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化學反應論文:自主合作學習化學反應論文

一、活用網絡整合資源，優化自主合作學習

選取“化學反應條件的優化———工業合成氨”一課進行網絡背景下的自主合作學習的原因有：一是本節課內容是“化學反應的方向”“化學反應的限度”“化學反應的速率”等化學理論知識的延續拓展，也是學生綜合利用化學理論知識解決實際問題的具體案例，而合成氨反應也是學生熟悉的、典型的平衡體系，是重要的化學工業之一；二是本節課教學內容難度不大，但內容相對分散，而且是學生自開設化學課以來及時次較多地接觸到化工生產，適于安排網絡教學形式；三是經過高中一年的訓練，學生的思維水平正從感性思維、形象思維向理性思維、抽象思維轉變，基本上具備積極主動獲取知識的能力，參與意識、合作意識已有較明顯的提高。同時學生已經完成信息技術課程的學習，掌握信息技術操作的基本技能，足以勝任網絡背景下自主合作學習的要求。通過自我實踐和探索完成知識的學習和建構是自主合作學習的核心，而網絡背景下的自主合作學習的關鍵是如何運用網絡平臺整合教學資源。在實施本課程教學時，主要從兩方面入手：一方面將學習資源進行篩選、整合，優化呈現方式。如將有關合成氨的學習資源整合成一份資料包，內含：導學案的Word文檔，合成氨生產的溫度、壓強、催化劑數據分析模型、曲線圖，合成氨工廠模型建造過程的視頻，合成氨生產網絡搜索關鍵詞及網址等，這樣做有助于學生利用紛繁復雜的知識進行有序的學習；另一方面將學生資源進行整合。如合理地將學生進行分組，本次授課班級有40位學生，通過精心巧妙地編排座位，分為12個小組，每個小組3～4名學生，一人負責上網查資料，一人負責查詢提供的信息，一人負責引導討論并完成電子導學案。分組時力求每個小組的學力水平保持相對均衡，每組都要有較為活躍、善于關心和鼓勵他人的學生，以增強組員之間的合作意識。在自主合作學習過程中，要求小組成員明確分工并相互交換角色。整合教學資源的目的是為了運用，那么經過整合的教學資源在課堂上能呈現出預期的精彩嗎？不一定，有時可能跟教師的預期相差很遠，這就需要靈活運用網絡平臺，把握教學資源呈現的時機和呈現的形式。如在本節課的教學過程中，講到合成氨工廠需要龐大而復雜的設備時，順勢引導學生觀看資料包中的三維動畫及課件中的圖片，讓學生直觀感受實現合成氨工業化生產的困難，學生就會產生質疑：“既然實現合成氨工業化生產那么困難，不研究可以嗎？”此時，借機引導學生查看課前印發的閱讀材料和資料包中提供的網址上網瀏覽，了解合成氨的重要性，緊接著用教師機展示歸納好的合成氨的重要性，進而讓學生明白學習這節課的必要性和重要性。利用網絡平臺采集資源、整合資源，并靈活地運用于課堂教學實踐中，使課堂教學充滿無窮的魅力；同時把課堂交給學生，讓他們大膽嘗試，學習效率自然就提高了，從而優化自主合作學習。

二、妙用網絡克服弊端，提升自主合作學習效果

網絡背景下的自主合作學習以學生為主，開放性很強，豐富的教學素材為學生提供了多樣化學習的可能，但是，若沒有方法指導進行盲目的學習，是很難抓住課程重難點的。另外，課堂有限的時間未必能保障學生學習所有的教學素材。因此，要發揮網絡平臺的優勢，除了選取合適的教學內容，充分做好學情分析以外，還需要教師對學生可能的學習手段和方式做好充分的預設，保障在有限的教學時間內幫助學生達成教學目標。這就需要教師在教學過程設計和教學資源整合上做好文章，充分發揮教師的引導作用。如在實施本課教學時，從以下幾個角度入手：一是課前進行理論分析，明確學生自主合作學習的任務，設計電子導學案，通過網絡發送在班級QQ群中。在電子導學案中設置的問題有：利用平衡移動的知識分析如何提高氨的產量；利用化學反應速率的知識分析如何提高合成氨的反應速率；從化學平衡的角度和化學反應速率的角度分析溫度、壓強、催化劑、反應物濃度和生成物濃度對合成氨的影響。當學生在自主合作學習過程中可能會發現達到高轉化率與高反應速率所需條件會產生相互矛盾時，再追問幾個問題：壓強怎么選擇？溫度怎么確定？N2和H2的體積比為何是1∶2．8？合成氨工業生產中，原料氣為什么要循環利用？為什么要在適當的時候將氨氣從混合氣中分離出來？二是教師有目的地查尋信息，精選網絡資源，對豐富的教學素材進行整合與歸納，整理成一份資料包發送到每臺學生機上。學生可以通過閱讀多媒體課件中提供的信息，并根據提供的相關網址上網瀏覽相關材料以及閱讀教材P68－69中的“化學與技術”，解決電子導學案中的基本問題。三是在學生自主合作學習時，教師有目的地深入到各小組中，參與學生的交流和討論，對學生的觀點、看法做到心中有數，并隨機提出問題，引導學生利用網絡平臺提供的學習素材解決問題。如討論“合成氨適宜溫度選擇”這一問題時，學生認為反應速率與化學平衡的結論有矛盾，教師指導學生查詢PPT課件中“鐵觸媒催化能力———溫度圖”解決溫度問題。四是在師生交流環節中選擇與課堂重難點有關的問題加以討論。教師可以利用交互功能，在學生通過網絡平臺提交的反饋作業中，找出兩份具有代表性的作業發送到學生機上進行分析討論，如在解決生成物濃度對提高合成氨反應速率的影響時，一組學生認為應增大濃度，另一組學生則認為要降低濃度，教師順勢引導小組成員查看課件中合成氨的速率方程，引發小組之間討論交流、發表看法，共同得出結論：應該是降低氨氣的濃度以提高反應速率。網絡教學有傳統媒體不可比擬的優勢，但也存在先天的局限。只有學習的指向性得到保障才能節省課堂時間，才能保障絕大多數學生通過課堂的學習，達成教學目標，學生才有時間在網絡平臺上學習自己感興趣的內容，拓寬視野，提升自主合作學習效果。總之，基于網絡背景下的自主合作學習，使教材內容與生動的網絡信息有機整合，優化了課堂教學結構和學生的學習方式，提高了課堂教學效率；既發揮了教師的主導作用，又充分體現了學生的主體作用，培養了學生自主合作學習的能力和意識。

作者： 沈寶華 單位：福建寧德市民族中學

化學反應論文:課堂教學行為化學反應論文

1研究的設計與實施

由于教學行為是融合了教師行為、學生行為和教育信息等的綜合體，具有多樣的、靈活的、富于彈性的特點，且會受各種因素如教學資源、教學內容、學生狀況以及教師理念、教學能力等的影響，因而教學行為的探查具有一定的困難性。國內外許多學者的處理方式是，首先對教學行為進行分類研究，然后就各類教學行為的表現進行探討。循著這一思路，借鑒他人的研究成果，筆者從教學過程的角度將教學行為劃分為教學準備行為、教學實施行為（或稱課堂教學行為）兩類。課堂教學行為又分為口頭語言行為、非口語媒體手段行為，口頭語言行為包括講授（如講述、講解、講演等）、提問（如發問、追問、反問、質疑、設問等）、指導（如指導合作、指導實驗、指導閱讀、指導練習等）、評價（如對學生回答、討論、學習態度、學習結果、學習策略等的評價）等。非口語媒體手段行為包括展示（展示實物、模型、圖表、投影、錄像、PPT等）、演示（演示實驗等）、板書等。然后根據這一分類，對兩所學校教師講授《化學反應原理》的教學過程（包括講稿、導學案和部分的授課PPT）進行分析，對部分江蘇省特級教師的教學錄像進行研究，以獲取鮮活的《化學反應原理》模塊的課堂實施教學行為信息。在此基礎上，筆者就《化學反應原理》學習困難、困難原因等方面編制了“高中《化學反應原理》模塊教與學情況調查”的學生問卷和教師問卷，選擇了江蘇三所四星級中學高二、高三年級的453名學生為調查對象，于2014年四月實施了調查。共發放問卷453份，回收問卷450份，有效問卷445份（有效率為98.2%）。在調查的基礎上，筆者在被調查的學校中選擇了12名學生進行了訪談。教師的問卷調查于2014年7月進行。調查對象總計20人，其中男教師5人，女教師15人，中級職稱占85%，高級職稱占15%，教齡基本分布在8~15年之間。

2研究的結果與分析

2.1課堂講授行為缺乏學習主體指向性，導致事倍功半

學生為何覺得化學反應原理知識難學？85%的教師認為，學習困難的產生可能與他們確定講授內容時更多依據教師的思維過程而忽視學生認知規律有關，可能與他們在實際講授過程中，只通過簡單的問答和分析得到結論，沒有充分過渡，使講授內容思維跳躍性大而導致學生思維產生斷點有關。上述調查結果包括兩方面的含義。一是說明教師確定的講解內容忽視了學生的需求。學生問卷統計結果中，有58.6%的學生認為，教師講授語言中缺少了對他們感興趣的實驗功能和實驗設計的分析。68.5%的學生認為，教師需要增加應用實例的講解，以便于他們能了解知識的價值。78.1%的學生認為需要增加典型例題的剖析，以便于他們能學會應用知識解決問題。95.4%的學生認為，教師講解內容中需要增加學習策略訓練的內容。有趣的是，有關學習策略的訓練大部分教師卻認為自己已經很關注了。通過訪談、文本分析和教學觀察，筆者發現，教師主要關注的策略是如何記憶和怎樣解題，而對于怎樣從不同的角度思考、怎樣進行遷移、怎樣進行對比和關系建構等方面的策略訓練很少。二是說明講解的過程未充分關注學生的認知特點。如情境教學是被學生認同的一種教學模式，90%的教師也會經常以“化學在生產生活中的應用”來創設情境，但當被問及“情境展示后，您的教學行為是”時，有50%的教師卻表示“分析了情境中的相關信息后就進行核心知識點的講解，直奔主題”，而引導學生根據情境信息和已有知識經驗推演得到結果的教學行為被忽視。通過對特級教師教學錄像的分析，筆者發現，充分關注學習主體的講授過程具有如下特點：講授內容以學生原有的知識經驗為起點，然后進行邏輯性的、推演式的分析、比較、聯想、想象、推理等，則能滿足各個層次的學生需求，激發學生的積極思考，使學生在抽絲剝繭式的講授中進行自我建構。這種講解體現了學生的思維路徑，符合學生的認知速度和認知層級，因而使學生更能內化。在對教師進行調查時，85%的教師也已意識到，教師的講授行為中如缺少對學生學習狀況的了解，缺少對學生認知規律的關注，會導致學生的學習困難，會導致花很多精力教學效果卻甚微的后果。

2.2課堂提問行為針對性不夠，導致未啟不發

《化學反應原理》內容的特征決定了學生理解概念和解決問題時，需要用綜合的、聯系的、動態的觀點從多個維度進行思考。如研究化學平衡，就必須考慮化學反應速率、化學反應方向、化學反應程度、化學反應條件等多種因素；再如多元弱酸鹽的水解，不僅要考慮其水解程度，還需要考慮多元弱酸根的電離狀況，更需要綜合考慮兩者的關系。學生如果缺乏這種思考的習慣和方法，則在學習或問題解決中出現困難。課堂提問行為在啟發學生思考的過程中起著不可替代的作用。如果教師善于根據學生的認知特點和學習狀況，通過發問、追問、反問、質疑、設問等手段，則能誘發學生反思自己的認知缺陷，拓展自己的思維角度，激發探究欲望，促進知識的理解。但87.5%的學生認為，教師的“追問、提問”并沒有有效地幫助他們理解知識，問題出在哪里？本課題從教師教學行為層面考察，發現主要存在如下問題：一是教師關注預設性問題的實施，忽視生成性問題的解決。問卷調查中，65%的教師承認，他們對學生生成性問題的質疑和追問不夠。近半數的學生也表示，教師在課堂中發現學生存在困惑后，沒有了解學生不懂的原因，而是自作主張地變換方式講解。二是教師通常針對學科知識進行提問，而引導學生進行遷移、拓展思維角度、感悟方法的提問較少。如只有45.7%的學生表示，教師會對其模糊認識進行追問，只有4.4%的學生表示，教師會對他們膚淺的認識進行質疑，只有27.8%的學生表示，教師有時會通過提問引導他們產生多種認識。三是提出的問題忽視了學生的差異性，通常用同樣的問題提問所有的學生，忽視了難度或深度廣度逐步提高的，由淺入深、由易到難、循序漸進的梯度性問題的使用，忽視了引導不同學習基礎學生思維向深度和廣度發展的教學，導致部分學生被動接受、機械記憶。筆者對江蘇省中學化學特級教師的教學觀摩和文本分析后發現，他們都具有這樣共同的特點：擅長在教學過程中創設條理明晰、合乎邏輯、符合學生認知特點的“梯度式”問題解決情境，通過推演的方式，引導學生由淺入深、自現象而本質、從具體到抽象地深入思考和探究。同時，通過一連串的追問，讓學生由表及里、由淺入深、由易到難地拾級而上，使學生在形成表象的基礎上向邏輯思維轉化，搞清反應的實質，找出規律。這些特級教師的提問教學行為從正面說明，具有針對性的、啟發性的提問對于學生化學反應原理知識學習的重要影響。

2.3課堂教學行為側重于激發較低層次認知動機，導致學習興趣喪失

積極良好的認知動機是學生獲取知識、提高認知水平的重要內驅力。問卷調查結果表明，高中化學教師在進行《化學反應原理》的教學中，已充分認識到促進學生認知動機的重要性，但訪談中許多教師表示，“明明說了這是很重要的知識點，反復強調，多次說明，但是學生的掌握情況還是很差”。其中緣故在學生問卷中找到了答案。68.3%的學生表示，教師教學中強調最多的學習目的是高考，他們知道這些知識對高考很重要，但久而久之，腦海中的許多個“很重要”已經不分彼此，他們對“很重要”已麻木，而重要在何處卻不得而知。教學觀摩分析結果也顯示，中學教師在教學過程中確實存在“以考為綱，以考定教”的行為，學生在長期的學習過程中也已經習慣這種目標定位，缺乏積極的認知動機。這樣的認知動機從短期來看會有一定的教學效果，但是隨著知識點的增加，學生腦海中“特別重要”的東西越來越多，遺忘和混淆也越來越嚴重，學習興趣也會逐步喪失。問卷調查中，有87.7%的學生表示，教師分析化學原理知識在生產生活中的作用時，能提高他們學習的積極性。教學觀摩分析結果也顯示，如果教師能給予積極的認知動機的引導，讓學生充分認識到化學反應原理知識在解釋自然界中的現象、揭示化學反應規律、促進生產和技術的發展中具有的重要作用，讓學生體會到揭示各個知識點間的關系以及進行各種量的轉變的樂趣，那無疑會深層次激發學生的認知興趣，促使他們主動地學習。

2.4課堂指導性教學行為缺乏“指導”，導致學習效率不高

筆者在教學觀摩中發現，目前中學化學教師在《化學反應原理》教學中教學行為多種多樣，除講解、提問、實驗演示外，交流討論、合作實驗等也是經常使用的教學方式。合作學習是以學生的自主參與和交流合作為基礎的學習方式，這種學習方式有利于發揮學生的主體地位，能提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。學生問卷調查也表明，這是學生喜歡的學習方式之一。如88.7%的學生認為交流在學習活動中有著重要的地位，94.3%的學生表示喜歡討論式課堂，認為討論會加深自己對知識的理解。但許多學生認為，由于教師指導性教學行為不夠充分，使得這種學習方式的學習效率不高。如94.0%的學生認為，教師在交流討論內容設計方面需要改進，88.1%的學生認為，交流和合作探究后，教師對學生的思維狀況、合作效果進行評價的教學行為不充分，89.6%的學生認為教師指導學生合作交流的行為不夠。而在實驗探究方面，89.2%的學生希望教師要說明“實驗究竟用來干什么的”，且盡量讓學生自己實驗并總結規律，而不是教師包辦代替。筆者通過觀摩特級教師的教學，發現他們善于指導合作學習，其常見的教學行為有：一是在師生交流活動中，要求學生立足于任務進行陳述，并通過不同學生的陳述引導思維的發散，教師也可從不同的角度引導學生思考；二是通過追問的方式引發學生深入思考，或誘發學生反思自己的模糊認識；三是善于利用實驗引發學生的認知沖突，然后通過師生間的一問一答，幫助學生打開思路。這些教師的教學行為，啟示我們完善這些教學行為的方向。

3總結

綜合上述實證研究結果，不難得出教師教學行為的不完善是學生《化學反應原理》學習困難原因之一的結論。同時，研究結果也啟示我們，教師的講授行為一定要注重聯系學生已有經驗進行推演，通過這種推演式、層級化的教學過程拓展學生的認知角度，促使學生思維流暢，不斷獲得愉悅體驗。另外，教師可將學習內容轉化為層次鮮明、具有系統性的一連串的教學問題，通過有效的提問等行為，引領學生去思考不同概念、理論、現象以及現象與理論、操作與原理等等之間的關系，主動構建知識網絡，同時培養學生思維的深刻性和性，并促進學生較好地掌握化學知識。

