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如氨氧化制硝酸、甲苯氧化制苯甲酸、乙烯氧化制环氧乙烷等。
(1)氧化的火灾危险性
①氧化反应需要加热,但反应过程又是放热反应,特别是催化气相反应,一般都是在250~600℃的高温下进行,这些反应热如不及时移去,将会使温度迅速升高甚至发生爆炸。
②有的氧化,如氨、乙烯和甲醇蒸气在空中的氧化,其物料配比接近于爆炸下限,倘若配比失调,温度控制不当,极易爆炸起火。
③被氧化的物质大部分是易燃易爆物质。如乙烯氧化制取环氧乙烷中,乙烯是易燃气体,爆炸极限为2.7%~34%,自燃点为450℃;甲苯氧化制取苯甲酸中,甲苯是易燃液体,其蒸气易与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限为1.2%~7%;甲醇氧化制取甲醛中,甲醇是易燃液体,其蒸气与空气的爆炸极限是6%~36.5%。
④氧化剂具有很大的火灾危险性。如氯酸钾,高锰酸钾、铬酸酐等都属于氧化剂,如遇高温或受撞击、摩擦以及与有机物、酸类接触,皆能引起着火爆炸;有机过氧化物不仅具有很强的氧化性,而且大部分是易燃物质,有的对温度特别敏感,遇高温则爆炸。
⑤氧化产品有些也具有火灾危险性。如环氧乙烷是可燃气体;硝酸虽是腐蚀性物品,但也是强氧化剂;含36.7%的甲醛水溶液是易燃液体,其蒸气的爆炸极限为7.7%~73%。另外,某些氧化过程中还可能生成危险性较大的过氧化物,如乙醛氧化生产醋酸的过程中有过醋酸生成,过醋酸是有机过氧化物,性质极度不稳定,受高温、摩擦或撞击便会分解或燃烧。
(2)氧化过程的防火措施
①氧化过程中如以空气或氧气作氧化剂时,反应物料的配比(可燃气体和空气的混合比例)应严格控制在爆炸范围之外。空气进入反应器之前,应经过气体净化装置,消除空气中的灰尘、水汽、油污以及可使催化剂活性降低或中毒的杂质,以保持催化剂的活性,减少着火和爆炸的危险。
②氧化反应接触器有卧式和立式两种,内部填装有催化剂。一般多采用立式,因为这种形式催化剂装卸方便,而且安全。在催化氧化过程中,对于放热反应,应控制适宜的温度、流量,防止超温、超压和混合气处于爆炸范围之内。
③为了防止接触器在万一发生爆炸或着火时危及人身和设备安全,在反应器前和管道上应安装阻火器,以阻止火焰蔓延,防止回火,使着火不致影响其他系统。为了防止接触器发生爆炸,接触器应有泄压装置,并尽可能采用自动控制或调节以及报警联锁装置。
④使用硝酸、高锰酸钾等氧化剂时,要严格控制加料速度,防止多加、错加,固体氧化剂应粉碎后使用,最好呈溶液状态使用,反应中要不间断搅拌,严格控制反应温度,决不许超过被氧化物质的自燃点。
⑤使用氧化剂氧化无机物时,如使用氯酸钾氧化生成铁蓝颜料,应控制产品烘干温度不超过其着火点,在烘干之前应用清水洗涤产品,将氧化剂彻底除净,以防止未完全反应的氯酸钾引起已烘干的物料起火。有些有机化合物的氧化,特别是在高温下的氧化,在设备及管道内可能产生焦状物,应及时清除,以防自燃。
⑥氧化反应使用的原料及产品,应按有关危险品的管理规定,采取相应的防火措施,如隔离存放、远离火源、避免高温和日晒、防止摩擦和撞击等。如是电介质的易燃液体或气体,应安装导除静电的接地装置。
⑦在设备系统中宜设置氮气、水蒸气灭火装置,以便能及时扑灭火灾。
2 还原
如硝基苯在盐酸溶液中被铁粉还原成苯胺、邻硝基苯甲醚在碱性溶液中被锌粉还原成邻氨基苯甲醚、使用保险粉、硼氢化钾、氢化锂铝等还原剂进行还原等。
还原过程的危险性分析及防火要求:
(1)无论是利用初生态还原,还是用催化剂把氢气活化后还原,都有氢气存在(氢气的爆炸极限为4%—75%),特别是催化加氢还原,大都在加热、加压条件下进行,如果操作失误或因设备缺陷有氢气泄漏,极易与空气形成爆炸性混合物,如遇着火源即会爆炸。所以,在操作过程中要严格控制温度、压力和流量;车间内的电气设备必须符合防爆要求。电线及电线接线盒不宜在车间顶部敷设安装;厂房通风要好,应采用轻质屋顶、设置天窗或风帽,以使氢气及时逸出;反应中产生的氢气可用排气管导出车间屋项,并高于屋脊2m以上,经过阻火器向外排放;加压反应的设备应配备安全阀,反应中产生压力的设备要装设爆破片;安装氢气检测和报警装置。
(2)还原反应中所使用的催化剂雷氏镍吸潮后在空气中有自燃危险,即使没有着火源存在,也能使氢气和空气的混合物引燃形成着火爆炸。因此,当用它们来活化氢气进行还原反应时,必须先用氮气置换反应器内的全部空气,并经过测定证实含氧量降到标准后,才可通人氢气;反应结束后应先用氮气把反应器内的氢气置换干净,才可打开孔盖出料,以免外界空气与反应器内的氢气相遇,在雷氏镍自燃的情况下发生着火爆炸,雷氏镍应当储存于酒精中,钯碳回收时应用酒精及清水充分洗涤,过滤抽真空时不得抽得太干,以免氧化着火。
(3)固体还原剂保险粉、硼氢化钾、氢化铝锂等都是遇湿易燃危险品,其中保险粉遇水发热,在潮湿空气中能分解析出硫,硫蒸气受热具有自燃的危险,且保险粉本身受热到190℃也有分解爆炸的危险;硼氢化钾(钠)在潮湿空气中能自燃,遇水或酸即分解放出大量氢气,同时产生高热,可使氢气着火而引起爆炸事故;氢化锂铝是遇湿危险的还原剂,务必要妥善保管,防止受潮。保险粉用于溶解使用时,要严格控制温度,可以在开动搅拌的情况下,将保险粉分批加入水中,待溶解后再与有机物接触反应;当使用硼氢化钠(钾)作还原剂时,在工艺过程中调解酸、碱度时要特别注意,防止加酸过快、过多;当使用氢化铝锂作还原剂时,要特别注意,必须在氮气保护下使用,平时浸没于煤油中储存。前面所述的还原剂,遇氧化剂会猛烈发生反应,产生大量热量,具有着火爆炸的危险,故不得与氧化剂混存。
(4)还原反应的中间体,特别是硝基化合物还原反应的中间体,亦有一定的火灾危险,例如,在邻硝基苯甲醚还原为邻氨基苯甲醚的过程中,产生氧化偶氮苯甲醚,该中间体受热到150℃能自燃。苯胺在生产中如果反应条件控制不好,可生成爆炸危险性很大的环己胺。所以在反应操作中一定要严格控制各种反应参数和反应条件。
(5)开展技术革新,研究采用危险性小、还原效率高的新型还原剂代替火灾危险性大的还原剂。例如采用硫化钠代替铁粉还原,可以避免氢气产生,同时还可消除铁泥堆积的问题。
3 硝化
硝化通常是指在有机化合物分子中引入硝基(—NO2),取代氢原子而生成硝基化合物的反应。如甲苯硝化生产梯恩梯(TNT)、苯硝化制取硝基苯、甘油硝化制取硝化甘油等。
硝化过程的火灾危险性主要是:
(1)硝化是一个放热反应,引入一个硝基要放热152.2~153 kJ/mol,所以硝化需要降温条件下进行。在硝化反应中,倘若稍有疏忽,如中途搅拌停止、冷却水供应不良、加料速度过快等,都会使温度猛增、混酸氧化能力加强,并有多硝基物生成,容易引起着火和爆炸事故。
(2)硝化剂具有氧化性,常用硝化剂浓硝酸、硝酸、浓硫酸、发烟硫酸、混合酸等都具有较强的氧化性、吸水性和腐蚀性。它们与油脂、有机物,特别是不饱和的有机化合物接触即能引起燃烧;在制备硝化剂时,若温度过高或落入少量水,会促使硝酸的大量分解和蒸发,不仅会导致设备的强烈腐蚀,还可造成爆炸事故。
(3)被硝化的物质大多易燃,如苯、甲苯、甘油(丙三醇)、脱酯棉等,不仅易燃,有的还兼有毒性,如使用或储存管理不当,很易造成火灾。
(4)硝化产品大都有着火爆炸的危险性,特别是多硝基化合物和硝酸酯,受热、摩擦、撞击或接触着火源,极易发生爆炸或着火。
4 电解
电流通过电解质溶液或熔融电解质时,在两个极上所引起的化学变化称为电解。电解在工业上有着广泛的作用。许多有色金属(钠、钾、镁、铅等)和稀有金属(锆、铪等)冶炼,金属铜、锌、铝等的精炼;许多基本化学工业产品(氢、氧、氯、烧碱、氯酸钾、过氧化氢等)的制备,以及电镀、电抛光、阳极氧化等,都是通过电解来实现的。
如食盐水电解生产氢氧化钠、氢气、氯气,电解水制氢等。食盐水电解过程中的危险性分析与防火要点:
(1)盐水应保证质量 盐水中如含有铁杂质,能够产生第二阴极而放出氢气;盐水中带入铵盐,在适宜的条件下(pH
3C12+NH4Cl——4HCl+NCl3
三氯化氮是一种爆炸性物质,与许多有机物接触或加热至90℃以上以及被撞击,即发生剧烈地分解爆炸。爆炸分解式如下:
2NCl3——N2+3C12
因此盐水配制必须严格控制质量,尤其是铁、钙、镁和无机铵盐的含量。一般要求Mg2+
