余篇。

0.绪论1 
0.1化学的研究对象1 
0.2化学发展简史1 
0.2.1火的使用和人类自身的发展1 
0.2.2化学促进材料的发展2 
0.2.3炼丹术和炼金术对化学的发展2 
0.2.4医药化学3 
0.2.5现代化学的建立和发展3 
0.3化学在国民经济中的作用5 
0.3.1化学与能源5 
0.3.2化学与农业5 
0.3.3化学与材料5 
0.3.4化学与环境科学6 
0.4化学学科的体系6 

第1章化学反应的基本原理7 
1.1化学反应热效应及其计算7 
1.1.1几个热力学基本概念7 
1.1.2热力学第一定律8 
1.1.3化学反应热与焓变9 
1.1.4化学反应热的计算10 
1.2化学反应进行的方向12 
1.2.1化学反应自发性的判断13 
1.2.2吉布斯自由能变与化学反应的方向14 
1.3化学反应速率17 
1.3.1反应速率与浓度的关系17 
1.3.2反应速率与温度的关系18 
1.3.3催化剂与反应速率的关系19 
1.4化学平衡20 
1.4.1可逆反应与化学平衡20 
1.4.2化学平衡的移动22 
化学视野1.热力学第一定律的创立25 
2.人体体温的调节26 
网络导航开航前的话——初识重要网站26 
思考题27 
习题28 

第2章水溶液中的化学30 
2.1溶液的通性30 
2.1.1溶液的蒸气压下降30 
2.1.2溶液的沸点上升和凝固点下降31 
2.1.3渗透压32 
2.1.4电解质溶液的通性33 
2.1.5稀溶液依数性的应用34 
2.2酸碱平衡34 
2.2.1电解质的分类及其解离34 
2.2.2水的解离和溶液的pH36 
2.2.3弱电解质的酸碱性38 
2.2.4同离子效应和缓冲溶液41 
2.3沉淀溶解平衡44 
2.3.1沉淀溶解平衡与溶度积44 
2.3.2溶度积规则及其应用46 
2.4配位平衡48 
2.4.1配位化合物的基本概念48 
2.4.2配合物的配位平衡50 
2.4.3配位反应的应用52 
化学视野阿伦尼乌斯53 
网络导航从网上查出所需的化学数据53 
思考题54 
习题55 

第3章电化学基础57 
3.1原电池和电极电势57 
3.1.1原电池57 
3.1.2电极电势59 
3.2电极电势的应用61 
3.2.1Nernst方程式61 
3.2.2电极电势的应用62 
3.3化学电源65 
3.3.1一次电池66 
3.3.2二次电池67 
3.3.3燃料电池67 
3.3.4绿色电池68 
3.4电解技术69 
3.4.1电解原理69 
3.4.2电解时电极上的反应69 
3.4.3工业上电解食盐水70 
3.4.4电化学技术71 
3.5金属的腐蚀与防护73 
3.5.1电化学腐蚀73 
3.5.2金属防腐技术74 
化学视野能斯特76 
网络导航专业化学网站76 
思考题76 
习题77 

第4章物质结构基础79 
4.1原子结构和元素周期律79 
4.1.1原子结构79 
4.1.2核外电子运动状态80 
4.1.3多电子原子核外电子分布83 
4.1.4元素周期律86 
4.2化学键与分子结构88 
4.2.1离子键88 
4.2.2共价键89 
4.2.3分子的几何构型91 
4.3分子间力和氢键93 
4.3.1分子的极性93 
4.3.2分子间作用力94 
4.3.3氢键95 
4.4晶体结构96 
4.4.1晶体的概念96 
4.4.2晶体的基本类型97 
化学视野元素周期律的发现与发展98 
网络导航周期表探趣99 
思考题99 
习题100 

第5章化学与材料科学102 
5.1金属和合金材料102 
5.1.1金属的化学性质102 
5.1.2金属和合金材料104 
5.2无机非金属材料108 
5.2.1一些非金属单质及化合物的性质108 
5.2.2传统硅酸盐材料111 
5.2.3半导体材料112 
5.2.4新型无机非金属材料113 
5.3高分子化合物材料115 
5.3.1高分子化合物概述115 
5.3.2高分子化合物的结构与性能117 
5.3.3传统高分子材料120 
5.3.4功能高分子材料122 
5.4复合材料124 
5.4.1复合材料中的基体材料和增强材料124 
5.4.2复合材料的分类125 
5.4.3聚合物基复合材料125 
5.4.4其他类型复合材料简介126 
化学视野液晶与液晶显示器127 
网络导航1.进入材料科学大世界128 
2.了解金属材料128 
思考题129 
习题129 

第6章化学与能源131 
6.1概述131 
6.1.1能源利用的历史进程131 
6.1.2能源分类132 
6.1.3能源危机和环境污染133 
6.1.4世界能源概况133 
6.1.5我国能源概况133 
6.2化学使古老的能源焕发青春134 
6.2.1石油深加工134 
6.2.2煤的综合开发135 
6.2.3化学电源137 
6.2.4节能技术137 
6.3化学是开发新能源的源泉139 
6.3.1核能139 
6.3.2太阳能140 
6.3.3氢能142 
6.3.4生物质能143 
6.3.5其他新能源143 
化学视野磁流体发电144 
网络导航能源发展的目标144 
思考题145 
习题145 

