化学反应论文:自主合作学习化学反应论文

一、活用网络整合资源，优化自主合作学习

选取“化学反应条件的优化———工业合成氨”一课进行网络背景下的自主合作学习的原因有：一是本节课内容是“化学反应的方向”“化学反应的限度”“化学反应的速率”等化学理论知识的延续拓展，也是学生综合利用化学理论知识解决实际问题的具体案例，而合成氨反应也是学生熟悉的、典型的平衡体系，是重要的化学工业之一；二是本节课教学内容难度不大，但内容相对分散，而且是学生自开设化学课以来及时次较多地接触到化工生产，适于安排网络教学形式；三是经过高中一年的训练，学生的思维水平正从感性思维、形象思维向理性思维、抽象思维转变，基本上具备积极主动获取知识的能力，参与意识、合作意识已有较明显的提高。同时学生已经完成信息技术课程的学习，掌握信息技术操作的基本技能，足以胜任网络背景下自主合作学习的要求。通过自我实践和探索完成知识的学习和建构是自主合作学习的核心，而网络背景下的自主合作学习的关键是如何运用网络平台整合教学资源。在实施本课程教学时，主要从两方面入手：一方面将学习资源进行筛选、整合，优化呈现方式。如将有关合成氨的学习资源整合成一份资料包，内含：导学案的Word文档，合成氨生产的温度、压强、催化剂数据分析模型、曲线图，合成氨工厂模型建造过程的视频，合成氨生产网络搜索关键词及网址等，这样做有助于学生利用纷繁复杂的知识进行有序的学习；另一方面将学生资源进行整合。如合理地将学生进行分组，本次授课班级有40位学生，通过精心巧妙地编排座位，分为12个小组，每个小组3～4名学生，一人负责上网查资料，一人负责查询提供的信息，一人负责引导讨论并完成电子导学案。分组时力求每个小组的学力水平保持相对均衡，每组都要有较为活跃、善于关心和鼓励他人的学生，以增强组员之间的合作意识。在自主合作学习过程中，要求小组成员明确分工并相互交换角色。整合教学资源的目的是为了运用，那么经过整合的教学资源在课堂上能呈现出预期的精彩吗？不一定，有时可能跟教师的预期相差很远，这就需要灵活运用网络平台，把握教学资源呈现的时机和呈现的形式。如在本节课的教学过程中，讲到合成氨工厂需要庞大而复杂的设备时，顺势引导学生观看资料包中的三维动画及课件中的图片，让学生直观感受实现合成氨工业化生产的困难，学生就会产生质疑：“既然实现合成氨工业化生产那么困难，不研究可以吗？”此时，借机引导学生查看课前印发的阅读材料和资料包中提供的网址上网浏览，了解合成氨的重要性，紧接着用教师机展示归纳好的合成氨的重要性，进而让学生明白学习这节课的必要性和重要性。利用网络平台采集资源、整合资源，并灵活地运用于课堂教学实践中，使课堂教学充满无穷的魅力；同时把课堂交给学生，让他们大胆尝试，学习效率自然就提高了，从而优化自主合作学习。

二、妙用网络克服弊端，提升自主合作学习效果

网络背景下的自主合作学习以学生为主，开放性很强，丰富的教学素材为学生提供了多样化学习的可能，但是，若没有方法指导进行盲目的学习，是很难抓住课程重难点的。另外，课堂有限的时间未必能保障学生学习所有的教学素材。因此，要发挥网络平台的优势，除了选取合适的教学内容，充分做好学情分析以外，还需要教师对学生可能的学习手段和方式做好充分的预设，保障在有限的教学时间内帮助学生达成教学目标。这就需要教师在教学过程设计和教学资源整合上做好文章，充分发挥教师的引导作用。如在实施本课教学时，从以下几个角度入手：一是课前进行理论分析，明确学生自主合作学习的任务，设计电子导学案，通过网络发送在班级QQ群中。在电子导学案中设置的问题有：利用平衡移动的知识分析如何提高氨的产量；利用化学反应速率的知识分析如何提高合成氨的反应速率；从化学平衡的角度和化学反应速率的角度分析温度、压强、催化剂、反应物浓度和生成物浓度对合成氨的影响。当学生在自主合作学习过程中可能会发现达到高转化率与高反应速率所需条件会产生相互矛盾时，再追问几个问题：压强怎么选择？温度怎么确定？N2和H2的体积比为何是1∶2．8？合成氨工业生产中，原料气为什么要循环利用？为什么要在适当的时候将氨气从混合气中分离出来？二是教师有目的地查寻信息，精选网络资源，对丰富的教学素材进行整合与归纳，整理成一份资料包发送到每台学生机上。学生可以通过阅读多媒体课件中提供的信息，并根据提供的相关网址上网浏览相关材料以及阅读教材P68－69中的“化学与技术”，解决电子导学案中的基本问题。三是在学生自主合作学习时，教师有目的地深入到各小组中，参与学生的交流和讨论，对学生的观点、看法做到心中有数，并随机提出问题，引导学生利用网络平台提供的学习素材解决问题。如讨论“合成氨适宜温度选择”这一问题时，学生认为反应速率与化学平衡的结论有矛盾，教师指导学生查询PPT课件中“铁触媒催化能力———温度图”解决温度问题。四是在师生交流环节中选择与课堂重难点有关的问题加以讨论。教师可以利用交互功能，在学生通过网络平台提交的反馈作业中，找出两份具有代表性的作业发送到学生机上进行分析讨论，如在解决生成物浓度对提高合成氨反应速率的影响时，一组学生认为应增大浓度，另一组学生则认为要降低浓度，教师顺势引导小组成员查看课件中合成氨的速率方程，引发小组之间讨论交流、发表看法，共同得出结论：应该是降低氨气的浓度以提高反应速率。网络教学有传统媒体不可比拟的优势，但也存在先天的局限。只有学习的指向性得到保障才能节省课堂时间，才能保障绝大多数学生通过课堂的学习，达成教学目标，学生才有时间在网络平台上学习自己感兴趣的内容，拓宽视野，提升自主合作学习效果。总之，基于网络背景下的自主合作学习，使教材内容与生动的网络信息有机整合，优化了课堂教学结构和学生的学习方式，提高了课堂教学效率；既发挥了教师的主导作用，又充分体现了学生的主体作用，培养了学生自主合作学习的能力和意识。

作者： 沈宝华 单位：福建宁德市民族中学

化学反应论文:课堂教学行为化学反应论文

1研究的设计与实施

由于教学行为是融合了教师行为、学生行为和教育信息等的综合体，具有多样的、灵活的、富于弹性的特点，且会受各种因素如教学资源、教学内容、学生状况以及教师理念、教学能力等的影响，因而教学行为的探查具有一定的困难性。国内外许多学者的处理方式是，首先对教学行为进行分类研究，然后就各类教学行为的表现进行探讨。循着这一思路，借鉴他人的研究成果，笔者从教学过程的角度将教学行为划分为教学准备行为、教学实施行为（或称课堂教学行为）两类。课堂教学行为又分为口头语言行为、非口语媒体手段行为，口头语言行为包括讲授（如讲述、讲解、讲演等）、提问（如发问、追问、反问、质疑、设问等）、指导（如指导合作、指导实验、指导阅读、指导练习等）、评价（如对学生回答、讨论、学习态度、学习结果、学习策略等的评价）等。非口语媒体手段行为包括展示（展示实物、模型、图表、投影、录像、PPT等）、演示（演示实验等）、板书等。然后根据这一分类，对两所学校教师讲授《化学反应原理》的教学过程（包括讲稿、导学案和部分的授课PPT）进行分析，对部分江苏省特级教师的教学录像进行研究，以获取鲜活的《化学反应原理》模块的课堂实施教学行为信息。在此基础上，笔者就《化学反应原理》学习困难、困难原因等方面编制了“高中《化学反应原理》模块教与学情况调查”的学生问卷和教师问卷，选择了江苏三所四星级中学高二、高三年级的453名学生为调查对象，于2014年四月实施了调查。共发放问卷453份，回收问卷450份，有效问卷445份（有效率为98.2%）。在调查的基础上，笔者在被调查的学校中选择了12名学生进行了访谈。教师的问卷调查于2014年7月进行。调查对象总计20人，其中男教师5人，女教师15人，中级职称占85%，高级职称占15%，教龄基本分布在8~15年之间。

2研究的结果与分析

2.1课堂讲授行为缺乏学习主体指向性，导致事倍功半

学生为何觉得化学反应原理知识难学？85%的教师认为，学习困难的产生可能与他们确定讲授内容时更多依据教师的思维过程而忽视学生认知规律有关，可能与他们在实际讲授过程中，只通过简单的问答和分析得到结论，没有充分过渡，使讲授内容思维跳跃性大而导致学生思维产生断点有关。上述调查结果包括两方面的含义。一是说明教师确定的讲解内容忽视了学生的需求。学生问卷统计结果中，有58.6%的学生认为，教师讲授语言中缺少了对他们感兴趣的实验功能和实验设计的分析。68.5%的学生认为，教师需要增加应用实例的讲解，以便于他们能了解知识的价值。78.1%的学生认为需要增加典型例题的剖析，以便于他们能学会应用知识解决问题。95.4%的学生认为，教师讲解内容中需要增加学习策略训练的内容。有趣的是，有关学习策略的训练大部分教师却认为自己已经很关注了。通过访谈、文本分析和教学观察，笔者发现，教师主要关注的策略是如何记忆和怎样解题，而对于怎样从不同的角度思考、怎样进行迁移、怎样进行对比和关系建构等方面的策略训练很少。二是说明讲解的过程未充分关注学生的认知特点。如情境教学是被学生认同的一种教学模式，90%的教师也会经常以“化学在生产生活中的应用”来创设情境，但当被问及“情境展示后，您的教学行为是”时，有50%的教师却表示“分析了情境中的相关信息后就进行核心知识点的讲解，直奔主题”，而引导学生根据情境信息和已有知识经验推演得到结果的教学行为被忽视。通过对特级教师教学录像的分析，笔者发现，充分关注学习主体的讲授过程具有如下特点：讲授内容以学生原有的知识经验为起点，然后进行逻辑性的、推演式的分析、比较、联想、想象、推理等，则能满足各个层次的学生需求，激发学生的积极思考，使学生在抽丝剥茧式的讲授中进行自我建构。这种讲解体现了学生的思维路径，符合学生的认知速度和认知层级，因而使学生更能内化。在对教师进行调查时，85%的教师也已意识到，教师的讲授行为中如缺少对学生学习状况的了解，缺少对学生认知规律的关注，会导致学生的学习困难，会导致花很多精力教学效果却甚微的后果。

2.2课堂提问行为针对性不够，导致未启不发

《化学反应原理》内容的特征决定了学生理解概念和解决问题时，需要用综合的、联系的、动态的观点从多个维度进行思考。如研究化学平衡，就必须考虑化学反应速率、化学反应方向、化学反应程度、化学反应条件等多种因素；再如多元弱酸盐的水解，不仅要考虑其水解程度，还需要考虑多元弱酸根的电离状况，更需要综合考虑两者的关系。学生如果缺乏这种思考的习惯和方法，则在学习或问题解决中出现困难。课堂提问行为在启发学生思考的过程中起着不可替代的作用。如果教师善于根据学生的认知特点和学习状况，通过发问、追问、反问、质疑、设问等手段，则能诱发学生反思自己的认知缺陷，拓展自己的思维角度，激发探究欲望，促进知识的理解。但87.5%的学生认为，教师的“追问、提问”并没有有效地帮助他们理解知识，问题出在哪里？本课题从教师教学行为层面考察，发现主要存在如下问题：一是教师关注预设性问题的实施，忽视生成性问题的解决。问卷调查中，65%的教师承认，他们对学生生成性问题的质疑和追问不够。近半数的学生也表示，教师在课堂中发现学生存在困惑后，没有了解学生不懂的原因，而是自作主张地变换方式讲解。二是教师通常针对学科知识进行提问，而引导学生进行迁移、拓展思维角度、感悟方法的提问较少。如只有45.7%的学生表示，教师会对其模糊认识进行追问，只有4.4%的学生表示，教师会对他们肤浅的认识进行质疑，只有27.8%的学生表示，教师有时会通过提问引导他们产生多种认识。三是提出的问题忽视了学生的差异性，通常用同样的问题提问所有的学生，忽视了难度或深度广度逐步提高的，由浅入深、由易到难、循序渐进的梯度性问题的使用，忽视了引导不同学习基础学生思维向深度和广度发展的教学，导致部分学生被动接受、机械记忆。笔者对江苏省中学化学特级教师的教学观摩和文本分析后发现，他们都具有这样共同的特点：擅长在教学过程中创设条理明晰、合乎逻辑、符合学生认知特点的“梯度式”问题解决情境，通过推演的方式，引导学生由浅入深、自现象而本质、从具体到抽象地深入思考和探究。同时，通过一连串的追问，让学生由表及里、由浅入深、由易到难地拾级而上，使学生在形成表象的基础上向逻辑思维转化，搞清反应的实质，找出规律。这些特级教师的提问教学行为从正面说明，具有针对性的、启发性的提问对于学生化学反应原理知识学习的重要影响。

2.3课堂教学行为侧重于激发较低层次认知动机，导致学习兴趣丧失

积极良好的认知动机是学生获取知识、提高认知水平的重要内驱力。问卷调查结果表明，高中化学教师在进行《化学反应原理》的教学中，已充分认识到促进学生认知动机的重要性，但访谈中许多教师表示，“明明说了这是很重要的知识点，反复强调，多次说明，但是学生的掌握情况还是很差”。其中缘故在学生问卷中找到了答案。68.3%的学生表示，教师教学中强调最多的学习目的是高考，他们知道这些知识对高考很重要，但久而久之，脑海中的许多个“很重要”已经不分彼此，他们对“很重要”已麻木，而重要在何处却不得而知。教学观摩分析结果也显示，中学教师在教学过程中确实存在“以考为纲，以考定教”的行为，学生在长期的学习过程中也已经习惯这种目标定位，缺乏积极的认知动机。这样的认知动机从短期来看会有一定的教学效果，但是随着知识点的增加，学生脑海中“特别重要”的东西越来越多，遗忘和混淆也越来越严重，学习兴趣也会逐步丧失。问卷调查中，有87.7%的学生表示，教师分析化学原理知识在生产生活中的作用时，能提高他们学习的积极性。教学观摩分析结果也显示，如果教师能给予积极的认知动机的引导，让学生充分认识到化学反应原理知识在解释自然界中的现象、揭示化学反应规律、促进生产和技术的发展中具有的重要作用，让学生体会到揭示各个知识点间的关系以及进行各种量的转变的乐趣，那无疑会深层次激发学生的认知兴趣，促使他们主动地学习。

2.4课堂指导性教学行为缺乏“指导”，导致学习效率不高

笔者在教学观摩中发现，目前中学化学教师在《化学反应原理》教学中教学行为多种多样，除讲解、提问、实验演示外，交流讨论、合作实验等也是经常使用的教学方式。合作学习是以学生的自主参与和交流合作为基础的学习方式，这种学习方式有利于发挥学生的主体地位，能提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。学生问卷调查也表明，这是学生喜欢的学习方式之一。如88.7%的学生认为交流在学习活动中有着重要的地位，94.3%的学生表示喜欢讨论式课堂，认为讨论会加深自己对知识的理解。但许多学生认为，由于教师指导性教学行为不够充分，使得这种学习方式的学习效率不高。如94.0%的学生认为，教师在交流讨论内容设计方面需要改进，88.1%的学生认为，交流和合作探究后，教师对学生的思维状况、合作效果进行评价的教学行为不充分，89.6%的学生认为教师指导学生合作交流的行为不够。而在实验探究方面，89.2%的学生希望教师要说明“实验究竟用来干什么的”，且尽量让学生自己实验并总结规律，而不是教师包办代替。笔者通过观摩特级教师的教学，发现他们善于指导合作学习，其常见的教学行为有：一是在师生交流活动中，要求学生立足于任务进行陈述，并通过不同学生的陈述引导思维的发散，教师也可从不同的角度引导学生思考；二是通过追问的方式引发学生深入思考，或诱发学生反思自己的模糊认识；三是善于利用实验引发学生的认知冲突，然后通过师生间的一问一答，帮助学生打开思路。这些教师的教学行为，启示我们完善这些教学行为的方向。