(2)盐水添加高度应适当 在操作中向电解糟的阳极室内添加盐水,如盐水液面过低,氢气有可能通过阴极网渗入到阳极室内与氯气混合;若电解槽盐水装得过满,在压力下盐水会上涨,因此,盐水添加不可过少或过多,应保持一定的安全高度。采用盐水供料器应间断供给盐水,以避免电流的损失,防止盐水导管被电流腐蚀(目前多采用胶管)。
(3)防止氢气与氯气混合 氢气是极易燃烧的气体,氯气是氧化性很强的有毒气体,一旦两种气体混合极易发生爆炸,当氯气中含氢量达到5%以上,则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。造成氢气和氯气混合的原因主要是:阳极室内盐水液面过低;电解槽氢气出口堵塞,引起阴极室压力升高;电解槽的隔膜吸附质量差;石棉绒质量不好,在安装电解槽时碰坏隔膜,造成隔膜局部脱落或者送电前注入的盐水量过大将隔膜冲坏,以及阴极室中的压力等于或超过阳极室的压力时,就可能使氢气进入阳极室等,这些都可能引起氯气中含氢量增高。此时应对电解槽进行全面检查,将单槽氯含氢浓度控制在2%以下,总管氯含氢浓度控制在0.4%以下。
(4)严格电解设备的安装要求 由于在电解过程中氢气存在,故有着火爆炸的危险,所以电解槽应安装在自然通风良好的单层建筑物内,厂房应有足够的防爆泄压面积。
(5)掌握正确的应急处理方法 在生产中当遇突然停电或其他原因突然停车时,高压阀不能立即关闭,以免电解槽中氯气倒流而发生爆炸。应在电解槽后安装放空管,以及时减压,并在高压阀门上安装单向阀,以有效地防止跑氯,避免污染环境和带来火灾危险。
5 聚合
将若干个分子结合为一个较大的组成相同而分子量较高的化合物的反应过程为聚合。
如氯乙烯聚合生产聚氯乙烯塑料、丁二烯聚合生产顺丁橡胶和丁苯橡胶等。
聚合按照反应类型可分为加成聚合和缩合聚合两大类;按照聚合方式又可分为本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合、缩合聚合五种。
(1)本体聚合
本体聚合是在没有其他介质的情况下(如乙烯的高压聚合、甲醛的聚合等),用浸在冷却剂中的管式聚合釜(或在聚合釜中设盘管、列管冷却)进行的一种聚合方法。这种聚合方法往往由于聚合热不易传导散出而导致危险。例如在高压聚乙烯生产中,每聚合1公斤乙烯会放出3.8MJ的热量,倘若这些热量未能及时移去,则每聚合1%的乙烯,即可使釜内温度升高12~13℃,待升高到一定温度时,就会使乙烯分解,强烈放热,有发生暴聚的危险。一旦发生暴聚,则设备堵塞,压力骤增,极易发生爆炸。 转贴于
(2)溶液聚合
溶液聚合是选择一种溶剂,使单体溶成均相体系,加入催化剂或引发剂后,生成聚合物的一种聚合方法。这种聚合方法在聚合和分离过程中,易燃溶剂容易挥发和产生静电火花。
(3)悬浮聚合
悬浮聚合是用水作分散介质的聚合方法。它是利用有机分散剂或无机分散剂,把不溶于水的液态单体,连同溶在单体中的引发剂经过强烈搅拌,打碎成小珠状,分散在水中成为悬浮液,在极细的单位小珠液滴(直径为0.1um)中进行聚合,因此又叫珠状聚合。这种聚合方法在整个聚合过程中,如果没有严格控制工艺条件,致使设备运转不正常,则易出现溢料,如若溢料,则水分蒸发后未聚合的单体和引发剂遇火源极易引发着火或爆炸事故。
(4)乳液聚合
乳液聚合是在机械强烈搅拌或超声波振动下,利用乳化剂使液态单体分散在水中(珠滴直径0.001~0.01um),引发剂则溶在水里而进行聚合的一种方法。这种聚合方法常用无机过氧化物(如过氧化氢)作引发剂,如若过氧化物在介质(水)中配比不当,温度太高,反应速度过快,会发生冲料,同时在聚合过程中还会产生可燃气体。
(5)缩合聚合
缩合聚合也称缩聚反应,是具有两个或两个以上功能团的单体相互缩合,并析出小分子副产物而形成聚合物的聚合反应。缩合聚合是吸热反应,但由于温度过高,也会导致系统的压力增加,甚至引起爆裂,泄漏出易燃易爆的单体。
6 催化
催化反应是在催化剂的作用下所进行的化学反应。例如氮和氢合成氨,由二氧化硫和氧合成三氧化硫,由乙烷和氧合成环氧乙烷等都是属于催化反应。
催化的火灾危险性:
(1)反应操作 在催化过程中若催化剂选择的不正确或加入不适量,易形成局部反应激烈;另外,由于催化大多需在一定温度下进行,若散热不良、温度控制不好等,很容易发生超温爆炸或着火事故。
(2)催化产物 在催化过程中有的产生氯化氢,氯化氢有腐蚀和中毒危险;有的产生硫化氢,则中毒危险更大,且硫化氢在空气中的爆炸极限较宽(4.3%~45.5%),生产过程中还有爆炸危险;有的催化过程产生氢气,着火爆炸的危险更大,尤其在高压下,氢的腐蚀作用可使金属高压容器脆化,从而造成破坏性事故。
(3)原料气 原料气中某种能与催化剂发生反应的杂质含量增加,可能成为爆炸危险物,这是非常危险的。例如,在乙烯催化氧化合成乙醛的反应中,由于催化剂体系中常含有大量的亚铜盐,若原料气中含乙炔过高,则乙炔就会与亚铜盐反应生成乙炔铜。乙炔铜为红色沉淀,是一种极敏感的爆炸物,自燃点在260~270℃之间,干燥状态下极易爆炸,在空气作用下易氧化成暗黑色,并易于起火。
7 裂化
裂化有时又称裂解,是指有机化合物在高温下分子发生分解的反应过程。裂化可分为热裂化、催化裂化、加氢裂化三种类型。
(1)热裂化
热裂化在高温高压下进行,装置内的油品温度一般超过其自燃点,若漏出油品会立即起火;热裂化过程中产生大量的裂化气,且有大量气体分馏设备,若漏出气体,会形成爆炸性气体混合物,遇加热炉等明火,有发生爆炸的危险。在炼油厂各装置中,热裂化装置发生的火灾次数是较多的。
(2)催化裂化
催化裂化一般在较高温度(460~520℃)和0.1~0.2MPa压力下进行,火灾危险性较大。若操作不当,再生器内的空气和火焰进入反应器中会引起恶性爆炸。U形管上的小设备和小阀门较多,易漏油着火。在催化裂化过程中还会产生易燃的裂化气,以及在烧焦活化催化剂不正常时,还可能出现可燃的一氧化碳气体。
(3)加氢裂化
由于加氢裂化使用大量氢气,而且反应温度和压力都较高,在高压下钢与氢气接触,钢材内的碳分子易被氢气所夺取,使碳钢硬度增大而降低强度,产生氢脆,如设备或管道检查或更换不及时,就会在高压(10~15MPa)下发生设备爆炸。另外,加氢是强烈的放热反应,反应器必须通冷氢以控制温度。因此,要加强对设备的检查,定期更换管道、设备,防止氢脆造成事故;加热炉要平稳操作,防止设备局部过热,防止加热炉的炉管烧穿或者高温管线、反应器漏气而引起着火。
8 氯化
以氯原子取代有机化合物中氢原子的过程称为氯化。如由甲烷制甲烷氯化物、苯氯化制氯苯等。常用的氯化剂有:液态或气态氯、气态氯化氢和各种浓度的盐酸、磷酸氯(三氯氧化磷)、三氯化磷(用来制造有机酸的酰氯)、硫酰氯(二氯硫酰)、次氯酸酯等。
氯化过程危险性分析与防火要点:
(1)氯化反应的火灾危险性主要决定于被氯化物质的性质及反应过程的条件。反应过程中所用的原料大多是有机易燃物和强氧化剂,如甲烷、乙烷、苯、酒精、天然气、甲苯、液氯等。如生产1t甲烷氯化物需要2006m3甲烷、6960kg液氯,生产过程中同样具有着火爆炸危险。所以,应严格控制各种着火源,电气设备应符合防火防爆要求。
(2)氯化反应中最常用的氯化剂是液态或气态的氯。氯气本身毒性较大,氧化性极强,储存压力较高,一旦泄漏是很危险的。所以贮罐中的液氯在进入氯化器使用之前,必须先进人蒸发器使其气化。在一般情况下不准把储存氯气的气瓶或槽车当贮罐使用,因为这样有可能使被氯化的有机物质倒流进气瓶或槽车引起爆炸。对于一般氯化器应装设氯气缓冲罐,防止氯气断流或压力减小时形成倒流。
(3)氯化反应是一个放热过程,尤其在较高温度下进行氯化,反应更为剧烈。例如在环氧氯丙烷生产中,丙烯需预热至3000℃左右进行氯化,反应温度可升至500℃,在这样高的温度下,如果物料泄漏就会造成着火或引起爆炸。因此,一般氯化反应设备必须有良好的冷却系统,并严格控制氯气的流量,以免因流量过快,温度剧升而引起事故。
(4)由于氯化反应几乎都有氯化氢气体生成,因此所用的设备必须防腐蚀,设备应保证严密不漏。因为氯化氢气体易溶于水中,通过增设吸收和冷却装置就可以除去尾气中绝大部分氯化氢。
9 重氮化
重氮化是使芳伯胺变为重氮盐的反应。通常是把含芳胺的有机化合物在酸性介质中与亚硝酸钠作用,使其中的胺基(-NH2)转变为重氮基(-N=N-)的化学反应。如二硝基重氮酚的制取等。
重氮化的火灾危险性分析:
(1)重氮化反应的主要火灾危险性在于所产生的重氮盐,如重氮盐酸盐(C6H5N2Cl)、重氮硫酸盐(C6H5N2H504),特别是含有硝基的重氮盐,如重氮二硝基苯酚[(NO2)2N2C6H2OH]等,它们在温度稍高或光的作用下,即易分解,有的甚至在室温时亦能分解。一般每升高10℃,分解速度加快两倍。在干燥状态下,有些重氮盐不稳定,活力大,受热或摩擦、撞击能分解爆炸。含重氮盐的溶液若洒落在地上、蒸汽管道上,干燥后亦能引起着火或爆炸。在酸性介质中,有些金属如铁、铜、锌等能促使重氮化合物激烈地分解,甚至引起爆炸。
(2)作为重氮剂的芳胺化合物都是可燃有机物质,在一定条件下也有着火和爆炸的危险。
(3)重氮化生产过程所使用的亚硝酸钠是无机氧化剂,于175℃时分解能与有机物反应发生着火或爆炸。亚硝酸钠并非氧化剂,所以当遇到比其氧化性强的氧化剂时,又具有还原性,故遇到氯酸钾、高锰酸钾、硝酸铵等强氧化剂时,有发生着火或爆炸的可能。
(4)在重氮化的生产过程中,若反应温度过高、亚硝酸钠的投料过快或过量,均会增加亚硝酸的浓度,加速物料的分解,产生大量的氧化氮气体,有引起着火爆炸的危险。
10 烷基化
烷基化(亦称烃化),是在有机化合物中的氮、氧、碳等原子上引入烷基R—的化学反应。引入的烷基有甲基(-CH3)、乙基(-C2H5)、丙基(-C3H7)、丁基(-C4H9)等。
烷基化常用烯烃、卤化烃、醇等能在有机化合物分子中的碳、氧、氮等原子上引入烷基的物质作烷基化剂。如苯胺和甲醇作用制取二甲基苯胺。
烷基化的火灾危险性:
(1)被烷基化的物质大都具有着火爆炸危险。如苯是甲类液体,闪点-11℃,爆炸极限1.5%~9.5%;苯胺是丙类液体,闪点71℃,爆炸极限1.3%~4.2%。
(2)烷基化剂一般比被烷基化物质的火灾危险性要大。如丙烯是易燃气体,爆炸极限2%~11%;甲醇是甲类液体,闪点7℃,爆炸极限6%~36.5%;十二烯是乙类液体,闪点35℃,自燃点220℃。
(3)烷基化过程所用的催化剂反应活性强。如三氯化铝是忌湿物品,有强烈的腐蚀性,遇水或水蒸汽分解放热,放出氯化氢气体,有时能引起爆炸,若接触可燃物,则易着火;三氯化磷是腐蚀性忌湿液体,遇水或乙醇剧烈分解,放出大量的热和氯化氢气体,有极强的腐蚀性和刺激性,有毒,遇水及酸(主要是硝酸、醋酸)发热、冒烟,有发生起火爆炸的危险。
(4)烷基化反应都是在加热条件下进行,如果原料、催化剂、烷基化剂等加料次序颠倒、速度过快或者搅拌中断停止,就会发生剧烈反应,引起跑料,造成着火或爆炸事故。
(5)烷基化的产品亦有一定的火灾危险。如异丙苯是乙类液体,闪点35.5℃,自燃点434℃,爆炸极限0.68%~4.2%;二甲基苯胺是丙类液体,闪点61℃,自燃点371℃;烷基苯是丙类液体,闪点127℃。
11 磺化
磺化是在有机化合物分子中引入磺(酸)基(-SO3H)的反应。常用的磺化剂有发烟硫酸、亚硫酸钠、亚硫酸钾、三氧化硫等。如用硝基苯与发烟硫酸生产间氨基苯磺酸钠,卤代烷与亚硫酸钠在高温加压条件下生成磺酸盐等均属磺化反应。
磺化过程危险性分析:
(1)三氧化硫是氧化剂,遇比硝基苯易燃的物质时会很快引起着火;另外,三氧化硫的腐蚀性很弱,但遇水则生成硫酸,同时会放出大量的热,使反应温度升高,不仅会造成沸溢或使磺化反应导致燃烧反应而起火或爆炸,还会因硫酸具有很强的腐蚀性,增加了对设备的腐蚀破坏。
关键词:TSR;油气藏;FT-ICR MS;有机硫化物;形成
碳酸盐岩层系中常伴有硫酸盐岩的沉积,在一定温度和压力下,硫酸盐岩跟干酪根降解生成的烃类接触会发生热化学还原反应(Thermochemical Sulfate Reduction,简称TSR)。TSR是油气藏中有机流体-岩石相互作用的核心研究内容之一,对于油气藏的次生变化具有重要的影响。目前有资料表明[1-5],TSR可能会在油气藏生成和运移过程中发挥加硫作用生成有机硫化物,这些有机硫化物蕴含丰富的地球化学信息,对于油气对比,确定油气成熟度方面具有重要意义。
近年来,随着对碳酸盐岩油气藏中有机硫化物结构、组成及TSR成因研究的深入,尤其是对噻吩类、苯并噻吩类和二苯并噻吩类化合物的研究发现[6-8],在较高的温度下,噻吩系列化合物可以转换成苯并噻吩和二苯并噻吩系列化合物。二苯并噻吩由于具对称的分子结构,热稳定性很高,因此具有较宽的热成熟度范围[9-12],如果二苯并噻吩类化合物随热演化而发生规律性的变化,则不失为一个良好的热成熟度指标[13]。但是,作为高-过成熟阶段的碳酸盐烃源岩噻吩系列、苯并噻吩系列和二苯并噻吩系列化合物的TSR成因及机理方面的研究国内外鲜有报道。
原油与硫酸盐发生TSR反应油相产物中有机硫化物的种类和结构较复杂,尤其是稠环硫醚和噻吩类性质不活泼,与大量存在的饱和烃及芳香烃相似[14];同时这类物质沸点高、分子量大,超过气相色谱的气化极限(500℃),不能通过气相色谱进行分离,因此传统的方法难以研究有机硫化物的组成和分布。傅里叶离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)是一种超高分辨能力的新型质谱仪,可以从分子元素组成层次上研究有机硫化物的组成。有机硫化物经甲基化反应衍生为甲基锍盐,然后通过正离子电喷雾(ESI)FT-ICR MS分析,得到硫化物的信息。锍盐类化合物在质谱图中表现出明显的规律性,可以实现对质谱峰的鉴定,以等效双键值(DBE)进行统计,DBE为双键和环烷数之和。
文章利用FT-ICR MS分析原油与硫酸镁反应油相产物中的有机硫化物分布,并初步探讨了有机硫化物的地质成因。
1 实验部分
1.1 实验装置和主要试剂
选用胜利原油与硫酸镁的反应体系进行热压模拟实验,实验装置主要由200mL高压反应釜、气路和取样分析系统组成。反应釜为江苏海安石油科研仪器有限公司WYF-1型高压釜,控温精度为±1℃。将20g原油、10g无水硫酸镁及10ml去离子水依次加入到石英杯中,然后将石英杯置于高压反应釜内抽真空。
无水硫酸镁、1,2-二氯乙烷、二氯甲烷 碘甲烷、四氟硼酸银、正己烷、甲苯和甲醇均为分析纯,胜利原油的性质见表1。
表1 胜利原油的性质
1.2 实验条件与分析方法
热模拟反应温度点为350℃、375℃、400℃、425℃、450℃,由于低温时反应较难进行,室温到250℃时对反应釜采取满负荷直接加热的方法。250℃到最终的反应温度采取程序升温的方法: 250℃~350 ℃,40h;250℃~375℃,35h;250℃~400 ℃,30h;250℃~425℃,25h;250℃~450℃,20h。程序升温结束后,待高压釜冷却至室温时,打开釜盖,用移液管抽出釜中油水混合液,用微型分液漏斗对油、水两相混合液进行油、水分离。用库仑仪对油相产物的总硫进行分析,利用FT-ICR MS分析油相产物中有机硫化物的分布。
1.3 甲基衍生化反应及样品制备
油样经甲苯萃取脱水后取200mg,进行三次重复反应。单次反应步骤如下:油样由2mL二氯甲烷完全溶解后,加入50μL碘甲烷、2mL0.5mol/L的四氟硼酸银的二氯乙烷溶液(g・L-1),超声振荡使其混合均匀;避光条件下静置48h。将反应后的混合物离心分离碘化银沉淀后,得到甲基化产物。油相甲基化产物10mg溶于1mL二氯甲烷中,取5μL用1mL甲苯/甲醇/二氯甲烷(3:3:4)稀释,进行正离子ESI FT-ICR MS 质谱分析。
1.4 仪器工作条件
使用中国江苏科苑仪器公司XY-101 库仑仪对油相产物总硫含量进行分析,炉温入口 500℃,炉温出口 850℃,汽化室温度60℃,燃气流速40mL・min-1,氮气流速160mL・min-1,试样气体流速30mL・min-1。
使用美国Bruker公司Apex-Ultra 9.4T型FT-ICR MS质谱分析油相产物中有机硫化物的分布,进样流速150μL・h-1,极化电压-2500V,毛细管入口电压-3000V,毛细管出口电压320V,离子源六极柱直流电压2.4V,射频电压300Vpp;四级杆Q1=250Da,射频400Vpp;碰撞池氦气流量0.3L・s-1,碰撞能量-1.5V,贮集时间4s,离子导入分析池飞行时间1.3ms;采集质量范围200-750Da,采集点数4M,采集64次,激发衰减11.75db。
2 实验结果分析
图1是胜利原油与硫酸镁发生TSR反应油相产物中总硫含量与温度的关系。从图1可知,随着温度的增加,油相产物中总硫含量先增加后降低,375℃以前,反应后的油体产物中总硫含量均高于反应前原油中的硫含量,原因可能是胜利原油中的硫化物多为硫醚、噻吩系列的相对较稳定的硫化物,在较低温度下这类硫化物很难分解,同时TSR产生的硫化氢会继续与原油中的一些烃类发生加硫反应,生成一部分硫化物,导致反应后油相中的硫含量增加。当反应温度达到一定程度后,油相中相对稳定的硫化物开始裂解,硫化物的生成速率弥补不了其分解速率,导致总硫含量降低。400℃以后,总硫降低的趋势变缓,可能此时油相中的硫化物主要以在高温下也较难分解的苯并噻吩系列为主。