作者：呂琳 錢鳳華 虞凌洪 單位：揚州大學化學化工學院 無錫市青山高級中學

化學反應論文:金屬氧化物化學反應論文

1晶面誘導生長與反應工藝條件協同調控材料結構

在電池的充放電過程中，電極材料體積的顯著變化容易導致結構的塌陷[13-15]，開發嵌鋰后結構穩定的材料是解決這一問題的關鍵。Wang等指出，空心圓錐形結構可以有效緩解充放電過程中結構應力和體積變化[16]，從而顯著提高其循環穩定性。受該工作啟發，本研究組通過引入碳來調整高價錳被二價錳離子還原的速率，利用水熱法和Ostwaldripening機理實現低結晶度氧化錳的溶解再結晶，以及結構導向劑對晶體的誘導生長，然后通過反應器內溫度場、濃度場控制，使其滿足氧化錳圓錐形結構生長所需要的動力學條件，成功制備了氧化錳空心圓錐體/碳納米復合材料[17]，如圖1所示；作為鋰離子電池負極材料，表現出高的電化學性能。在此基礎上，進一步利用復合材料中的碳加速氧化錳的還原速率，從而顯著降低嵌鋰溫度（380°Cvs.700°C），成功地將氧化錳/碳復合材料轉變成單晶錳酸鋰空心圓錐體鋰離子電池正極材料。表現出高的比電容量（127mAh?g-1vs.理論容量148mAh?g-1）、高功率性能（100mAh?g-1，50C）和優異的循環穩定性（>1000次）[18]。因為贗電容材料的電化學反應僅僅發生在材料的表面，減小顆粒尺寸還可以顯著提高材料的電化學活性[19-21]。本研究組利用結構導向劑對晶面的誘導生長，通過控制反應物界面溫度濃度梯度，制備了多種超細超薄層狀化合物，顯著提高了其電化學活性。采用雙表面活性劑六亞甲基四胺和水合肼對晶面進行誘導生長，并控制界面的反應-擴散速率，利用水熱反應實現了不同厚度氫氧化鎳納米片的可控制備及自組裝，得到的超薄氫氧化鎳納米片組裝形成的花狀結構具有異的電容特性，明顯優于較厚納米片的組裝體[22]；基于水熱環境中強堿溶液對二氧化錳納米線表面微區的反應-擴散速率，制備出具有超高長徑比的超細二氧化錳納米線（直徑約3-6nm），顯著提高了其比電容量[23]，且其電化學性能優于Tang等和Xiao等課題組報道的二氧化錳納米帶[24]、納米管[25]等結構；通過控制反應速率和氧化錳的晶體生長習性，通過簡單的液相法合成了具有不同結晶度的超薄二氧化錳層狀結構，研究結果表明氧化錳的結晶度越低、比表面積越大，其比電容量越高[26]。通過構建超薄超細的納米結構以及新型穩定的空心結構來提高電極材料的電化學活性和穩定性是切實可行的。超薄超細納米結構可以提供更高的比表面積和電化學反應效率，進而提高活性材料利用率及其電化學性能；空心圓錐形結構可以存儲大量的電解液，保障快速的電子離子傳輸，并能夠有效緩解電極材料在充放電過程中的結構應力和體積變化，提高其穩定性。

2界面限域反應控制制備金屬氧化

物嵌入介孔碳雜化材料氧化錳作為典型的過渡金屬氧化物儲能材料，具有高理論容量、廉價等優勢；但是，當氧化錳應用于超級電容器電極材料時，其電導率低、且在電化學反應過程中容易導致錳離子的部分溶解（2Mn3+Mn4++Mn2+），導致其功率特性和循環性能比較差，阻礙了其在電化學領域中的應用[27,28]。目前，解決這些問題的主要方法是將MnO2負載在導電化合物的表面。例如，Guo等成功地將MnO2負載在導電高分子/石墨烯復合物的表面[29]，Xia等將MnO2納米片生長在碳納米管外表面[30]。采用上述方法雖然可以顯著提高MnO2的電化學活性，但是復合材料的比電容量小，且MnO2留在外部，錳離子的部分溶解問題仍然存在。針對這些不足，本研究組提出了制備金屬氧化物嵌入介孔碳納米雜化材料的思路（如圖2a所示）[31,32]，這種結構不僅體現了介孔碳高功率特性與金屬氧化物高能量特性之間的強耦合作用，而且避免了金屬氧化物與電解液的直接接觸，從而有效緩解了充放電過程中的溶解問題。制備過程主要利用多巴胺構筑固-液反應界面，借助聚多巴胺的氨基和羥基與金屬離子之間的絡合反應生成金屬有機化合物，通過碳化過程創新性地制備了金屬氧化物嵌入介孔碳雜化材料，如圖2b-2c所示；氧化錳嵌入介孔碳雜化結構復合材料的比電容量高達266F?g-1，在60A?g-1的大電流密度下比電容量仍保持150F?g-1，明顯高于純MnO2納米線（75F?g-1，20A?g-1）；經過1200次循環后比電容量也沒有明顯下降的趨勢，顯著提高了其循環穩定性。在此研究工作的基礎上，本研究組還進一步設計制備了異質結構豆莢狀氧化錳/碳納米復合材料[33]，有效解決了鋰化反應過程中材料體積顯著膨脹所造成的活性材料部分溶解和結構破壞等問題。在材料的制備過程中，利用多巴胺易于成膜的特點，借助氧化錳前驅體納米線和氧化錳納米線結晶度的不同，控制碳化過程中溫度分布，使氧化錳前驅體納米線發生原位分解，并斷裂成高結晶度的氧化錳納米顆粒，從而實現了豆莢狀氧化錳/碳異質結構的制備，且顆粒與顆粒之間存在大量的空隙。作為鋰離子電池負極材料，這種豆莢狀結構比氧化錳納米線、氧化錳/碳核殼納米線表現出具有更高的容量和充電、放電倍率性能，且經過1000次連續充放電測試，循環前后電極材料的結構保持高度一致性。基于多巴胺易成膜的特點，利用多巴胺構筑固-液反應界面，來制備金屬氧化物嵌入介孔碳雜化結構是一種方便可行的方法。該方法可以有效提高金屬氧化物的電導率，并緩解其在電解液中的部分溶解，進而提高電極材料的循環穩定性。

3新穎三維結構的多元復合電極材料

對于納米材料制備過程，通過組裝等方法形成具有特定結構的復合材料體系具有重要意義，因為組裝體系表現出的特異理化性能，使其在新能源等領域顯示出了良好的應用前景。Chen等利用超聲自組裝法成功制備了還原氧化石墨烯-MnO2空心球復合材料[34]，Zhu等利用靜電自組裝制備了石墨烯包覆蜂窩狀MnO2納米球[35]。但是，由于石墨烯不可避免地發生再堆疊以及MnO2與之界面只是物理作用力結合，導致二者的電容性能并不是很理想。因此，目前設計和制備具有顯著協同效應和良好界面結合的異質結構并不容易實現。本研究組利用不同種類結構單元之間的協同效應及其界面耦合作用增強復合材料的電化學性能，借助高錳酸鉀溶液的強氧化性與固液界面的化學反應速率控制，組裝了具有特定結構的rGO/CNTs/MnO2等三維復合材料體系。為進一步提高氧化錳材料的大電流充放電能力，本研究組提出了通過在還原氧化石墨納米片表面生長碳納米管，構建氧化錳電子快速傳遞三維網絡通道。基于CVD法在還原氧化石墨納米片表面控制生長碳納米管，有效避免了還原氧化石墨的再堆積，利用高錳酸鉀溶液的強氧化性實現超薄氧化錳納米片在碳骨架表面的生長，制備得到rGO/CNTs/MnO2三元納米雜化材料（圖3a）[36]。作為超級電容器電極材料時，在60A?g-1的大電流密度下，比電容量仍保持222F?g-1，明顯高于單一組分的氧化錳超薄納米片（僅52F?g-1）。基于上述研究工作，研究者進一步利用高錳酸鉀強的氧化性在氫氧化鎳（Ni(OH)2）納米線和聚苯胺（PANI）納米纖維表面構筑固-液反應界面，通過調節反應物濃度、反應溫度、攪拌速率等控制其反應和擴散速率，從而控制氧化錳在固體表面的成核生長，實現了超薄二氧化錳納米片均勻生長在Ni(OH)2納米線[37]，以及超細二氧化錳納米顆粒負載在導電PANI納米纖維（圖3b-c）[38]，長時間超聲測試后復合材料結構保持完整，其界面結合牢固。電化學測試結果表明復合材料的電化學性能明顯優于單一組分，各組分之間表現出明顯的協同效應。

4結論

本文主要概述了表面化學反應控制制備多級結構新型能源材料及其在超級電容器和鋰離子電池中的應用性能。主要包括三個方面：利用晶面誘導生長與反應工藝條件協同調控材料結構的新方法，通過控制反應器內溫度和濃度場，使之滿足材料特定結構生長所需要的動力學條件，創新性地制備了氧化錳空心圓錐體等多種新穎結構納米材料，顯著提高了其電化學性能；利用多巴胺構筑固液反應界面，借助聚多巴胺的功能基團與金屬離子的絡合反應，通過碳化過程創新性地制備了金屬氧化物嵌入介孔碳雜化材料，顯著提高了材料的大電流充放電能力和循環穩定性；基于電極材料之間的協同效應和界面耦合作用，利用高錳酸鉀構筑固液反應界面，借助其強氧化性組裝了多種三維結構的多元復合電極材料，復合材料的電化學性能明顯優于單一組分。在接下來的工作中，應深入研究熱質傳遞和反應過程對材料微觀結構形成和演變以及反應器內溫度、濃度分布及其對材料結構的影響規律，為反應器結構設計和材料的宏量制備奠定基礎。

作者：江浩 李春忠 單位：華東理工大學超細材料制備與應用教育部重點實驗室

化學反應論文:過氧烷烴下化學反應論文

一、過氧甲烷解離反應動力學分析

在相關研究中表明CH3OOH單分子解離一般具有4種途徑，包括了碳氧鍵斷裂、氫氧健斷裂、氧氧健斷裂以及水分子消去[2]。研究表明在乙醇單分子解離過程中，對羥基進行測定（采取激光誘導熒光法），并利用CCSD進行計算可得出氧氧健的鍵能為42.6±1kcal/mol。兩條解離路徑主分別如下：

（1）產生CH3+OH，該路徑盡管具備了低的解離能，但事實上產物的穩定性并不理想。

（2）將CH3OOH中的水分子消去從而獲取了較為穩定的產物，但是解離能較高，與單健解離能差值可達3.4kcal/mol。另外通過一系列實驗得到了CH3OOHCH3O+OH該步反應的反應速率常數為3*10^-11，其標準生成熱為-27.3kcal/mol。在298K條件下其生成焓為-30.1±1kcal/mol。H02與RO2反應也是有機化合物降解過程中十分重要的一個環節，其中就涉及到了自由基HOx的化學動力學反應機理。若該反應處于復雜單態勢能面時，其中合成反應將會占據主體地位，同時消去反應也具有重要的地位。當處于二級反應狀態時將會使CH3O2H、CH2FO2H產生解離，此時在羰基化作用的導向下會生成CH2O以及CHFO,而在這個過程中H2O事實上是發揮了催化劑的作用。CH3O2與HO2的反應則相對較為復雜，反應過程中會受到中間體的影響，另外過渡態的差異也會造成反應存在不同。以最基本的單勢能反應為例，會存在六種不同的路徑，其中將得到三種產物，分別為CH3O2H+O2、CH3+O3以及CH4+2O2。

經過振動模型整合分析得出其主要機理如下：圖1CH3O2與HO2的反應機理1若從三態勢能面上分析則存在兩種反應路徑并生成同一產物即為CH3O2H+3O2，其反應機理具體如下：圖2CH3O2與HO2的反應機理2在眾多反應當中CH3+HO2CH3OOH是研究領域中最受關注的反應之一，相關研究對該反應體系進行了深層次的分析。在逆反應CH3OOHCH3+HO2當中，出現氧氧鍵斷裂時，此時甲基分子將向氧原子提供一個H，在這個過程中將會存在一個四中心過渡態。另外若反應是基于氧氧鍵的斷裂所形成將從而得到CH3O+OH，此時該反應路徑便會并不會出現過渡態，真個反應吸收熱量為45.7kcal/mol。

二、過氧乙烷解離反應動力學分析

除了過氧甲烷之外過氧乙烷也是大氣中羥基的重要來源之一，其反應類型主要為光解反應，在光照條件下與部分氧化劑進行結合并效果好，反應主要影響因素為氧化劑名都以及反應速率。早期研究中將CH3CH2+O2反應路徑表達如下：CH3CH2+O2CH3CH2O2CH2CH2O2HCH2CH2+HO2，從上述反應流程來看這個過程中并未出現高級能壘存在。之后對該反應進行了進一步的分析并得到了更為詳細的路徑。Ignatyev認為上述反應一共存在三個路徑：（1）先得到CH3CH2O2，之后將分子內的乙烯去除。（2）在生成CH3CH2O2之后，通過分子內重組得到CH2CH2O2H，然后分子內發生消除反應得到CH2-CH2。（3）在O2氧化作用下將H提取出來然后進行重排獲得CH2CH2OOH。在最近的研究中發現當反應處于三重能勢狀態下時會得到CH3CH2O2H以及O2，該反應過程將放出大量熱，其中釋放出的部分能量將在包含多個原子的中體現，從而使其進入激發態，通過測定可得在解離過程中釋放能量可達250KJ/mol，然后在四中心結構過渡態下會使得碳氧鍵與氫氧鍵斷裂，就形成了CH3CH2+HO2路徑以及CH3CH2O2+H路徑。

三、結語

本文著重分析了過氧甲烷以及過氧乙烷解離過程中的反應動力學，以此為基礎對過氧烷烴化學反應動力學進行了說明，對相關機理進行分析，供以參考。

作者：雷振友 單位：遼寧石化職業技術學院

化學反應論文:多角度化學反應論文

1復習的內容及其教學價值

從知識的概括抽象程度來看，孤立的某一、兩個化學反應的實例及其應用往往價值有限。要使它們變得真正富有教育意義，就必須把它們納入到學科知識的結構中，需要把事實(實例)、概念和規律與化學觀念、學科中普適性更高的重要概念和方法，如物質的性質、物質的檢驗、物質的轉化、化學反應的驗證等組合起來，讓學生能夠基于這些不同層次知識間的內在聯系實現知識的拓展和知識結構的改造(見圖1)，讓學生能夠從中領悟更有普遍意義、具有持久遷移價值的學科思想觀點與解決問題的思路和方法，以提升學生的化學思維水平。以“二氧化碳與堿的反應”為載體來感悟學科中普適性更高的化學觀念、重要概念與方法，需要學生“穿越”事實，需要讓學生經歷以事實、現象、規律為基礎的比較與分析、歸納與概括、觀點表達與質疑等思維活動。這是實現學生知識改造、完善學生認知結構的重要保障。例如，以二氧化碳使澄清的石灰水變渾濁、二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應無明顯現象等內容為認識對象，圍繞“探究化學反應發生的證據”這一核心任務，需要引導學生利用聯系和變化的觀點，整合之前所學的相關知識，通過比較、分析、概括等思維過程，逐步完善相應的分析思路與方法(見表1)。

2學生的認識發展與障礙分析

物質的性質、反應與檢驗，化學反應發生的驗證與物質的變質等內容涉及的知識點多，其綜合性較強，學生學習存在一定困難。表現:少數學生對實驗現象的描述不，對實驗原理的分析及化學方程式的書寫有錯誤;在有關實驗探究及方案設計方面，大多數學生沒有思路或思路混亂，對實驗過程的描述和分析不清楚等。多數學生能夠依據物質的性質對單一物質進行檢驗、解釋相關現象等，但對于相對復雜的問題，如兩種物質同時存在如何檢驗某一種物質時，想不到或不會分析排除干擾，不能將知識綜合運用。基于上述分析，學生在復習過程中需要發展的方面主要如下:①知識的鞏固與提升。以“二氧化碳與堿的反應”為載體，將常見物質(二氧化碳、氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鈣)與上述反應建立關聯，建立這幾種物質的性質、反應、檢驗與轉化的認識，幫助學生建立有聯系的知識，促進知識的鞏固、整合與系統化。②分析思路與方法的完善。以二氧化碳與氫氧化鈉是否反應為探究點，從驗證反應物減少、驗證有新物質生成兩個角度來探究反應是否發生，在問題解決的過程中促進學生完善分析思路與方法。③認識角度的拓展，將知識應用于解決較為復雜的問題。如，換個角度看“二氧化碳與堿的反應”，引出氫氧化鈉溶液的變質問題，按照是否變質、是部分變質還是變質等問題的探究，將常見的堿(氫氧化鈉)與鹽(碳酸鈉)的性質、反應與檢驗融入其中。物質的檢驗需利用物質的性質差異來進行。利用氫氧化鈉與碳酸鈉的化學性質差異來分析和解決氫氧化鈉溶液的變質問題(見表2)，可以幫助學生形成較為清晰的思考問題的路徑，有利于幫助學生應用所學知識解決實際問題。