3总结

综合上述实证研究结果，不难得出教师教学行为的不完善是学生《化学反应原理》学习困难原因之一的结论。同时，研究结果也启示我们，教师的讲授行为一定要注重联系学生已有经验进行推演，通过这种推演式、层级化的教学过程拓展学生的认知角度，促使学生思维流畅，不断获得愉悦体验。另外，教师可将学习内容转化为层次鲜明、具有系统性的一连串的教学问题，通过有效的提问等行为，引领学生去思考不同概念、理论、现象以及现象与理论、操作与原理等等之间的关系，主动构建知识网络，同时培养学生思维的深刻性和性，并促进学生较好地掌握化学知识。

作者：吕琳 钱凤华 虞凌洪 单位：扬州大学化学化工学院 无锡市青山高级中学

化学反应论文:金属氧化物化学反应论文

1晶面诱导生长与反应工艺条件协同调控材料结构

在电池的充放电过程中，电极材料体积的显著变化容易导致结构的塌陷[13-15]，开发嵌锂后结构稳定的材料是解决这一问题的关键。Wang等指出，空心圆锥形结构可以有效缓解充放电过程中结构应力和体积变化[16]，从而显著提高其循环稳定性。受该工作启发，本研究组通过引入碳来调整高价锰被二价锰离子还原的速率，利用水热法和Ostwaldripening机理实现低结晶度氧化锰的溶解再结晶，以及结构导向剂对晶体的诱导生长，然后通过反应器内温度场、浓度场控制，使其满足氧化锰圆锥形结构生长所需要的动力学条件，成功制备了氧化锰空心圆锥体/碳纳米复合材料[17]，如图1所示；作为锂离子电池负极材料，表现出高的电化学性能。在此基础上，进一步利用复合材料中的碳加速氧化锰的还原速率，从而显著降低嵌锂温度（380°Cvs.700°C），成功地将氧化锰/碳复合材料转变成单晶锰酸锂空心圆锥体锂离子电池正极材料。表现出高的比电容量（127mAh•g-1vs.理论容量148mAh•g-1）、高功率性能（100mAh•g-1，50C）和优异的循环稳定性（>1000次）[18]。因为赝电容材料的电化学反应仅仅发生在材料的表面，减小颗粒尺寸还可以显著提高材料的电化学活性[19-21]。本研究组利用结构导向剂对晶面的诱导生长，通过控制反应物界面温度浓度梯度，制备了多种超细超薄层状化合物，显著提高了其电化学活性。采用双表面活性剂六亚甲基四胺和水合肼对晶面进行诱导生长，并控制界面的反应-扩散速率，利用水热反应实现了不同厚度氢氧化镍纳米片的可控制备及自组装，得到的超薄氢氧化镍纳米片组装形成的花状结构具有异的电容特性，明显优于较厚纳米片的组装体[22]；基于水热环境中强碱溶液对二氧化锰纳米线表面微区的反应-扩散速率，制备出具有超高长径比的超细二氧化锰纳米线（直径约3-6nm），显著提高了其比电容量[23]，且其电化学性能优于Tang等和Xiao等课题组报道的二氧化锰纳米带[24]、纳米管[25]等结构；通过控制反应速率和氧化锰的晶体生长习性，通过简单的液相法合成了具有不同结晶度的超薄二氧化锰层状结构，研究结果表明氧化锰的结晶度越低、比表面积越大，其比电容量越高[26]。通过构建超薄超细的纳米结构以及新型稳定的空心结构来提高电极材料的电化学活性和稳定性是切实可行的。超薄超细纳米结构可以提供更高的比表面积和电化学反应效率，进而提高活性材料利用率及其电化学性能；空心圆锥形结构可以存储大量的电解液，保障快速的电子离子传输，并能够有效缓解电极材料在充放电过程中的结构应力和体积变化，提高其稳定性。

2界面限域反应控制制备金属氧化

物嵌入介孔碳杂化材料氧化锰作为典型的过渡金属氧化物储能材料，具有高理论容量、廉价等优势；但是，当氧化锰应用于超级电容器电极材料时，其电导率低、且在电化学反应过程中容易导致锰离子的部分溶解（2Mn3+Mn4++Mn2+），导致其功率特性和循环性能比较差，阻碍了其在电化学领域中的应用[27,28]。目前，解决这些问题的主要方法是将MnO2负载在导电化合物的表面。例如，Guo等成功地将MnO2负载在导电高分子/石墨烯复合物的表面[29]，Xia等将MnO2纳米片生长在碳纳米管外表面[30]。采用上述方法虽然可以显著提高MnO2的电化学活性，但是复合材料的比电容量小，且MnO2留在外部，锰离子的部分溶解问题仍然存在。针对这些不足，本研究组提出了制备金属氧化物嵌入介孔碳纳米杂化材料的思路（如图2a所示）[31,32]，这种结构不仅体现了介孔碳高功率特性与金属氧化物高能量特性之间的强耦合作用，而且避免了金属氧化物与电解液的直接接触，从而有效缓解了充放电过程中的溶解问题。制备过程主要利用多巴胺构筑固-液反应界面，借助聚多巴胺的氨基和羟基与金属离子之间的络合反应生成金属有机化合物，通过碳化过程创新性地制备了金属氧化物嵌入介孔碳杂化材料，如图2b-2c所示；氧化锰嵌入介孔碳杂化结构复合材料的比电容量高达266F•g-1，在60A•g-1的大电流密度下比电容量仍保持150F•g-1，明显高于纯MnO2纳米线（75F•g-1，20A•g-1）；经过1200次循环后比电容量也没有明显下降的趋势，显著提高了其循环稳定性。在此研究工作的基础上，本研究组还进一步设计制备了异质结构豆荚状氧化锰/碳纳米复合材料[33]，有效解决了锂化反应过程中材料体积显著膨胀所造成的活性材料部分溶解和结构破坏等问题。在材料的制备过程中，利用多巴胺易于成膜的特点，借助氧化锰前驱体纳米线和氧化锰纳米线结晶度的不同，控制碳化过程中温度分布，使氧化锰前驱体纳米线发生原位分解，并断裂成高结晶度的氧化锰纳米颗粒，从而实现了豆荚状氧化锰/碳异质结构的制备，且颗粒与颗粒之间存在大量的空隙。作为锂离子电池负极材料，这种豆荚状结构比氧化锰纳米线、氧化锰/碳核壳纳米线表现出具有更高的容量和充电、放电倍率性能，且经过1000次连续充放电测试，循环前后电极材料的结构保持高度一致性。基于多巴胺易成膜的特点，利用多巴胺构筑固-液反应界面，来制备金属氧化物嵌入介孔碳杂化结构是一种方便可行的方法。该方法可以有效提高金属氧化物的电导率，并缓解其在电解液中的部分溶解，进而提高电极材料的循环稳定性。

3新颖三维结构的多元复合电极材料

对于纳米材料制备过程，通过组装等方法形成具有特定结构的复合材料体系具有重要意义，因为组装体系表现出的特异理化性能，使其在新能源等领域显示出了良好的应用前景。Chen等利用超声自组装法成功制备了还原氧化石墨烯-MnO2空心球复合材料[34]，Zhu等利用静电自组装制备了石墨烯包覆蜂窝状MnO2纳米球[35]。但是，由于石墨烯不可避免地发生再堆叠以及MnO2与之界面只是物理作用力结合，导致二者的电容性能并不是很理想。因此，目前设计和制备具有显著协同效应和良好界面结合的异质结构并不容易实现。本研究组利用不同种类结构单元之间的协同效应及其界面耦合作用增强复合材料的电化学性能，借助高锰酸钾溶液的强氧化性与固液界面的化学反应速率控制，组装了具有特定结构的rGO/CNTs/MnO2等三维复合材料体系。为进一步提高氧化锰材料的大电流充放电能力，本研究组提出了通过在还原氧化石墨纳米片表面生长碳纳米管，构建氧化锰电子快速传递三维网络通道。基于CVD法在还原氧化石墨纳米片表面控制生长碳纳米管，有效避免了还原氧化石墨的再堆积，利用高锰酸钾溶液的强氧化性实现超薄氧化锰纳米片在碳骨架表面的生长，制备得到rGO/CNTs/MnO2三元纳米杂化材料（图3a）[36]。作为超级电容器电极材料时，在60A•g-1的大电流密度下，比电容量仍保持222F•g-1，明显高于单一组分的氧化锰超薄纳米片（仅52F•g-1）。基于上述研究工作，研究者进一步利用高锰酸钾强的氧化性在氢氧化镍（Ni(OH)2）纳米线和聚苯胺（PANI）纳米纤维表面构筑固-液反应界面，通过调节反应物浓度、反应温度、搅拌速率等控制其反应和扩散速率，从而控制氧化锰在固体表面的成核生长，实现了超薄二氧化锰纳米片均匀生长在Ni(OH)2纳米线[37]，以及超细二氧化锰纳米颗粒负载在导电PANI纳米纤维（图3b-c）[38]，长时间超声测试后复合材料结构保持完整，其界面结合牢固。电化学测试结果表明复合材料的电化学性能明显优于单一组分，各组分之间表现出明显的协同效应。

4结论

本文主要概述了表面化学反应控制制备多级结构新型能源材料及其在超级电容器和锂离子电池中的应用性能。主要包括三个方面：利用晶面诱导生长与反应工艺条件协同调控材料结构的新方法，通过控制反应器内温度和浓度场，使之满足材料特定结构生长所需要的动力学条件，创新性地制备了氧化锰空心圆锥体等多种新颖结构纳米材料，显著提高了其电化学性能；利用多巴胺构筑固液反应界面，借助聚多巴胺的功能基团与金属离子的络合反应，通过碳化过程创新性地制备了金属氧化物嵌入介孔碳杂化材料，显著提高了材料的大电流充放电能力和循环稳定性；基于电极材料之间的协同效应和界面耦合作用，利用高锰酸钾构筑固液反应界面，借助其强氧化性组装了多种三维结构的多元复合电极材料，复合材料的电化学性能明显优于单一组分。在接下来的工作中，应深入研究热质传递和反应过程对材料微观结构形成和演变以及反应器内温度、浓度分布及其对材料结构的影响规律，为反应器结构设计和材料的宏量制备奠定基础。

作者：江浩 李春忠 单位：华东理工大学超细材料制备与应用教育部重点实验室

化学反应论文:过氧烷烃下化学反应论文

一、过氧甲烷解离反应动力学分析

在相关研究中表明CH3OOH单分子解离一般具有4种途径，包括了碳氧键断裂、氢氧健断裂、氧氧健断裂以及水分子消去[2]。研究表明在乙醇单分子解离过程中，对羟基进行测定（采取激光诱导荧光法），并利用CCSD进行计算可得出氧氧健的键能为42.6±1kcal/mol。两条解离路径主分别如下：

（1）产生CH3+OH，该路径尽管具备了低的解离能，但事实上产物的稳定性并不理想。

（2）将CH3OOH中的水分子消去从而获取了较为稳定的产物，但是解离能较高，与单健解离能差值可达3.4kcal/mol。另外通过一系列实验得到了CH3OOHCH3O+OH该步反应的反应速率常数为3*10^-11，其标准生成热为-27.3kcal/mol。在298K条件下其生成焓为-30.1±1kcal/mol。H02与RO2反应也是有机化合物降解过程中十分重要的一个环节，其中就涉及到了自由基HOx的化学动力学反应机理。若该反应处于复杂单态势能面时，其中合成反应将会占据主体地位，同时消去反应也具有重要的地位。当处于二级反应状态时将会使CH3O2H、CH2FO2H产生解离，此时在羰基化作用的导向下会生成CH2O以及CHFO,而在这个过程中H2O事实上是发挥了催化剂的作用。CH3O2与HO2的反应则相对较为复杂，反应过程中会受到中间体的影响，另外过渡态的差异也会造成反应存在不同。以最基本的单势能反应为例，会存在六种不同的路径，其中将得到三种产物，分别为CH3O2H+O2、CH3+O3以及CH4+2O2。

经过振动模型整合分析得出其主要机理如下：图1CH3O2与HO2的反应机理1若从三态势能面上分析则存在两种反应路径并生成同一产物即为CH3O2H+3O2，其反应机理具体如下：图2CH3O2与HO2的反应机理2在众多反应当中CH3+HO2CH3OOH是研究领域中最受关注的反应之一，相关研究对该反应体系进行了深层次的分析。在逆反应CH3OOHCH3+HO2当中，出现氧氧键断裂时，此时甲基分子将向氧原子提供一个H，在这个过程中将会存在一个四中心过渡态。另外若反应是基于氧氧键的断裂所形成将从而得到CH3O+OH，此时该反应路径便会并不会出现过渡态，真个反应吸收热量为45.7kcal/mol。

二、过氧乙烷解离反应动力学分析

除了过氧甲烷之外过氧乙烷也是大气中羟基的重要来源之一，其反应类型主要为光解反应，在光照条件下与部分氧化剂进行结合并效果好，反应主要影响因素为氧化剂名都以及反应速率。早期研究中将CH3CH2+O2反应路径表达如下：CH3CH2+O2CH3CH2O2CH2CH2O2HCH2CH2+HO2，从上述反应流程来看这个过程中并未出现高级能垒存在。之后对该反应进行了进一步的分析并得到了更为详细的路径。Ignatyev认为上述反应一共存在三个路径：（1）先得到CH3CH2O2，之后将分子内的乙烯去除。（2）在生成CH3CH2O2之后，通过分子内重组得到CH2CH2O2H，然后分子内发生消除反应得到CH2-CH2。（3）在O2氧化作用下将H提取出来然后进行重排获得CH2CH2OOH。在最近的研究中发现当反应处于三重能势状态下时会得到CH3CH2O2H以及O2，该反应过程将放出大量热，其中释放出的部分能量将在包含多个原子的中体现，从而使其进入激发态，通过测定可得在解离过程中释放能量可达250KJ/mol，然后在四中心结构过渡态下会使得碳氧键与氢氧键断裂，就形成了CH3CH2+HO2路径以及CH3CH2O2+H路径。

三、结语

本文着重分析了过氧甲烷以及过氧乙烷解离过程中的反应动力学，以此为基础对过氧烷烃化学反应动力学进行了说明，对相关机理进行分析，供以参考。

作者：雷振友 单位：辽宁石化职业技术学院

化学反应论文:多角度化学反应论文

1复习的内容及其教学价值

从知识的概括抽象程度来看，孤立的某一、两个化学反应的实例及其应用往往价值有限。要使它们变得真正富有教育意义，就必须把它们纳入到学科知识的结构中，需要把事实(实例)、概念和规律与化学观念、学科中普适性更高的重要概念和方法，如物质的性质、物质的检验、物质的转化、化学反应的验证等组合起来，让学生能够基于这些不同层次知识间的内在联系实现知识的拓展和知识结构的改造(见图1)，让学生能够从中领悟更有普遍意义、具有持久迁移价值的学科思想观点与解决问题的思路和方法，以提升学生的化学思维水平。以“二氧化碳与碱的反应”为载体来感悟学科中普适性更高的化学观念、重要概念与方法，需要学生“穿越”事实，需要让学生经历以事实、现象、规律为基础的比较与分析、归纳与概括、观点表达与质疑等思维活动。这是实现学生知识改造、完善学生认知结构的重要保障。例如，以二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊、二氧化碳与氢氧化钠溶液反应无明显现象等内容为认识对象，围绕“探究化学反应发生的证据”这一核心任务，需要引导学生利用联系和变化的观点，整合之前所学的相关知识，通过比较、分析、概括等思维过程，逐步完善相应的分析思路与方法(见表1)。