图2是胜利原油在450℃油相甲基化产物正离子FT-ICR MS质谱图,从图中可知,质量分布主要集中在200Da-500Da之间,质量重心在280Da附近,选择m/z=339的质量点,在N1S1>O1S1>S2≈O2S1。虽然反应后的油相化合物中含有很多含硫杂原子类型化合物,但S1类化合物的丰度仍然占绝对优势。不同杂原子及缩合度类型化合物的DBE及碳数分布图见图4。
图3 油相甲基化产物不同杂原子类型化合物相对丰度
S1类化合物。S1类化合物等效双键DBE值分布在1-18范围内,主要集中在6-10之间,碳数分布在C6-C12相对丰度较强。由于油相在较高温度下受过热化学作用,异构化程度较低的链状烷烃消失,S1类化合物的等效双键DBE值最低为1,未鉴定出DBE=0的S1说明不存在链状硫醚。DBE=1、2的硫化物分别为一元环和二元环硫醚。DBE=3硫化物对应噻吩,DBE=6和9具有明显的丰度优势,分别对应苯并噻吩和二苯并噻吩。
S2类化合物。S2类化合物的DBE介于4-15之间,缩合度高于S1,传统的方法难以分析。由图5可知,DBE=5,8、11系列的相对丰度较高。DBE=5的硫化物可能是噻吩环上再并入一个环状硫醚,DBE=8的硫化物可能是苯并二噻吩,而在二苯并噻吩骨架上再并入一个噻吩其分子缩合度DBE值刚好为11。S2类化合物中存在大量的噻吩型和硫醚型结构在同一分子中的化合物。
O1S1类化合物。O1S1类化合物分布重心相对分散,缩合度分布范围较宽,在1-18之间,DBE值在3、4的化合物优势比较明显。DBE=3的硫化物可能是噻吩环上带有一个羟基的化合物,或者是带有羟基的三环环硫醚。DBE=4的硫化物可能是噻吩环上再并入一个带有羟基的环。
O2S1类化合物。O2S1类化合物在ESI质谱图中显示很强的丰度,对应的化合物主要是环烷酸[15,16],而含有一个硫原子的化合物又是原油中含量最多的硫化合物,所以O2S1类化合物是环烷酸分子中杂化一个硫原子或者含硫化合物被羧基取代形成的。在图4中DBE=8的化合物丰度最高。其结构可能是苯并噻吩分子结构中并入二元环的环烷酸。
N1S1类化合物。N1S1类化合物DBE介于4-15之间,DBE=4系列的丰度较高,可能是一元环硫醚接到吡咯骨架上形成的产物。
图5是胜利原油与硫酸镁反应体系油相产物在350℃-450℃下S1类化合物的各相对丰度。由图中可知,随着温度的升高,丰度较高的硫化物DBE值也升高。在350℃时,DBE=1、2、3和5系列的丰度较高,此时的硫化物主要是环状硫醚和噻吩系列。当达到400℃时,DBE=1、2、3、6和9系列的丰度较高,此时硫化物主要组成不仅有环状硫醚和噻吩系列,而且还有苯并噻吩系列和二苯并噻吩系列。当温度达到425℃时,DBE=6和9系列的硫化物丰度较高,DBE较低的硫化物含量逐渐失去优势。当温度达到450℃时,DBE= 9系列的硫化物丰度最高,说明此时油中硫化物主要是二苯并噻吩系列。因此,在模拟实验中随着反应温度的升高,油相产物中有机硫化物的演变过程是一个由噻吩系列逐渐到苯并噻吩系列再到二苯并噻吩系列的过程。
原油中含有大量的链状化合物和含有侧链的烃类化合物,这类物质与TSR产生的无机硫(S,H2S或HS-)作用会生成噻吩,夏燕青的实验已验证这一点[6]。硫是强电负性元素,可以将烷烃等饱和链状化合物逐步改造成烯烃、共轭双烯以及共轭多烯。共轭双烯与元素硫作用形成噻吩,共轭多烯形成后可以环化形成多种芳烃化合物。如果噻吩类化合物侧链上还有链状烃基或者带苯环的结构,在较高的温度下会继续向苯并噻吩类化合物转变,这就是在模拟实验中检测到高温油相产物中苯并噻吩和二苯并噻吩丰度占优势的主要原因。在沉积条件相同的情况下,油气藏中噻吩系列和苯并噻吩系列的相对含量可以作为成熟度的指标。
3 结论
利用高压釜反应装置,在高温高压含水条件下对胜利原油与硫酸镁热化学还原反应体系进行了模拟实验研究。利用傅里叶离子回旋共振质谱仪对反应后的油相产物的总硫变化和油相硫化物的组成分布进行了分析。
结果表明,总硫含量随反应温度的升高呈先增加后降低。FT-ICR MS鉴定出油相化合物中含硫化合物类型主要有S1、S2、N1S1、O1S1、O2S1,其中S1类化合物占绝对优势。随着反应温度的升高,TSR产生的无机硫将链状化合物和含有侧链的烃类化合物逐步改造成共轭双烯以及共轭多烯,共轭双烯与硫作用形成噻吩系列,噻吩系列继续与硫作用生成苯并噻吩系列。油相产物中有机硫化物的演变过程是一个由噻吩系列逐渐到苯并噻吩系列再到二苯并噻吩系列的过程,在沉积条件相同的情况下,油气藏中噻吩系列和苯并噻吩系列的相对含量可以作为成熟度的指标。
关键词:高职院校;化学反应工程;课程改革;改革实践
引言
进入新世纪以来,我国高职院校教育工作相对于先前有了较大的变化,对人才的培养也有了更高的目标。在高职化学反应工程教学中,遵照课程要求,针对性的逐渐完善化学反应工程教学体系,提升化学反应工程课程的教学质量,对高职院校教育工作的提升是非常关键的。在对“化学反应工程”课程的改革与实践中应从如下四个方面入手:
1、确定建设目标,深化教学改革,构建国内一流课程
化学反应工程包含了化工热力学、物理化学、控制与优化及化工传递过程等知识点,总体的知识领域较为广泛,对于培养高职学生的化学基础知识素养,提升学生的化学分析能力是非常关键的,因此,在进行高职“化学反应工程”改革时,应当首先认识到化学反应工程为所有化工课程的核心,为化工专业的专业主干课程。
外国知名大学在化学反应工程方面的研究及教学工作现对于国内对化学反应工程的研究及教学是较为超前的,因此,在进行化学反应工程课程改革时,全面的剖析国外知名大学同类课程的发展趋势,对提升化学反应工程课程改革的创新性及有效性是非常必要的。在具体的实施过程中,高职院校化学反应工程的教师可以首先通过互联网搜索国外知名大学的校园网站,跟踪了解国外知名大学在化学反应工程方面发展趋势,例如:剑桥大学、ARIZONA大学等国外知名大学内化学反应工程的课程设置等情况。其次,在化学反应工程课程教学中,可以借鉴国外知名大学化学反应工程的教学计划、教学资料,从而更好的开阔高职学生的眼界,激发学生学习化学反应工程课程的学习兴趣。第三,如果经济等方面的条件允许,高职院校化学反应工程课程的教师可以赴国外进行化学反应工程课程的访问与学习,亲身体检国外知名大学在化学反应工程课程教学方面所做的工作,学习化学反应工程的教学模式,这对于更好的开展化学反应工程改革有着重要的推动作用。
2、阐明基本原理,联系开发实例,教学内容精益求精
2.1精选了化学反应工程课程教学中基本原理的内容
化学反应工程的重点为将化学反应的机理阐明,将反应工程的基本理论、概念及研究方法介绍给同学,因此,在进行高职化学反应工程的课程改革时,应将化学动力学、理想流动反应器、间歇反应器、化学反应过程中质量与热量的传递,反应器稳定性及反应选择性作为化学反应工程的课程的主要讲解内容,并按照浓度效应与稳定效应展开相关的化学反应工程讨论工作,力求确切阐述、清楚表达,为高职学生更好的学习化学反应工程和化学反应器相关的知识打下坚实的基础。
2.2更新了反应工程课程教学中过程开发的案例分析
工业反应器为化学反应工程的主要研究对象之一,同时化学反应工程中理论联系实际的情况较多。很多高职教师在化学反应工程课程教学的过程中往往承担有与化学反应工程课程相关的科研项目,因此,这就为化学反应工程课程改革提供了较好的平台,教师可以将科研成果作为化学反应工程课程的具体案例进行开发与分析,从而更好的提升整个化学反应工程课程教学的精彩性,使之做到言之有物,更好的丰富整个化学反应工程课程的内涵,也能够帮助学生更好的了解与学习到化学反应工程在具体的开发过程中的作用与进展。
2.3 增加了生化、材料、环境等反应工程方面的内容
现阶段很多高职院校的化学反应工程教学缺乏教学所需的学习氛围,因此,在高职院校进行化学反应工程的改革时,增加了与化学反应工程相关的材料、生化及环境等方面的能够有效的反应出化学反应工程前沿的内容是有其必要性的。在具体实施时高职院校可以借此拓展课程内容的内涵,请学有专长的专家学者介绍生化反应工程、聚合反应工程、电化学反应工程、精细化学品反应工程、环境反应工程等新方向、新进展,有效的实现学生在学习化学反应工程课程时思路与眼界的开阔。