3復習教學活動設計

(1)復習教學的整體思路基于上述分析，在“二氧化碳與堿的反應”復習教學中，基于學生的認知基礎與發展需要，從物質的性質、檢驗、轉化(變質)以及化學反應的驗證等多角度來深入認識化學反應便成為復習的核心所在。為此，將“二氧化碳與堿的反應”專題進行整體復習教學設計:第1課時，定性分析二氧化碳與堿的反應，側重物質檢驗、反應發生的驗證以及堿的變質問題;第2課時，定量分析二氧化碳與堿的反應，解決實驗裝置的分析及實驗中某物質質量分數的計算等問題。(2)主要復習活動舉例以第1課時的教學為例。教學思路如下:(課的引入)二氧化碳與堿反應的再認識(任務1)探究二氧化碳與氫氧化鈉溶液是否發生了反應(任務2)分析堿的變質問題(任務3)提升思路與方法，解決新的問題。任務1和任務2的設計，體現了同一問題的不同認識角度，即通過檢驗生成物不僅能判斷氫氧化鈉溶液與二氧化碳是否發生了反應，還能分析堿液是否變質的問題。任務3的設計，注重在解決新的問題過程中，增進學生的理解力，并形成應用化學反應分析問題的思路和方法。現就其中的主要活動設計簡要說明如下。任務1探究二氧化碳與氫氧化鈉是否發生了反應［問題1］如何用實驗證明二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應?［素材1］2013年北京化學中考32題實驗裝置(見圖2)。［學生活動1］分析此裝置的特點及小氣球的作用。思考并討論:證明二氧化碳與氫氧化鈉反應需進行的操作、相應的實現現象及發生的相關反應是什么。［設計意圖］利用圖2所示的實驗裝置，證明二氧化碳與氫氧化鈉反應的實驗操作依次為:及時步，將針管1中的氫氧化鈉溶液推入瓶中，氣球鼓起，發生的反應是CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O反應;第二步，將針管2中的稀鹽酸推入瓶中，溶液中有氣泡產生，氣球變癟，發生的反應為Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2;第三步，向外拉注射器3，澄清石灰水變渾濁，發生的反應是CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O。以此作為教學素材，將反應原理與實驗裝置、操作有機整合，指導學生如何看實驗裝置圖，如何在新的實驗情境中分析化學反應，從而體會到如何利用化學反應解釋現象、檢驗物質、說明反應的發生。［素材2］學生探究二氧化碳與氫氧化鈉反應的實驗微視頻。［問題2］想一想實驗還有需要完善的地方嗎?有哪些干擾因素?如何排除干擾?［學生活動2.1］觀看學生實驗視頻，思考和交流實驗探究二氧化碳與氫氧化鈉的反應的思路:通過驗證生成物碳酸鈉的存在，即加酸有氣泡，生成的氣體使澄清的石灰水變渾濁，說明二氧化碳與氫氧化鈉溶液反生了反應。討論和分析實驗的干擾物質及排除方法:瓶中有可能存在沒有反應完的二氧化碳。而要排除瓶中二氧化碳的干擾，需在推入鹽酸前，先向外拉注射器3。若無明顯現象，說明瓶中二氧化碳已反應。［追問］設計實驗通過氣壓差能否驗證二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應?［學生活動2.2］思考并交流需排除氫氧化鈉溶液中水的干擾，學生能想到做對比和控制變量的實驗。觀看用氫氧化鈉固體與二氧化碳反應的視頻，說明通過證明二氧化碳減少，產生氣壓差也能證明二氧化碳與氫氧化鈉反應發生。［方法提升］在互動交流中師生共同總結檢驗無明顯現象反應發生的方法。［設計意圖］播放學生實驗的微視頻，將實驗原理、裝置的理論分析與學生探究實驗的實踐相結合，能有效地激發學生新的學習。利用連續性的問題引導學生思考、討論和交流，讓學生參與實驗探究的全過程。一方面幫助學生理清檢驗無明顯現象反應發生的思路，即可以從驗證反應物的減少、驗證有新物質生成兩個角度來考慮;另一方面引導學生發現驗證實驗中的干擾因素并考慮如何排除干擾，在問題分析與解決的過程中提升化學思維，培養思維的嚴謹和發散性。任務2對氫氧化鈉溶液是否變質及變質程度的探究［素材3］一瓶久置的氫氧化鈉溶液。［學生活動3.1］思考久置的氫氧化鈉溶液有可能發生的變化:氫氧化鈉溶液與空氣中的二氧化碳可能發生了反應。［問題3］如何檢驗這瓶氫氧化鈉溶液是否變質及變質的程度呢?［學生活動3.2］思考如何來分析氫氧化鈉溶液的變質問題，設計相應的實驗方案并完成學案中的相關內容。［追問］若證明氫氧化鈉溶液部分變質，如何排除碳酸鈉對氫氧化鈉檢驗的干擾?［學生活動3.3］交流完成的學案(見表3)及設計的實驗方案(見表4)。小資料:①碳酸鈉俗稱純堿，其水溶液呈堿性。②CaCl2溶液呈中性，CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl［方法提升］在互動交流中師生共同總結判斷堿液是否變質及變質程度的方法。［設計意圖］提出氫氧化鈉溶液的變質問題，給學生一個新的視角，通過分析與討論，讓學生體會到通過檢驗生成物不僅能判斷氫氧化鈉溶液能與二氧化碳發生了反應，還能幫助分析堿液是否變質，這樣給學生之前已完成的復習增添了新的意義。分析氫氧化鈉溶液是否變質的關鍵要看是否有碳酸鈉存在，因此可以利用碳酸鈉的性質進行檢驗。分析氫氧化鈉的變質程度關鍵在于分析生成物的成分:如果是全部變質，生成物只有碳酸鈉;如果是部分變質，生成物中既有碳酸鈉，又有氫氧化鈉。要說明變質程度關鍵是要證明氫氧化鈉是否存在。要檢驗氫氧化鈉的存在，還需要考慮如何排除碳酸鈉的干擾。基于上述的分析思路的討論，引導學生學會從哪些角度分析、如何通過實驗來證明氫氧化鈉堿液的變質問題，促進學生將知識轉化為解決實際問題的能力。在實驗方案的書寫與交流方面，要求學生從“取、加、若、則”四個方面做答，以規范和提升學生實驗方案的書寫與表達水平。任務3提升思路與方法，解決新的問題［問題］利用二氧化碳與堿液反應能解決哪些問題?如何解決呢?［學生活動］總結所復習的內容，在教師引導下學生完善板書內容(見圖3)［拓展應用］有一包久置的生石灰干燥劑，你能探究哪些問題?請說出你的思路與方法。［設計意圖］通過“二氧化碳與堿的反應”特點及其應用的分析，整理所復習的知識內容，讓學生進一步體會多角度地認識化學反應;通過板書(見圖3)結構化地呈現的內容與分析要點，將分析問題的角度與思維可視化，讓學生清晰地知道證明化學反應發生的思路、分析堿液是否變質及變質程度的方法。設計的拓展應用，重在促進學生運用所學知識解決相關的不同問題，既是給學生提供更多的練習與應用的機會，也可以用此來說明或檢測學生是否掌握了所復習的內容。

4結束語

總之，物質發生的化學反應是物質化學性質的具體體現，是實現物質轉化的基本途徑，是進行物質檢驗、分離、提純的基本依據與重要方法，是研究物質、探究化學反應的重要載體。某些典型物質的化學反應(如二氧化碳與堿的反應)，是引領學生深入研究物質、多角度地認識化學反應的重要素材。在教學中，需要充分挖掘這些具體素材所承載的學科重要概念、學科思想觀點與方法，以此為導向展開教學，將學習重心從記憶事實轉移到理解可遷移的化學觀念和對更為根本的學科知識結構的深層理解，使學生的認識能夠基于具體知識但又超越具體的知識，以實現學生知識的結構改造、觀察與認識事物的方式發生變化。這是提升學生的化學思維水平與解決問題能力的重要教學策略。本文系北京教育學院“學科教育學”重點學科建設研究成果、2014年北京市“初中生學科知識建構的研究與實踐”項目成果。

作者：何彩霞 余麗蓉 單位：北京教育學院 北京市和平街一中

化學反應論文:磁場電化學反應論文

一、前言

現有制造電池、蓄電池的原理是電化學反應。電極是不同種元素、不同種化合物構成，產生電流不需要磁場的參與。

目前有磁性材料作電極的鐵鎳蓄電池（注1），但鐵鎳蓄電池放電時沒有外加磁場的參與。

通過數次實驗證明，在磁場中是可以發生電化學反應的。本實驗報告是研究電化學反應發生在磁場中，電極是用同種元素、同種化合物。

《磁場中的電化學反應》不同于燃料電池、磁流體發電。

二、實驗方法和觀察結果

1、所用器材及材料

（1）：長方形塑料容器一個。約長100毫米、寬40毫米、高50毫米。

（2）：磁體一塊，上面有一根棉線，棉線是作為掛在墻上的釘子上用。還有鐵氧體磁體Φ30*23毫米二塊、稀土磁體Φ12*5毫米二塊、稀土磁體Φ18*5毫米一塊。

（3）：塑料瓶一個，內裝硫酸亞鐵，分析純。

（4）：鐵片兩片。（對鐵片要進行除銹處理，用砂紙除銹、或用刀片除銹、或用酸清洗。）用的罐頭鐵皮，長110毫米、寬20毫米。表面用砂紙處理。

2、電流表，0至200微安。

用微安表，由于要讓指針能向左右移動，用表頭上的調0螺絲將指針向右的方向調節一定位置。即通電前指針在50微安的位置作為0，或者不調節。

3、"磁場中的電化學反應"裝置是直流電源，本實驗由于要使用電流表，一般的電流表指針的偏轉方向是按照電流流動方向來設計的，（也有隨電流流動方向改變，電流表指針可以左右偏轉的電流表。本實驗報告示意圖就是畫的隨電流流動方向改變，電流表指針可以向左或向右偏轉的電流表）。因此本演示所講的是電流流動方向，電流由"磁場中的電化學反應"裝置的正極流向"磁場中的電化學反應"裝置的負極，通過電流表指針的偏轉方向，可以判斷出"磁場中的電化學反應"裝置的正極、負極。

4、手拿磁體，靠近塑料瓶，明顯感到有吸引力，這是由于塑料瓶中裝了硫酸亞鐵，說明硫酸亞鐵是鐵磁性物質。

5、將塑料瓶中的硫酸亞鐵倒一些在紙上，壓碎硫酸亞鐵晶體，用磁體靠近硫酸亞鐵，這時有一部分硫酸亞鐵被吸引在磁體上，進一步說明硫酸亞鐵是鐵磁性物質。

6、將磁體用棉線掛在墻上一個釘子上讓磁體懸空垂直不動，用裝有硫酸亞鐵的塑料瓶靠近磁體，當還未接觸到懸空磁體時，可以看到懸空磁體已開始運動，此事更進一步說明硫酸亞鐵是鐵磁性物質。（注：用另一個塑料瓶裝入硫酸亞鐵飽和溶液產生的現象同樣）

7、通過步驟4、5、6我們得到這樣的共識，硫酸亞鐵是鐵磁性物質。

8、將塑料瓶中的硫酸亞鐵適量倒在燒杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亞鐵。可以用飽和的硫酸亞鐵溶液，然后倒入一個長方形的塑料容器中。實驗是用的飽和硫酸亞鐵溶液。裝入長方形容器中的液面高度為40毫米。

9、將鐵片分別放在塑料容器中的硫酸亞鐵溶液兩端中，但要留大部分在溶液之上，以便用電流表測量電流。由于兩個電極是用的同種金屬鐵，沒有電流的產生。

10、然后，在塑料容器的外面，將鐵氧體磁體放在某一片鐵片的附近，讓此鐵片處在磁埸中。用電流表測量兩片鐵片之間的電流，可以看到有電流的產生。（如果用單方向移動的電流表，注意電流表的正極應接在放磁體的那一端），測量出電流強度為70微安。為什么同種金屬作電極在酸、堿、鹽溶液中有電流的產生？電位差是怎樣形成的？我是這樣看這個問題的：由于某一片鐵片處在磁埸中，此鐵片也就成為磁體，因此，在此鐵片的表面吸引了大量的帶正電荷的鐵離子，而在另一片鐵片的表面的帶正電荷的鐵離子的數量少于處在磁埸中的鐵片的帶正電荷的鐵離子數量，這兩片鐵片之間有電位差的存在，當用導線接通時，電流由鐵離子多的這一端流向鐵離子少的那一端，（電子由鐵離子少的那一端鐵片即電源的負極流向鐵離子多的那一端鐵片即電源的正極）這樣就有電流產生。可以用化學上氧化－還原反應定律來看這個問題。處在磁埸這一端的鐵片的表面由于有大量帶正電荷的鐵離子聚集在表面，而沒有處在磁埸的那一端的鐵片的表面的帶正電荷的鐵離子數量沒有處在磁埸中的一端多，當接通電路后，處在磁埸這一端的鐵片表面上的鐵離子得到電子（還原）變為鐵原子沉淀在鐵片表面，而沒有處在磁埸那一端的鐵片失去電子（氧化）變為鐵離子進入硫酸亞鐵溶液中。因為在外接的電流表顯示，有電流的流動，可以證明有電子的轉移，而電子流動方向是由電源的負極流向電源的正極，負極鐵片上鐵原子失去電子后，就變成了鐵離子，進入了硫酸亞鐵溶液中。下圖所示。

11、確定"磁場中的電化學反應"的正、負極，確認正極是處在磁體的位置這一端。這是通過電流表指針移動方向來確定的。

12、改變電流表指針移動方向的實驗，移動鐵氧體磁體實驗，將第10步驟中的磁體從某一片上移開（某一片鐵片可以退磁處理，如放在交變磁埸中退磁，產生的電流要大一些）然后放到另一片鐵片附近，同樣有電流的產生，注意這時正極的位置發生了變化，電流表的指針移動方向產生了變化。

如果用稀土磁體，由于產生的電流強度較大，電流表就沒有必要調整0為50毫安處。而用改變接線的方式來讓電流表移動。

改變磁體位置：如果用磁體直接吸引鐵片電極沒有浸在液體中的部份的方式來改變磁體位置，鐵片電極不退磁處理也行。

下圖所示磁體位置改變，電流表指針偏轉方向改變。證明電流流動方向改變，《磁場中電化學反應》成立。電流流動方向說明了磁體在電極的正極位置。

三、實驗結果討論

此演示實驗產生的電流是微不足道的，我認為此演示的重點不在于產生電流的強度的大小，而重點是演示出產生電流流動的方向隨磁體的位置變動而發生方向性的改變，這就是說此電源的正極是隨磁體在電源的那一極而正極就在磁體的那一極。因此，可以證明，"磁場中的電化學反應"是成立的，此電化學反應是隨磁體位置發生變化而產生的可逆的電化學反應。請特別注意"可逆"二字，這是本物理現象的重點所在。

通過磁場中的電化學反應證實：物理學上原電池的定律在恒定磁場中是不適用的（原電池兩極是用不同種金屬，而本實驗兩極是用相同的金屬）。

通過磁場中的電化學反應證實：物理學上的洛侖茲力（洛倫茲力）定律應修正，洛侖茲力對磁性運動電荷是吸引力，而不是偏轉力。并且洛侖茲力要做功。

通過實驗證實，產生電流與磁場有關，電流流流動的方向與磁體的位置有關。電極的兩極是用的同種金屬，當負極消耗后又補充到正極，由于兩極是同種金屬，所以總體來說，電極沒有發生消耗。這是與以往的電池的區別所在。而且，正極與負極可以隨磁體位置的改變而改變，這也是與以往的電池區別所在。

《磁場中電化學反應》電源的正極與負極可以循環使用。

產生的電能大小所用的計算公式應是法拉弟電解定律，法拉第電解及時定律指出，在電解過程中，電極上析出產物的質量，和電解中通入電流的量成正比，法拉第電解第二定律指出：各電極上析出產物的量，與各該物質的當量成正比。法拉第常數是1克當量的任何物質產生（或所需）的電量為96493庫侖。而移動磁體或移動電極所消耗的功應等于移動磁體或移動電極所用的力乘以移動磁體或移動電極的距離。

四、進一步實驗的方向

1、在多大的鐵片面積下，產生多大的電流？具體數字還要進一步實驗，從目前實驗來看，鐵片面積及磁場強度大的條件下，產生的電流強度大。如鐵片浸入硫酸亞鐵溶液20毫米時要比浸入10毫米時的電流強度大。

2、產生電流與磁場有關，還要作進一步的定量實驗及進一步的理論分析。如用稀土磁體比鐵氧體磁體的電流強度大，在實驗中，較大電流強度為200微安。可以超過200微安，由于電流表有限，沒有讓實驗電流超過200微安。

3、產生的電流值隨時間變化的曲線圖A-T(電流-時間)，還要通過進一步實驗畫出。

4、電解液的濃度及用什么樣電解液較好？還需進一步實驗。

五、新學科

由于《磁場中的電化學反應》在書本及因特網上查不到現成的資料，可以說是一門新學科，因此，還需要進一步的實驗驗證。此文起拋磚引玉之用。我希望與有識之士共同進行進一步的實驗。

我的觀點是，一項新實驗，需要不同的時間、不同的人、不同的地點重復實驗成功才行。

1979年北京第2版，統一書號：15045總2031-有514湖南省郵電管理局《蓄電池的使用和維護》編寫組，人民郵電出版社

化學反應論文:對化學反應工藝因素探究

一、化學平衡移動

化學平衡移動意義在于,當改變外界條件比如溫度、壓力和反應物、生成物濃度時,打破了原有化學平衡狀態使其較大限度的向正方向進行,這在工業生產具有重要的意義。

(1)濃度對化學反應的影響

從化學平衡常數定義分析來看,當反應溫度不變時,增加反應物濃度必然會使化學反應向正方向移動,從而引起生成物濃度的增加這樣才能達到最終的平衡狀態;同樣將生成物移走,對于原有的平衡狀態來看,相當于增加了反應物的濃度,反應也會向正方向移動,提高反應物的利用率,這在工業生產上應用比較廣泛。例如,對于N2+3H2=2NH3可逆反應來講,讓化學平衡向生成NH3的方向移動,在其他條件不變的前提下,可以在反應容器中充入N2或者H2使它們的濃度增加。在實際的生產中為了獲得多的NH3,需要將生成的NH3盡快的移走,降低NH3的濃度。這樣反應就能向正方向移動。

(2)溫度對化學平衡的影響

改變濃度是在化學平衡常數不變的情況下遵循的規律,但是當化學反應溫度發生變化會引起化學平衡常數的變化。經過物理化學家們的潛心研究,終于發現了溫度對化學平衡的影響,其滿足克拉伯龍方程,即當升高溫度化學反應向吸熱的方向移動,降低溫度化學反應向放熱方向移動。所以,在工業生產中根據化學反應的吸、放熱采取相應的措施,讓其向著生成物方向移動。

(3)壓強對化學平衡的影響

壓強對化學反應的影響主要針對反應物中有氣體或者是生成物有氣體反應,由化學平衡常數來看,化學方程式中分子數增加和減少的反應,壓強對其產生的影響也不同。經過試驗證明,在其他條件時,增大壓強有利于向化學分子數小的方向移動,減小壓強有利于向化學分子數增大的方向移動。