2学生的认识发展与障碍分析

物质的性质、反应与检验，化学反应发生的验证与物质的变质等内容涉及的知识点多，其综合性较强，学生学习存在一定困难。表现:少数学生对实验现象的描述不，对实验原理的分析及化学方程式的书写有错误;在有关实验探究及方案设计方面，大多数学生没有思路或思路混乱，对实验过程的描述和分析不清楚等。多数学生能够依据物质的性质对单一物质进行检验、解释相关现象等，但对于相对复杂的问题，如两种物质同时存在如何检验某一种物质时，想不到或不会分析排除干扰，不能将知识综合运用。基于上述分析，学生在复习过程中需要发展的方面主要如下:①知识的巩固与提升。以“二氧化碳与碱的反应”为载体，将常见物质(二氧化碳、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钙)与上述反应建立关联，建立这几种物质的性质、反应、检验与转化的认识，帮助学生建立有联系的知识，促进知识的巩固、整合与系统化。②分析思路与方法的完善。以二氧化碳与氢氧化钠是否反应为探究点，从验证反应物减少、验证有新物质生成两个角度来探究反应是否发生，在问题解决的过程中促进学生完善分析思路与方法。③认识角度的拓展，将知识应用于解决较为复杂的问题。如，换个角度看“二氧化碳与碱的反应”，引出氢氧化钠溶液的变质问题，按照是否变质、是部分变质还是变质等问题的探究，将常见的碱(氢氧化钠)与盐(碳酸钠)的性质、反应与检验融入其中。物质的检验需利用物质的性质差异来进行。利用氢氧化钠与碳酸钠的化学性质差异来分析和解决氢氧化钠溶液的变质问题(见表2)，可以帮助学生形成较为清晰的思考问题的路径，有利于帮助学生应用所学知识解决实际问题。

3复习教学活动设计

(1)复习教学的整体思路基于上述分析，在“二氧化碳与碱的反应”复习教学中，基于学生的认知基础与发展需要，从物质的性质、检验、转化(变质)以及化学反应的验证等多角度来深入认识化学反应便成为复习的核心所在。为此，将“二氧化碳与碱的反应”专题进行整体复习教学设计:第1课时，定性分析二氧化碳与碱的反应，侧重物质检验、反应发生的验证以及碱的变质问题;第2课时，定量分析二氧化碳与碱的反应，解决实验装置的分析及实验中某物质质量分数的计算等问题。(2)主要复习活动举例以第1课时的教学为例。教学思路如下:(课的引入)二氧化碳与碱反应的再认识(任务1)探究二氧化碳与氢氧化钠溶液是否发生了反应(任务2)分析碱的变质问题(任务3)提升思路与方法，解决新的问题。任务1和任务2的设计，体现了同一问题的不同认识角度，即通过检验生成物不仅能判断氢氧化钠溶液与二氧化碳是否发生了反应，还能分析碱液是否变质的问题。任务3的设计，注重在解决新的问题过程中，增进学生的理解力，并形成应用化学反应分析问题的思路和方法。现就其中的主要活动设计简要说明如下。任务1探究二氧化碳与氢氧化钠是否发生了反应［问题1］如何用实验证明二氧化碳与氢氧化钠发生了反应?［素材1］2013年北京化学中考32题实验装置(见图2)。［学生活动1］分析此装置的特点及小气球的作用。思考并讨论:证明二氧化碳与氢氧化钠反应需进行的操作、相应的实现现象及发生的相关反应是什么。［设计意图］利用图2所示的实验装置，证明二氧化碳与氢氧化钠反应的实验操作依次为:及时步，将针管1中的氢氧化钠溶液推入瓶中，气球鼓起，发生的反应是CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O反应;第二步，将针管2中的稀盐酸推入瓶中，溶液中有气泡产生，气球变瘪，发生的反应为Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2;第三步，向外拉注射器3，澄清石灰水变浑浊，发生的反应是CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O。以此作为教学素材，将反应原理与实验装置、操作有机整合，指导学生如何看实验装置图，如何在新的实验情境中分析化学反应，从而体会到如何利用化学反应解释现象、检验物质、说明反应的发生。［素材2］学生探究二氧化碳与氢氧化钠反应的实验微视频。［问题2］想一想实验还有需要完善的地方吗?有哪些干扰因素?如何排除干扰?［学生活动2.1］观看学生实验视频，思考和交流实验探究二氧化碳与氢氧化钠的反应的思路:通过验证生成物碳酸钠的存在，即加酸有气泡，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊，说明二氧化碳与氢氧化钠溶液反生了反应。讨论和分析实验的干扰物质及排除方法:瓶中有可能存在没有反应完的二氧化碳。而要排除瓶中二氧化碳的干扰，需在推入盐酸前，先向外拉注射器3。若无明显现象，说明瓶中二氧化碳已反应。［追问］设计实验通过气压差能否验证二氧化碳与氢氧化钠发生了反应?［学生活动2.2］思考并交流需排除氢氧化钠溶液中水的干扰，学生能想到做对比和控制变量的实验。观看用氢氧化钠固体与二氧化碳反应的视频，说明通过证明二氧化碳减少，产生气压差也能证明二氧化碳与氢氧化钠反应发生。［方法提升］在互动交流中师生共同总结检验无明显现象反应发生的方法。［设计意图］播放学生实验的微视频，将实验原理、装置的理论分析与学生探究实验的实践相结合，能有效地激发学生新的学习。利用连续性的问题引导学生思考、讨论和交流，让学生参与实验探究的全过程。一方面帮助学生理清检验无明显现象反应发生的思路，即可以从验证反应物的减少、验证有新物质生成两个角度来考虑;另一方面引导学生发现验证实验中的干扰因素并考虑如何排除干扰，在问题分析与解决的过程中提升化学思维，培养思维的严谨和发散性。任务2对氢氧化钠溶液是否变质及变质程度的探究［素材3］一瓶久置的氢氧化钠溶液。［学生活动3.1］思考久置的氢氧化钠溶液有可能发生的变化:氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳可能发生了反应。［问题3］如何检验这瓶氢氧化钠溶液是否变质及变质的程度呢?［学生活动3.2］思考如何来分析氢氧化钠溶液的变质问题，设计相应的实验方案并完成学案中的相关内容。［追问］若证明氢氧化钠溶液部分变质，如何排除碳酸钠对氢氧化钠检验的干扰?［学生活动3.3］交流完成的学案(见表3)及设计的实验方案(见表4)。小资料:①碳酸钠俗称纯碱，其水溶液呈碱性。②CaCl2溶液呈中性，CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl［方法提升］在互动交流中师生共同总结判断碱液是否变质及变质程度的方法。［设计意图］提出氢氧化钠溶液的变质问题，给学生一个新的视角，通过分析与讨论，让学生体会到通过检验生成物不仅能判断氢氧化钠溶液能与二氧化碳发生了反应，还能帮助分析碱液是否变质，这样给学生之前已完成的复习增添了新的意义。分析氢氧化钠溶液是否变质的关键要看是否有碳酸钠存在，因此可以利用碳酸钠的性质进行检验。分析氢氧化钠的变质程度关键在于分析生成物的成分:如果是全部变质，生成物只有碳酸钠;如果是部分变质，生成物中既有碳酸钠，又有氢氧化钠。要说明变质程度关键是要证明氢氧化钠是否存在。要检验氢氧化钠的存在，还需要考虑如何排除碳酸钠的干扰。基于上述的分析思路的讨论，引导学生学会从哪些角度分析、如何通过实验来证明氢氧化钠碱液的变质问题，促进学生将知识转化为解决实际问题的能力。在实验方案的书写与交流方面，要求学生从“取、加、若、则”四个方面做答，以规范和提升学生实验方案的书写与表达水平。任务3提升思路与方法，解决新的问题［问题］利用二氧化碳与碱液反应能解决哪些问题?如何解决呢?［学生活动］总结所复习的内容，在教师引导下学生完善板书内容(见图3)［拓展应用］有一包久置的生石灰干燥剂，你能探究哪些问题?请说出你的思路与方法。［设计意图］通过“二氧化碳与碱的反应”特点及其应用的分析，整理所复习的知识内容，让学生进一步体会多角度地认识化学反应;通过板书(见图3)结构化地呈现的内容与分析要点，将分析问题的角度与思维可视化，让学生清晰地知道证明化学反应发生的思路、分析碱液是否变质及变质程度的方法。设计的拓展应用，重在促进学生运用所学知识解决相关的不同问题，既是给学生提供更多的练习与应用的机会，也可以用此来说明或检测学生是否掌握了所复习的内容。

4结束语

总之，物质发生的化学反应是物质化学性质的具体体现，是实现物质转化的基本途径，是进行物质检验、分离、提纯的基本依据与重要方法，是研究物质、探究化学反应的重要载体。某些典型物质的化学反应(如二氧化碳与碱的反应)，是引领学生深入研究物质、多角度地认识化学反应的重要素材。在教学中，需要充分挖掘这些具体素材所承载的学科重要概念、学科思想观点与方法，以此为导向展开教学，将学习重心从记忆事实转移到理解可迁移的化学观念和对更为根本的学科知识结构的深层理解，使学生的认识能够基于具体知识但又超越具体的知识，以实现学生知识的结构改造、观察与认识事物的方式发生变化。这是提升学生的化学思维水平与解决问题能力的重要教学策略。本文系北京教育学院“学科教育学”重点学科建设研究成果、2014年北京市“初中生学科知识建构的研究与实践”项目成果。

作者：何彩霞 余丽蓉 单位：北京教育学院 北京市和平街一中

化学反应论文:磁场电化学反应论文

一、前言

现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。

目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池（注1），但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。

通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合物。

《磁场中的电化学反应》不同于燃料电池、磁流体发电。

二、实验方法和观察结果

1、所用器材及材料

（1）：长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。

（2）：磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体Φ30*23毫米二块、稀土磁体Φ12*5毫米二块、稀土磁体Φ18*5毫米一块。

（3）：塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。

（4）：铁片两片。（对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗。）用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。

2、电流表，0至200微安。

用微安表，由于要让指针能向左右移动，用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0，或者不调节。

3、"磁场中的电化学反应"装置是直流电源，本实验由于要使用电流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，（也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。本实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变，电流表指针可以向左或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由"磁场中的电化学反应"装置的正极流向"磁场中的电化学反应"装置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出"磁场中的电化学反应"装置的正极、负极。

4、手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

5、将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

6、将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样）

7、通过步骤4、5、6我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。

8、将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。

9、将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁，没有电流的产生。

10、然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的？我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化－还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面，而没有处在磁埸的那一端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。下图所示。

11、确定"磁场中的电化学反应"的正、负极，确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。

12、改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第10步骤中的磁体从某一片上移开（某一片铁片可以退磁处理，如放在交变磁埸中退磁，产生的电流要大一些）然后放到另一片铁片附近，同样有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动方向产生了变化。

如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。

改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。

下图所示磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变，《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。

三、实验结果讨论

此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，"磁场中的电化学反应"是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意"可逆"二字，这是本物理现象的重点所在。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实验两极是用相同的金属）。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力（洛伦兹力）定律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。

《磁场中电化学反应》电源的正极与负极可以循环使用。

产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解及时定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质产生（或所需）的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。

四、进一步实验的方向

1、在多大的铁片面积下，产生多大的电流？具体数字还要进一步实验，从目前实验来看，铁片面积及磁场强度大的条件下，产生的电流强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电流强度大。

2、产生电流与磁场有关，还要作进一步的定量实验及进一步的理论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大，在实验中，较大电流强度为200微安。可以超过200微安，由于电流表有限，没有让实验电流超过200微安。

3、产生的电流值随时间变化的曲线图A-T(电流-时间)，还要通过进一步实验画出。

4、电解液的浓度及用什么样电解液较好？还需进一步实验。

五、新学科

由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资料，可以说是一门新学科，因此，还需要进一步的实验验证。此文起抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。

我的观点是，一项新实验，需要不同的时间、不同的人、不同的地点重复实验成功才行。

1979年北京第2版，统一书号：15045总2031-有514湖南省邮电管理局《蓄电池的使用和维护》编写组，人民邮电出版社

化学反应论文:对化学反应工艺因素探究

一、化学平衡移动

化学平衡移动意义在于,当改变外界条件比如温度、压力和反应物、生成物浓度时,打破了原有化学平衡状态使其较大限度的向正方向进行,这在工业生产具有重要的意义。

(1)浓度对化学反应的影响

从化学平衡常数定义分析来看,当反应温度不变时,增加反应物浓度必然会使化学反应向正方向移动,从而引起生成物浓度的增加这样才能达到最终的平衡状态;同样将生成物移走,对于原有的平衡状态来看,相当于增加了反应物的浓度,反应也会向正方向移动,提高反应物的利用率,这在工业生产上应用比较广泛。例如,对于N2+3H2=2NH3可逆反应来讲,让化学平衡向生成NH3的方向移动,在其他条件不变的前提下,可以在反应容器中充入N2或者H2使它们的浓度增加。在实际的生产中为了获得多的NH3,需要将生成的NH3尽快的移走,降低NH3的浓度。这样反应就能向正方向移动。

(2)温度对化学平衡的影响

改变浓度是在化学平衡常数不变的情况下遵循的规律,但是当化学反应温度发生变化会引起化学平衡常数的变化。经过物理化学家们的潜心研究,终于发现了温度对化学平衡的影响,其满足克拉伯龙方程,即当升高温度化学反应向吸热的方向移动,降低温度化学反应向放热方向移动。所以,在工业生产中根据化学反应的吸、放热采取相应的措施,让其向着生成物方向移动。

(3)压强对化学平衡的影响

压强对化学反应的影响主要针对反应物中有气体或者是生成物有气体反应,由化学平衡常数来看,化学方程式中分子数增加和减少的反应,压强对其产生的影响也不同。经过试验证明,在其他条件时,增大压强有利于向化学分子数小的方向移动,减小压强有利于向化学分子数增大的方向移动。

二、化学反应速率理论

不同化学反应其反应速率有着明显的区别,比如,酸碱中和以及爆炸反应比较猛烈,部分氧化反应进行缓慢。为了将化学反应更好的为化工生产服务,需要对化学反应详细的研究,经过研究最终用化学反应速率来衡量化学反应进行的快慢。

1、浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响,是通过影响化学平衡进行过程实现的。对于大多数化学反应,增加生成物或者降低生成物浓度有利于向正方向移动,但是并不是所有的化学反应都遵守这个规律。比如,某组分对化学反应速率的分级数是零,不管增加还是减少该组分都不会对化学反应速率造成影响;当某组分反应分级数是负数,增加其浓度不会提高原反应的速率,相反会降低其速率。对于某化学反应,当确定了催化剂和外界温度后,浓度就成为影响其反应速率是重要因素。

2、温度对化学反应速率的影响很早以前人们就发现温度对化学反应速率有重要影响。化学反应除了浓度对反应速率有影响外,和化学速率常数也有着密切的联系,温度对化学反应的影响主要通过影响反应速率常数实现。反应中如果整个体系的活化能降低,其反应温度就越高,反应速率也就越快。但是对于复杂的反应体系来讲,温度升高有利于向活化能高的方向移动。

3、催化剂对化学反应速率的影响催化性具有选择性,比如某种物质在一个反应中是催化剂,在其他反应中就不一定是催化剂。对于具有主副反应的体系,可以选择合适的催化剂达到促进主反应抑制副反应的目的。另外,在化工生产中需要研究影响催化剂中毒的因素,避免由于使用工业设施不慎,导致催化剂中毒情况的发生。催化剂中毒使催化剂不能发挥的催化效果,影响反应的进行。

三、总结

化学是重要的基础学科之一,它和其它学科一起在促进国家经济快速发展上扮演者举足轻重的角色,是人类改造自然的重要手段,是人类文明进步的重要标志。很早以前人类就开始利用化学知识为生产服务,在当今社会化工行业的迅速发展与化学取得的研究有着重要的内在联系。通过对化学反应工艺因素进行分析,了解影响化学反应方向和速率的因素,对提高化工原料利用率,缩短化学反应时间具有重要的意义。现在化学应用的领域越来越广泛,大到国防科技、宇宙探索,小到食物的保鲜等。因此,我国要加强化学领域方面的研究,让化学为我国的经济发展做出更大贡献。

化学反应论文:有机化学反应中的质谱分析

1电荷标记手段

多数情况下,反应中间体是中性物种,含量较低而且难于离子化,有时离子化过程会破坏其结构和活性.为解决这一难题,可以采用电荷标记手段.电荷标记可以分为长期标记和在线电荷标记.长期标记是通过化学反应在底物或催化剂的非活性区域上引入电荷标签(如季铵阳离子中心或磺酸阴离子中心);在线标记是利用中间体的特性临时加入选择性离子化试剂,实现中性物种的检测,如碱金属离子化.电荷标签技术不影响反应的正常进行,同时能大大提高微量中性活泼中间体的质谱检测效率.Metzger等[16]用电荷标记的膦配体,首次运用质谱方法从反应溶液中检测到了亚甲基Ru卡宾中间体.随后,Metzger等[17]运用碱金属离子与催化剂形成加合离子来追踪溶液中钌卡宾物种的变化,成功检测到了1,7-辛二烯和1,9-癸二烯的关环复分解(ring-closingmetathesis,RCM)反应中含有末端双键的钌卡宾中间体.该两个中间体在气相中首先脱除膦配体(PCy3)而后再发生气相RCM反应分别丢失环己烯和环辛烯(图2).该研究还表明,气相条件下六元环化RCM反应的活性远远高于八元环化,与液相中RCM反应活性顺序一致.催化反应中典型的活性反应中间体应体现该催化反应的趋势性,即该活性中间体在串联质谱过程中所发生的单分子反应或其在气相离子-分子反应中体现该中间体离子特有的反应活性.质谱学研究活泼中间体可以有三点依据:离子质荷比、离子同位素丰度和中间体离子的特征气相反应活性.近期,本课题组[18,19]运用碱金属离子化策略和微反应器技术研究了氮杂钌卡宾催化剂,以及乙腈促进的Grubbs催化剂的降解反应.同时,本课题组[20]发现,采用硫作为基质,可以用MALDI-TOFMS技术表征Grubbs催化剂.