3、讲授研讨结合,试行双语教学,教学方法不断改革
高职院校在进行化学反应工程课程改革时,应重视教学方法的转变,传统的教学方式在一定程度上仍有一定的借鉴意义,因此,在进行改革时还应当继续坚持传统的教师讲授的方式,在教师讲授的同时,加入一定量针对性的讨论式教学方法,组织学生针对性的对化学反应工程的某些重要的知识点进行讨论。在化学反应工程课程具体讲授的过程中,注意应用归纳法、对比法及演绎法等方法,针对不同的化学反应工程内容,应采用不同的教学方法,在提升化学反应工程课程教学质量方面应下功夫,例如:在讨论串联反应优化问题上,引导学生精心制作了电子课件,并鼓励学生上讲台讲解,学生的积极性很高,既活跃了课堂气氛,学生本身也觉得收获很大。
其次,在化学反应工程课程改革时加入一定量的双语教学方式,能够较好的提升化学反应工程课程教学的质量,担任化学反应工程双语教学的教师一般均为博士学历,具有较多的国内外学习的经历,上课课件、板书全部采用英语书写,考试试题与解答也全部采用英语表达。双语教学试点吸引了一批具有较高外语水平的优秀学生参与,而上课教师也将国外化学反应工程教学思想与教学理念融入到课堂教学过程中,这对于提升学生学习的积极性有着较大促进作用。
4、结束语
在化学反应工程的教学改革的过程中,教师还应当充分的利用现代化教学设备,将教学的内容通过现代化多媒体技术呈现出来,更好的提升化学反应工程课程教学的生动性、形象性,这对于提升高职学生学习的兴趣也是较为重要的。
[参考文献]
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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。第一,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。
关键词:化学反应速率;教学思考;对策
中图分类号:G632.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)04-0233-02
“化学反应的速率”是从化学动力学的角度研究化学反应进行快慢的一节课,课程重点是学习化学反应速率的定量表示方法以及浓度、温度、催化剂等外界因素对反应速率的影响。考试大纲对这节课的要求有:了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法;理解浓度、温度、压强、催化剂等外界条件对反应速率的影响,认识其一般规律;了解化学反应速率在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。学生对“化学反应速率”这一知识点的认识发展过程可用图1来表示,通过必修2的学习已经知道化学反应有快慢之别,但不知道如何定量描述化学反应的快慢。已经知道浓度、温度、催化剂等外界条件的改变将对化学反应速率产生怎样的影响,但不知道为什么能产生这样的影响、影响程度如何。学生在本节课将学习化学反应速率的定量表示方法,并从定量的角度来探讨外界条件对化学反应速率的影响情况。现以鲁科版“化学反应原理”第二章第三节“化学反应的速率”为例,对教学过程中出现的问题进行思考并提出相应解决对策,本节教材的内容框架如图2所示。
一、化学反应速率
教材在这一部分通过一个探究活动,让学生尝试对化学反应速率进行定量的研究。在教学过程中易出现一个问题:由于在这个实验中直接测到的是镁条的质量和物质的量,所以在表示反应速率时,学生都是直接用单位时间内的镁条质量的变化量或物质的量的变化量来表示反应速率的。这与通常说的用单位时间内物质浓度的变化量来表示反应速率不同,因此探究活动设置了问题2“如果分别用单位时间内盐酸浓度的减小和氯化镁浓度的增加来表示反应速率,需要哪些数据?”来引导学生,为下文的速率方程做了铺垫。在学习过程中,学生容易犯一个错误,即将镁的物质的量的变化量除以溶液的体积,当作是镁的浓度的变化量,教师应指导学生,“一般来说,浓度只针对气体和溶液中的溶质,固体和溶剂的浓度看做常数,不能用来表示化学反应速率”。
在教师的教学和学生的学习过程中还应注意以下几点:第一,对于同一个化学反应,用不同的物质来表示的反应速率,在数值上是不同的,所以一般要指出是v(A)还是v(B)。第二,无论用反应物还是用生成物来表示的化学反应速率都是正值,但在课本中出现的两个公式的形式:会让学生以为,以单位时间内反应物浓度的变化量表示的反应速率是负的,容易给学生造成困惑,所以应强调Δc(A)就是浓度的变化量,不一定是“末减初”,即无论以什么物质来表示的化学反应速率都是一个正值。第三,上述的第二个公式较为复杂,学生理解和记忆时比较困难,在实际应用中也较少出现,只是为了说明同一反应用不同物质表示的反应速率都是相同的,所以在教学时应注意引导学生重点理解和掌握第一个公式,对第二个公式的理解应是:在同一个化学反应方程式中,以不同物质表示的反应速率之比等于其方程式系数之比。
在必修2的学习中,学生已经从定性的角度了解了什么是化学反应速率,在这节课中将进一步学习化学反应速率的定量表示方法,并从定量的角度来探讨外界条件对化学反应速率的影响情况,着重培养学生对问题进行定量研究的意识。
二、浓度对化学反应速率的影响
在浓度对速率的影响中,教材出现了速率方程:v=kc(A)c(B)。在教学中要注意把握这部分内容的深广度,与掌握具体知识相比,本节课更重视培养学生对问题进行定量研究的意识,所以在教学时应抓住的一个核心是:只需要知道化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系,这种定量关系通常通过实验测定,与化学方程式中的系数并无确定关系。
在教学过程中遇到的问题主要有:第一,学生易把速率方程和上节的化学反应速率的计算公式混淆,对于两个公式所表达的意义也不清楚。对于这个问题的突破,可以通过将两个公式进行对比,指导学生对两者进行区分。第二,压强对化学反应速率的影响是学习过程中的一个易错点,应指导学生将压强对速率的影响转化成对浓度的影响,即压强改变时只有引起浓度的变化才会影响反应速率,否则不影响,如:恒容下充入与反应无关的气体问题、只涉及液体和固体的反应的问题等。
三、温度对化学反应速率的影响
这部分内容教学的重点是:温度与反应速率常数之间存在着定量关系;温度对反应速率的影响与活化能有关;活化能的定义。教学时应通过情境的创设,层层设问,将知识点一一引出。首先提问:温度如何影响化学反应速率?(通过影响反应速率常数来影响化学反应速率);其次提问:为什么升高相同温度对不同化学反应的速率影响程度不同?(不同反应的活化能不同,活化能越大改变温度对反应速率的影响程度越大);最后再解释什么是活化能。温度对速率的影响涉及到了化学反应动力学研究的问题,具有非常强的理论性。例如:教材提出了“基元反应”的概念,又对“化学反应式怎样进行的”这一问题进行了分析。如何在教学过程中做到既不增加学习难度、不引入过多概念,又可以帮助学生从本质上理解为什么化学反应速率会千差万别,为今后的学习打下初步的理论基础,就成为教学的一个难点。因此在进行阿伦尼乌斯公式的教学时,只要求学生知道对于一个确定的反应,温度对化学反应速率的影响与活化能有关。当Ea>0时,升高温度反应速率常数增大,化学反应速率加快。在教学过程中不宜追究其来龙去脉,更不宜进行公式推导。教材中的反应历程示意图应指导学生学习,借助图像有助于帮助学生理解活化能的意义。
四、催化剂对化学反应速率的影响
催化剂对速率的影响主要是让学生了解催化剂是通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来提高化学反应速率的。教材中的“氯催化臭氧分解历程示意图”是教学的重点,可以帮助学生理解上述内容。
在教学过程中会遇到的问题是:学生常常将催化剂对化学反应速率的影响和对平衡移动的影响混淆。教师应帮助学生对这一内容进行对比和归纳,如:催化剂降低了反应的活化能,从而使反应速率常数增大,进而提高了化学反应速率;而催化剂不能改变化学平衡常数,从而不影响平衡的移动,不改变平衡状态,问题就能够得到解决了。