二、化學反應速率理論

不同化學反應其反應速率有著明顯的區別,比如,酸堿中和以及爆炸反應比較猛烈,部分氧化反應進行緩慢。為了將化學反應更好的為化工生產服務,需要對化學反應詳細的研究,經過研究最終用化學反應速率來衡量化學反應進行的快慢。

1、濃度對化學反應速率的影響濃度對化學反應速率的影響,是通過影響化學平衡進行過程實現的。對于大多數化學反應,增加生成物或者降低生成物濃度有利于向正方向移動,但是并不是所有的化學反應都遵守這個規律。比如,某組分對化學反應速率的分級數是零,不管增加還是減少該組分都不會對化學反應速率造成影響;當某組分反應分級數是負數,增加其濃度不會提高原反應的速率,相反會降低其速率。對于某化學反應,當確定了催化劑和外界溫度后,濃度就成為影響其反應速率是重要因素。

2、溫度對化學反應速率的影響很早以前人們就發現溫度對化學反應速率有重要影響。化學反應除了濃度對反應速率有影響外,和化學速率常數也有著密切的聯系,溫度對化學反應的影響主要通過影響反應速率常數實現。反應中如果整個體系的活化能降低,其反應溫度就越高,反應速率也就越快。但是對于復雜的反應體系來講,溫度升高有利于向活化能高的方向移動。

3、催化劑對化學反應速率的影響催化性具有選擇性,比如某種物質在一個反應中是催化劑,在其他反應中就不一定是催化劑。對于具有主副反應的體系,可以選擇合適的催化劑達到促進主反應抑制副反應的目的。另外,在化工生產中需要研究影響催化劑中毒的因素,避免由于使用工業設施不慎,導致催化劑中毒情況的發生。催化劑中毒使催化劑不能發揮的催化效果,影響反應的進行。

三、總結

化學是重要的基礎學科之一,它和其它學科一起在促進國家經濟快速發展上扮演者舉足輕重的角色,是人類改造自然的重要手段,是人類文明進步的重要標志。很早以前人類就開始利用化學知識為生產服務,在當今社會化工行業的迅速發展與化學取得的研究有著重要的內在聯系。通過對化學反應工藝因素進行分析,了解影響化學反應方向和速率的因素,對提高化工原料利用率,縮短化學反應時間具有重要的意義。現在化學應用的領域越來越廣泛,大到國防科技、宇宙探索,小到食物的保鮮等。因此,我國要加強化學領域方面的研究,讓化學為我國的經濟發展做出更大貢獻。

化學反應論文:有機化學反應中的質譜分析

1電荷標記手段

多數情況下,反應中間體是中性物種,含量較低而且難于離子化,有時離子化過程會破壞其結構和活性.為解決這一難題,可以采用電荷標記手段.電荷標記可以分為長期標記和在線電荷標記.長期標記是通過化學反應在底物或催化劑的非活性區域上引入電荷標簽(如季銨陽離子中心或磺酸陰離子中心);在線標記是利用中間體的特性臨時加入選擇性離子化試劑,實現中性物種的檢測,如堿金屬離子化.電荷標簽技術不影響反應的正常進行,同時能大大提高微量中性活潑中間體的質譜檢測效率.Metzger等[16]用電荷標記的膦配體,首次運用質譜方法從反應溶液中檢測到了亞甲基Ru卡賓中間體.隨后,Metzger等[17]運用堿金屬離子與催化劑形成加合離子來追蹤溶液中釕卡賓物種的變化,成功檢測到了1,7-辛二烯和1,9-癸二烯的關環復分解(ring-closingmetathesis,RCM)反應中含有末端雙鍵的釕卡賓中間體.該兩個中間體在氣相中首先脫除膦配體(PCy3)而后再發生氣相RCM反應分別丟失環己烯和環辛烯(圖2).該研究還表明,氣相條件下六元環化RCM反應的活性遠遠高于八元環化,與液相中RCM反應活性順序一致.催化反應中典型的活性反應中間體應體現該催化反應的趨勢性,即該活性中間體在串聯質譜過程中所發生的單分子反應或其在氣相離子-分子反應中體現該中間體離子特有的反應活性.質譜學研究活潑中間體可以有三點依據:離子質荷比、離子同位素豐度和中間體離子的特征氣相反應活性.近期,本課題組[18,19]運用堿金屬離子化策略和微反應器技術研究了氮雜釕卡賓催化劑,以及乙腈促進的Grubbs催化劑的降解反應.同時,本課題組[20]發現,采用硫作為基質,可以用MALDI-TOFMS技術表征Grubbs催化劑.

2準對映體策略

質量標簽策略是質譜學研究氣相反應途徑和機理的傳統手段,也是質譜學表征和研究反應中間體的常用手段.手性異構體化合物的分子量相同,因此直接質譜分析難以區分.Pfaltz課題組[21]將傳統的質量標簽策略發展成準對映體(quasienantiomers,QAS)標記策略,在遠離反應位點的地方用同位素標記或差異較小的取代基標記手性異構體.準對映體標記讓原本分子量相同的手性異構體有了質量差異,可在質譜分析中直接進行辨別,也可實現手性催化劑的篩選和反應立體選擇性的評價[22].此外,該課題組[23]通過ESI-MS方法檢測烯丙基酯動力學拆分反應中的活性中間體,而不是前體或產物的新方法來篩選不對稱催化劑.這些技術和方法使得質譜學為不對稱催化系統的對映選擇性研究提供了關鍵的證據,甚至實現了手性催化劑的篩選.

3質譜分析有機反應中間體的典型案例

Metzger[24]、Eberlin[25]和本課題組[26]均發表過關于質譜學研究反應機理的綜述,本文主要對近期研究進展進行小結.

3.1以Pd為代表的過渡金屬催化反應

1994年,Canary等[27]首次運用ESI-MS方法研究Pd(0)催化的芳基硼酸與溴代吡啶偶聯反應,為機理的研究提供了寶貴的證據,該工作為質譜表征反應活潑中間體以及反應機理的研究奠定了基礎.本課題組[28,29]利用電噴霧質譜法研究了三氟甲基取代烯炔醇環異構化反應和炔基磷酰胺的分子內環化反應.軸手性產物的Suzuki偶聯反應在不對稱催化研究中具有重要的意義和創新性,對這一過程進行質譜學研究也具有很大的挑戰性.此外,我們還采用ESI-MS/MS技術對手性雙烯氯化鈀催化的不對稱Suzuki偶聯反應進行了機理研究[30],根據Pd的同位素峰簇特征將反應相關的物種和其他物種按質荷比進行質量篩選,成功地捕獲到了目標Suzuki反應各階段的反應中間體.目前,Pd(II)/Pd(IV)的催化循環體系是有機化學中新興的研究領域,這類高價金屬復合物是發生C–H鍵活化和三氟甲基化的重要活性中間體.本課題組與劉國生課題組[31~33]合作,研究了一系列Pd(IV)催化的有機化學反應,如鈀催化的苯乙烯分子內氨基氟化反應[31]、鈀催化的烯烴的氧化芳基烷基化反應[32]和鈀催化的苯乙烯的氟酯化反應[33].本課題組[34]近期研究表明,Pd(IV)反應中間體在MS/MS條件下,能發生氣相還原偶聯反應,生成相應的偶聯產物和Pd(II)物種(圖3),這與Pd(IV)復合物的液相反應活性一致.同時,許毓課題組[35]也報道了Pd(IV)復合物的相關質譜學研究結果.由于ESI-MS技術能捕獲催化循環中的關鍵反應中間體,被Chen[36]和Irth[37]證實是高通量篩選催化劑的一種具有價值的研究工具.

3.2自由基中間體

中性自由基反應中間體不易被ESI-MS檢測,Metzger等[38]曾利用微反應器-電噴霧質譜聯用技術捕獲到了單電子轉移引發的反式茴香腦二聚反應中的自由基陽離子中間體.在一些自由基反應中,一般需Lewis酸進行催化,同時金屬Lewis酸可與底物或自由基中間體形成復合物,被質譜檢測[39].本課題組[40,41]運用ESI-MS研究了Selectfluor參與的親電氟化反應和醛的α-氟化反應,成功捕捉到了親電氟化反應過程中的自由基陽離子中間體.通過向反應體系中加入自由基捕獲劑(如Tempo和Dempo等)[42],用質譜捕捉到了自由基捕獲劑與反應中的自由基陽離子中間體形成的復合物,證明了在所選底物的親電氟化反應過程中確實存在單電子轉移過程.

3.3高價碘復合物參與和催化的反應

本課題組[43]于2012年對PhI催化芳基酮α-乙酰氧基化反應進行了研究,捕獲了反應中目前未能分離或用其他手段未能直接分析的重要中間體:α-λ3-碘烷基酮復合物.進一步研究質子化的該復合物在串聯質譜中的氣相裂解行為表明,一步產物的生成經歷了分子內五元環過渡態的還原消除過程比分子間SN2反應過程更合理.此外,我們[44]還運用質譜法研究了三氟甲基苯基碘鎓陽離子(CF3I+Ph),發現PhI+CF3能發生氣相分子內三氟甲基遷移反應并脫除碘原子生成PhCF3+,而PhCF3+可進一步丟失CF2生成PhF+(圖4),該反應能很好地體現高價碘氟化試劑的本質反應活性.隨后,本課題組[45]又研究了多氟取代碘苯自由基陽離子,發現其在氣相中特殊的CF2丟失反應,這體現了多氟取代引發的新型芳環裂解反應.

3.4氣相與液相人名反應相關性的研究

著名質譜學家Beynon曾將現代化的有機質譜儀形容為一個“化學實驗室”[46].質譜中離子所發生的重排/碎裂方式與化合物的離子形態在液相中相應條件下的反應有一定相似性[47,48],甚至可以“預測”研究對象在溶液中的化學反應途徑.目前,氣相中的人名反應除麥式重排和逆Diels-Alder反應外,一直鮮有報道.本課題組[49~55]系統地研究了嘧啶氧基-N-芳基芐胺類除草劑豐富的氣相化學反應,如嘧啶氮引發的芐基遷移反應[49]、質子酸促進的氣相Smiles重排反應[50]、Lewis酸促進的氣相Smiles重排反應[51,52]、對氨基磺酰基陽離子的重排反應[53,54]和芳環的逆-Michael反應[55].在此基礎上,本課題組[56]研究發現了類似的溶液相反應,對研究該類除草劑的代謝及降解途徑和環境行為有重要的意義.2010年,本課題組[57]利用Favorskii重排反應順利實現對該類具有高度環張力的活潑芳香性小環類化合物的氣相合成,還發現了N-苯基甲基丙烯酰胺質子化后獨特的氣相N-Claisen重排反應[58].潘遠江課題組在本領域也做出了很多出色的工作,如新型的氣相Smiles重排反應[59,60]、逆-Michael反應[61]、質子遷移誘導解離[62]和銀離子催化的氣相Diels-Alder反應[63]等.

4結論與展望

現代質譜學為有機反應中間體和反應機理的研究打開了一扇窗.目前,有機質譜學的發展應與解決有機化學的核心科學問題相結合,建立有機化學各種復雜過程中間體研究的方法,為反應機理研究提供支持.當代新型質譜分析技術和方法不斷涌現,將大大提升質譜分析在解決相關有機化學問題的能力.

化學反應論文:探索高爐冶煉中的化學反應

1碳酸鹽分解

碳酸鹽的分解壓PCO2隨著外溫而增大,在PCO2超過高爐內煤氣的CO2分壓時,它們開始分解,超過煤氣的總壓便就激烈分解,即化學沸騰,因其高爐冶煉條件不同,各個高爐內的總壓力和CO2分壓也存在差別,碳酸鹽在不同的高爐內開始分解和化學沸騰分解溫度也存在差別。FeCO2、MnCO3和MgCO2分解相對容易,其數據如表1所示。前幾種碳酸鹽分解均出現在低溫區,對高爐冶煉影響較小。而石灰石CaCO3分解開始分解溫度在700℃以上,其分解速率受料塊內反應界面出現的CO2向外通過反應產物層而擴散的過程制約。因此,反應速率受料塊粒度影響較大。在石灰石顆粒多為25mm-40mm的條件下,有相當一部分進入900℃以上的高溫才能分解。這時分解出的CO2會和焦炭發生碳素溶解損失反應:CO2+C====2CO-165528kJ這種反應吸收大量高溫區的熱量,并消耗碳素,對高爐的能量消耗非常不利。煉鐵生產實踐表明,高爐每使用100kg石灰石,焦比要升高30-40kg。所以生產中要求除去高爐配料中的石灰石。主要方法是把石灰石加入燒結配料生產自熔性或高堿度燒結礦。在天然礦冶煉時,小高爐上可用生石灰代替石灰石,大高爐上控制其粒度在25mm~35mm以改善石灰石分解條件,使入爐熔劑控制在爐內較高部位完成分解。同時,高爐中也進行著一定程度的析碳反應:2CO==CO2+C這是碳素溶解損失反應的逆反應,在溫度在400-600℃發生出現這種反應。對高爐冶煉不利:此反應是放熱反應,因其發生在高爐上部,所以,熱量不能被有效利用;浸入爐身襯磚的CO如果析出碳素會由于出現膨脹而破壞爐襯,浸入爐料中的CO發生反應會使爐料破碎、產生粉末阻礙煤氣流等。

2燃料揮發分的揮發

焦炭及煤粉中燃料揮發分,焦炭含有揮發分較少,在10%左右。焦炭下降到風口前已被加熱到1400℃以上,含有揮發分已全都放出,在焦炭燃燒生成的煤氣中,揮發分僅占0.23左右,對煤氣成分和冶煉過程影響較小。而在噴吹煤粉時,煤粉中如果含揮發分高,噴吹量又大,就會造成爐缸煤氣成分明顯變化,這對還原反應的影響必須加以重視。

3氣化

在高爐冶煉中,有些物質會在高爐中氣化,如在高爐中還原出的P、As、K、Na、Pb、Zn和S等以及還原的中間產物SiO、Al2O和PbO在高爐中生成的化合物SiS、CS以及由原料帶入的CaF2等。這些物質在高爐下部高溫區氣化后,隨煤氣流上升后又由于溫度的降低而冷凝;有少部分隨煤氣逸出,還有一部分被爐渣吸收而排出爐外,也有一部分隨爐料再次下降至高溫區而重復這種氣化的凝聚過程。這些易氣化的物質的循環,使這些物質的濃度隨高爐的高度而出現變化。氣化物質在較冷的爐壁和爐料表面上的凝聚,較輕時阻塞爐料空隙,增大煤氣流的阻力、降低料塊強度,較重時導致爐料難行、懸料以及爐墻結瘤等。解決的方法是增大其隨煤氣逸出量或被爐渣吸收的總排出量,如爐頂溫度較高,煤氣流速較大,能提高氣化物逸出爐外的數量;堿性爐渣能吸收S、O和SiO,酸性渣會較多的吸收K和Na,渣量大會增加這些物質的排出量。在一些措施無效而且危害不斷加重時要從原料入手,限制這些物質的入爐量,采取燒結加氯化物去除等方法措施。

化學反應論文:分析烯烴羥汞化學反應

羥汞化-脫汞是由烯烴合成醇的有效途徑之一[1]。羥汞化反應主要分為兩個階段:①烯烴在含水的四氫呋喃溶液中與乙酸汞發生羥汞化;②羥汞化產物不經分離,直接加入NaBH4進行還原脫汞。該反應具有條件溫和(一般在室溫進行)、速度快(一般及時階段只需要幾分鐘,第二階段需要1小時)、中間產物不需分離、區域選擇性好(Markovnikov取向)、無重排產物等優點。因此,盡管汞是公認最毒的金屬元素,但由于羥汞化反應的諸多優點,該反應仍被廣泛用于有機合成[2-3]。

以丙烯加乙酸汞為例,目前比較公認的羥汞化反應機理[4-5]見圖1。其中第二步和第三步最為關鍵,但是目前國內外多數有機化學教材都沒有明確指出反應的速控步是哪一步[6-10],部分教材甚至把羥汞化過程歸類為親電加成反應[8-10]。我們對此產生疑問,整個反應的速控步究竟是汞離子親電加成的第二步,還是水親核進攻的第三步?下面根據軟硬酸堿理論、元素電負性等有機化學基礎知識以及量子化學計算結果對各步反應分析如下:(1)及時步,乙酸汞發生電離產生乙酰氧基汞正離子。我們認為該帶有正電荷的汞離子的生成是必要的。近期的研究證明氯化汞能夠催化芳基烯基醚的羥汞化反應。加入氯化鈉等含有氯離子的無機鹽能夠抑制上述反應,而加入硝酸銀可以促進上述反應。因為氯離子是軟堿,額外增加的氯離子能夠和汞離子絡合生成[HgCl4]2-,抑制了+HgCl的生成,進而抑制了羥汞化。而加入硝酸銀,使銀離子和氯離子結合,則可以促進+HgCl的生成,進而促進羥汞化反應。對于不同的汞鹽,根據軟硬酸堿理論可以判斷其電離的難易。越容易電離的汞鹽,活性越高。不同汞化合物應該具有如下的活性順序:Hg(OOCCF3)2>Hg(OOCCH3)2>HgCl2>HgBr2>HgI2。因為Hg2+是軟酸,CF3COO-是最硬的堿,I-是最軟的堿。所以Hg(OOCCF3)2最容易電離,HgI2則是“軟親軟”,不易電離,活性低。實驗結果表明Hg(OOCCF3)2對4-己烯-1-醇分子內氧汞化速度比Hg(OOCCH3)2快,而且產物不同[12]。(2)第二步,乙酰氧基汞正離子與烯烴的碳碳雙鍵發生親電加成生成汞鎓離子。從軟硬酸堿理論分析,烯鍵的π電子為軟堿,汞離子為軟酸,“軟親軟”,該基元反應應該屬于快反應。從電負性考慮,汞的電負性為1.9,略小于碳的2.55[13],這使正電荷主要集中在汞上而不是碳上。這一點與溴鎓離子截然不同,后者正電荷主要集中在碳原子上。所以,相比溴鎓離子,汞鎓離子不易受到水的親核進攻。我們用量子化學手段計算得出乙烯、丙烯、異丁烯與乙酰氧基汞正離子加成生成的汞鎓離子中間體以及乙烯的溴鎓離子的結構與APT電荷(atomicpolartensor-basedcharges)[14]分布(圖2)(本文量化計算均采用Gaussian03軟件包,分子構型在RB3LYP水平下進行優化,其中C、O使用6-31G*基組,H使用6-31G**基組,Hg和Br使用贗勢基組(Lanl2DZ,其中對Br加上極化函數(極化參數為0.389);