2准对映体策略

质量标签策略是质谱学研究气相反应途径和机理的传统手段,也是质谱学表征和研究反应中间体的常用手段.手性异构体化合物的分子量相同,因此直接质谱分析难以区分.Pfaltz课题组[21]将传统的质量标签策略发展成准对映体(quasienantiomers,QAS)标记策略,在远离反应位点的地方用同位素标记或差异较小的取代基标记手性异构体.准对映体标记让原本分子量相同的手性异构体有了质量差异,可在质谱分析中直接进行辨别,也可实现手性催化剂的筛选和反应立体选择性的评价[22].此外,该课题组[23]通过ESI-MS方法检测烯丙基酯动力学拆分反应中的活性中间体,而不是前体或产物的新方法来筛选不对称催化剂.这些技术和方法使得质谱学为不对称催化系统的对映选择性研究提供了关键的证据,甚至实现了手性催化剂的筛选.

3质谱分析有机反应中间体的典型案例

Metzger[24]、Eberlin[25]和本课题组[26]均发表过关于质谱学研究反应机理的综述,本文主要对近期研究进展进行小结.

3.1以Pd为代表的过渡金属催化反应

1994年,Canary等[27]首次运用ESI-MS方法研究Pd(0)催化的芳基硼酸与溴代吡啶偶联反应,为机理的研究提供了宝贵的证据,该工作为质谱表征反应活泼中间体以及反应机理的研究奠定了基础.本课题组[28,29]利用电喷雾质谱法研究了三氟甲基取代烯炔醇环异构化反应和炔基磷酰胺的分子内环化反应.轴手性产物的Suzuki偶联反应在不对称催化研究中具有重要的意义和创新性,对这一过程进行质谱学研究也具有很大的挑战性.此外,我们还采用ESI-MS/MS技术对手性双烯氯化钯催化的不对称Suzuki偶联反应进行了机理研究[30],根据Pd的同位素峰簇特征将反应相关的物种和其他物种按质荷比进行质量筛选,成功地捕获到了目标Suzuki反应各阶段的反应中间体.目前,Pd(II)/Pd(IV)的催化循环体系是有机化学中新兴的研究领域,这类高价金属复合物是发生C–H键活化和三氟甲基化的重要活性中间体.本课题组与刘国生课题组[31~33]合作,研究了一系列Pd(IV)催化的有机化学反应,如钯催化的苯乙烯分子内氨基氟化反应[31]、钯催化的烯烃的氧化芳基烷基化反应[32]和钯催化的苯乙烯的氟酯化反应[33].本课题组[34]近期研究表明,Pd(IV)反应中间体在MS/MS条件下,能发生气相还原偶联反应,生成相应的偶联产物和Pd(II)物种(图3),这与Pd(IV)复合物的液相反应活性一致.同时,许毓课题组[35]也报道了Pd(IV)复合物的相关质谱学研究结果.由于ESI-MS技术能捕获催化循环中的关键反应中间体,被Chen[36]和Irth[37]证实是高通量筛选催化剂的一种具有价值的研究工具.

3.2自由基中间体

中性自由基反应中间体不易被ESI-MS检测,Metzger等[38]曾利用微反应器-电喷雾质谱联用技术捕获到了单电子转移引发的反式茴香脑二聚反应中的自由基阳离子中间体.在一些自由基反应中,一般需Lewis酸进行催化,同时金属Lewis酸可与底物或自由基中间体形成复合物,被质谱检测[39].本课题组[40,41]运用ESI-MS研究了Selectfluor参与的亲电氟化反应和醛的α-氟化反应,成功捕捉到了亲电氟化反应过程中的自由基阳离子中间体.通过向反应体系中加入自由基捕获剂(如Tempo和Dempo等)[42],用质谱捕捉到了自由基捕获剂与反应中的自由基阳离子中间体形成的复合物,证明了在所选底物的亲电氟化反应过程中确实存在单电子转移过程.

3.3高价碘复合物参与和催化的反应

本课题组[43]于2012年对PhI催化芳基酮α-乙酰氧基化反应进行了研究,捕获了反应中目前未能分离或用其他手段未能直接分析的重要中间体:α-λ3-碘烷基酮复合物.进一步研究质子化的该复合物在串联质谱中的气相裂解行为表明,一步产物的生成经历了分子内五元环过渡态的还原消除过程比分子间SN2反应过程更合理.此外,我们[44]还运用质谱法研究了三氟甲基苯基碘鎓阳离子(CF3I+Ph),发现PhI+CF3能发生气相分子内三氟甲基迁移反应并脱除碘原子生成PhCF3+,而PhCF3+可进一步丢失CF2生成PhF+(图4),该反应能很好地体现高价碘氟化试剂的本质反应活性.随后,本课题组[45]又研究了多氟取代碘苯自由基阳离子,发现其在气相中特殊的CF2丢失反应,这体现了多氟取代引发的新型芳环裂解反应.

3.4气相与液相人名反应相关性的研究

着名质谱学家Beynon曾将现代化的有机质谱仪形容为一个“化学实验室”[46].质谱中离子所发生的重排/碎裂方式与化合物的离子形态在液相中相应条件下的反应有一定相似性[47,48],甚至可以“预测”研究对象在溶液中的化学反应途径.目前,气相中的人名反应除麦式重排和逆Diels-Alder反应外,一直鲜有报道.本课题组[49~55]系统地研究了嘧啶氧基-N-芳基苄胺类除草剂丰富的气相化学反应,如嘧啶氮引发的苄基迁移反应[49]、质子酸促进的气相Smiles重排反应[50]、Lewis酸促进的气相Smiles重排反应[51,52]、对氨基磺酰基阳离子的重排反应[53,54]和芳环的逆-Michael反应[55].在此基础上,本课题组[56]研究发现了类似的溶液相反应,对研究该类除草剂的代谢及降解途径和环境行为有重要的意义.2010年,本课题组[57]利用Favorskii重排反应顺利实现对该类具有高度环张力的活泼芳香性小环类化合物的气相合成,还发现了N-苯基甲基丙烯酰胺质子化后独特的气相N-Claisen重排反应[58].潘远江课题组在本领域也做出了很多出色的工作,如新型的气相Smiles重排反应[59,60]、逆-Michael反应[61]、质子迁移诱导解离[62]和银离子催化的气相Diels-Alder反应[63]等.

4结论与展望

现代质谱学为有机反应中间体和反应机理的研究打开了一扇窗.目前,有机质谱学的发展应与解决有机化学的核心科学问题相结合,建立有机化学各种复杂过程中间体研究的方法,为反应机理研究提供支持.当代新型质谱分析技术和方法不断涌现,将大大提升质谱分析在解决相关有机化学问题的能力.

化学反应论文:探索高炉冶炼中的化学反应

1碳酸盐分解

碳酸盐的分解压PCO2随着外温而增大,在PCO2超过高炉内煤气的CO2分压时,它们开始分解,超过煤气的总压便就激烈分解,即化学沸腾,因其高炉冶炼条件不同,各个高炉内的总压力和CO2分压也存在差别,碳酸盐在不同的高炉内开始分解和化学沸腾分解温度也存在差别。FeCO2、MnCO3和MgCO2分解相对容易,其数据如表1所示。前几种碳酸盐分解均出现在低温区,对高炉冶炼影响较小。而石灰石CaCO3分解开始分解温度在700℃以上,其分解速率受料块内反应界面出现的CO2向外通过反应产物层而扩散的过程制约。因此,反应速率受料块粒度影响较大。在石灰石颗粒多为25mm-40mm的条件下,有相当一部分进入900℃以上的高温才能分解。这时分解出的CO2会和焦炭发生碳素溶解损失反应:CO2+C====2CO-165528kJ这种反应吸收大量高温区的热量,并消耗碳素,对高炉的能量消耗非常不利。炼铁生产实践表明,高炉每使用100kg石灰石,焦比要升高30-40kg。所以生产中要求除去高炉配料中的石灰石。主要方法是把石灰石加入烧结配料生产自熔性或高碱度烧结矿。在天然矿冶炼时,小高炉上可用生石灰代替石灰石,大高炉上控制其粒度在25mm~35mm以改善石灰石分解条件,使入炉熔剂控制在炉内较高部位完成分解。同时,高炉中也进行着一定程度的析碳反应:2CO==CO2+C这是碳素溶解损失反应的逆反应,在温度在400-600℃发生出现这种反应。对高炉冶炼不利:此反应是放热反应,因其发生在高炉上部,所以,热量不能被有效利用;浸入炉身衬砖的CO如果析出碳素会由于出现膨胀而破坏炉衬,浸入炉料中的CO发生反应会使炉料破碎、产生粉末阻碍煤气流等。

2燃料挥发分的挥发

焦炭及煤粉中燃料挥发分,焦炭含有挥发分较少,在10%左右。焦炭下降到风口前已被加热到1400℃以上,含有挥发分已全都放出,在焦炭燃烧生成的煤气中,挥发分仅占0.23左右,对煤气成分和冶炼过程影响较小。而在喷吹煤粉时,煤粉中如果含挥发分高,喷吹量又大,就会造成炉缸煤气成分明显变化,这对还原反应的影响必须加以重视。

3气化

在高炉冶炼中,有些物质会在高炉中气化,如在高炉中还原出的P、As、K、Na、Pb、Zn和S等以及还原的中间产物SiO、Al2O和PbO在高炉中生成的化合物SiS、CS以及由原料带入的CaF2等。这些物质在高炉下部高温区气化后,随煤气流上升后又由于温度的降低而冷凝;有少部分随煤气逸出,还有一部分被炉渣吸收而排出炉外,也有一部分随炉料再次下降至高温区而重复这种气化的凝聚过程。这些易气化的物质的循环,使这些物质的浓度随高炉的高度而出现变化。气化物质在较冷的炉壁和炉料表面上的凝聚,较轻时阻塞炉料空隙,增大煤气流的阻力、降低料块强度,较重时导致炉料难行、悬料以及炉墙结瘤等。解决的方法是增大其随煤气逸出量或被炉渣吸收的总排出量,如炉顶温度较高,煤气流速较大,能提高气化物逸出炉外的数量;碱性炉渣能吸收S、O和SiO,酸性渣会较多的吸收K和Na,渣量大会增加这些物质的排出量。在一些措施无效而且危害不断加重时要从原料入手,限制这些物质的入炉量,采取烧结加氯化物去除等方法措施。

化学反应论文:分析烯烃羟汞化学反应

羟汞化-脱汞是由烯烃合成醇的有效途径之一[1]。羟汞化反应主要分为两个阶段:①烯烃在含水的四氢呋喃溶液中与乙酸汞发生羟汞化;②羟汞化产物不经分离,直接加入NaBH4进行还原脱汞。该反应具有条件温和(一般在室温进行)、速度快(一般及时阶段只需要几分钟,第二阶段需要1小时)、中间产物不需分离、区域选择性好(Markovnikov取向)、无重排产物等优点。因此,尽管汞是公认最毒的金属元素,但由于羟汞化反应的诸多优点,该反应仍被广泛用于有机合成[2-3]。

以丙烯加乙酸汞为例,目前比较公认的羟汞化反应机理[4-5]见图1。其中第二步和第三步最为关键,但是目前国内外多数有机化学教材都没有明确指出反应的速控步是哪一步[6-10],部分教材甚至把羟汞化过程归类为亲电加成反应[8-10]。我们对此产生疑问,整个反应的速控步究竟是汞离子亲电加成的第二步,还是水亲核进攻的第三步?下面根据软硬酸碱理论、元素电负性等有机化学基础知识以及量子化学计算结果对各步反应分析如下:(1)及时步,乙酸汞发生电离产生乙酰氧基汞正离子。我们认为该带有正电荷的汞离子的生成是必要的。近期的研究证明氯化汞能够催化芳基烯基醚的羟汞化反应。加入氯化钠等含有氯离子的无机盐能够抑制上述反应,而加入硝酸银可以促进上述反应。因为氯离子是软碱,额外增加的氯离子能够和汞离子络合生成[HgCl4]2-,抑制了+HgCl的生成,进而抑制了羟汞化。而加入硝酸银,使银离子和氯离子结合,则可以促进+HgCl的生成,进而促进羟汞化反应。对于不同的汞盐,根据软硬酸碱理论可以判断其电离的难易。越容易电离的汞盐,活性越高。不同汞化合物应该具有如下的活性顺序:Hg(OOCCF3)2>Hg(OOCCH3)2>HgCl2>HgBr2>HgI2。因为Hg2+是软酸,CF3COO-是最硬的碱,I-是最软的碱。所以Hg(OOCCF3)2最容易电离,HgI2则是“软亲软”,不易电离,活性低。实验结果表明Hg(OOCCF3)2对4-己烯-1-醇分子内氧汞化速度比Hg(OOCCH3)2快,而且产物不同[12]。(2)第二步,乙酰氧基汞正离子与烯烃的碳碳双键发生亲电加成生成汞鎓离子。从软硬酸碱理论分析,烯键的π电子为软碱,汞离子为软酸,“软亲软”,该基元反应应该属于快反应。从电负性考虑,汞的电负性为1.9,略小于碳的2.55[13],这使正电荷主要集中在汞上而不是碳上。这一点与溴鎓离子截然不同,后者正电荷主要集中在碳原子上。所以,相比溴鎓离子,汞鎓离子不易受到水的亲核进攻。我们用量子化学手段计算得出乙烯、丙烯、异丁烯与乙酰氧基汞正离子加成生成的汞鎓离子中间体以及乙烯的溴鎓离子的结构与APT电荷(atomicpolartensor-basedcharges)[14]分布(图2)(本文量化计算均采用Gaussian03软件包,分子构型在RB3LYP水平下进行优化,其中C、O使用6-31G*基组,H使用6-31G**基组,Hg和Br使用赝势基组(Lanl2DZ,其中对Br加上极化函数(极化参数为0.389);