教材从“化学反应是怎样进行的”提出“反应历程”和“基元反应”等概念。这些概念的引入可从本质上揭示化学反应的复杂性,保证了教学内容的科学性,帮助学生从本质上理解为什么化学反应速率会千差万别,为今后的学习打下初步的理论基础。但是,高考对速率方程、阿伦尼乌斯公式、基元反应和碰撞理论等都没有要求,那么在教学中如何准确把握教学的深广度,就成为了一个重要的问题。例如对于“基元反应”,仅需知道基元反应即为一步完成的反应,而许多化学反应是由若干个基元反应组成的复杂反应即可。再如对于“速率方程”,需知道化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系,这种定量关系通常通过实验测定,与化学方程式中的系数无确定关系。
与必修2相比,化学反应原理着重培养学生对问题进行定量研究的意识,因此如何准确把握教学的深广度,不给学生增加学习的负担也是教学过程需要解决的一个重要问题。在教学时,既要使学生对化学反应速率及其影响因素的认识在必修的基础上有所提高,又不过于定量化、抽象化,要注意使这部分内容区别于大学化学教学。重点培养学生分析处理数据的能力及解决问题的能力、逻辑思维的能力,这些能力的考察也是新课程高考中的一个重要方面。
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1.1化学反应的条件概述
化学反应是个复杂、有趣的过程,其反应条件因反应物的不同而有所差异,一般情况下,较为活泼的物质其化学反应很容易发生反应,如铁与稀盐酸反应制氢气,反应速度快且释放大量热气,反应过程几乎不需要什么特殊条件,反应就能发生的非常激烈。在实践中,很多化学反应的应用都需要满足一定的条件,常见的有燃烧、缓慢氧化、加入催化剂、加压等。其中,燃烧是指可燃物与空气中的氧气发生一中发光发热的反应,如镁在空气中燃烧生产氧化镁(MgO)等;缓慢氧化反应较为常见,如食物的腐烂、动植物的呼吸等,这一反应形式也逐渐的被开发出来并得到应用;催化剂是指将一种或几种物质加入反应物中,这些物质在反应中本身不发生改变,但催化剂可改变化学反应的速度与效果,常见的有光催化剂、固体催化剂、生物催化剂等,在不同化学反应中的应用可改变化学反应的速率和效果,提高工业生产的效率。例如,污水处理中应用光催化剂提高反应的效果,提升污水净化的品质,使其达到更好的净化标准。此外,压强、温度等也是化学反应的条件。
1.2化学反应条件对化学反应的影响
化学反应中,必须客观的对待化学反应的科学性和复杂性,在利用化学反应时,首先,应注重化学反应条的件,一些化学反应虽可以实现,但反应条件极为苛刻,不适合在工业生产中应用。其次,注重考虑反应原理的获得难易程度和价值,必定工业生产的目的是为了获取利益和效益,高昂的反应代价一般在实践中很难应用。再次,注重环境污染问题和资源节约,环境问题早已成为工业生产与社会发展的主要矛盾,因此化学反应的研究中要注重其对环境的污染和资源节约等问题。此外,还要注重操作的简易性,太过复杂会影响化学反应在工业中的应用及生成物杂质含量增加。总之,在化学反应应用中,对化学反应条件的研究非常关键,通过化学反应条件的改善不但可以提高反应生成物的纯度,还可以简化反应过程、加快反应速度等,提高了工业生产的效率,促进了工业发展。
2催化剂分类和应用
2.1催化剂的分类和作用
化学反应中催化剂的应用十分普遍,常见的催化剂类型十分丰富,例如,在石油冶炼中应用的催化剂有催化裂化催化剂、催化重整催化剂、加氢精制催化剂等;又如,其他工业生产中的脱硫催化剂、氨合成催化剂、硫回收催化剂等等,其种类繁多、应用广泛。催化剂最显著的特点是催化剂本身不参与化学反应,但它可以改变化学反应的速度,并对反应物发生作用,使化学反应更为剧烈。例如利用氮、氢为原料合成氨,在这一生产过程中化学式非常简单,但实际操作工艺却十分复杂,反应过程牵扯到热力学、化学动力学等方面,反应条件的条件与温度、压强、催化剂都有关系。综上所述,催化剂的应用,第一,加快了化学反应的速率,有利于工业生产效率的提升,同时,使一些不易发生的反应成为现实,拓展了工业生产的领域,使更多化工产品应用到人类社会的发展和进步中,促进了人类社会发展。第二,降低了生产过程中对环境的破坏,提高了工业生产中的环保效益,例如,热发电过程中在燃煤中加入生石灰,就可以达到减少二氧化硫的排放的目的,从而降低了有害气体对空气的污染。第三,催化剂的使用提高了化学反应应用的经济效益,例如,氨生产中,催化剂加快了氨生产的效率,提高了单位时间内工业生产的价值,提升了企业的生产效益。此外,催化剂的应用还可以提高产品质量,扩展工业生产对化学反应的效益,提高工业产品的附加值,推进社会经济的发展。
2.2催化剂应用的作用
催化剂应用的作用主要表现在以下方面:第一,使一些不可能发生的化学反应发生了反应,拓展了人类社会的物质资源,提高了人类对能源的应用。第二,降低了工业生产成本,一方面,提高了化学反应速率,降低了工业生产中的能源损耗,使工业生产对化学反应的应用更加高效;另一方面,提高了化学反应的产品质量,实现了能源的精加工,提高了工业产品的附加值,同时还降低了工业生产成本,促进了一些低端能源的利用,提高了工业生产效益和发展。第三,催化剂的使用可有效的控制化学反应生产的产物,如脱硫催化剂、硫回收催化剂等,使化学反应生成物的利用效益增加,同时还降低了生产过程中对环境的破坏,大大的提高了工业生产能力。第四,催化剂改善化学反应条件,降低了化学反应原料的标准,提高了化学反应的效果,降低了化学反应的难度,实现了化学反应更广泛、更有效的利用。
3结语
通过对化学反应中反应物及生成物质量的实验测定,使学生理解质量守恒定律的含义及守恒的原因;
根据质量守恒定律能解释一些简单的实验事实,能推测物质的组成。
能力目标
提高学生实验、思维能力,初步培养学生应用实验的方法来定量研究问题和分析问题的能力。
情感目标
通过对实验现象的观察、记录、分析,学会由感性到理性、由个别到一般的研究问题的科学方法,培养学生严谨求实、勇于探索的科学品质及合作精神;
使学生认识永恒运动变化的物质,即不能凭空产生,也不能凭空消失的道理。渗透物质不灭定律的辩证唯物主义的观点。
教学建议
教材分析
质量守恒定律是初中化学的重要定律,教材从提出在化学反应中反应物的质量同生成物的质量之间存在什么关系入手,从观察白磷燃烧和氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应前后物质的质量关系出发,通过思考去“发现”质量守恒定律,而不是去死记硬背规律。这样学生容易接受。在此基础上,提出问题“为什么物质在发生化学反应前后各物质的质量总和相等呢?”引导学生从化学反应的实质上去认识质量守恒定律。在化学反应中,只是原子间的重新组合,使反应物变成生成物,变化前后,原子的种类和个数并没有变化,所以,反应前后各物质的质量总和必然相等。同时也为化学方程式的学习奠定了基础。
教法建议
引导学生从关注化学反应前后"质"的变化,转移到思考反应前后"量"的问题上,教学可进行如下设计:
1.创设问题情境,学生自己发现问题
学生的学习是一个主动的学习过程,教师应当采取"自我发现的方法来进行教学"。可首先投影前面学过的化学反应文字表达式,然后提问:对于化学反应你知道了什么?学生各抒己见,最后把问题聚焦在化学反应前后质量是否发生变化上。这时教师不失适宜的提出研究主题:通过实验来探究化学反应前后质量是否发生变化,学生的学习热情和兴趣被最大限度地调动起来,使学生进入主动学习状态。
2.体验科学研究过程、设计、实施实验方案
学生以小组探究方式,根据实验目的(实验化学反应前后物质总质量是否发生变化)利用实验桌上提供的仪器和药品设计实验方案。在设计过程中,教师尽量减少对学生的限制,并适时的给学生以帮助,鼓励学生充分发挥自己的想象力和主观能动性,独立思考,大胆探索,标新立异。在设计方案过程中培养学生分析问题的能力,在交流方案过程中,各组间互相补充,互相借鉴,培养了学生的语言表达能力。在实施实验时学生体验了科学过程,动手能力得到了加强,培养了学生的观察能力、研究问题的科学方法和严谨求实的科学品质及勇于探索的意志力。同时在实验过程中培养了学生的合作意识。通过自己探索,学生不仅获得了知识,也体验了科学研究过程。
3.反思研究过程、总结收获和不足
探索活动结束后可让学生进行总结收获和不足,提高学生的认知能力。
教学设计方案
课题:质量守恒定律
重点、难点:对质量守恒定律含义的理解和运用
教具学具:
溶液、溶液、溶液、溶液、溶液、白磷、锥形瓶、玻璃棒、单孔橡皮塞、烧杯、小试管一天平、酒精灯。
教学过程:
创设情境:
复习提问:在前几章的学习中,我们学习了哪些化学反应?