第7章化学与环境146 
7.1物质变化与环境污染146 
7.1.1大气污染147 
7.1.2水污染148 
7.1.3评价水质的工业指标150 
7.2环境问题与化学的关系152 
7.2.1大气污染的化学治理152 
7.2.2水污染的化学治理153 
7.2.3固体废弃物污染的化学治理155 
7.2.4化学对环境保护的其他作用155 
化学视野新时代的“白色恐怖”156 
网络导航关心我们的环境157 
思考题157 
习题158 

第8章非化工类生产中的化学知识159 
8.1金属清洗与表面处理159 
8.1.1金属除油159 
8.1.2金属酸洗160 
8.1.3金属表面处理161 
8.2润滑油和润滑脂163 
8.2.1润滑原理和润滑油及润滑脂的作用164 
8.2.2润滑油及润滑脂的组成164 
8.2.3润滑油的主要性能指标166 
8.3黏结剂166 
8.3.1黏结剂的理论解释167 
8.3.2合成黏结剂的组成167 
8.3.3黏结剂的固化167 
8.3.4黏结剂的选择原则168 
8.3.5常用黏结剂举例168 
8.4钢筋混凝土的腐蚀与防腐169 
8.4.1混凝土的腐蚀169 
8.4.2混凝土中钢筋的腐蚀171 
8.4.3钢筋混凝土的防腐措施172 
化学视野润滑油变质如何鉴别？173 
网络导航润滑油，黏合剂173 
思考题与习题174 

第9章危险化学品的管理和消防175 
9.1危险化学品安全管理基础知识175 
9.1.1危险化学品分类与特性175 
9.1.2危险化学品的储存和运输176 
9.2危险化学品事故的预防和事故处理176 
9.2.1操作时的预防177 
9.2.2常用危险化学品事故处置178 
9.3危险化学品的消防178 
9.3.1燃烧的条件178 
9.3.2危险化学品火灾防治措施179 
9.3.3灭火方法与灭火剂180 
9.4全球化学品统一分类和标签制度(GHS)简介182 
9.4.1GHS概述182 
9.4.2GHS的主要内容182 
化学视野爆炸极限188 
网络导航化学品的安全及消防知识188 
思考题与习题189 

第10章化学与日常生活190 
10.1化学与衣、食、住、行190 
10.1.1化学与饮食190 
10.1.2服装与化学191 
10.1.3化学与居住193 
10.1.4化学与出行194 
10.2化学与药物196 
10.2.1常用的化学药物197 
10.2.2癌症与基因治疗198 
10.3日用化学品199 
10.3.1洗涤剂199 
10.3.2化妆品201 
10.4口腔卫生用品204 
化学视野“脑白金”真面孔205 
网络导航五彩缤纷的化学网站205 
思考题与习题206 

第11章化工商品知识与营销207 
11.1化工商品概论207 
11.1.1研究化工商品的意义207 
11.1.2化工商品与营销的研究内容207 
11.2化工商品208 
11.2.1化工原材料208 
11.2.2精细化学品213 
11.3化工商品的质量和标准215 
11.3.1化工商品的质量215 
11.3.2化工商品的标准215 
11.3.3化工商品的检验217 
11.4化工商品的营销219 
11.4.1消费和采购特点220 
11.4.2销售渠道220 
11.4.3营销方法221 
11.5化工商品的国际贸易222 
11.5.1国际贸易流程223 
11.5.2国际贸易中的非关税壁垒224 
11.5.3化工电子商务225 
习题228 

附录229 
附表1一些基本物理量229 
附表2一些物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成自由能和标准摩尔熵(298.15K，100kPa)229 
附表3常见弱酸或弱碱的解离常数(298.15K)232 
附表4常见难溶电解质的溶度积(298.15K)232 
附表5常见配离子的稳定常数(298.15K)233 
附表6常见氧化还原电对的标准电极电势(298.15K)233 

参考文献235 

元素周期表

《工程化学》（第三版）是为高等院校工程技术及管理科学各专业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12章，包括绪论、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，化学与能源，危险化学品的管理与消防，化学与日常生活，化学商品知识与营销。第1～4章属于化学原理部分，是本书的基础，第5～11章是在科学技术和社会生活中既重大又贴近实际生活的属于现代社会文明的几个相对独立的专题，既有专业性，又有科普性。《工程化学》（第三版）不仅可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。

周祖新，上海应用技术学院化学与环境学院，副教授，1991年-2008年 教授无机化学，无机与分析化学，普通化学，现代生活与化学，工程化学主要教学、科学研究、实践经历：1．生物传感器的研究（过氧化氢酶传感器，乙酰胆碱酯酶生物传感器，葡萄糖生物传感器）；2．催化剂的研究（合成吗啉的催化剂研究）；3．有机中间体，农药的合成（β-紫罗兰酮的合成，高纯氨丙醇的合成，并进行了中试生产，多肽的合成研究，新型农药苯氧威的合成，并进行了中试生产）；4．在工厂主持生产维生素A的中间体β-紫罗兰酮5年。主讲无机化学、工程化学已三十多年，多次被学生评为“我心目中的好老师”。主持市科委、、农委科研课题5项，取得上海市科技进步奖。主持市和学校重点课程建设和教改项目6项，获得校教学成果一等奖和教学成就一等奖。在《大学化学》、《化学教育》以第*一作者发表教学论文十余篇。