对所有优化的结构进行频率计算,以确认所有结构均是稳定结构(驻点是极小值,没有虚频))。从以上计算结果可得出结论:①上述汞鎓离子中,乙酰氧基与汞原子是双齿配位的,两个O—Hg键长几乎等长,都在2.30左右。②汞原子上总是带有最多的正电荷。③在丙烯等不对称烯烃的汞鎓离子中,由于甲基的供电诱导效应,C2上正电荷多于C1,在异丁烯的汞鎓离子中这一差异更加明显。从乙烯到丙烯到异丁烯,Hg—C1键逐渐变短,从2.602变为2.478,再到2.419。而Hg—C2键逐渐变长,在异丁烯的汞鎓离子中,Hg—C2键最长,达到2.876。这都预示着第三步水亲核进攻的位置在C2上,即Markovnikov取向。④在异丁烯的汞鎓离子中,C2上带有最多的正电荷,可以预期其与水的亲核加成速度要比丙烯或乙烯的汞鎓离子更快,这一结论与实验结果一致[15]:2-甲基-2-丁烯的羟汞化在10s内完成,而环己烯需要55s。⑤与电负性分析结果一致,与乙烯的乙酸汞鎓离子不同,在乙烯的溴鎓离子中,正电荷主要集中在碳原子上,溴原子上正电荷很少,这表明汞鎓离子与溴鎓离子有着本质的不同。众所周知,羟汞化反应通常不会发生重排,这正是由于汞鎓离子中间体的正电荷主要集中在汞上而不是碳上的具体体现。因为涉及鎓离子的碳上正电荷较少,临近α位的烃基或氢原子不易发生迁移。

我们分别计算了叔丁基乙烯的汞鎓离子和溴鎓离子甲基重排前后的能量变化,结果如图3所示。从量子化学计算的结果也可以看出,在叔丁基乙烯汞鎓离子中,C2上的正电荷仅为0.4858e,而且甲基重排后所得到的叔碳正离子中间体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离子中C2上正电荷高达0.8574e,非常有利于甲基迁移,而且发生类似重排后产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离子的重排在热力学上是极其不利的,不易重排。而叔丁基乙烯与溴的亲电加成生成的溴鎓离子容易重排。事实上,许多烯烃,如:莰烯[16]、降冰片烯[17]和苯并二环[2.2.2]-2,5-辛二烯[18]与溴的亲电加成都发生了重排。(3)第三步,水作为亲核试剂进攻汞鎓离子。在该步中,水分子中的氧原子是硬碱,而带有部分正电荷的碳原子是软酸。由于碳上的正电荷较少,水的亲核性又弱,此类弱亲核试剂的亲核进攻就变得更加困难。由此推断,该步基元反应才应该是整个反应的慢步骤,即整个羟汞化反应的速控步。通过查阅文献[19],这一结论得到了有力支持。例如:2-甲基-1-己烯的羟汞化反应速度比1-己烯快10倍,比四甲基乙烯的羟汞化速度快833倍。上述实验结果与相应汞鎓离子中C2上的正电荷多少有关(图4)。2-甲基-1-己烯的汞鎓离子中C2上的正电荷较大(0.6632e),羟汞化最快;而四甲基乙烯的类似物相应碳原子上的正电荷最少,羟汞化最慢。如果汞鎓离子生成的一步是速控步,含有4个供电甲基的四甲基乙烯与乙酸汞离子形成汞鎓离子进而得到羟汞化中间体应该是上述3个烯烃中最快的,然而实验 事实正好相反。这反过来证明汞鎓离子生成的一步不是整个羟汞化反应的速控步。另外,对于含多个双键的烯烃,羟汞化优先发生在最不对称的双键上,即1,1-二取代优于1,1,2-三取代,单取代优于1,2-二取代[20],反应速度与汞鎓离子中取代最多的碳原子上的正电荷密度成正比,也进一步说明水亲核进攻的一步是整个反应的速控步。(4)第四步是中间产物Ⅱ快速失去质子的过程,不再赘述。(5)关于烯烃和炔烃羟汞化产物的脱汞问题。在烯烃的羟汞化产物中,由于碳与汞的电负性差别太小,使得碳汞键的电荷分布比较均匀,碳汞键的极性较小。量子化学计算得出乙烯羟汞化产物中与汞原子相连的碳原子上负电荷密度均为-0.1300e,同样说明碳汞键的极性很小,所以乙烯羟汞化产物HOCH2CH2HgOAc不像其他金属有机试剂(例如Grignard试剂)那样容易水解,而必须使用还原剂NaBH4进行还原。

相反,乙炔在汞催化下的水合产物是互变异构体(图5):HOCHCHHg+和OHCCH2Hg+,前者与汞相连的碳原子是sp2杂化,比sp3杂化碳原子具有更大的电负性[21]和更强的吸引电子能力,会使碳汞键极性增大;后者甲酰基是强吸电基,而且在稀硫酸中,氧原子会发生质子化,使碳汞键极性进一步增大。因此,乙炔羟汞化产物中的碳汞键更像一般金属-碳键,在稀硫酸中容易水解。所以在炔烃羟汞化反应中,汞离子是催化量的。为了便于比较,我们在乙炔羟汞化中间体的汞原子上螯合了一个乙酸根,量子化学计算结果见图6。从图6能够明显地看出,乙炔羟汞化产物中的碳汞键正负电荷差别明显大于乙烯羟汞化产物中的碳汞键电荷差,键的极性也明显比后者强,即乙炔羟汞化产物中碳汞键容易直接水解变为碳氢键。本文从有机化学基本概念、基本理论出发,结合量子化学计算结果,对烯烃的羟汞化机理进行了分析,得出该反应的速控步是水分子亲核进攻汞鎓离子的一步,整个反应属亲核加成。同时指出,烯烃羟汞化产物中的碳汞键极性小,不能直接水解为碳氢键,故需要硼氢化钠还原;而炔烃羟汞化产物中的碳汞键极性较大,在反应过程中可以直接水解转化为碳氢键。

化学反应论文:分析《化学反应工程》课程双语教学的实践与认识

社会与科学的进步促使国际间的交流与合作不断地扩展,对人才的要求也渐为提高,专业人才不仅要具有扎实的专业水平,还要具有较强的外语功底。为了适应科学与社会发展对人才培养的需要,教育部在2001年印发了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,提出“积极推动使用英语等外语进行教学”,“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”。根据这一形式,我校在2000年也对化工类主干课程《化学反应工程》课程教学进行了改革,采用了双语教学的模式。历经几年的实践,我们对双语教学取得了一些认识。

1、双语教学的意义

双语教学是在非语言类学科中以两种语言作为教学语言的教育[1],其中一种是学生的母语,使学生掌握非语言类学科知识。研究者将双语教学模式分成三类[2],及时类,学校只使用一种非学生母语的语言进行教学,即浸入型双语教学;第二类,学生进入学校后部分或者全部使用母语,然后逐步转变成只使用第二种语言进行教学,这种模式称为过渡型双语教学;第三类,学生刚进入学校是使用母语,然后逐渐地使用第二种语言进行部分学科的教学,其他学科仍然使用母语教学,这种模式称为保留型双语教学。

采用双语教学具有多方面的意义。首先,双语课程多采用国外原版教材,通过课程的学习,学生在掌握该课程内容的同时,可自然习得外语的运用,提高外语的应用能力。其次,外语学习的目的在于应用,在高校中往往花费诸多的学时在外语课程上,而学生的外语运用能力往往不理想,在运用外语进行交流的场合,往往很难表述自己的想法,涉及到专业用语,更是不知如何表达,外语的学用脱节问题严重。双语教学的开展无疑可以有效地解决这一问题。双语教学把课程知识的学习和外语的学习有机结合在一起,使学生真正运用自己的外语技能实现课程知识的学习,切身感受到外语的重要性,实现学以致用。并且,国外原版教材的采用,使得课程教学体系与国外一致,从而可以吸纳国外同类课程的精华。再者,通过双语教学,使更多的学生既具有较强的专业知识,又具有很好的外语运用能力,从而可以促进国际间的交流,推进对国际先进科技与创新理念的理解与接受。

2、《化学反应工程》课程的双语教学实践

我校《化学反应工程》课程选择国外名校教材《Chemical Reaction Engineering》(Octave Levenspiel 主编,3rd ed.,John Wiley & Son,Inc.,该教材2002年由化学工业出版社作为国外名校名着引进出版)进行教学,该书文字流畅,内容简明,条理清晰,较适合作为双语教学的教材,但是内容上与我们的教学大纲不相符,我们在授课中根据需要对课程内容做适当取舍或调整。主讲教师均具有较好的英语基础,教师专业水平较高,均已取得博士学位或者正在攻读博士学位。教师授课时,板书为英语,起始时以汉语讲授为主,在学生能够接受的前提下,采用部分英语授课,随着时间的推移,逐渐加大英语授课的强度。按照教学模式分类,本课程属于保留型双语教学。

教师授课过程中,绝大部分时间讲解课程知识,根据学生的英语掌握情况,提示部分专业词汇或者讲解部分英语段落、语句。授课过程中,具体采用多大份额的英语讲授,每次课不同,根据学生掌握知识点的情况来调整,以大部分学生能够掌握主要知识点为准。

课程作业为英文教材所配备的习题,对学生提交作业的语言不作硬性要求,英语表达能力强的学生可以采用英文,英语表达能力差的学生可以采用部分英文部分汉语的方式,鼓励学生尽可能采用英语。考试采用英文试卷,答题语言也不作硬性规定。

教学方式上除了教师授课、学生听课、记笔记的常规形式,还采用了很多灵活的形式。例如,在一次课结束时,对下一次课要讲的内容提出一些问题,要求学生预习,再上课时,由学生就这些问题发表意见,甚至给同学讲课,之后教师进行评价、讨论。采用英文教材需要学生付出更多的精力来阅读、理解,这种教学方式可以增加学生阅读教材、分析问题的积极性。又如,为了增强学生对知识点的掌握,每次课前均对上一次课所讲授的知识点进行回顾,讲清各知识点之间的前后联系。同时每个阶段我们均进行小结,把该阶段的内容前后联系起来,每一阶段均配合相应的综合练习题,巩固已学知识。

同时,我校《化学反应工程》教学网站已于2006年建成,上传并了许多重要的教学资源,如课程信息、授课课件、教案、电子版参考资料(着作、论文)、拓展资源等,并经常更新,学生可以利用网络,浏览教学资源及下载。该网站的建成,对《化学反应工程》双语课程的日常教学起到了很好的辅助作用。

教学实践的结果表明,大部分学生阅读、理解教材的能力明显提高,能够基本上掌握课程的主要知识点。每次课程结束,均对学生进行调研,结果表明,学生认为该双语课程讲授的内容充实,信息量大,能及时反映学科前沿内容,对该双语课程的教学方法基本满意,该课程的学习,对英语应用能力的提高有很大帮助。校教学巡视员对《化学反应工程》双语课程的教学也给予了高度评价,一致认为课程组教师讲授知识,教学方法和手段先进、合理,理论联系实际。

3、双语教学中存在的问题

在《化学反应工程》课程教学实践中,我们也逐步认识到了双语教学中存在的一些问题。

首先,在本课程的教学中,常常不能完整地完成教学大纲规定的全部内容,这是由于双语教学中需要花费一定的时间来帮助学生对语言的理解,以保障学生对知识的接受,所以会损失一部分教学内容。这一问题的存在也是必然的,因为我们的语言大环境是汉语环境,学生对于外语所表达知识的接受存在较大的障碍。要想解决这一问题,目前存在较大的困难,需要从我们的语言环境着手,增大外语的运用力度。我们考虑可以充分利用现代化的交流手段,例如通过网上质疑和答疑,增强学生课后复习和预习的强度;同时提供合适的中文参考书供学生参考,把教学内容的损失减到低。

其次,教师本身的外语运用能力有待进一步提高。的双语教师应该不仅可以用外语进行流利的日常会话,而且精通专业内容、学科专业英语,能流畅自如地应用双语进行教学。在教学中 我们已经认识到教师本身存在的一些不足,尽管我们进行双语教学的教师都是英语基础较好的教师,但是毕竟不是以英语为母语,要想实现流利的英语授课尚存在一定的困难,需要加强双语教师的培养与培训。目前我校也采取了一些措施,例如选送双语课教师由外教进行强化训练并短期出国培训,已取得了一些成效,但仍需进一步加强这一方面的工作内容。

再者,部分学生不能认同双语教学模式,认为双语教学没有必要,在学习中处于被动,直接影响到其对知识的接受。而且,我校《化学反应工程》课程的所有课堂均设置为双语,该课程是化学工程与工艺专业学生的必修主干课,学生没有选择的余地,有些学生英语基础较差,听读能力跟不上,课上讲解的知识往往因为语言理解的问题而不能接受,随着授课内容的深入,这一部分学生往往产生消极情绪,进一步影响对课程知识的接受。如前所述,课上我们已经采取了各种手段来加强学生对知识的理解,尽管如此,学生对双语教学的态度积极与否仍然是双语教学的关键一环。这就提示我们,进行双语教学不可急于求成,需要根据学生的特点制定教学计划,提高学生对双语课程的积极性。

4、结束语

几年的教学实践中,我们在《化学反应工程》双语教学中已取得了一些成效,对于双语教学的认识也有了提高,同时也发现了不少问题。双语教学师资是提高双语教学效果的前提,我们需要进一步加大师资的培养与培训力度。双语教学还必须充分考虑学生的特点,必须符合学生发展的需要,给学生适当的选择空间,例如可以开设双语与汉语两种课堂,由学生根据自身的情况决定选择汉语课堂还是选择双语课堂。另外可以适当采用激励机制,例如学生选择双语课程可以得到适当的奖励,课程学分可以比同样的汉语授课课程适当高出一些,提高学生对双语课的学习热情。总之,双语教学要重实效,要从人才培养的高度来认识,依据实际情况循序渐进、持之以恒,逐渐加强双语教学的力度。

化学反应论文:化学反应与设备教育创新探索

1多种教学手段并用

1.1多媒体教学

在《化学反应过程与设备》的教学过程中采用多媒体授课,并配有图像清晰的DVD教学影片及动画。DVD影片主要选择了某些设备进行介绍,把这些设备进行拆卸后再进行安装,让学生更近一步地了解其内部结构;并介绍了某些设备在了实际操作中可能出现的事故现象及应急处理办法,让学生对生产实际了解更加深刻。教学动画主要对某些设备的运行进行了模拟,使学生能够直观地了解设备内部的运行状况。通过这些手段使教学变得直观、生动,极大地提高了学生的专业兴趣和学习积极性。

1.2仿真及实操教学

我院建有大型仿真实训室,可进行化工生产单元及工段仿真操作。该实训中心可以让学生在电脑上模拟化工单元操作情境,模拟化工产品生产整个生产过程,弥补了化工生产在真实装置上操作受到限制的不利因素。在完成本课程某个任务的理论教学后,带领学生进行仿真操作实践教学,将理论与实践紧密地联系起来,极大地调动了学生对本课程的学习积极性。在操作过程中,学生可以大胆的设计参数、改变参数,教师可以设定故障,让学生以小组为单位分析、研讨、解决,较好的提高了学生分析、判断、解决问题的能力。我院实习实训基地已经建成,并且配套了各种反应器,包括釜式反应器,管式反应器,固定床反应器、流化床反应器等,因此可以在理论教学的基础上,增加单元现场操作实验,使学生对生产设备具备实际操作流程各工序及相关技能得到训练,以便学生日后能对现行的工业生产过程进行管理,确保装置设备正常运转。

2丰富教学内容

2.1教学时数及分配

《化学反应过程与设备》所包含的内容比较广泛,因此现有的教学时数(总学时60)满足不了该课程的教学要求,应适当将教学时数加大,建议调整为周学时6,共90学时,适当增加实践性教学,争取做到理论教学与实践教学比例为3∶1。

2.2课程内容

理论知识模块应着重于反应器的设计计算,为毕业设计打好基础。建议学时58学时。充分利用我院仿真实训基地,增加仿真实验内容,通过单元操作仿真,加强理论知识的理解和掌握,使学生掌握各个基本单元过程的操作控制和调节方法,培养分析和解决生产操作中各种工程技术问题的能力。仿真实验教学内容:①釜式反应器仿真实验(4学时);②管式反应器仿真实验(4学时);③固定床反应器仿真实验(4学时);④流化床反应器仿真实验(4学时)。我院实习实训基地已经建成,并且配套了各种反应器,包括釜式反应器,管式反应器,固定床反应器、流化床反应器等,因此可以在理论教学的基础上,增加单元现场操作实验,使学生对生产设备具备实际操作流程各工序及相关技能得到训练,以便学生日后能对现行的工业生产过程进行管理,确保装置设备正常运转;反应器操作实验教学内容:①釜式反应器技能操作(4学时);②固定床反应器技能操作(4学时);③流化床反应器技能操作(4学时)。