對所有優化的結構進行頻率計算,以確認所有結構均是穩定結構(駐點是極小值,沒有虛頻))。從以上計算結果可得出結論:①上述汞鎓離子中,乙酰氧基與汞原子是雙齒配位的,兩個O—Hg鍵長幾乎等長,都在2.30左右。②汞原子上總是帶有最多的正電荷。③在丙烯等不對稱烯烴的汞鎓離子中,由于甲基的供電誘導效應,C2上正電荷多于C1,在異丁烯的汞鎓離子中這一差異更加明顯。從乙烯到丙烯到異丁烯,Hg—C1鍵逐漸變短,從2.602變為2.478,再到2.419。而Hg—C2鍵逐漸變長,在異丁烯的汞鎓離子中,Hg—C2鍵最長,達到2.876。這都預示著第三步水親核進攻的位置在C2上,即Markovnikov取向。④在異丁烯的汞鎓離子中,C2上帶有最多的正電荷,可以預期其與水的親核加成速度要比丙烯或乙烯的汞鎓離子更快,這一結論與實驗結果一致[15]:2-甲基-2-丁烯的羥汞化在10s內完成,而環己烯需要55s。⑤與電負性分析結果一致,與乙烯的乙酸汞鎓離子不同,在乙烯的溴鎓離子中,正電荷主要集中在碳原子上,溴原子上正電荷很少,這表明汞鎓離子與溴鎓離子有著本質的不同。眾所周知,羥汞化反應通常不會發生重排,這正是由于汞鎓離子中間體的正電荷主要集中在汞上而不是碳上的具體體現。因為涉及鎓離子的碳上正電荷較少,臨近α位的烴基或氫原子不易發生遷移。

我們分別計算了叔丁基乙烯的汞鎓離子和溴鎓離子甲基重排前后的能量變化,結果如圖3所示。從量子化學計算的結果也可以看出,在叔丁基乙烯汞鎓離子中,C2上的正電荷僅為0.4858e,而且甲基重排后所得到的叔碳正離子中間體的吉布斯自由能比重排前升高了77.78kJ/mol;而叔丁基乙烯的溴鎓離子中C2上正電荷高達0.8574e,非常有利于甲基遷移,而且發生類似重排后產物的吉布斯自由能比重排前降低了45.19kJ/mol。因此叔丁基乙烯的汞鎓離子的重排在熱力學上是極其不利的,不易重排。而叔丁基乙烯與溴的親電加成生成的溴鎓離子容易重排。事實上,許多烯烴,如:莰烯[16]、降冰片烯[17]和苯并二環[2.2.2]-2,5-辛二烯[18]與溴的親電加成都發生了重排。(3)第三步,水作為親核試劑進攻汞鎓離子。在該步中,水分子中的氧原子是硬堿,而帶有部分正電荷的碳原子是軟酸。由于碳上的正電荷較少,水的親核性又弱,此類弱親核試劑的親核進攻就變得更加困難。由此推斷,該步基元反應才應該是整個反應的慢步驟,即整個羥汞化反應的速控步。通過查閱文獻[19],這一結論得到了有力支持。例如:2-甲基-1-己烯的羥汞化反應速度比1-己烯快10倍,比四甲基乙烯的羥汞化速度快833倍。上述實驗結果與相應汞鎓離子中C2上的正電荷多少有關(圖4)。2-甲基-1-己烯的汞鎓離子中C2上的正電荷較大(0.6632e),羥汞化最快;而四甲基乙烯的類似物相應碳原子上的正電荷最少,羥汞化最慢。如果汞鎓離子生成的一步是速控步,含有4個供電甲基的四甲基乙烯與乙酸汞離子形成汞鎓離子進而得到羥汞化中間體應該是上述3個烯烴中最快的,然而實驗 事實正好相反。這反過來證明汞鎓離子生成的一步不是整個羥汞化反應的速控步。另外,對于含多個雙鍵的烯烴,羥汞化優先發生在最不對稱的雙鍵上,即1,1-二取代優于1,1,2-三取代,單取代優于1,2-二取代[20],反應速度與汞鎓離子中取代最多的碳原子上的正電荷密度成正比,也進一步說明水親核進攻的一步是整個反應的速控步。(4)第四步是中間產物Ⅱ快速失去質子的過程,不再贅述。(5)關于烯烴和炔烴羥汞化產物的脫汞問題。在烯烴的羥汞化產物中,由于碳與汞的電負性差別太小,使得碳汞鍵的電荷分布比較均勻,碳汞鍵的極性較小。量子化學計算得出乙烯羥汞化產物中與汞原子相連的碳原子上負電荷密度均為-0.1300e,同樣說明碳汞鍵的極性很小,所以乙烯羥汞化產物HOCH2CH2HgOAc不像其他金屬有機試劑(例如Grignard試劑)那樣容易水解,而必須使用還原劑NaBH4進行還原。

相反,乙炔在汞催化下的水合產物是互變異構體(圖5):HOCHCHHg+和OHCCH2Hg+,前者與汞相連的碳原子是sp2雜化,比sp3雜化碳原子具有更大的電負性[21]和更強的吸引電子能力,會使碳汞鍵極性增大;后者甲酰基是強吸電基,而且在稀硫酸中,氧原子會發生質子化,使碳汞鍵極性進一步增大。因此,乙炔羥汞化產物中的碳汞鍵更像一般金屬-碳鍵,在稀硫酸中容易水解。所以在炔烴羥汞化反應中,汞離子是催化量的。為了便于比較,我們在乙炔羥汞化中間體的汞原子上螯合了一個乙酸根,量子化學計算結果見圖6。從圖6能夠明顯地看出,乙炔羥汞化產物中的碳汞鍵正負電荷差別明顯大于乙烯羥汞化產物中的碳汞鍵電荷差,鍵的極性也明顯比后者強,即乙炔羥汞化產物中碳汞鍵容易直接水解變為碳氫鍵。本文從有機化學基本概念、基本理論出發,結合量子化學計算結果,對烯烴的羥汞化機理進行了分析,得出該反應的速控步是水分子親核進攻汞鎓離子的一步,整個反應屬親核加成。同時指出,烯烴羥汞化產物中的碳汞鍵極性小,不能直接水解為碳氫鍵,故需要硼氫化鈉還原;而炔烴羥汞化產物中的碳汞鍵極性較大,在反應過程中可以直接水解轉化為碳氫鍵。

化學反應論文:分析《化學反應工程》課程雙語教學的實踐與認識

社會與科學的進步促使國際間的交流與合作不斷地擴展,對人才的要求也漸為提高,專業人才不僅要具有扎實的專業水平,還要具有較強的外語功底。為了適應科學與社會發展對人才培養的需要,教育部在2001年印發了《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》,提出“積極推動使用英語等外語進行教學”,“本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學”。根據這一形式,我校在2000年也對化工類主干課程《化學反應工程》課程教學進行了改革,采用了雙語教學的模式。歷經幾年的實踐,我們對雙語教學取得了一些認識。

1、雙語教學的意義

雙語教學是在非語言類學科中以兩種語言作為教學語言的教育[1],其中一種是學生的母語,使學生掌握非語言類學科知識。研究者將雙語教學模式分成三類[2],及時類,學校只使用一種非學生母語的語言進行教學,即浸入型雙語教學;第二類,學生進入學校后部分或者全部使用母語,然后逐步轉變成只使用第二種語言進行教學,這種模式稱為過渡型雙語教學;第三類,學生剛進入學校是使用母語,然后逐漸地使用第二種語言進行部分學科的教學,其他學科仍然使用母語教學,這種模式稱為保留型雙語教學。

采用雙語教學具有多方面的意義。首先,雙語課程多采用國外原版教材,通過課程的學習,學生在掌握該課程內容的同時,可自然習得外語的運用,提高外語的應用能力。其次,外語學習的目的在于應用,在高校中往往花費諸多的學時在外語課程上,而學生的外語運用能力往往不理想,在運用外語進行交流的場合,往往很難表述自己的想法,涉及到專業用語,更是不知如何表達,外語的學用脫節問題嚴重。雙語教學的開展無疑可以有效地解決這一問題。雙語教學把課程知識的學習和外語的學習有機結合在一起,使學生真正運用自己的外語技能實現課程知識的學習,切身感受到外語的重要性,實現學以致用。并且,國外原版教材的采用,使得課程教學體系與國外一致,從而可以吸納國外同類課程的精華。再者,通過雙語教學,使更多的學生既具有較強的專業知識,又具有很好的外語運用能力,從而可以促進國際間的交流,推進對國際先進科技與創新理念的理解與接受。

2、《化學反應工程》課程的雙語教學實踐

我校《化學反應工程》課程選擇國外名校教材《Chemical Reaction Engineering》(Octave Levenspiel 主編,3rd ed.,John Wiley & Son,Inc.,該教材2002年由化學工業出版社作為國外名校名著引進出版)進行教學,該書文字流暢,內容簡明,條理清晰,較適合作為雙語教學的教材,但是內容上與我們的教學大綱不相符,我們在授課中根據需要對課程內容做適當取舍或調整。主講教師均具有較好的英語基礎,教師專業水平較高,均已取得博士學位或者正在攻讀博士學位。教師授課時,板書為英語,起始時以漢語講授為主,在學生能夠接受的前提下,采用部分英語授課,隨著時間的推移,逐漸加大英語授課的強度。按照教學模式分類,本課程屬于保留型雙語教學。

教師授課過程中,絕大部分時間講解課程知識,根據學生的英語掌握情況,提示部分專業詞匯或者講解部分英語段落、語句。授課過程中,具體采用多大份額的英語講授,每次課不同,根據學生掌握知識點的情況來調整,以大部分學生能夠掌握主要知識點為準。

課程作業為英文教材所配備的習題,對學生提交作業的語言不作硬性要求,英語表達能力強的學生可以采用英文,英語表達能力差的學生可以采用部分英文部分漢語的方式,鼓勵學生盡可能采用英語。考試采用英文試卷,答題語言也不作硬性規定。

教學方式上除了教師授課、學生聽課、記筆記的常規形式,還采用了很多靈活的形式。例如,在一次課結束時,對下一次課要講的內容提出一些問題,要求學生預習,再上課時,由學生就這些問題發表意見,甚至給同學講課,之后教師進行評價、討論。采用英文教材需要學生付出更多的精力來閱讀、理解,這種教學方式可以增加學生閱讀教材、分析問題的積極性。又如,為了增強學生對知識點的掌握,每次課前均對上一次課所講授的知識點進行回顧,講清各知識點之間的前后聯系。同時每個階段我們均進行小結,把該階段的內容前后聯系起來,每一階段均配合相應的綜合練習題,鞏固已學知識。

同時,我校《化學反應工程》教學網站已于2006年建成,上傳并了許多重要的教學資源,如課程信息、授課課件、教案、電子版參考資料(著作、論文)、拓展資源等,并經常更新,學生可以利用網絡,瀏覽教學資源及下載。該網站的建成,對《化學反應工程》雙語課程的日常教學起到了很好的輔助作用。

教學實踐的結果表明,大部分學生閱讀、理解教材的能力明顯提高,能夠基本上掌握課程的主要知識點。每次課程結束,均對學生進行調研,結果表明,學生認為該雙語課程講授的內容充實,信息量大,能及時反映學科前沿內容,對該雙語課程的教學方法基本滿意,該課程的學習,對英語應用能力的提高有很大幫助。校教學巡視員對《化學反應工程》雙語課程的教學也給予了高度評價,一致認為課程組教師講授知識,教學方法和手段先進、合理,理論聯系實際。

3、雙語教學中存在的問題

在《化學反應工程》課程教學實踐中,我們也逐步認識到了雙語教學中存在的一些問題。

首先,在本課程的教學中,常常不能完整地完成教學大綱規定的全部內容,這是由于雙語教學中需要花費一定的時間來幫助學生對語言的理解,以保障學生對知識的接受,所以會損失一部分教學內容。這一問題的存在也是必然的,因為我們的語言大環境是漢語環境,學生對于外語所表達知識的接受存在較大的障礙。要想解決這一問題,目前存在較大的困難,需要從我們的語言環境著手,增大外語的運用力度。我們考慮可以充分利用現代化的交流手段,例如通過網上質疑和答疑,增強學生課后復習和預習的強度;同時提供合適的中文參考書供學生參考,把教學內容的損失減到低。

其次,教師本身的外語運用能力有待進一步提高。的雙語教師應該不僅可以用外語進行流利的日常會話,而且精通專業內容、學科專業英語,能流暢自如地應用雙語進行教學。在教學中 我們已經認識到教師本身存在的一些不足,盡管我們進行雙語教學的教師都是英語基礎較好的教師,但是畢竟不是以英語為母語,要想實現流利的英語授課尚存在一定的困難,需要加強雙語教師的培養與培訓。目前我校也采取了一些措施,例如選送雙語課教師由外教進行強化訓練并短期出國培訓,已取得了一些成效,但仍需進一步加強這一方面的工作內容。

再者,部分學生不能認同雙語教學模式,認為雙語教學沒有必要,在學習中處于被動,直接影響到其對知識的接受。而且,我校《化學反應工程》課程的所有課堂均設置為雙語,該課程是化學工程與工藝專業學生的必修主干課,學生沒有選擇的余地,有些學生英語基礎較差,聽讀能力跟不上,課上講解的知識往往因為語言理解的問題而不能接受,隨著授課內容的深入,這一部分學生往往產生消極情緒,進一步影響對課程知識的接受。如前所述,課上我們已經采取了各種手段來加強學生對知識的理解,盡管如此,學生對雙語教學的態度積極與否仍然是雙語教學的關鍵一環。這就提示我們,進行雙語教學不可急于求成,需要根據學生的特點制定教學計劃,提高學生對雙語課程的積極性。

4、結束語

幾年的教學實踐中,我們在《化學反應工程》雙語教學中已取得了一些成效,對于雙語教學的認識也有了提高,同時也發現了不少問題。雙語教學師資是提高雙語教學效果的前提,我們需要進一步加大師資的培養與培訓力度。雙語教學還必須充分考慮學生的特點,必須符合學生發展的需要,給學生適當的選擇空間,例如可以開設雙語與漢語兩種課堂,由學生根據自身的情況決定選擇漢語課堂還是選擇雙語課堂。另外可以適當采用激勵機制,例如學生選擇雙語課程可以得到適當的獎勵,課程學分可以比同樣的漢語授課課程適當高出一些,提高學生對雙語課的學習熱情。總之,雙語教學要重實效,要從人才培養的高度來認識,依據實際情況循序漸進、持之以恒,逐漸加強雙語教學的力度。

化學反應論文:化學反應與設備教育創新探索

1多種教學手段并用

1.1多媒體教學

在《化學反應過程與設備》的教學過程中采用多媒體授課,并配有圖像清晰的DVD教學影片及動畫。DVD影片主要選擇了某些設備進行介紹,把這些設備進行拆卸后再進行安裝,讓學生更近一步地了解其內部結構;并介紹了某些設備在了實際操作中可能出現的事故現象及應急處理辦法,讓學生對生產實際了解更加深刻。教學動畫主要對某些設備的運行進行了模擬,使學生能夠直觀地了解設備內部的運行狀況。通過這些手段使教學變得直觀、生動,極大地提高了學生的專業興趣和學習積極性。

1.2仿真及實操教學

我院建有大型仿真實訓室,可進行化工生產單元及工段仿真操作。該實訓中心可以讓學生在電腦上模擬化工單元操作情境,模擬化工產品生產整個生產過程,彌補了化工生產在真實裝置上操作受到限制的不利因素。在完成本課程某個任務的理論教學后,帶領學生進行仿真操作實踐教學,將理論與實踐緊密地聯系起來,極大地調動了學生對本課程的學習積極性。在操作過程中,學生可以大膽的設計參數、改變參數,教師可以設定故障,讓學生以小組為單位分析、研討、解決,較好的提高了學生分析、判斷、解決問題的能力。我院實習實訓基地已經建成,并且配套了各種反應器,包括釜式反應器,管式反應器,固定床反應器、流化床反應器等,因此可以在理論教學的基礎上,增加單元現場操作實驗,使學生對生產設備具備實際操作流程各工序及相關技能得到訓練,以便學生日后能對現行的工業生產過程進行管理,確保裝置設備正常運轉。

2豐富教學內容

2.1教學時數及分配

《化學反應過程與設備》所包含的內容比較廣泛,因此現有的教學時數(總學時60)滿足不了該課程的教學要求,應適當將教學時數加大,建議調整為周學時6,共90學時,適當增加實踐性教學,爭取做到理論教學與實踐教學比例為3∶1。

2.2課程內容

理論知識模塊應著重于反應器的設計計算,為畢業設計打好基礎。建議學時58學時。充分利用我院仿真實訓基地,增加仿真實驗內容,通過單元操作仿真,加強理論知識的理解和掌握,使學生掌握各個基本單元過程的操作控制和調節方法,培養分析和解決生產操作中各種工程技術問題的能力。仿真實驗教學內容:①釜式反應器仿真實驗(4學時);②管式反應器仿真實驗(4學時);③固定床反應器仿真實驗(4學時);④流化床反應器仿真實驗(4學時)。我院實習實訓基地已經建成,并且配套了各種反應器,包括釜式反應器,管式反應器,固定床反應器、流化床反應器等,因此可以在理論教學的基礎上,增加單元現場操作實驗,使學生對生產設備具備實際操作流程各工序及相關技能得到訓練,以便學生日后能對現行的工業生產過程進行管理,確保裝置設備正常運轉;反應器操作實驗教學內容:①釜式反應器技能操作(4學時);②固定床反應器技能操作(4學時);③流化床反應器技能操作(4學時)。