投影:反应文字表达式
氯酸钾氯化钾+氧气
氢气+氧气水
氢气+氧化铜铜+水
引言:这是我们学过的化学反应(指投影),对于化学反应你知道了什么?
思考讨论:化学反应前后物质种类、分子种类、物质状态、颜色等发生了变化;原子种类、元素种类没发生变化;对于化学反应前后质量、原子数目是否发生变化存在争议。
引入:化学反应前后质量是否发生变化,有同学说改变,有同学说不变,意思不统一,那么我们就通过实验来探讨。
设计与实施实验:
讨论:根据实验目的利用实验桌上提供的仪器和药品设计实验方案。
交流设计方案
评价设计方案
教师引导学生评价哪些方案是科学合理的,哪些需要改进,鼓励学生开动脑筋,积极主动地参与实验设计过程。
1.实施实验:
同学们的设计方案是可行的,可以进行实验。
指导学生分组实验,检查纠正学生实验操作中的问题
1.依照设计方案进行实验并记录实验现象和测定的实验数据。
2.对实验结果进行分析,反应前后物质的总质量是否发生变化。
3.汇报实验结果
引导学生从实验内容,化学反应前后各物质的质量总和是否发生变化汇报实验结果
同学们的实验结果是巧合,还是具有普遍意义?
汇报:
1.实验内容
2.实验结果
反应前物质总质量(烧杯+试管+两种溶液)_______g,反应后物质总质量为_______g。
反应前后物质总质量是否发生变化_______。
3.演示实验
演示:白磷燃烧前后质量测定。
1.观察记录
反应前物质总质量为_______g,反应后物质总质量为_______g。
2.书写反应文字表达式
3.实验结果分析:反应前后物质总质量是否发生变化_______。
总结:
思考:通过以上几个实验你能得到什么结论
科学家曾做过大量实验,无数实验都证明:化学反应前后各物质的总质量相等。这是化学反应遵循的规律。这个规律叫做质量守恒定律(板书课题)
提问:哪位同学试着回答什么是质量守恒定律
板书:一、质量守恒定律内容(略)
讨论:化学反应前后质量守恒原因
问题讨论:
为什么参加化学反应前各物质的质量总和等于化学反应后生成的各物质的质量总和。
投影:水分子分解示意图,引导学生从化学反应的微观实质认识化学反应前后质量守恒的原因。
板书:二、化学反应前后质量守恒的原因。
投影:课堂练习
1.已知12g木炭与32g氧气恰好完全反应,则生成的质量是_______g。
A.44gB.32gC.22gD.12g
2.镁带在空气中燃烧生成氧化镁的质量比金属镁的质量大,有人说这个事实不符合质量守恒定律,你说对吗?为什么?
3.蜡烛燃烧后的产物有二氧化碳和水,根据质量守恒定律可知,该物质的组成中一定含有_______元素和_______元素,可能含有_______元素。
反思研究过程:
通过对化学反应前后质量是否发生变化的探讨,你有哪些收获?
总结:对于今天的学习每个同学都有不同程度的收获,同时也发现了自己的不足,在今后的学习中相信大家会做的更好。
板书设计:
第一节质量守恒定律
一、定律内容
参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
反应前总质量反应后总质量
gg
磷+氧气五氧化二磷
二、化学反应前后质量守恒原因
探究活动
通过实验探究化学反应前后质量是否发生变化。
(1)根据提供的仪器和药品设计实验方案。
(2)交流与评价。
使学生理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响;
使学生能初步运用有效碰撞,碰撞的取向和活化分子等来解释浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。
能力目标
培养学生的观察能力及综合运用知识分析解决问题、设计实验的能力,培养学生的思维能力,阅读与表达能力。
情感目标
通过从宏观到微观,从现象到本质的分析,培养学生科学的研究方法。
教学建议
化学反应速率知识是学习化学平衡的基础,学生掌握了化学反应速率知识后,能更好的理解化学平衡的建立和化学平衡状态的特征,及外界条件的改变对化学平衡的影响。
浓度对化学反应速率的影响是本节教学的重点。其原因是本节教学难点。这部分教学建议由教师引导分析。而压强、温度、催化剂的影响可在教师点拨下由学生阅读、讨论完成。
关于浓度对化学反应速率的影响:
1.联系化学键知识,明确化学反应得以发生的先决条件。
(1)能过提问复习初中知识:化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程。
(2)通过提问复习高中所学化学键知识:化学反应过程的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。
(3)明确:旧键的断裂和新键的生成必须通过反应物分子(或离子)的相互接触、碰撞来实现。
2.运用比喻、图示方法,说明化学反应得以发生的必要条件是活化分子发生有效碰撞。
(1)以运动员的投篮作比喻。
(2)以具体的化学反应为例,让学生观看HI分子的几种可能的碰撞模式图(如制成动画教学软件加以模拟会收到更好的效果),进一步说明化学反应得以发生的必要条件。
3.动手实验,可将教材中的演示实验改成边讲边做,然后据实验现象概括出浓度对化学反应速率影响的规律。有条件的学校,也可由学生动手做,再由学生讨论概括出浓度对化学反应速率的影响规律---增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。
4.通过对本节所设铁与盐酸反应的讨论,并当堂课完成课后“习题二、2”,综合运用本节所学内容反馈学生掌握情况,巩固本节所学知识。
教材分析
遵照教学大纲的有关规定,作为侧重理科类学生学习的教材,本节侧重介绍化学反应速率和浓度、压强、温度、催化剂等条件对化学反应速率的影响,以及造成这些影响的原因,使这部分知识达到大纲中所规定的B层次或C层次的要求。本知识点,按最新教材来讲。
教材从一些古代建筑在近些年受到腐蚀的速率大大加快等事实引出化学反应速率的概念,并通过演示实验说明不同的反应具有不同的反应速率,以及浓度、温度等对化学反应速率的影响。教材注意联系化学键的有关知识,从化学反应的过程实质是反应物分子中化学键的断裂、生成物分子中化学键的形成过程,以及旧键的断裂和新键的形成都需要通过分子(或离子)的相互碰撞才能实现等,引出有效碰撞和活化分子等名称。并以运动员的投篮作比喻,说明只有具有足够能量和合适取向的分子间的碰撞才能发生化学反应,教材配以分子的几种可能的碰撞模式图,进一步说明发生分解反应生成和的情况,从中归纳出单位体积内活化分子的数目与单位体积反应物分子的总数成正比,也就是和反应物的浓度成正比,从而引导学生理解浓度对化学反应速率的影响以及造成这种影响的原因。接着,教材围绕着以下思路:增加反应物分子中活化分子的百分数增加有效碰撞次数增加化学反应速率,又进一步介绍了压强(有气体存在的反应)、温度、催化剂等条件对化学反应速率的影响以及造成这些影响的原因,使学生对上述内容有更深入的理解。
教材最后采用讨论的方式,要求学生通过对铁与盐酸反应的讨论,综合运用本节所学习的内容,进一步分析外界条件对化学反应速率的影响以及造成这些影响的原因,使学生更好地理解本节教材的教学内容。
本节教材的理论性较强,并且具有一定的难度。如何利用好教材中的演示实验和图画来说明化学反应发生的条件,以及外界条件对化学反应速率的影响是本节教材的教学关键。教师不可轻视实验和图画在本节教学中的特殊作用。
本节重点是浓度对化学反应速率的影响。难点是浓度对化学反应速率影响的原因。
教学设计示例
知识目标
1.使学生了解化学反应速率的概念及表示方法。
2.使学生理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。
3.使学生能初步运用有效碰撞,碰撞的取向和活化分子等来解释浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。
情感目标通过从宏观到微观,从现象到本质的分析,培养学生科学的研究方法。
能力目标培养学生综合运用知识分析解决问题的能力,培养学生的思维能力,阅读与表达能力。
重点浓度对化学反应速度的影响。外界条件对可逆反应的正逆反应速率的影响。
难点浓度对化学反应速率影响的原因。
教学方法诱思探究法
教学过程
第一课时
[阅读教材引入]本章的主要内容和学习本章的意义
两个问题:反应进行的快慢-化学反应速率问题。
反应进行的程度-化学平衡问题。
意义:是学习化学所必需的基础理论并能指导化工生产。
[录象]古代建筑物受到腐蚀的记录片。
[讲述]从片中我们知道,古代建筑物在本世纪所遭受的腐蚀比过去几百年甚至几千年所遭受的腐蚀还要严重的原因是酸雨。为什么会使腐蚀的速度变快呢?这就是我们第一节要研究的化学反应速率问题。
[板书]第一节化学反应速率
[指导实验][实验2-1]等浓度的盐酸和醋酸分别与大理石反应。
现象:在加入盐酸的试管里,大理石与盐酸迅速反应,有大量气泡产生。而加入醋酸的试管里,反应缓慢,只有少量气泡产生。
[讲解]不同的化学反应进行的快慢不一样,如何表示化学反应速率呢?