3创新考核方式

打破原有期末闭卷笔试的模式,采用半开卷笔试与实际操作相结合的考核方式。(1)半开卷笔试(100分)主要考察学生对反应器设计的理解与掌握能力。以试卷形式分两部分进行考核,理论知识部分闭卷笔试(50min),反应器设计计算部分开卷笔试(50min),给定学生一个设计项目,学生自我发挥,写出设计思路,并进行相应的计算。(2)实际操作(100分)主要考察学生单元操作过程的正常运行、操作调节、事故处理等能力。在我院实训基地进行考核。学生以3~5人为一组,随机抽题(包括釜式反应器,管式反应器,固定床反应器,流化床反应器技能操作),分工协作进行操作、测试数据,教师根据学生操作熟练程度及是否按照操作规程进行等打分。

化学反应论文:探究化学反应条件及催化剂的作用

1化学反应的影响因素

化学反应是一个复杂的过程,在反应过程中容易受到不同因素的影响。及时,化学反应会受到浓度的影响。一般情况下当其他条件不变的情况时浓度越大,反应速率越大,化学平衡会向正向转移。第二,化学反应会受到压强的影响。一般情况下当其他条件不变的情况时压强越大,反应速率越大,化学平衡会向气态物质系数小的方向转移。这一反应影响条件是针对气体反应的,增大压强相当于增大了单位体积内气体的浓度,一次化学反应的反应速率就会随着压强的增大而变快。第三,化学反应会受到温度的影响。一般情况下当其他条件不变的情况时温度升高,反应速率会增大,化学平衡会向吸热方向转移。实践证明,温度的变化可以影响到一切的化学反应的反应速率,只是影响程度会有所差异。第四,化学反应会受到催化剂的影响。一般情况催化剂对化学平衡不会产生影响,也不参与化学反应,在反应前后其质量和组成是不变的。它加入的目的就是改变化学反应的反应速率。通常正催化剂都会加速化学反应的反应速率。此外,光、反应固体物颗粒大小、溶剂等也会影响到化学反应的反应速率。其中温度和催化剂的影响比较明显、具有很大的实用价值。如在工业合成氨中,会使用铁做催化剂,加快化学反应的反应速率,提高氨的生成速度。

2化学反应中催化剂的作用

2.1催化剂的类型

在化学反应中,催化剂虽不参与化学反应,但它会与反应物发生作用,加快了化学反应的反应速率,使化学反应变得更为剧烈。首先,催化剂不参与化学反应,即化学反应前后催化剂的质量、物质结构不会发生任何的改变。其次,催化剂会改变反应的速率,甚至可使反应的速率提高上万亿倍,大大提高了工业生产中化学反应应用的效率,提高了单位时间内产品的产量,创造了企业的经济效益。催化剂的类型多样,按催化过程可分为均相催化剂和多项催化剂;按催化剂的反应类型可分为氧化还原催化剂、酸碱催化剂和配位催化剂。按物质类型可分为过度金属催化剂、金属氧化物催化剂、酸碱催化剂和金属络物催化剂。随着工业的发展,人类环保意识的增强,对工业生产中的化学反应的要求也越来越高,产生了从环保角度出发的绿色化学,如燃煤中加入生石灰反应,减少了煤燃烧过程中二氧化硫的排放。在绿色化学中很大一部分就是通过催化剂的合理利用来减少和排除工业生产对环境的污染、破坏,随之相应产生了绿色催化剂。

2.2催化剂的作用

在现代工业生产中,催化剂起到了巨大的作用,促进了工业的发展和工业生产的效率,催化剂的研究和使用时当今世界热点,据统计有80%以上的工业生产化学反应都会用到催化剂。首先,催化剂的使用降低了工业生产的成本。一方面,催化剂的使用使工业生产中的化学反应更为充分,降低了工业生产的原料损耗,提高了生产效率。另一方面催化剂加快了化学反应的速度,提高了单位时间内工业生产的生产量,节约了人力等成本,使企业在同一时间内生产了更多的产品,节约了生产消耗,为企业赢得了更多的利益。此外,一些催化剂的应用简化了所需产品的加工工艺,使人类通过廉价的手段提取了高效益的能源、产品,创造了极大的社会效益。其次,催化剂的使用提高了企业的生产能力。如在工业合成氨的过程中,使用催化剂使合成氨的化学反应速率提升了上万亿被,大大的提高了企业的生产能力,为企业创造了更多的经济价值和社会效益。再次,催化剂能控制化学反应生成的产物,如在乙烯与氧气的反应中,使用PdCl-CuCl2做催化剂可以生成乙醛;而使用银作催化剂则会生成环氧乙烷。因此,生产中可以通过催化剂控制化学反应的生成产物,获取生产所想要得到的新物质。此外,对于复杂反应,催化剂可以有效的加快主反应的反应速率,对副反应起到一定的拟制作用,提高了生产中所需产物的收率。第四,催化剂改善了化学反应的条件,如一些反应本身要在高温下进行,才能确保反应和反应速率化学反应,加入催化剂后可在常温下进行并确保反应的速率;又如一些反应对设备的腐蚀性严重,采用催化剂后可改变发生的化学反应,降低了反应过程中对设备的腐蚀,并确保了生产的顺利进行。可见催化剂的这一作用能有效改善企业化工生产中对生产设备的要求,较低了生产条件,为企业赢得了更多的利益。第五,催化剂的使用使更多的化学反应得以实现,拓展了工业生产中化学反应的原料来源,为企业的生产发掘出更多的资源。第六,催化剂拟制了一些化工生产中危害物品的生成,降低了化学反应对环境的污染。如工业生产邻苯二酚过程中,采用酶E.Coli做催化剂,使产物的生成定向为邻苯二酚,避免了化学反应生产过程中的副产品的产生和废弃物的生成,有效的保护了环境。

3化学反应和催化剂应用的研究趋向

化学反应对人类的贡献是有目共睹的,但化学反应造成的环境污染等负面影响也是不容忽视的,随着环境问题的日益恶化,人类的环保意识逐渐增强。早在二十世纪时人们就提出了绿色化工,随着人类对化学反应及催化剂使用研究的深入,目前人类已掌握了很多提高化学反应效率,减少环境污染的措施,并将其运用到工业化工生产中,实现了化学反应对人类的无害服务。同时,人们利用化学反应不断的开发新的能源,如在催化剂作用下将煤炭资源转化为液体燃料,增强了能源的利用效率,还降低了煤炭不充分燃烧所带来的环境污染问题。因此,未来化学反应与催化剂应用的研究方向就是绿色化工、能源化工。随着科技的发展,人类必将实现化学反应的无公害、无污染,并充分的利用催化剂等手段,拓展人类对能源原料的需求,进一步促进人类文明的发展。

4结语

化学反应广泛的存在于人类的生产、生活中,为人类社会的发展和进步作出了突出贡献。从日常生活到工业生产,从钢铁冶炼到航天、航空工业的发展,处处都要依靠化学反应来实现。自然界存在着大量的物质资源,为人类的生存和发展提供了保障。但这些资源的直接利用或初加工利用都会带来一定的资源浪费和环境污染等问题,此外一些资源的状态人类还无法加以利用。化学反应从自然资源中制造出新的资源、能源为人类所用,为人类的生存和发展提供了极大支持。同时,催化剂的应用具有加速化学反应、提高化学反应效益等作用,极大的方便了人类利用化学反应进行生产的目的。随着人们对化学反应和催化剂应用研究的不断深入和扩展,化工生产将为人类社会创造更多的财富,实现无污染、无公害的为人类社会的发展服务。

化学反应论文:对化学反应工程实践教学的改革与探索

化学反应过程是化工生产过程的核心,流程中反应器的投资不一定较大,但反应器的设计精度、操作控制精度均要高于其它设备,是决定最终产品产量和质量的关键部位。化学反应工程是一门研究工业反应过程的开发和反应器设计、优化、放大的工程学科。目标是通过学习培养学生分析、解决工业反应器设计、操作和控制中遇到的实际工程问题的能力。化学反应工程是人类从科学实验和生产实践中总结发展起来的,它离不开科学实验和生产实践。学生在学习时普遍感到理论抽象、数学推导繁琐、工程问题多,不少学生认为化学反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。本科生的工程背景知识不足,仅靠理论教学难易将反应工程基本原理与工业反应过程有效结合,难易将知识内化为学生的能力。开好这样一门课程,改革实践教学是深化书本理论知识、强化工程应用能力的有效途径之一。为此,青海大学化工学院(以下简称“我院”)在加强实践性教学方面进行了一系列的探索,采取加大课程实验、开设课程设计、开展反应器操作仿真实训、鼓励学生参加科研活动等一系列改革措施,取得良好的教学效果,显着加深了学生对化学反应工程基本原理的理解,有效提高了学生在反应器设计、科学实验研究、反应器操作等方面的实践动手能力。

一、开设课程设计、培养学生应用知识和反应器优化设计的能力

我院开设了为期2周的化学反应工程课程设计,要求每个学生独立完成硫酸转化器设计,采用二转二吸中的“3+1”或“2+2”式工艺、四段间接换热绝热式固定床催化反应器。每个学生的设计规模、进一段的原料气组成、净化率、转化率、吸收率不相同,学生自己查阅文献资料、查找设计方法、搜集计算公式、选择工艺参数进行设计。完成后撰写设计说明书,内容包括设计任务书、目录、设计方案简介、工艺计算、设计结果汇总、设计评述与讨论、参考文献,等等。设计过程中学生之间广泛讨论,商讨设计方法,学习氛围浓厚。虽然过程相似,但设计条件不同,每个学生都要单独完成自己的设计任务。通过该课程设计,学生对固定床催化反应器的形式和特点,固体催化剂的性能、内扩散有效因子的概念和计算方法,平衡温度、平衡温度曲线的概念和绘图方法,温度、温度曲线的概念和绘图方法,各段进出口温度、进出口转化率的分配方法,利用本征动力学方程,通过数值积分计算反应时间的方法,催化剂用量的计算及校正方法,反应器直径、高度及其它附件尺寸的计算方法等知识点,有了深刻的理解和较好的掌握。

二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力

对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说,实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器,如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中,我院通过专业实验课、综合设计型实验课,逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验;开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验,学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法,多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性,理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别,连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因,全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法,反应精馏与常规精馏的区别,连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法,温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响,转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点,有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识,不但在实验中得到验证和巩固,而且得到了应用,掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。

三、开展仿真实训、培养实践操作能力

我院以前有四周生产实习,实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时,学生得不到实际操作设备的锻炼机会;一般实习一个化工产品的生产过程,学生掌握了工艺流程、生产原理之后,实习后期学习兴趣、主动性降低,影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用DCS控制,技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来,计算机仿真技术的应用越来越广泛,采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化,从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征,将“抽象”化为“形象”,动态演示工业生产过程。并且,仿真实训具有无消耗、无污染、可重复操作等优点。为此我院购买了北京东方仿真软件技术有限公司的化工培训软件,在校内建立仿真实验室,开展仿真实训教学。将以前四周全在企业的生产实习改为前两周在企业生产现场实习,后两周在校仿真实验室开展仿真实训。目前我院开设的与化学反应工程有关的仿真实习项目有固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元,以及30万吨合成氨生产工艺中的反应部分、甲醇生产工艺中的反应部分,等等。学生要进行冷态开车操作、正常生产操作、停车操作、故障处理操作,以及单人单工段、多人单工段、多人多工段等操作环节的实训。通过仿真操作训练对于学生了解化工反应过程、以及工艺和控制系统的动态特性、提高对化工生产过程的运行和控制能力具有特殊效果。这种运行、调整和控制能力,集中反映了学生运用理论知识解决实际问题的水平。所以,仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法。

四、参与科研活动、培养创新能力

鼓励和指导学生参与科研活动,培养创新能力,是我院进行的又一项加强实践教学的改革措施。引导学生积极申报国家大学生创新型实验 计划项目、青海大学“大学生科技创新基金项目”、吸纳学生参加教师的科研项目,结合毕业论文实验,给学生提出难度、深度和工作量相对适中的课题,或从教师承担的科研项目中分出一部分专题,让学生在教师的指导下开展研究工作。经过多年努力,目前我院化学工程系近30%的学生参与科研活动。参与完成了粒状吸附剂制备、沸石吸附性能表征、反应沉淀法分离油田水中的钙镁离子、处理锌冶炼废水的中试反应器设计、屠宰废弃物发酵反应条件优化、固相反应法制备硫酸锌、化学沉淀法分离盐湖卤水中的钙镁离子等与化学反应工程知识有关的课题。使学生接触和了解部分学科前沿知识和研究动态,拓宽了学生的视野。科研中探索出的新思路、新方法、新对策,启迪与开拓了学生的创新意识。

实践教学是理论教学的补充和升华,我院为加强实践教学采取的一系列改革措施,深受广大学生的欢迎和积极参与,取得了良好的教学效果。学无止境,只有继续改革与探索,才能进一步提高人才培养的质量。

化学反应论文:提升《化学反应工程》教学水平的创新策略方法

化学反应工程这门学科主要是针对工业规模化学反应过程的优化设计与控制进行研究的。它的综合性非常强,涉及的知识面也非常广,因此对于教学的要求就显得非常的高,是化工专业的一门重点专业学科。针对各方面要求都比较高的一门专业学科,老师如何教好这门课程,如何能让学生学到课程的精髓,需要老师在多年的工作教学中,不断总结各种教学经验来提升教学水平。笔者通过多年的工作经验,总结了如下提升《化学反应工程》教学水平的创新策略方法。

一、加强问题教学法与案例教学法的使用

教学方法的改进对于教学水平的提高具有重要的作用。在多年的教学工作中,发现问题教学法和案例教学法对于教学水平的提升效果明显。因此,在化学反应工程课的教学中,要加强问题教学法与案例教学法的使用。

问题教学法是指围绕问题展开教学双方互动。一般的思路就是:首先提出问题,接着思考并讨论问题,然后经过相互讨论找出答案,进行归纳总结。举例说明:在教授多级CSTR串联的计算和优化时,我们可以提出如下问题:如何求解串联体系的转化率。针对这个问题,老师和学生展开讨论,然后学生利用所学知识点已经讨论的结果来寻求答案,老师对问题进行归纳总结。通过这个过程,运用问题教学法进行教学,不但活跃了课堂气氛,还深化了学生对于学习知识的认识。

所谓案例教学法就是运用实践中的实际案例来分析所学知识,做到学以致用,加强学生对于所学知识的认识。其教学过程一般为:首先进行案例的描述,接着让学生进行尝试性的解决,老师在此过程中设置悬念,然后再进行这方面的理论知识学习,就行方案的剖析。举例说明:讲授反应器中的混合及对反应的影响这章时我们可以充分利用案例教学法,通过案例教学法启发学生学会根据所测得的停留时间分布情况以及如何解决实际的工程操作以及设计问题。

二、加强课堂教学和实验教学的结合

对于化学反应工程这门学科来讲,它是一门理论性和实践性都很强的学科,所以必须要加强课堂教学和实验教学的结合。通过理论和实际的结合,让学生深入学习其理论知识,并能通过实验学到更多的实际知识,为以后的工作打下良好的基础。

为此,对于学校来说,要针对化学反应工程这门学科,来增加硬件设施,给学生提供良好的实践场所。比如学校可以配备如下实验装置:固定床反应器、多釜串联反应器以及流体床反应器等等。这样在讲解了相关的理论知识之后,可以在实验装置上进行实验,让学生亲身体会到这个过程,这样就能提高学生对理论的深入了解,同时也强化了其动手能力。另外,老师可以阶段性地给学生设置一些设计实验课程,让学生经常进入实验室进行试验,不仅能够很好地检验学生对于理论知识的掌握情况,还能解决其在学习中常遇到的问题。