3創新考核方式

打破原有期末閉卷筆試的模式,采用半開卷筆試與實際操作相結合的考核方式。(1)半開卷筆試(100分)主要考察學生對反應器設計的理解與掌握能力。以試卷形式分兩部分進行考核,理論知識部分閉卷筆試(50min),反應器設計計算部分開卷筆試(50min),給定學生一個設計項目,學生自我發揮,寫出設計思路,并進行相應的計算。(2)實際操作(100分)主要考察學生單元操作過程的正常運行、操作調節、事故處理等能力。在我院實訓基地進行考核。學生以3~5人為一組,隨機抽題(包括釜式反應器,管式反應器,固定床反應器,流化床反應器技能操作),分工協作進行操作、測試數據,教師根據學生操作熟練程度及是否按照操作規程進行等打分。

化學反應論文:探究化學反應條件及催化劑的作用

1化學反應的影響因素

化學反應是一個復雜的過程,在反應過程中容易受到不同因素的影響。及時,化學反應會受到濃度的影響。一般情況下當其他條件不變的情況時濃度越大,反應速率越大,化學平衡會向正向轉移。第二,化學反應會受到壓強的影響。一般情況下當其他條件不變的情況時壓強越大,反應速率越大,化學平衡會向氣態物質系數小的方向轉移。這一反應影響條件是針對氣體反應的,增大壓強相當于增大了單位體積內氣體的濃度,一次化學反應的反應速率就會隨著壓強的增大而變快。第三,化學反應會受到溫度的影響。一般情況下當其他條件不變的情況時溫度升高,反應速率會增大,化學平衡會向吸熱方向轉移。實踐證明,溫度的變化可以影響到一切的化學反應的反應速率,只是影響程度會有所差異。第四,化學反應會受到催化劑的影響。一般情況催化劑對化學平衡不會產生影響,也不參與化學反應,在反應前后其質量和組成是不變的。它加入的目的就是改變化學反應的反應速率。通常正催化劑都會加速化學反應的反應速率。此外,光、反應固體物顆粒大小、溶劑等也會影響到化學反應的反應速率。其中溫度和催化劑的影響比較明顯、具有很大的實用價值。如在工業合成氨中,會使用鐵做催化劑,加快化學反應的反應速率,提高氨的生成速度。

2化學反應中催化劑的作用

2.1催化劑的類型

在化學反應中,催化劑雖不參與化學反應,但它會與反應物發生作用,加快了化學反應的反應速率,使化學反應變得更為劇烈。首先,催化劑不參與化學反應,即化學反應前后催化劑的質量、物質結構不會發生任何的改變。其次,催化劑會改變反應的速率,甚至可使反應的速率提高上萬億倍,大大提高了工業生產中化學反應應用的效率,提高了單位時間內產品的產量,創造了企業的經濟效益。催化劑的類型多樣,按催化過程可分為均相催化劑和多項催化劑;按催化劑的反應類型可分為氧化還原催化劑、酸堿催化劑和配位催化劑。按物質類型可分為過度金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、酸堿催化劑和金屬絡物催化劑。隨著工業的發展,人類環保意識的增強,對工業生產中的化學反應的要求也越來越高,產生了從環保角度出發的綠色化學,如燃煤中加入生石灰反應,減少了煤燃燒過程中二氧化硫的排放。在綠色化學中很大一部分就是通過催化劑的合理利用來減少和排除工業生產對環境的污染、破壞,隨之相應產生了綠色催化劑。

2.2催化劑的作用

在現代工業生產中,催化劑起到了巨大的作用,促進了工業的發展和工業生產的效率,催化劑的研究和使用時當今世界熱點,據統計有80%以上的工業生產化學反應都會用到催化劑。首先,催化劑的使用降低了工業生產的成本。一方面,催化劑的使用使工業生產中的化學反應更為充分,降低了工業生產的原料損耗,提高了生產效率。另一方面催化劑加快了化學反應的速度,提高了單位時間內工業生產的生產量,節約了人力等成本,使企業在同一時間內生產了更多的產品,節約了生產消耗,為企業贏得了更多的利益。此外,一些催化劑的應用簡化了所需產品的加工工藝,使人類通過廉價的手段提取了高效益的能源、產品,創造了極大的社會效益。其次,催化劑的使用提高了企業的生產能力。如在工業合成氨的過程中,使用催化劑使合成氨的化學反應速率提升了上萬億被,大大的提高了企業的生產能力,為企業創造了更多的經濟價值和社會效益。再次,催化劑能控制化學反應生成的產物,如在乙烯與氧氣的反應中,使用PdCl-CuCl2做催化劑可以生成乙醛;而使用銀作催化劑則會生成環氧乙烷。因此,生產中可以通過催化劑控制化學反應的生成產物,獲取生產所想要得到的新物質。此外,對于復雜反應,催化劑可以有效的加快主反應的反應速率,對副反應起到一定的擬制作用,提高了生產中所需產物的收率。第四,催化劑改善了化學反應的條件,如一些反應本身要在高溫下進行,才能確保反應和反應速率化學反應,加入催化劑后可在常溫下進行并確保反應的速率;又如一些反應對設備的腐蝕性嚴重,采用催化劑后可改變發生的化學反應,降低了反應過程中對設備的腐蝕,并確保了生產的順利進行。可見催化劑的這一作用能有效改善企業化工生產中對生產設備的要求,較低了生產條件,為企業贏得了更多的利益。第五,催化劑的使用使更多的化學反應得以實現,拓展了工業生產中化學反應的原料來源,為企業的生產發掘出更多的資源。第六,催化劑擬制了一些化工生產中危害物品的生成,降低了化學反應對環境的污染。如工業生產鄰苯二酚過程中,采用酶E.Coli做催化劑,使產物的生成定向為鄰苯二酚,避免了化學反應生產過程中的副產品的產生和廢棄物的生成,有效的保護了環境。

3化學反應和催化劑應用的研究趨向

化學反應對人類的貢獻是有目共睹的,但化學反應造成的環境污染等負面影響也是不容忽視的,隨著環境問題的日益惡化,人類的環保意識逐漸增強。早在二十世紀時人們就提出了綠色化工,隨著人類對化學反應及催化劑使用研究的深入,目前人類已掌握了很多提高化學反應效率,減少環境污染的措施,并將其運用到工業化工生產中,實現了化學反應對人類的無害服務。同時,人們利用化學反應不斷的開發新的能源,如在催化劑作用下將煤炭資源轉化為液體燃料,增強了能源的利用效率,還降低了煤炭不充分燃燒所帶來的環境污染問題。因此,未來化學反應與催化劑應用的研究方向就是綠色化工、能源化工。隨著科技的發展,人類必將實現化學反應的無公害、無污染,并充分的利用催化劑等手段,拓展人類對能源原料的需求,進一步促進人類文明的發展。

4結語

化學反應廣泛的存在于人類的生產、生活中,為人類社會的發展和進步作出了突出貢獻。從日常生活到工業生產,從鋼鐵冶煉到航天、航空工業的發展,處處都要依靠化學反應來實現。自然界存在著大量的物質資源,為人類的生存和發展提供了保障。但這些資源的直接利用或初加工利用都會帶來一定的資源浪費和環境污染等問題,此外一些資源的狀態人類還無法加以利用。化學反應從自然資源中制造出新的資源、能源為人類所用,為人類的生存和發展提供了極大支持。同時,催化劑的應用具有加速化學反應、提高化學反應效益等作用,極大的方便了人類利用化學反應進行生產的目的。隨著人們對化學反應和催化劑應用研究的不斷深入和擴展,化工生產將為人類社會創造更多的財富,實現無污染、無公害的為人類社會的發展服務。

化學反應論文:對化學反應工程實踐教學的改革與探索

化學反應過程是化工生產過程的核心,流程中反應器的投資不一定較大,但反應器的設計精度、操作控制精度均要高于其它設備,是決定最終產品產量和質量的關鍵部位。化學反應工程是一門研究工業反應過程的開發和反應器設計、優化、放大的工程學科。目標是通過學習培養學生分析、解決工業反應器設計、操作和控制中遇到的實際工程問題的能力。化學反應工程是人類從科學實驗和生產實踐中總結發展起來的,它離不開科學實驗和生產實踐。學生在學習時普遍感到理論抽象、數學推導繁瑣、工程問題多,不少學生認為化學反應工程課程是大學中最難學習的課程之一。本科生的工程背景知識不足,僅靠理論教學難易將反應工程基本原理與工業反應過程有效結合,難易將知識內化為學生的能力。開好這樣一門課程,改革實踐教學是深化書本理論知識、強化工程應用能力的有效途徑之一。為此,青海大學化工學院(以下簡稱“我院”)在加強實踐性教學方面進行了一系列的探索,采取加大課程實驗、開設課程設計、開展反應器操作仿真實訓、鼓勵學生參加科研活動等一系列改革措施,取得良好的教學效果,顯著加深了學生對化學反應工程基本原理的理解,有效提高了學生在反應器設計、科學實驗研究、反應器操作等方面的實踐動手能力。

一、開設課程設計、培養學生應用知識和反應器優化設計的能力

我院開設了為期2周的化學反應工程課程設計,要求每個學生獨立完成硫酸轉化器設計,采用二轉二吸中的“3+1”或“2+2”式工藝、四段間接換熱絕熱式固定床催化反應器。每個學生的設計規模、進一段的原料氣組成、凈化率、轉化率、吸收率不相同,學生自己查閱文獻資料、查找設計方法、搜集計算公式、選擇工藝參數進行設計。完成后撰寫設計說明書,內容包括設計任務書、目錄、設計方案簡介、工藝計算、設計結果匯總、設計評述與討論、參考文獻,等等。設計過程中學生之間廣泛討論,商討設計方法,學習氛圍濃厚。雖然過程相似,但設計條件不同,每個學生都要單獨完成自己的設計任務。通過該課程設計,學生對固定床催化反應器的形式和特點,固體催化劑的性能、內擴散有效因子的概念和計算方法,平衡溫度、平衡溫度曲線的概念和繪圖方法,溫度、溫度曲線的概念和繪圖方法,各段進出口溫度、進出口轉化率的分配方法,利用本征動力學方程,通過數值積分計算反應時間的方法,催化劑用量的計算及校正方法,反應器直徑、高度及其它附件尺寸的計算方法等知識點,有了深刻的理解和較好的掌握。

二、逐步加大實驗、鞏固所學知識、培養實驗動手能力

對于化學反應工程這種實踐性很強的工程學科來說,實驗是學生參加實踐獲取知識所必需的學習途徑。而化學反應工程的主要研究方法也是應用理論推演和實驗研究工業反應過程的規律而建立的數學模型方法。所以教會學生如何建立各類實驗反應器,如何進行實驗設計、反應條件選擇和數據處理非常有用。為此在課程建設中,我院通過專業實驗課、綜合設計型實驗課,逐步加大與化學反應工程有關的實驗。目前開設多釜串聯流動特性的測定、管式反應器流動特性測定兩個驗證型實驗;開設乙酸乙脂水解反應動力學的測定、乙醇催化裂解制乙烯反應動力學測定、乙苯脫氫制苯乙烯、反應精餾制乙酸乙酯等四個綜合設計型實驗。通過實驗,學生對返混、脈沖法、階躍法的概念以及停留時間分布的測定方法,多釜串聯模型、軸向混合模型的流動特性,理想流動反應器與實際反應器停留時間分布的區別,連續均相流動反應器的非理想流動情況及產生返混原因,全混釜中連續操作條件下反應器內測定均相反應動力學的原理和方法,反應精餾與常規精餾的區別,連續流動反應體系中氣——固相催化反應動力學的實驗研究方法,溫度、濃度、進料流量對不同反應結果的影響,轉化率、選擇性及收率的概念及計算方法等知識點,有了透徹的理解。課堂上學習的理論知識,不但在實驗中得到驗證和鞏固,而且得到了應用,掌握了反應動力學的實驗測定和相關設備的使用方法。

三、開展仿真實訓、培養實踐操作能力

我院以前有四周生產實習,實習中遇到企業為了安全和效益等因素不允許學生親自動手操作時,學生得不到實際操作設備的鍛煉機會;一般實習一個化工產品的生產過程,學生掌握了工藝流程、生產原理之后,實習后期學習興趣、主動性降低,影響實習效果等問題。而且目前大部分化工企業采用DCS控制,技術員主要在控制室通過電腦操作控制生產過程。隨著信息時代的到來,計算機仿真技術的應用越來越廣泛,采用仿真技術將復雜的工業反應過程虛擬化,從而在計算機上以“慢速”再現反應過程及變化特征,將“抽象”化為“形象”,動態演示工業生產過程。并且,仿真實訓具有無消耗、無污染、可重復操作等優點。為此我院購買了北京東方仿真軟件技術有限公司的化工培訓軟件,在校內建立仿真實驗室,開展仿真實訓教學。將以前四周全在企業的生產實習改為前兩周在企業生產現場實習,后兩周在校仿真實驗室開展仿真實訓。目前我院開設的與化學反應工程有關的仿真實習項目有固定床反應器單元、流化床反應器單元、間歇反應釜單元,以及30萬噸合成氨生產工藝中的反應部分、甲醇生產工藝中的反應部分,等等。學生要進行冷態開車操作、正常生產操作、停車操作、故障處理操作,以及單人單工段、多人單工段、多人多工段等操作環節的實訓。通過仿真操作訓練對于學生了解化工反應過程、以及工藝和控制系統的動態特性、提高對化工生產過程的運行和控制能力具有特殊效果。這種運行、調整和控制能力,集中反映了學生運用理論知識解決實際問題的水平。所以,仿真訓練是運用高科技手段強化學生掌握知識和理論聯系實際的新型教學方法。

四、參與科研活動、培養創新能力

鼓勵和指導學生參與科研活動,培養創新能力,是我院進行的又一項加強實踐教學的改革措施。引導學生積極申報國家大學生創新型實驗 計劃項目、青海大學“大學生科技創新基金項目”、吸納學生參加教師的科研項目,結合畢業論文實驗,給學生提出難度、深度和工作量相對適中的課題,或從教師承擔的科研項目中分出一部分專題,讓學生在教師的指導下開展研究工作。經過多年努力,目前我院化學工程系近30%的學生參與科研活動。參與完成了粒狀吸附劑制備、沸石吸附性能表征、反應沉淀法分離油田水中的鈣鎂離子、處理鋅冶煉廢水的中試反應器設計、屠宰廢棄物發酵反應條件優化、固相反應法制備硫酸鋅、化學沉淀法分離鹽湖鹵水中的鈣鎂離子等與化學反應工程知識有關的課題。使學生接觸和了解部分學科前沿知識和研究動態,拓寬了學生的視野。科研中探索出的新思路、新方法、新對策,啟迪與開拓了學生的創新意識。

實踐教學是理論教學的補充和升華,我院為加強實踐教學采取的一系列改革措施,深受廣大學生的歡迎和積極參與,取得了良好的教學效果。學無止境,只有繼續改革與探索,才能進一步提高人才培養的質量。

化學反應論文:提升《化學反應工程》教學水平的創新策略方法

化學反應工程這門學科主要是針對工業規模化學反應過程的優化設計與控制進行研究的。它的綜合性非常強,涉及的知識面也非常廣,因此對于教學的要求就顯得非常的高,是化工專業的一門重點專業學科。針對各方面要求都比較高的一門專業學科,老師如何教好這門課程,如何能讓學生學到課程的精髓,需要老師在多年的工作教學中,不斷總結各種教學經驗來提升教學水平。筆者通過多年的工作經驗,總結了如下提升《化學反應工程》教學水平的創新策略方法。

一、加強問題教學法與案例教學法的使用

教學方法的改進對于教學水平的提高具有重要的作用。在多年的教學工作中,發現問題教學法和案例教學法對于教學水平的提升效果明顯。因此,在化學反應工程課的教學中,要加強問題教學法與案例教學法的使用。

問題教學法是指圍繞問題展開教學雙方互動。一般的思路就是:首先提出問題,接著思考并討論問題,然后經過相互討論找出答案,進行歸納總結。舉例說明:在教授多級CSTR串聯的計算和優化時,我們可以提出如下問題:如何求解串聯體系的轉化率。針對這個問題,老師和學生展開討論,然后學生利用所學知識點已經討論的結果來尋求答案,老師對問題進行歸納總結。通過這個過程,運用問題教學法進行教學,不但活躍了課堂氣氛,還深化了學生對于學習知識的認識。

所謂案例教學法就是運用實踐中的實際案例來分析所學知識,做到學以致用,加強學生對于所學知識的認識。其教學過程一般為:首先進行案例的描述,接著讓學生進行嘗試性的解決,老師在此過程中設置懸念,然后再進行這方面的理論知識學習,就行方案的剖析。舉例說明:講授反應器中的混合及對反應的影響這章時我們可以充分利用案例教學法,通過案例教學法啟發學生學會根據所測得的停留時間分布情況以及如何解決實際的工程操作以及設計問題。

二、加強課堂教學和實驗教學的結合

對于化學反應工程這門學科來講,它是一門理論性和實踐性都很強的學科,所以必須要加強課堂教學和實驗教學的結合。通過理論和實際的結合,讓學生深入學習其理論知識,并能通過實驗學到更多的實際知識,為以后的工作打下良好的基礎。