结论:不同的化学反应有快有慢。
[板书]一、化学反应速率
1、定义:化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的,通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2、表达式:略
[设问]对于同一化学反应,用不同物质表示化学反应速率,数值是否一样呢?让我们看下面的练习。
[投影]练习:在给定条件下,氮气与氢气在密闭容器中合成氨。起始时加入氮气和氢气且浓度分别为1.0mol/L和3.0mol/L,2秒后,氮气的浓度为0.8mol/L,氢气的浓度为2.4mol/L,氨气的浓度为0.4mol/L。分别用氮气、氢气和氨气的浓度变化表示的这2秒内的化学反应速率是多少?有什么关系?
[计算、思考]
3H2+N2=2NH3
起始3.01.00
浓度mol/L
2S后2.40.80.4
浓度mol/L
[总结]同一反应,用不同物质浓度表示化学反应速率,数值之比等于方程式中系数比,应指明是用那种物质的浓度变化表示的速率,化学反应速率实质是平均反应速率。
[过渡]下面来研究影响化学反应速率的因素。
补充实验:
在三只试管里分别放入5mL相同浓度的稀盐酸,分别加入长短、粗细大致相同的铜丝,铝丝,铁丝。
[讲解]铜是氢后金属,不能置换酸中的氢,铝的金属活动性比铁强,铝的反应速率快,说明物质的性质即内因是决定化学反
应速率的重要因素。那么,外界条件对化学反应速率是如何影响呢?
现象:铜丝与稀盐酸不反应;铝丝比铁丝溶解的快,气体生成的快。
[板书]二、外界条件对化学反应速率的影响
[指导实验][实验2-2]大理石与不同浓度的盐酸反应,并给其中一个加热。
[实验2-3]H2O2的分解反应
(2-2)现象:在加入1mol/L盐酸的试管中有大量的气泡冒出,在加入0.1mol/L盐酸的试管中气泡产生得很慢。加热后,反应速率明显加快。
(2-3)现象:在H2O2中加入MnO2粉末时,立即有大量气泡产生,在没有加入MnO2粉末的试管只有少量气泡。
[提出问题]通过以上实验,说明影响化学反应速率的外界条件有那些?是如何影响的?
[回答]
影响化学反应速率的外界条件有浓度、温度和催化剂。浓度越大、温度越高、使用催化剂,则化学反应速率越快。
[板书]1、浓度对化学反应速率的影响
当其它条件不变时,增加反应物的浓度,可以增大化学反应速率。
[设问]对于有气体参加的反应压强对化学反应速率也有影响,为什么?
[回答]
对于气体来说,当其它条件不变时,体积与所受的压强成反比。如果气体的压强增大,体积就缩小,则浓度就会增大,化学反应速率就加快。
[板书]
2、压强对化学反应速率的影响
对于有气体参加的反应,增大压强,可以增大化学反应速率。
3、温度对化学反应速率的影响
当其它条件不变时,升高温度,可以增大化学反应速率。
4、催化剂对化学反应速率的影响
使用催化剂可以加快化学反应速率。
[阅读]P35最后自然段。影响化学反应速率的外界条件还有什么?
[设问]为什么在补充实验中选择长短、粗细大致相同的金属?
[回答]因为固体颗粒的大小对化学反应速率也有影响。
[追问]怎样影响?
[回答]颗粒越细,接触面积越大,化学反应速率越快。
[留疑]外界条件对化学反应速率的影响的原因是什么?
[课堂练习]
1、反应4NH3(g)+5O2(g)==4NO(g)+6H2O(g),在10L的密闭容器中进行,半分钟后,水蒸汽的物质的量增加了0.45mol,则此反应的平均速率v(x)(反应外物的消耗速率或生成物的生成速率)可表示为()
A.v(NH3)=0.010mol/(L·s)
B.v(O2)=0.0010mol/(L·s)
C.v(NO)=0.0010mol/(L·s)
D.v(H2O)=0.045mol/(L·s)
2、在四个不同的容器中,采用不同条件进行合成氨反应,根据下列在相同时间内测定的结果判断,生成氨的速率最快的是()
A.用H2表示的反应速率为0.1mol/(L·min)
B.用NH3表示的反应速率为0.3mol/(L·min)
C.用N2表示的反应速率为0.2mol/(L·min)
D.用H2表示的反应速率为0.3mol/(L·min)
3、增大压强,能使下列反应速率加快的是()
A.Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应
B.CO和水蒸气在一定条件下反应生成CO2和H2
C.将CO2通人石灰水中
D.Na2O溶于水
4、在带有活塞的密闭容器中发生反应:Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O,采用下列措施不能改变反应速率的是()
A.增加Fe2O3投入量
B.保持容器体积不变,增加通人H2的量
C.充入N2,保持容器内压强不变
D.充入N2,保持容器内体积不变
[答案]
1、C;2、C;3、B、C;4、A、D
[作业]P36一、二
对于化学知识点的掌握我们应该首先掌握高二化学反应原理的重要知识点内容,高二化学反应原理是贯穿化学知识点的重要内容,因此同学们需要详细了解。下面小编给大家分享一些高二化学反应原理知识总结,希望能够帮助大家,欢迎阅读!
高二化学反应原理知识1反应热 焓变
1、定义:化学反应过程中放出或吸收的热量叫做化学反应的反应热.
在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中所吸收或释放的热量称为反应的焓变。
2、符号:H
3、单位:kJ·mol-1
4、规定:吸热反应:H
> 0 或者值为“+”,放热反应:H < 0 或者值为“-”
常见的放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
燃料的燃烧 C+CO2 , H2+CuO
酸碱中和反应 C+H2O
金属与酸 Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl
大多数化合反应 CaCO3高温分解
大多数分解反应
小结:
1、化学键断裂,吸收能量;
化学键生成,放出能量
2、反应物总能量大于生成物总能量,放热反应,体系能量降低,H为“-”或小于0
反应物总能量小于生成物总能量,吸热反应,体系能量升高,H为“+”或大于0
3、反应热
数值上等于生成物分子形成时所释放的总能量与反应物分子断裂时所吸收的总能量之差
高二化学反应原理知识2热化学方程式
1.概念:表示化学反应中放出或吸收的热量的化学方程式.
2.意义:既能表示化学反应中的物质变化,又能表示化学反应中的能量变化.
[总结]书写热化学方程式注意事项:
(1)反应物和生成物要标明其聚集状态,用g、l、s分别代表气态、液态、固态。
(2)方程式右端用H 标明恒压条件下反应放出或吸收的热量,放热为负,吸热为正。
(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数,只表示物质的量,因此可以是整数或分数。
(4)对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其H 也不同,即H 的值与计量数成正比,当化学反应逆向进行时,数值不变,符号相反。
高二化学反应原理知识3盖斯定律:不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是相同的。
化学反应的焓变(ΔH)只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
总结规律:若多步化学反应相加可得到新的化学反应,则新反应的反应热即为上述多步反应的反应热之和。
注意:
1、计量数的变化与反应热数值的变化要对应
2、反应方向发生改变反应热的符号也要改变
反应热计算的常见题型:
1、化学反应中物质的量的变化与反应能量变化的定量计算。
2、理论推算反应热:
依据:物质变化决定能量变化
(1)盖斯定律 设计合理路径
路径1总能量变化等于路径2总能量变化 (2)通过已知热化学方程式的相加,得出新的热化学方程式:
物质的叠加,反应热的叠加
小结:
a: 若某化学反应从始态(S)到终态(L)其反应热为H,而从终态(L)到始态(S)的反应热为H ’,这两者和为0。
即H+ H ’ = 0
b:若某一化学反应可分为多步进行,则其总反应热为各步反应的反应热之和。
即H= H1+ H2+ H3+……