三、教学中要密切联系学科发展的前沿

化学反应工程学是一门不断发展的学科,知识量也在不断的增多。所以,在教授化学反应工程学时,要密切联系学科发展的前沿,这对于学生以后的工作具有非常重要的意义,也是提升化学反应工程教学水平的一种创新方法。目前,化学反应工程发展呈现如下趋势:及时,考察现象的时空尺度向两级发展,这种现象主要体现在两个方面,一方面随着各种试验仪器的快速发展,观察事物的尺度也变得越来越小,这就让我们更加容易了解事物的本质;另一方面时空考虑的尺度逐渐增大,并开始在更大范围考虑诸如可持续性发展这方面的问题。第二,研究重点从各类大宗化学品逐渐向各种产量较少的专用品方向发展,这也是近年来大宗化学品不断饱和而导致的。而我国还没有完成从各类大宗化学品向各种产量较少的专用品方向发展的转变,不过也在逐步变化中,多种小产量、高附加值的专用产品越来越受重视。第三,随着科学技术与计算机技术的不断发展,以往各种相对困难的理论知识也得到了相应的解决,比如非线性分析问题随着计算机技术的发展也逐渐变成可能。这些疑难问题的逐步解决有利于化学反应工程学科的发展。第四,对于化学反应工程学科,已经由过程导向性学科向产品导向性学科发展,化学反应工程学科的主要研究目标也有追求时空效率和物能利用的较大化向以产品结构和性能的可控化方向拓展。因此,为了更好地学习该课程,必须在教学中密切联系学科前沿知识。

四、加强教师自身修养

要想提升化学反应工程教学水平,教师水平的提高必不可少。教师自身修养如果上不去,其他教学方面配套再完善,也无济于事。为了提升教师的自身修养和化学化工相关专业知识能力,必须做到以下几点:及时,制订短期培训班,内容包括专业知识的培训以及自身素质的培训。第二,各个学校之间加强学科联系,老师之间应多沟通,多观摩学习,多切磋,寻找出最适合学生的教学与方法。第三,促进学校与相关企业进行交流与合作,让老师有机会进入工厂参观与学习,深入了解企业的一些基本运作模式,运用所学知识,理论与实践相结合,在很大程度上起到事半功倍的作用。由此可见,通过这些方面的提升,不断地加强老师的能力,对于课程的教学也是非常有益的。

五、开设专题讲座

专题讲座可以开拓学生的视野,提升学生解决问题的能力。因此我们要定期开设与化学反应工程学科相关的专题讲座,这些专题讲座可以是一些前言知识也可以是一些实际的生产实例。在讲座中积极引导学生进行讨论,通过专题讲座这一形式,来提升学生解决问题的能力。由此可见,开设专题讲座,可以强化理论与生产实际的联系,是提升化学反应工程学科教学水平的好方法。

综上所述,要想提升化学反应工程学科的教学水平,需要学校和任课老师不断努力,通过各种创新策略方法,提升学生的学习兴趣,真正让学生从课程学习中学到实际的本领,为以后的工作打下坚定的基础。

化学反应论文:化学反应工程实践教学的改革与探索

化学反应过程是化工生产过程的核心,流程中反应器的投资不一定较大,但反应器的设计精度、操作控制精度均要高于其它设备,是决定最终产品产量和质量的关键部位。化学反应工程是一门研究工业反应过程的开发和反应器设计、优化、放大的工程学科。目标是通过学习培养学生分析、解决工业反应器设计、操作和控制中遇到的实际工程问题的能力。化学反应工程是人类从科学实验和生产实践中总结发展起来的,它离不开科学实验和生产实践。学生在学习时普遍感到理论抽象、数学推导繁琐、工程问题多,不少学生认为化学反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。本科生的工程背景知识不足,仅靠理论教学难易将反应工程基本原理与工业反应过程有效结合,难易将知识内化为学生的能力。开好这样一门课程,改革实践教学是深化书本理论知识、强化工程应用能力的有效途径之一。为此,青海大学化工学院(以下简称“我院”)在加强实践性教学方面进行了一系列的探索,采取加大课程实验、开设课程设计、开展反应器操作仿真实训、鼓励学生参加科研活动等一系列改革措施,取得良好的教学效果,显着加深了学生对化学反应工程基本原理的理解,有效提高了学生在反应器设计、科学实验研究、反应器操作等方面的实践动手能力。

一、开设课程设计、培养学生应用知识和反应器优化设计的能力

我院开设了为期2周的化学反应工程课程设计,要求每个学生独立完成硫酸转化器设计,采用二转二吸中的“3+1”或“2+2”式工艺、四段间接换热绝热式固定床催化反应器。每个学生的设计规模、进一段的原料气组成、净化率、转化率、吸收率不相同,学生自己查阅文献资料、查找设计方法、搜集计算公式、选择工艺参数进行设计。完成后撰写设计说明书,内容包括设计任务书、目录、设计方案简介、工艺计算、设计结果汇总、设计评述与讨论、参考文献,等等。设计过程中学生之间广泛讨论,商讨设计方法,学习氛围浓厚。虽然过程相似,但设计条件不同,每个学生都要单独完成自己的设计任务。通过该课程设计,学生对固定床催化反应器的形式和特点,固体催化剂的性能、内扩散有效因子的概念和计算方法,平衡温度、平衡温度曲线的概念和绘图方法,温度、温度曲线的概念和绘图方法,各段进出口温度、进出口转化率的分配方法,利用本征动力学方程,通过数值积分计算反应时间的方法,催化剂用量的计算及校正方法,反应器直径、高度及其它附件尺寸的计算方法等知识点,有了深刻的理解和较好的掌握。

二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力

对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说,实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器,如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中,我院通过专业实验课、综合设计型实验课,逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验;开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验,学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法,多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性,理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别,连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因,全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法,反应精馏与常规精馏的区别,连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法,温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响,转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点,有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识,不但在实验中得到验证和巩固,而且得到了应用,掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。

三、开展仿真实训、培养实践操作能力

我院以前有四周生产实习,实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时,学生得不到实际操作设备的锻炼机会;一般实习一个化工产品的生产过程,学生掌握了工艺流程、生产原理之后,实习后期学习兴趣、主动性降低,影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用DCS控制,技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来,计算机仿真技术的应用越来越广泛,采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化,从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征,将“抽象”化为“形象”,动态演示工业生产过程。并且,仿真实训具有无消耗、无污染、可重复操作等优点。为此我院购买了北京东方仿真软件技术有限公司的化工培训软件,在校内建立仿真实验室,开展仿真实训教学。将以前四周全在企业的生产实习改为前两周在企业生产现场实习,后两周在校仿真实验室开展仿真实训。目前我院开设的与化学反应工程有关的仿真实习项目有固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元,以及30万吨合成氨生产工艺中的反应部分、甲醇生产工艺中的反应部分,等等。学生要进行冷态开车操作、正常生产操作、停车操作、故障处理操作,以及单人单工段、多人单工段、多人多工段等操作环节的实训。通过仿真操作训练对于学生了解化工反应过程、以及工艺和控制系统的动态特性、提高对化工生产过程的运行和控制能力具有特殊效果。这种运行、调整和控制能力,集中反映了学生运用理论知识解决实际问题的水平。所以,仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法。

四、参与科研活动、培养创新能力

鼓励和指导学生参与科研活动,培养创新能力,是我院进行的又一项加强实践教学的改革措施。引导学生积极申报国家大学生创新型实验 计划项目、青海大学“大学生科技创新基金项目”、吸纳学生参加教师的科研项目,结合毕业论文实验,给学生提出难度、深度和工作量相对适中的课题,或从教师承担的科研项目中分出一部分专题,让学生在教师的指导下开展研究工作。经过多年努力,目前我院化学工程系近30%的学生参与科研活动。参与完成了粒状吸附剂制备、沸石吸附性能表征、反应沉淀法分离油田水中的钙镁离子、处理锌冶炼废水的中试反应器设计、屠宰废弃物发酵反应条件优化、固相反应法制备硫酸锌、化学沉淀法分离盐湖卤水中的钙镁离子等与化学反应工程知识有关的课题。使学生接触和了解部分学科前沿知识和研究动态,拓宽了学生的视野。科研中探索出的新思路、新方法、新对策,启迪与开拓了学生的创新意识。

实践教学是理论教学的补充和升华,我院为加强实践教学采取的一系列改革措施,深受广大学生的欢迎和积极参与,取得了良好的教学效果。学无止境,只有继续改革与探索,才能进一步提高人才培养的质量。转贴

化学反应论文:化学反应条件及催化剂的作用

1化学反应的影响因素

化学反应是一个复杂的过程,在反应过程中容易受到不同因素的影响。及时,化学反应会受到浓度的影响。一般情况下当其他条件不变的情况时浓度越大,反应速率越大,化学平衡会向正向转移。第二,化学反应会受到压强的影响。一般情况下当其他条件不变的情况时压强越大,反应速率越大,化学平衡会向气态物质系数小的方向转移。这一反应影响条件是针对气体反应的,增大压强相当于增大了单位体积内气体的浓度,一次化学反应的反应速率就会随着压强的增大而变快。第三,化学反应会受到温度的影响。一般情况下当其他条件不变的情况时温度升高,反应速率会增大,化学平衡会向吸热方向转移。实践证明,温度的变化可以影响到一切的化学反应的反应速率,只是影响程度会有所差异。第四,化学反应会受到催化剂的影响。一般情况催化剂对化学平衡不会产生影响,也不参与化学反应,在反应前后其质量和组成是不变的。它加入的目的就是改变化学反应的反应速率。通常正催化剂都会加速化学反应的反应速率。此外,光、反应固体物颗粒大小、溶剂等也会影响到化学反应的反应速率。其中温度和催化剂的影响比较明显、具有很大的实用价值。如在工业合成氨中,会使用铁做催化剂,加快化学反应的反应速率,提高氨的生成速度。

2化学反应中催化剂的作用

2.1催化剂的类型

在化学反应中,催化剂虽不参与化学反应,但它会与反应物发生作用,加快了化学反应的反应速率,使化学反应变得更为剧烈。首先,催化剂不参与化学反应,即化学反应前后催化剂的质量、物质结构不会发生任何的改变。其次,催化剂会改变反应的速率,甚至可使反应的速率提高上万亿倍,大大提高了工业生产中化学反应应用的效率,提高了单位时间内产品的产量,创造了企业的经济效益。催化剂的类型多样,按催化过程可分为均相催化剂和多项催化剂;按催化剂的反应类型可分为氧化还原催化剂、酸碱催化剂和配位催化剂。按物质类型可分为过度金属催化剂、金属氧化物催化剂、酸碱催化剂和金属络物催化剂。随着工业的发展,人类环保意识的增强,对工业生产中的化学反应的要求也越来越高,产生了从环保角度出发的绿色化学,如燃煤中加入生石灰反应,减少了煤燃烧过程中二氧化硫的排放。在绿色化学中很大一部分就是通过催化剂的合理利用来减少和排除工业生产对环境的污染、破坏,随之相应产生了绿色催化剂。

2.2催化剂的作用

在现代工业生产中,催化剂起到了巨大的作用,促进了工业的发展和工业生产的效率,催化剂的研究和使用时当今世界热点,据统计有80%以上的工业生产化学反应都会用到催化剂。首先,催化剂的使用降低了工业生产的成本。一方面,催化剂的使用使工业生产中的化学反应更为充分,降低了工业生产的原料损耗,提高了生产效率。另一方面催化剂加快了化学反应的速度,提高了单位时间内工业生产的生产量,节约了人力等成本,使企业在同一时间内生产了更多的产品,节约了生产消耗,为企业赢得了更多的利益。此外,一些催化剂的应用简化了所需产品的加工工艺,使人类通过廉价的手段提取了高效益的能源、产品,创造了极大的社会效益。其次,催化剂的使用提高了企业的生产能力。如在工业合成氨的过程中,使用催化剂使合成氨的化学反应速率提升了上万亿被,大大的提高了企业的生产能力,为企业创造了更多的经济价值和社会效益。再次,催化剂能控制化学反应生成的产物,如在乙烯与氧气的反应中,使用PdCl-CuCl2做催化剂可以生成乙醛;而使用银作催化剂则会生成环氧乙烷。因此,生产中可以通过催化剂控制化学反应的生成产物,获取生产所想要得到的新物质。此外,对于复杂反应,催化剂可以有效的加快主反应的反应速率,对副反应起到一定的拟制作用,提高了生产中所需产物的收率。第四,催化剂改善了化学反应的条件,如一些反应本身要在高温下进行,才能确保反应和反应速率化学反应,加入催化剂后可在常温下进行并确保反应的速率;又如一些反应对设备的腐蚀性严重,采用催化剂后可改变发生的化学反应,降低了反应过程中对设备的腐蚀,并确保了生产的顺利进行。可见催化剂的这一作用能有效改善企业化工生产中对生产设备的要求,较低了生产条件,为企业赢得了更多的利益。第五,催化剂的使用使更多的化学反应得以实现,拓展了工业生产中化学反应的原料来源,为企业的生产发掘出更多的资源。第六,催化剂拟制了一些化工生产中危害物品的生成,降低了化学反应对环境的污染。如工业生产邻苯二酚过程中,采用酶E.Coli做催化剂,使产物的生成定向为邻苯二酚,避免了化学反应生产过程中的副产品的产生和废弃物的生成,有效的保护了环境。

3化学反应和催化剂应用的研究趋向

化学反应对人类的贡献是有目共睹的,但化学反应造成的环境污染等负面影响也是不容忽视的,随着环境问题的日益恶化,人类的环保意识逐渐增强。早在二十世纪时人们就提出了绿色化工,随着人类对化学反应及催化剂使用研究的深入,目前人类已掌握了很多提高化学反应效率,减少环境污染的措施,并将其运用到工业化工生产中,实现了化学反应对人类的无害服务。同时,人们利用化学反应不断的开发新的能源,如在催化剂作用下将煤炭资源转化为液体燃料,增强了能源的利用效率,还降低了煤炭不充分燃烧所带来的环境污染问题。因此,未来化学反应与催化剂应用的研究方向就是绿色化工、能源化工。随着科技的发展,人类必将实现化学反应的无公害、无污染,并充分的利用催化剂等手段,拓展人类对能源原料的需求,进一步促进人类文明的发展。

4结语

化学反应广泛的存在于人类的生产、生活中,为人类社会的发展和进步作出了突出贡献。从日常生活到工业生产,从钢铁冶炼到航天、航空工业的发展,处处都要依靠化学反应来实现。自然界存在着大量的物质资源,为人类的生存和发展提供了保障。但这些资源的直接利用或初加工利用都会带来一定的资源浪费和环境污染等问题,此外一些资源的状态人类还无法加以利用。化学反应从自然资源中制造出新的资源、能源为人类所用,为人类的生存和发展提供了极大支持。同时,催化剂的应用具有加速化学反应、提高化学反应效益等作用,极大的方便了人类利用化学反应进行生产的目的。随着人们对化学反应和催化剂应用研究的不断深入和扩展,化工生产将为人类社会创造更多的财富,实现无污染、无公害的为人类社会的发展服务。

化学反应论文:化学反应中化工技术的重要性

1化学反应应用中化学原料的重要性分析

在化工生产中,化学原料的选择会根据化学反应的需要为标准。然而,在实验室中,就可以非常容易的发现。即便生成一种物质,其化学原料可以有许多种选择。例如氧气的产生,可以采用很多种方法。在实验室中,并不会去要求特别严格,也就是以经济安全为主。而在实际的化工生产中,就要考虑很以方面。首先,化工生产要以经济为及时原则,即开办化工场首先要盈利,其次要考虑到原料的节约,即以最小的代价换取较大的利润。此外,有一点也是非常重要的一点,要符合当前世界的主流———节能环保。对于化工生产而言,节能是一个难题,而环保则更是大难题。尤其是一些过滤以及电镀等行业中的化工技术,处理结束后会产生大量的废水。这些废水中富含大量的重金属以及具有危险的化学物质。一旦污染了饮用水或者是水源,对人类以及生态的影响都是非常巨大的。因此,在化工生产中,化学反应中原料的选择是非常重要的,在化工生产中也占据一定的重要位置。

(1)纳米原料在化学反应应用化工技术的重要性分析。纳米是当代高端的技术,其接近微观的技术使得很多领域都有了突飞猛进的发展。在化工技术中,纳米原料也得到了应用。纳米的优良特性很多,表面以及内部结构等都有着其他材料不可替代的优势。尤其是在涂层的防护方面,纳米原料可以降低溶解性,并有效隔离紫外线等外在的侵扰。在化工技术以及化工生产中,纳米材料起到了非常大的抗辐射的作用,其应用前景乐观,并进一步推动了化工技术中复合材料的发展与应用。