為此,對于學校來說,要針對化學反應工程這門學科,來增加硬件設施,給學生提供良好的實踐場所。比如學校可以配備如下實驗裝置:固定床反應器、多釜串聯反應器以及流體床反應器等等。這樣在講解了相關的理論知識之后,可以在實驗裝置上進行實驗,讓學生親身體會到這個過程,這樣就能提高學生對理論的深入了解,同時也強化了其動手能力。另外,老師可以階段性地給學生設置一些設計實驗課程,讓學生經常進入實驗室進行試驗,不僅能夠很好地檢驗學生對于理論知識的掌握情況,還能解決其在學習中常遇到的問題。

三、教學中要密切聯系學科發展的前沿

化學反應工程學是一門不斷發展的學科,知識量也在不斷的增多。所以,在教授化學反應工程學時,要密切聯系學科發展的前沿,這對于學生以后的工作具有非常重要的意義,也是提升化學反應工程教學水平的一種創新方法。目前,化學反應工程發展呈現如下趨勢:及時,考察現象的時空尺度向兩級發展,這種現象主要體現在兩個方面,一方面隨著各種試驗儀器的快速發展,觀察事物的尺度也變得越來越小,這就讓我們更加容易了解事物的本質;另一方面時空考慮的尺度逐漸增大,并開始在更大范圍考慮諸如可持續性發展這方面的問題。第二,研究重點從各類大宗化學品逐漸向各種產量較少的專用品方向發展,這也是近年來大宗化學品不斷飽和而導致的。而我國還沒有完成從各類大宗化學品向各種產量較少的專用品方向發展的轉變,不過也在逐步變化中,多種小產量、高附加值的專用產品越來越受重視。第三,隨著科學技術與計算機技術的不斷發展,以往各種相對困難的理論知識也得到了相應的解決,比如非線性分析問題隨著計算機技術的發展也逐漸變成可能。這些疑難問題的逐步解決有利于化學反應工程學科的發展。第四,對于化學反應工程學科,已經由過程導向性學科向產品導向性學科發展,化學反應工程學科的主要研究目標也有追求時空效率和物能利用的較大化向以產品結構和性能的可控化方向拓展。因此,為了更好地學習該課程,必須在教學中密切聯系學科前沿知識。

四、加強教師自身修養

要想提升化學反應工程教學水平,教師水平的提高必不可少。教師自身修養如果上不去,其他教學方面配套再完善,也無濟于事。為了提升教師的自身修養和化學化工相關專業知識能力,必須做到以下幾點:及時,制訂短期培訓班,內容包括專業知識的培訓以及自身素質的培訓。第二,各個學校之間加強學科聯系,老師之間應多溝通,多觀摩學習,多切磋,尋找出最適合學生的教學與方法。第三,促進學校與相關企業進行交流與合作,讓老師有機會進入工廠參觀與學習,深入了解企業的一些基本運作模式,運用所學知識,理論與實踐相結合,在很大程度上起到事半功倍的作用。由此可見,通過這些方面的提升,不斷地加強老師的能力,對于課程的教學也是非常有益的。

五、開設專題講座

專題講座可以開拓學生的視野,提升學生解決問題的能力。因此我們要定期開設與化學反應工程學科相關的專題講座,這些專題講座可以是一些前言知識也可以是一些實際的生產實例。在講座中積極引導學生進行討論,通過專題講座這一形式,來提升學生解決問題的能力。由此可見,開設專題講座,可以強化理論與生產實際的聯系,是提升化學反應工程學科教學水平的好方法。

綜上所述,要想提升化學反應工程學科的教學水平,需要學校和任課老師不斷努力,通過各種創新策略方法,提升學生的學習興趣,真正讓學生從課程學習中學到實際的本領,為以后的工作打下堅定的基礎。

化學反應論文:化學反應工程實踐教學的改革與探索

化學反應過程是化工生產過程的核心,流程中反應器的投資不一定較大,但反應器的設計精度、操作控制精度均要高于其它設備,是決定最終產品產量和質量的關鍵部位。化學反應工程是一門研究工業反應過程的開發和反應器設計、優化、放大的工程學科。目標是通過學習培養學生分析、解決工業反應器設計、操作和控制中遇到的實際工程問題的能力。化學反應工程是人類從科學實驗和生產實踐中總結發展起來的,它離不開科學實驗和生產實踐。學生在學習時普遍感到理論抽象、數學推導繁瑣、工程問題多,不少學生認為化學反應工程課程是大學中最難學習的課程之一。本科生的工程背景知識不足,僅靠理論教學難易將反應工程基本原理與工業反應過程有效結合,難易將知識內化為學生的能力。開好這樣一門課程,改革實踐教學是深化書本理論知識、強化工程應用能力的有效途徑之一。為此,青海大學化工學院(以下簡稱“我院”)在加強實踐性教學方面進行了一系列的探索,采取加大課程實驗、開設課程設計、開展反應器操作仿真實訓、鼓勵學生參加科研活動等一系列改革措施,取得良好的教學效果,顯著加深了學生對化學反應工程基本原理的理解,有效提高了學生在反應器設計、科學實驗研究、反應器操作等方面的實踐動手能力。

一、開設課程設計、培養學生應用知識和反應器優化設計的能力

我院開設了為期2周的化學反應工程課程設計,要求每個學生獨立完成硫酸轉化器設計,采用二轉二吸中的“3+1”或“2+2”式工藝、四段間接換熱絕熱式固定床催化反應器。每個學生的設計規模、進一段的原料氣組成、凈化率、轉化率、吸收率不相同,學生自己查閱文獻資料、查找設計方法、搜集計算公式、選擇工藝參數進行設計。完成后撰寫設計說明書,內容包括設計任務書、目錄、設計方案簡介、工藝計算、設計結果匯總、設計評述與討論、參考文獻,等等。設計過程中學生之間廣泛討論,商討設計方法,學習氛圍濃厚。雖然過程相似,但設計條件不同,每個學生都要單獨完成自己的設計任務。通過該課程設計,學生對固定床催化反應器的形式和特點,固體催化劑的性能、內擴散有效因子的概念和計算方法,平衡溫度、平衡溫度曲線的概念和繪圖方法,溫度、溫度曲線的概念和繪圖方法,各段進出口溫度、進出口轉化率的分配方法,利用本征動力學方程,通過數值積分計算反應時間的方法,催化劑用量的計算及校正方法,反應器直徑、高度及其它附件尺寸的計算方法等知識點,有了深刻的理解和較好的掌握。

二、逐步加大實驗、鞏固所學知識、培養實驗動手能力

對于化學反應工程這種實踐性很強的工程學科來說,實驗是學生參加實踐獲取知識所必需的學習途徑。而化學反應工程的主要研究方法也是應用理論推演和實驗研究工業反應過程的規律而建立的數學模型方法。所以教會學生如何建立各類實驗反應器,如何進行實驗設計、反應條件選擇和數據處理非常有用。為此在課程建設中,我院通過專業實驗課、綜合設計型實驗課,逐步加大與化學反應工程有關的實驗。目前開設多釜串聯流動特性的測定、管式反應器流動特性測定兩個驗證型實驗;開設乙酸乙脂水解反應動力學的測定、乙醇催化裂解制乙烯反應動力學測定、乙苯脫氫制苯乙烯、反應精餾制乙酸乙酯等四個綜合設計型實驗。通過實驗,學生對返混、脈沖法、階躍法的概念以及停留時間分布的測定方法,多釜串聯模型、軸向混合模型的流動特性,理想流動反應器與實際反應器停留時間分布的區別,連續均相流動反應器的非理想流動情況及產生返混原因,全混釜中連續操作條件下反應器內測定均相反應動力學的原理和方法,反應精餾與常規精餾的區別,連續流動反應體系中氣——固相催化反應動力學的實驗研究方法,溫度、濃度、進料流量對不同反應結果的影響,轉化率、選擇性及收率的概念及計算方法等知識點,有了透徹的理解。課堂上學習的理論知識,不但在實驗中得到驗證和鞏固,而且得到了應用,掌握了反應動力學的實驗測定和相關設備的使用方法。

三、開展仿真實訓、培養實踐操作能力

我院以前有四周生產實習,實習中遇到企業為了安全和效益等因素不允許學生親自動手操作時,學生得不到實際操作設備的鍛煉機會;一般實習一個化工產品的生產過程,學生掌握了工藝流程、生產原理之后,實習后期學習興趣、主動性降低,影響實習效果等問題。而且目前大部分化工企業采用DCS控制,技術員主要在控制室通過電腦操作控制生產過程。隨著信息時代的到來,計算機仿真技術的應用越來越廣泛,采用仿真技術將復雜的工業反應過程虛擬化,從而在計算機上以“慢速”再現反應過程及變化特征,將“抽象”化為“形象”,動態演示工業生產過程。并且,仿真實訓具有無消耗、無污染、可重復操作等優點。為此我院購買了北京東方仿真軟件技術有限公司的化工培訓軟件,在校內建立仿真實驗室,開展仿真實訓教學。將以前四周全在企業的生產實習改為前兩周在企業生產現場實習,后兩周在校仿真實驗室開展仿真實訓。目前我院開設的與化學反應工程有關的仿真實習項目有固定床反應器單元、流化床反應器單元、間歇反應釜單元,以及30萬噸合成氨生產工藝中的反應部分、甲醇生產工藝中的反應部分,等等。學生要進行冷態開車操作、正常生產操作、停車操作、故障處理操作,以及單人單工段、多人單工段、多人多工段等操作環節的實訓。通過仿真操作訓練對于學生了解化工反應過程、以及工藝和控制系統的動態特性、提高對化工生產過程的運行和控制能力具有特殊效果。這種運行、調整和控制能力,集中反映了學生運用理論知識解決實際問題的水平。所以,仿真訓練是運用高科技手段強化學生掌握知識和理論聯系實際的新型教學方法。

四、參與科研活動、培養創新能力

鼓勵和指導學生參與科研活動,培養創新能力,是我院進行的又一項加強實踐教學的改革措施。引導學生積極申報國家大學生創新型實驗 計劃項目、青海大學“大學生科技創新基金項目”、吸納學生參加教師的科研項目,結合畢業論文實驗,給學生提出難度、深度和工作量相對適中的課題,或從教師承擔的科研項目中分出一部分專題,讓學生在教師的指導下開展研究工作。經過多年努力,目前我院化學工程系近30%的學生參與科研活動。參與完成了粒狀吸附劑制備、沸石吸附性能表征、反應沉淀法分離油田水中的鈣鎂離子、處理鋅冶煉廢水的中試反應器設計、屠宰廢棄物發酵反應條件優化、固相反應法制備硫酸鋅、化學沉淀法分離鹽湖鹵水中的鈣鎂離子等與化學反應工程知識有關的課題。使學生接觸和了解部分學科前沿知識和研究動態,拓寬了學生的視野。科研中探索出的新思路、新方法、新對策,啟迪與開拓了學生的創新意識。

實踐教學是理論教學的補充和升華,我院為加強實踐教學采取的一系列改革措施,深受廣大學生的歡迎和積極參與,取得了良好的教學效果。學無止境,只有繼續改革與探索,才能進一步提高人才培養的質量。轉貼

化學反應論文:化學反應條件及催化劑的作用

1化學反應的影響因素

化學反應是一個復雜的過程,在反應過程中容易受到不同因素的影響。及時,化學反應會受到濃度的影響。一般情況下當其他條件不變的情況時濃度越大,反應速率越大,化學平衡會向正向轉移。第二,化學反應會受到壓強的影響。一般情況下當其他條件不變的情況時壓強越大,反應速率越大,化學平衡會向氣態物質系數小的方向轉移。這一反應影響條件是針對氣體反應的,增大壓強相當于增大了單位體積內氣體的濃度,一次化學反應的反應速率就會隨著壓強的增大而變快。第三,化學反應會受到溫度的影響。一般情況下當其他條件不變的情況時溫度升高,反應速率會增大,化學平衡會向吸熱方向轉移。實踐證明,溫度的變化可以影響到一切的化學反應的反應速率,只是影響程度會有所差異。第四,化學反應會受到催化劑的影響。一般情況催化劑對化學平衡不會產生影響,也不參與化學反應,在反應前后其質量和組成是不變的。它加入的目的就是改變化學反應的反應速率。通常正催化劑都會加速化學反應的反應速率。此外,光、反應固體物顆粒大小、溶劑等也會影響到化學反應的反應速率。其中溫度和催化劑的影響比較明顯、具有很大的實用價值。如在工業合成氨中,會使用鐵做催化劑,加快化學反應的反應速率,提高氨的生成速度。

2化學反應中催化劑的作用

2.1催化劑的類型

在化學反應中,催化劑雖不參與化學反應,但它會與反應物發生作用,加快了化學反應的反應速率,使化學反應變得更為劇烈。首先,催化劑不參與化學反應,即化學反應前后催化劑的質量、物質結構不會發生任何的改變。其次,催化劑會改變反應的速率,甚至可使反應的速率提高上萬億倍,大大提高了工業生產中化學反應應用的效率,提高了單位時間內產品的產量,創造了企業的經濟效益。催化劑的類型多樣,按催化過程可分為均相催化劑和多項催化劑;按催化劑的反應類型可分為氧化還原催化劑、酸堿催化劑和配位催化劑。按物質類型可分為過度金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、酸堿催化劑和金屬絡物催化劑。隨著工業的發展,人類環保意識的增強,對工業生產中的化學反應的要求也越來越高,產生了從環保角度出發的綠色化學,如燃煤中加入生石灰反應,減少了煤燃燒過程中二氧化硫的排放。在綠色化學中很大一部分就是通過催化劑的合理利用來減少和排除工業生產對環境的污染、破壞,隨之相應產生了綠色催化劑。

2.2催化劑的作用

在現代工業生產中,催化劑起到了巨大的作用,促進了工業的發展和工業生產的效率,催化劑的研究和使用時當今世界熱點,據統計有80%以上的工業生產化學反應都會用到催化劑。首先,催化劑的使用降低了工業生產的成本。一方面,催化劑的使用使工業生產中的化學反應更為充分,降低了工業生產的原料損耗,提高了生產效率。另一方面催化劑加快了化學反應的速度,提高了單位時間內工業生產的生產量,節約了人力等成本,使企業在同一時間內生產了更多的產品,節約了生產消耗,為企業贏得了更多的利益。此外,一些催化劑的應用簡化了所需產品的加工工藝,使人類通過廉價的手段提取了高效益的能源、產品,創造了極大的社會效益。其次,催化劑的使用提高了企業的生產能力。如在工業合成氨的過程中,使用催化劑使合成氨的化學反應速率提升了上萬億被,大大的提高了企業的生產能力,為企業創造了更多的經濟價值和社會效益。再次,催化劑能控制化學反應生成的產物,如在乙烯與氧氣的反應中,使用PdCl-CuCl2做催化劑可以生成乙醛;而使用銀作催化劑則會生成環氧乙烷。因此,生產中可以通過催化劑控制化學反應的生成產物,獲取生產所想要得到的新物質。此外,對于復雜反應,催化劑可以有效的加快主反應的反應速率,對副反應起到一定的擬制作用,提高了生產中所需產物的收率。第四,催化劑改善了化學反應的條件,如一些反應本身要在高溫下進行,才能確保反應和反應速率化學反應,加入催化劑后可在常溫下進行并確保反應的速率;又如一些反應對設備的腐蝕性嚴重,采用催化劑后可改變發生的化學反應,降低了反應過程中對設備的腐蝕,并確保了生產的順利進行。可見催化劑的這一作用能有效改善企業化工生產中對生產設備的要求,較低了生產條件,為企業贏得了更多的利益。第五,催化劑的使用使更多的化學反應得以實現,拓展了工業生產中化學反應的原料來源,為企業的生產發掘出更多的資源。第六,催化劑擬制了一些化工生產中危害物品的生成,降低了化學反應對環境的污染。如工業生產鄰苯二酚過程中,采用酶E.Coli做催化劑,使產物的生成定向為鄰苯二酚,避免了化學反應生產過程中的副產品的產生和廢棄物的生成,有效的保護了環境。

3化學反應和催化劑應用的研究趨向

化學反應對人類的貢獻是有目共睹的,但化學反應造成的環境污染等負面影響也是不容忽視的,隨著環境問題的日益惡化,人類的環保意識逐漸增強。早在二十世紀時人們就提出了綠色化工,隨著人類對化學反應及催化劑使用研究的深入,目前人類已掌握了很多提高化學反應效率,減少環境污染的措施,并將其運用到工業化工生產中,實現了化學反應對人類的無害服務。同時,人們利用化學反應不斷的開發新的能源,如在催化劑作用下將煤炭資源轉化為液體燃料,增強了能源的利用效率,還降低了煤炭不充分燃燒所帶來的環境污染問題。因此,未來化學反應與催化劑應用的研究方向就是綠色化工、能源化工。隨著科技的發展,人類必將實現化學反應的無公害、無污染,并充分的利用催化劑等手段,拓展人類對能源原料的需求,進一步促進人類文明的發展。

4結語

化學反應廣泛的存在于人類的生產、生活中,為人類社會的發展和進步作出了突出貢獻。從日常生活到工業生產,從鋼鐵冶煉到航天、航空工業的發展,處處都要依靠化學反應來實現。自然界存在著大量的物質資源,為人類的生存和發展提供了保障。但這些資源的直接利用或初加工利用都會帶來一定的資源浪費和環境污染等問題,此外一些資源的狀態人類還無法加以利用。化學反應從自然資源中制造出新的資源、能源為人類所用,為人類的生存和發展提供了極大支持。同時,催化劑的應用具有加速化學反應、提高化學反應效益等作用,極大的方便了人類利用化學反應進行生產的目的。隨著人們對化學反應和催化劑應用研究的不斷深入和擴展,化工生產將為人類社會創造更多的財富,實現無污染、無公害的為人類社會的發展服務。