(2)化工技术中,催化剂是非常必要的。很多化学反应中都需要催化剂的使用,并且在大型的化工加工生产中,催化剂的作用更是不可小视。催化剂能够有效地控制化学反应的时间,并直接影响着化学反应的效率以及速率。而在实际的化工生产中,化工技术要求催化剂的使用效率要非常高,才能满足实际生产的标准。然而,在多数化工加工中,催化剂的效果往往都是无法满足要求。这样的现状导致了化工原料的浪费,增加了环境污染等等。化工加工中,催化剂的使用好也是采用纳米材料。这样在催化时间的控制上,以及效果的呈现上都有了非常大的提高。

2化工技术中废物处理相关的化学反应的重要性分析

化学反应的应用不仅仅是用来进行化工加工,即不是进行生产,对于环保的难题———废物的处理问题同样是非常重要的。在当今环保为主流的时代,化工技术方面对于废物的处理是主要课题。化学反应的充分分析与利用,在实际中进行的对比分析,掌握了化学反应的条件,使用率,产出效果的同时,还要注意对于废物的处理问题。长久以来,化工场的污染问题一直难以解决。主要原因在于:

(1)废物处理过程复杂,同样需要采用化学反应进行有毒有害物质的综合。

(2)人们的环保意识不强,为了节约成本而不愿意去进行污染治理。以上2点分析中,可以对及时点进行重点分析,化工厂中危害较大的为废水。废水中含有大量的重金属和有毒物质,需要进行处理。对于污水处理,应该安排专家,对废水先进行抽样化验,分析水中含有的主要有害物质。然后再根据其化学反应原理,进行中和处理,将废水中的有害物质沉淀,降低其危害程度,保障废水无危害排放。

3结语

化学反应是化学工业的基础,实验室中的化学反应被转移到生产车间就成为了化工。化工技术源于化学反应中的基本原理、基本条件以及客观理论。化学反应是基础,其中的理论原理作为生产的理论根基。其应用到化工技术中的时候,就会实现相辅相成的效果。不管是对于社会的重要价值,还是对于环境的污染,化工技术都要依托于化学反应的基本原理,从中寻找的利用率,以及的反应条件。此外,化学原料的选择对于化工技术而言,也是至关重要的环节。总之,重视化学反应在化工技术中的应用,充分认识其重要性,才能保障化工技术以及化学工业的长久发展。

化学反应论文:化学反应平衡在临医学的应用

摘要：随着社会的进步与科技的发展，我们的日常生活中越来越离不开化学的应用，可以说化学是人类社会发展的催化剂。现阶段随着人类对自身健康关注度的不断升温，以及临床医学研究的不断深入，有很多案例显示化学反应平衡在临床医学中具有重要的作用，在促进人体内环境平衡和某些疾病的治疗上具有广阔的研究前景，尤其是生物体中的微量元素，正因其微量，是生命活动中必不可少的元素，才具有重要的研究价值，并被广泛应用到临床医学的各个科室。

关键词：微量元素；化学反应平衡；临床医学

一、引言

化学与医学的关系可谓是源远流长，从古代中国的中医，到现代的西医，医学上的每一项发展与进步都离不开化学。化学分析及合成技术的发展迅速推动了医学的发展，同时医学的发展进步又促进了化学的发展。追根到底，医学研究的是人体，而人体内各项生命活动的基础都是化学反应，当化学反应平衡被打破时，人体就会出现疾病，因此也就产生了临床医学，运用化学药物或一定的治疗手段以纠正紊乱了的化学反应。因此医学的发展在某种意义上体现的是化学发展的水平，而化学的发展则是以医学基本理论与人体正常的生命活动规律为前提的，二者相辅相成。

二、微量元素的定义

人是由细胞组成的，而细胞又是由是由元素组成的，从唯物论角度来看，世界是物质的，而有物质的存在就必然有元素。目前发现的人体一共有60多种元素，分别为宏量和微量元素，其中占机体总重量0.01%以下的成为微量元素，如铁、铜、锌、锰等，它们在体内的含量极低，但却与人的生命活动和健康息息相关，发挥着不可或缺的作用。它们的摄入过多或者不足都会影响机体的化学反应平衡进而影响机体的新陈代谢，使内环境发生紊乱，久而久之出现疾病。因此，引起了临床上对机体微量元素研究的热潮。下面将列举几种常见的微量元素的日需量和机体内含量：

三、几种常见微量元素对人体的作用

现在国外杂志上已有报道，如果机体摄入的铁、锌及铜的含量减少，机体的免疫防御功能将会减弱，增加了机体被细菌感染的概率。在近几年的研究中发现，微量元素在防癌、抗病以及延长寿命等方面都具有重要意义。

（一）铁在临床医学中的应用

正常成年男性体内的含铁量约为3.0-5.1g,主要以络离子的形式在血液内储存，与蛋白质、血红素等结合形成肌红蛋白和血红蛋白，进而具备储氧和携氧能力，随血液循环为机体各组织提供氧气，以供各组织器官的代谢需要。当机体内含铁量下降时，此时体内氧和蛋白质反应的化学平衡就会被打破，血红和肌红蛋白的合成就会相应减少，机体就易患贫血。世卫组织调查显示，缺铁性贫血在所有贫血类型中占有很大比例，是最易发生的贫血类型，如若儿童发生就会呈现豆芽菜的体型。在临床治疗上，如若贫血程度较轻者，一般医生建议通过食物纠正，比如多吃动物的肝脏等内脏，其次是蛋黄和瘦肉，此外还有许多蔬果类的也含有丰富的铁质。若缺铁程度较重的不能通过食物纠正，医生就会给药铁剂，维生素B12等，使机体铁含量恢复正常，进而重新实现正常的化学反应平衡。

（二）锌在临床医学上的应用

锌在体内的含量极低，但却是多种物质必不可少的组成成分，同时也是许多化学反应的重要的催化剂。一旦机体缺锌，很多物质不能正常合成同时很多化学反应也不能进行，许多体内的代谢就会发生紊乱。锌对婴幼儿及青少年的生长发育具有重要意义，如果在成长发育阶段缺锌，就可能出现缺锌型侏儒症，并使乙氨基酸合成障碍，出现食欲下降、厌食、挑食以及异食症，因此一旦出现缺锌症状，临床医生就会立即给锌制剂，以快速纠正缺锌的危害。此外体内锌缺乏还会不同程度地损害机体的生殖及免疫系统。

（三）氟在临床医学上的应用

越来越多的科研资料显示，氟对人体具有重要作用，尤其是对骨骼和牙齿的意义巨大，而体内的氟也主要在骨骼和牙齿中积聚，以促进钙和磷的吸收和利用，从而加速骨骼的形成，并使其硬度增加。同时微量的氟还能对牙齿起到保护作用，含氟量降低不但会损害牙齿还会增加患口腔疾病的风险，因此临床医生常会建议病人使用含氟牙膏，饮用含氟水如葡萄酒、茶饮料等，食用含氟食物如海蜇、贝类等，以促进机体含氟化学反应在正常高度上重新实现平衡。此外含氟化合物在现代医学领域也被广泛应用，被用于麻醉、消炎等；以氟合成的类固醇、全氟聚合物具有优良的性能如耐久性、机械性和惰性等，因此是矫正外科病人植入物和替代血管组织的挑选，值得一提的是用于血管的PFC乳液是现代医学的又一大飞跃。

（四）铜在临床医学上的应用

铜也是人体必不可少的微量元素，含量低但在体内分布范围极广，尤以心、肝、脑及肾中含量较高，体内的铜主要存在于红细胞和血清中，参与人体的造血过程，是血红蛋白合成的重要催化剂，同时也是一些反应金属酶的重要组成部分。因此体内铜含量降低，有关铜参与的化学反应就会被阻断或者其反应平衡就会被打破，从而机体的肌肉、神经及肝脏等器官组织中的新陈代谢就无法顺利进行，人体便出现神经动作失调等症状；若发生在婴幼儿，则会发生发育迟缓、肝脾病变等症状；若发生在成年则可能出现血管破裂导致内出血甚至骨骼脆弱等疾病，因此临床出现缺铜病人时，医生都会叮嘱病人不可小视，多食肉类、蛋类、粗粮等含铜食物，程度较重的就会给铜制剂相关药物，以快速纠正缺铜症状。

四、微量元素与临床疾病研究

根据临床调查显示，有很多疾病的发生机制与体内微量元素相关。长期以来癌症发生的根本原因一直是困扰临床工作者的一大难题，通过对微量元素的研究，人们逐渐认识到，严重的空气、饮用水及食物污染，造成了有害元素铅、镉、汞等在体内的过量蓄积，并会抑制机体必需元素的摄入及吸收，不仅打破机体的化学反应平衡，而且这些元素都是严重的致癌因素。但也正是通过对微量元素的研究，人们认识到硒是肿瘤的抑制剂，能有效抑制癌细胞的分裂增殖，进而控制肺癌及肝癌的发生发展；如上文所述铁是治疗缺铁性贫血的药物制剂，适量的铁还能有效预防胃和食道癌的发生，但是机体内铁缺乏或过量蓄积又会致使癌症的发生。其次是心血管系统疾病的发生率近年来逐年上升，通过微量元素调查显示，高血压的发生与体内微量元素的平衡失调有密切关系，适量的镁、钙、钾、锌、铁等微量元素能够保持血液的弱碱性，硒、钼、镁等可改善血管的弹性，钒还具有降低血脂的作用，它们可协同降低血压，而其稳态失衡就会增加高血压的风险。

五、结语

社会发展及工业化的普及必然会给人们带来生活方式的改变，间接影响到机体内微量元素的平衡状态，严重的可产生许多疾病。如微量元素的缺乏，尽管微量元素在体内含量极低，也很少有是体内化学反应的底物，但一般都充当着催化剂或酶的作用，离开它们化学反应就很难顺利进行，从而使组织器官的代谢发生障碍，致使疾病的产生；有害元素在体内的不正常蓄积，也会损害机体各个组织器官，影响器官功能，因此微量元素与人体健康有着密切的关系，在医学上对其的研究不断深入，在临床上对其的关注也不断升温，总之化学反应平衡在临床医学的研究与应用范围的不断拓展，将有助于医生对疾病的诊断与治疗。

作者：彭欣怡 单位：绵阳外国语学校

化学反应论文:计算机在化学反应工程教学的应用

摘要：化学反应工程课程中，涉及到大量的数值计算、微积分运算及数学推导过程，学生在学习过程中普遍反馈该课程学习难度较大。本文根据化学反应工程的课程特点，以调动学生的学习兴趣、丰富和深化教学内容、培养学生的分析问题解决问题能力为目的，阐述了在化学反应工程教学中应用计算机软件的必要性。文章以动力学计算为例，应用Excel和Origin两类软件将该部分内容的理论知识与实践有机的结合起来，巧妙的利用这两类软件调动学生的学习积极性并解决相关工程实际问题。

关键词：化学反应工程；教学；计算机

引言

化学反应工程[1]是是教育部确定的化工类专业的主干课程之一，是以无机化工、有机化工、煤化工和石油化工生产过程中的化学加工过程为背景，按化学反应与动量、热量、质量传递相互作用的共性归纳综合的宏观反应过程；是将化学反应原理与化工反应设备相结合的一门学科。化学反应工程既是一门专业课，同时，也是一门具有普遍指导意义的基础性工程学科，它和工程实际密切相关，具有很强的理论性和应用性。该课程主要涵盖反应动力学和反应器设计与分析两个方面的内容。其中，化学反应动力学的测定需要对实验结果进行分析、拟合，这些过程均需要进行大量的计算；在反应器的设计计算中，在确定数学模型时，涉及到微积分、数值计算等过程，计算繁琐[2-3]。如能在教学过程中合理的应用计算机，将繁琐的计算过程简单化，并能将计算结果以图示和表格的形式呈现出来，将会使这类问题迎刃而解。

1在化学反应工程教学中应用计算机的必要性

在计算机的应用过程中，计算机软件起着非常重要的作用。计算机软件是计算机技术的一个重要的方面。化学反应工程课程中计算及数据处理占据比重较大，在学习过程中，涉及到微积分计算、常微分方程求解、迭代运算等内容，需要学生分配大量的时间做相关的计算，这往往使得学生过分关注计算过程而忽略了反应器设计及分析的核心内容[4,5]。要发挥计算机在教学中的辅助功能，软件是一个核心因素。常用的软件除日常教学中熟知的PowerPoint、Word及多媒体播放工具等，具有强大数据处理能力的软件在化学反应工程教学中更能发挥其优越性[6]。本文将以Excel和Origin两类软件为例来阐述计算机在反应工程教学中发挥的作用，将该课程的理论知识与实践有机的结合起来，锻炼教师在教学过程中应用计算机软件的能力，巧妙的利用这两类软件调动学生的学习积极性并解决相关实际问题[7]。

2计算机在化学反应工程教学中的应用实例

化学反应工程的主要研究对象是工业反应器，即如何使化学反应在工业生产中有效地实现。这一过程的实现需要多方面的知识，其中化学动力学是所需的基础知识之一[1]。2.1动力学方程本文以程序升温条件下神华煤的水蒸汽气化反应为例，进行气化产物的动力学计算，将Excel和Origin两类软件应用在反应动力学这一章节的教学过程中。反应工程课程教学过程中，有这样的结论：由阿伦尼乌斯方程对数式（式（1））可知，lnk对1/T为线性关系，此关系只适用于一定的温度范围，不能外推。虽大多数情况下，阿伦尼乌斯方程均能表示反应速率常数与温度的关系，但某些情形下，lnk与1/T不成线性关系[1]。在教学过程中，直接得出此结论，学生没有深刻的认知，如举实例证明此结论，教学效果将更佳。2.2求解过程记录实验过程中神华煤程序升温条件下水蒸汽气化反应生成气体H2的浓度随温度变化的值，将所得数据导入至Excel表格中。实验条件如下：反应温度范围500-850℃，升温速率2℃/min，每五分钟记录一组实验数据。将记录的H2浓度值用Excel的公式功能换算成H2的生成摩尔量并进一步计算出各个时刻对应的累积生成摩尔量。选取温度范围为610-730℃的点绘制曲线，并用Origin的线性拟合功能进行线性拟合（图3），线性拟合结果截图如图4所示，拟合后直线斜率可视为-E/R，截距为ln(A/)，线性拟合的相关度R2=0.993，线性度较好，说明所选取的动力学模型较符合神华煤的气化反应特性。根据图4数据计算可得神华煤在该程序升温水蒸气气化过程中生成气H2的活化能E值为150.2KJ/mol，指前因子A为7.62³105，计算结果如表1所示。该数据可为反应器的优化和设计提供依据。通过以上计算及作图过程可知，应用Excel和Origin两类软件可将繁琐的计算过程简单化，并能将计算结果以图示和表格的形式呈现出来，较传统的教学过程更加灵活、更形象化，有助于学生理解和掌握反应工程课程学习中的知识点，能激发学生的学习兴趣，使教学效果更佳[8]。

3结论

化学反应工程既是一门专业课，同时，也是一门具有普遍指导意义的基础性工程学科，它和工程实际密切相关，具有很强的理论性和应用性。利用计算机软件庞大的数据处理功能进行辅助实验教学，使学生更加直观、便捷的掌握教学内容，得到的技能操作实践，并获取完善的知识体系和完备的综合能力。Excel和Origin两类软件是综合性较强的软件，操作便捷，结果，是解决反应工程实际问题的有力工具，在教学过程中，合理有效的利用计算机软件不仅可以将复杂的数学推导及数据处理简化，加深学生对反应工程中涉及的知识点的理解，而且能够提高学生的计算机应用能力，调动学生的学习积极性，使得学科之间能够融会贯通。另外，利用计算机技术解决反应工程中的实际问题也是化工行业对于该专业人才的基本要求。因此，将计算机应用在化学反应工程教学中有着重要的现实意义。

作者：田慧英 单位：集宁师范学院化学系