化學反應論文:化學反應中化工技術的重要性

1化學反應應用中化學原料的重要性分析

在化工生產中,化學原料的選擇會根據化學反應的需要為標準。然而,在實驗室中,就可以非常容易的發現。即便生成一種物質,其化學原料可以有許多種選擇。例如氧氣的產生,可以采用很多種方法。在實驗室中,并不會去要求特別嚴格,也就是以經濟安全為主。而在實際的化工生產中,就要考慮很以方面。首先,化工生產要以經濟為及時原則,即開辦化工場首先要盈利,其次要考慮到原料的節約,即以最小的代價換取較大的利潤。此外,有一點也是非常重要的一點,要符合當前世界的主流———節能環保。對于化工生產而言,節能是一個難題,而環保則更是大難題。尤其是一些過濾以及電鍍等行業中的化工技術,處理結束后會產生大量的廢水。這些廢水中富含大量的重金屬以及具有危險的化學物質。一旦污染了飲用水或者是水源,對人類以及生態的影響都是非常巨大的。因此,在化工生產中,化學反應中原料的選擇是非常重要的,在化工生產中也占據一定的重要位置。

(1)納米原料在化學反應應用化工技術的重要性分析。納米是當代高端的技術,其接近微觀的技術使得很多領域都有了突飛猛進的發展。在化工技術中,納米原料也得到了應用。納米的優良特性很多,表面以及內部結構等都有著其他材料不可替代的優勢。尤其是在涂層的防護方面,納米原料可以降低溶解性,并有效隔離紫外線等外在的侵擾。在化工技術以及化工生產中,納米材料起到了非常大的抗輻射的作用,其應用前景樂觀,并進一步推動了化工技術中復合材料的發展與應用。

(2)化工技術中,催化劑是非常必要的。很多化學反應中都需要催化劑的使用,并且在大型的化工加工生產中,催化劑的作用更是不可小視。催化劑能夠有效地控制化學反應的時間,并直接影響著化學反應的效率以及速率。而在實際的化工生產中,化工技術要求催化劑的使用效率要非常高,才能滿足實際生產的標準。然而,在多數化工加工中,催化劑的效果往往都是無法滿足要求。這樣的現狀導致了化工原料的浪費,增加了環境污染等等。化工加工中,催化劑的使用好也是采用納米材料。這樣在催化時間的控制上,以及效果的呈現上都有了非常大的提高。

2化工技術中廢物處理相關的化學反應的重要性分析

化學反應的應用不僅僅是用來進行化工加工,即不是進行生產,對于環保的難題———廢物的處理問題同樣是非常重要的。在當今環保為主流的時代,化工技術方面對于廢物的處理是主要課題。化學反應的充分分析與利用,在實際中進行的對比分析,掌握了化學反應的條件,使用率,產出效果的同時,還要注意對于廢物的處理問題。長久以來,化工場的污染問題一直難以解決。主要原因在于:

(1)廢物處理過程復雜,同樣需要采用化學反應進行有毒有害物質的綜合。

(2)人們的環保意識不強,為了節約成本而不愿意去進行污染治理。以上2點分析中,可以對及時點進行重點分析,化工廠中危害較大的為廢水。廢水中含有大量的重金屬和有毒物質,需要進行處理。對于污水處理,應該安排專家,對廢水先進行抽樣化驗,分析水中含有的主要有害物質。然后再根據其化學反應原理,進行中和處理,將廢水中的有害物質沉淀,降低其危害程度,保障廢水無危害排放。

3結語

化學反應是化學工業的基礎,實驗室中的化學反應被轉移到生產車間就成為了化工。化工技術源于化學反應中的基本原理、基本條件以及客觀理論。化學反應是基礎,其中的理論原理作為生產的理論根基。其應用到化工技術中的時候,就會實現相輔相成的效果。不管是對于社會的重要價值,還是對于環境的污染,化工技術都要依托于化學反應的基本原理,從中尋找的利用率,以及的反應條件。此外,化學原料的選擇對于化工技術而言,也是至關重要的環節。總之,重視化學反應在化工技術中的應用,充分認識其重要性,才能保障化工技術以及化學工業的長久發展。

化學反應論文:化學反應平衡在臨醫學的應用

摘要：隨著社會的進步與科技的發展，我們的日常生活中越來越離不開化學的應用，可以說化學是人類社會發展的催化劑。現階段隨著人類對自身健康關注度的不斷升溫，以及臨床醫學研究的不斷深入，有很多案例顯示化學反應平衡在臨床醫學中具有重要的作用，在促進人體內環境平衡和某些疾病的治療上具有廣闊的研究前景，尤其是生物體中的微量元素，正因其微量，是生命活動中必不可少的元素，才具有重要的研究價值，并被廣泛應用到臨床醫學的各個科室。

關鍵詞：微量元素；化學反應平衡；臨床醫學

一、引言

化學與醫學的關系可謂是源遠流長，從古代中國的中醫，到現代的西醫，醫學上的每一項發展與進步都離不開化學。化學分析及合成技術的發展迅速推動了醫學的發展，同時醫學的發展進步又促進了化學的發展。追根到底，醫學研究的是人體，而人體內各項生命活動的基礎都是化學反應，當化學反應平衡被打破時，人體就會出現疾病，因此也就產生了臨床醫學，運用化學藥物或一定的治療手段以糾正紊亂了的化學反應。因此醫學的發展在某種意義上體現的是化學發展的水平，而化學的發展則是以醫學基本理論與人體正常的生命活動規律為前提的，二者相輔相成。

二、微量元素的定義

人是由細胞組成的，而細胞又是由是由元素組成的，從唯物論角度來看，世界是物質的，而有物質的存在就必然有元素。目前發現的人體一共有60多種元素，分別為宏量和微量元素，其中占機體總重量0.01%以下的成為微量元素，如鐵、銅、鋅、錳等，它們在體內的含量極低，但卻與人的生命活動和健康息息相關，發揮著不可或缺的作用。它們的攝入過多或者不足都會影響機體的化學反應平衡進而影響機體的新陳代謝，使內環境發生紊亂，久而久之出現疾病。因此，引起了臨床上對機體微量元素研究的熱潮。下面將列舉幾種常見的微量元素的日需量和機體內含量：

三、幾種常見微量元素對人體的作用

現在國外雜志上已有報道，如果機體攝入的鐵、鋅及銅的含量減少，機體的免疫防御功能將會減弱，增加了機體被細菌感染的概率。在近幾年的研究中發現，微量元素在防癌、抗病以及延長壽命等方面都具有重要意義。

（一）鐵在臨床醫學中的應用

正常成年男性體內的含鐵量約為3.0-5.1g,主要以絡離子的形式在血液內儲存，與蛋白質、血紅素等結合形成肌紅蛋白和血紅蛋白，進而具備儲氧和攜氧能力，隨血液循環為機體各組織提供氧氣，以供各組織器官的代謝需要。當機體內含鐵量下降時，此時體內氧和蛋白質反應的化學平衡就會被打破，血紅和肌紅蛋白的合成就會相應減少，機體就易患貧血。世衛組織調查顯示，缺鐵性貧血在所有貧血類型中占有很大比例，是最易發生的貧血類型，如若兒童發生就會呈現豆芽菜的體型。在臨床治療上，如若貧血程度較輕者，一般醫生建議通過食物糾正，比如多吃動物的肝臟等內臟，其次是蛋黃和瘦肉，此外還有許多蔬果類的也含有豐富的鐵質。若缺鐵程度較重的不能通過食物糾正，醫生就會給藥鐵劑，維生素B12等，使機體鐵含量恢復正常，進而重新實現正常的化學反應平衡。

（二）鋅在臨床醫學上的應用

鋅在體內的含量極低，但卻是多種物質必不可少的組成成分，同時也是許多化學反應的重要的催化劑。一旦機體缺鋅，很多物質不能正常合成同時很多化學反應也不能進行，許多體內的代謝就會發生紊亂。鋅對嬰幼兒及青少年的生長發育具有重要意義，如果在成長發育階段缺鋅，就可能出現缺鋅型侏儒癥，并使乙氨基酸合成障礙，出現食欲下降、厭食、挑食以及異食癥，因此一旦出現缺鋅癥狀，臨床醫生就會立即給鋅制劑，以快速糾正缺鋅的危害。此外體內鋅缺乏還會不同程度地損害機體的生殖及免疫系統。

（三）氟在臨床醫學上的應用

越來越多的科研資料顯示，氟對人體具有重要作用，尤其是對骨骼和牙齒的意義巨大，而體內的氟也主要在骨骼和牙齒中積聚，以促進鈣和磷的吸收和利用，從而加速骨骼的形成，并使其硬度增加。同時微量的氟還能對牙齒起到保護作用，含氟量降低不但會損害牙齒還會增加患口腔疾病的風險，因此臨床醫生常會建議病人使用含氟牙膏，飲用含氟水如葡萄酒、茶飲料等，食用含氟食物如海蜇、貝類等，以促進機體含氟化學反應在正常高度上重新實現平衡。此外含氟化合物在現代醫學領域也被廣泛應用，被用于麻醉、消炎等；以氟合成的類固醇、全氟聚合物具有優良的性能如耐久性、機械性和惰性等，因此是矯正外科病人植入物和替代血管組織的挑選，值得一提的是用于血管的PFC乳液是現代醫學的又一大飛躍。

（四）銅在臨床醫學上的應用

銅也是人體必不可少的微量元素，含量低但在體內分布范圍極廣，尤以心、肝、腦及腎中含量較高，體內的銅主要存在于紅細胞和血清中，參與人體的造血過程，是血紅蛋白合成的重要催化劑，同時也是一些反應金屬酶的重要組成部分。因此體內銅含量降低，有關銅參與的化學反應就會被阻斷或者其反應平衡就會被打破，從而機體的肌肉、神經及肝臟等器官組織中的新陳代謝就無法順利進行，人體便出現神經動作失調等癥狀；若發生在嬰幼兒，則會發生發育遲緩、肝脾病變等癥狀；若發生在成年則可能出現血管破裂導致內出血甚至骨骼脆弱等疾病，因此臨床出現缺銅病人時，醫生都會叮囑病人不可小視，多食肉類、蛋類、粗糧等含銅食物，程度較重的就會給銅制劑相關藥物，以快速糾正缺銅癥狀。

四、微量元素與臨床疾病研究

根據臨床調查顯示，有很多疾病的發生機制與體內微量元素相關。長期以來癌癥發生的根本原因一直是困擾臨床工作者的一大難題，通過對微量元素的研究，人們逐漸認識到，嚴重的空氣、飲用水及食物污染，造成了有害元素鉛、鎘、汞等在體內的過量蓄積，并會抑制機體必需元素的攝入及吸收，不僅打破機體的化學反應平衡，而且這些元素都是嚴重的致癌因素。但也正是通過對微量元素的研究，人們認識到硒是腫瘤的抑制劑，能有效抑制癌細胞的分裂增殖，進而控制肺癌及肝癌的發生發展；如上文所述鐵是治療缺鐵性貧血的藥物制劑，適量的鐵還能有效預防胃和食道癌的發生，但是機體內鐵缺乏或過量蓄積又會致使癌癥的發生。其次是心血管系統疾病的發生率近年來逐年上升，通過微量元素調查顯示，高血壓的發生與體內微量元素的平衡失調有密切關系，適量的鎂、鈣、鉀、鋅、鐵等微量元素能夠保持血液的弱堿性，硒、鉬、鎂等可改善血管的彈性，釩還具有降低血脂的作用，它們可協同降低血壓，而其穩態失衡就會增加高血壓的風險。

五、結語

社會發展及工業化的普及必然會給人們帶來生活方式的改變，間接影響到機體內微量元素的平衡狀態，嚴重的可產生許多疾病。如微量元素的缺乏，盡管微量元素在體內含量極低，也很少有是體內化學反應的底物，但一般都充當著催化劑或酶的作用，離開它們化學反應就很難順利進行，從而使組織器官的代謝發生障礙，致使疾病的產生；有害元素在體內的不正常蓄積，也會損害機體各個組織器官，影響器官功能，因此微量元素與人體健康有著密切的關系，在醫學上對其的研究不斷深入，在臨床上對其的關注也不斷升溫，總之化學反應平衡在臨床醫學的研究與應用范圍的不斷拓展，將有助于醫生對疾病的診斷與治療。

作者：彭欣怡 單位：綿陽外國語學校

化學反應論文:計算機在化學反應工程教學的應用

摘要：化學反應工程課程中，涉及到大量的數值計算、微積分運算及數學推導過程，學生在學習過程中普遍反饋該課程學習難度較大。本文根據化學反應工程的課程特點，以調動學生的學習興趣、豐富和深化教學內容、培養學生的分析問題解決問題能力為目的，闡述了在化學反應工程教學中應用計算機軟件的必要性。文章以動力學計算為例，應用Excel和Origin兩類軟件將該部分內容的理論知識與實踐有機的結合起來，巧妙的利用這兩類軟件調動學生的學習積極性并解決相關工程實際問題。

關鍵詞：化學反應工程；教學；計算機

引言

化學反應工程[1]是是教育部確定的化工類專業的主干課程之一，是以無機化工、有機化工、煤化工和石油化工生產過程中的化學加工過程為背景，按化學反應與動量、熱量、質量傳遞相互作用的共性歸納綜合的宏觀反應過程；是將化學反應原理與化工反應設備相結合的一門學科。化學反應工程既是一門專業課，同時，也是一門具有普遍指導意義的基礎性工程學科，它和工程實際密切相關，具有很強的理論性和應用性。該課程主要涵蓋反應動力學和反應器設計與分析兩個方面的內容。其中，化學反應動力學的測定需要對實驗結果進行分析、擬合，這些過程均需要進行大量的計算；在反應器的設計計算中，在確定數學模型時，涉及到微積分、數值計算等過程，計算繁瑣[2-3]。如能在教學過程中合理的應用計算機，將繁瑣的計算過程簡單化，并能將計算結果以圖示和表格的形式呈現出來，將會使這類問題迎刃而解。

1在化學反應工程教學中應用計算機的必要性

在計算機的應用過程中，計算機軟件起著非常重要的作用。計算機軟件是計算機技術的一個重要的方面。化學反應工程課程中計算及數據處理占據比重較大，在學習過程中，涉及到微積分計算、常微分方程求解、迭代運算等內容，需要學生分配大量的時間做相關的計算，這往往使得學生過分關注計算過程而忽略了反應器設計及分析的核心內容[4,5]。要發揮計算機在教學中的輔助功能，軟件是一個核心因素。常用的軟件除日常教學中熟知的PowerPoint、Word及多媒體播放工具等，具有強大數據處理能力的軟件在化學反應工程教學中更能發揮其優越性[6]。本文將以Excel和Origin兩類軟件為例來闡述計算機在反應工程教學中發揮的作用，將該課程的理論知識與實踐有機的結合起來，鍛煉教師在教學過程中應用計算機軟件的能力，巧妙的利用這兩類軟件調動學生的學習積極性并解決相關實際問題[7]。

2計算機在化學反應工程教學中的應用實例

化學反應工程的主要研究對象是工業反應器，即如何使化學反應在工業生產中有效地實現。這一過程的實現需要多方面的知識，其中化學動力學是所需的基礎知識之一[1]。2.1動力學方程本文以程序升溫條件下神華煤的水蒸汽氣化反應為例，進行氣化產物的動力學計算，將Excel和Origin兩類軟件應用在反應動力學這一章節的教學過程中。反應工程課程教學過程中，有這樣的結論：由阿倫尼烏斯方程對數式（式（1））可知，lnk對1/T為線性關系，此關系只適用于一定的溫度范圍，不能外推。雖大多數情況下，阿倫尼烏斯方程均能表示反應速率常數與溫度的關系，但某些情形下，lnk與1/T不成線性關系[1]。在教學過程中，直接得出此結論，學生沒有深刻的認知，如舉實例證明此結論，教學效果將更佳。2.2求解過程記錄實驗過程中神華煤程序升溫條件下水蒸汽氣化反應生成氣體H2的濃度隨溫度變化的值，將所得數據導入至Excel表格中。實驗條件如下：反應溫度范圍500-850℃，升溫速率2℃/min，每五分鐘記錄一組實驗數據。將記錄的H2濃度值用Excel的公式功能換算成H2的生成摩爾量并進一步計算出各個時刻對應的累積生成摩爾量。選取溫度范圍為610-730℃的點繪制曲線，并用Origin的線性擬合功能進行線性擬合（圖3），線性擬合結果截圖如圖4所示，擬合后直線斜率可視為-E/R，截距為ln(A/?)，線性擬合的相關度R2=0.993，線性度較好，說明所選取的動力學模型較符合神華煤的氣化反應特性。根據圖4數據計算可得神華煤在該程序升溫水蒸氣氣化過程中生成氣H2的活化能E值為150.2KJ/mol，指前因子A為7.623105，計算結果如表1所示。該數據可為反應器的優化和設計提供依據。通過以上計算及作圖過程可知，應用Excel和Origin兩類軟件可將繁瑣的計算過程簡單化，并能將計算結果以圖示和表格的形式呈現出來，較傳統的教學過程更加靈活、更形象化，有助于學生理解和掌握反應工程課程學習中的知識點，能激發學生的學習興趣，使教學效果更佳[8]。

3結論

化學反應工程既是一門專業課，同時，也是一門具有普遍指導意義的基礎性工程學科，它和工程實際密切相關，具有很強的理論性和應用性。利用計算機軟件龐大的數據處理功能進行輔助實驗教學，使學生更加直觀、便捷的掌握教學內容，得到的技能操作實踐，并獲取完善的知識體系和完備的綜合能力。Excel和Origin兩類軟件是綜合性較強的軟件，操作便捷，結果，是解決反應工程實際問題的有力工具，在教學過程中，合理有效的利用計算機軟件不僅可以將復雜的數學推導及數據處理簡化，加深學生對反應工程中涉及的知識點的理解，而且能夠提高學生的計算機應用能力，調動學生的學習積極性，使得學科之間能夠融會貫通。另外，利用計算機技術解決反應工程中的實際問題也是化工行業對于該專業人才的基本要求。因此，將計算機應用在化學反應工程教學中有著重要的現實意義。

作者：田慧英 單位：集寧師范學院化學系