《【化學(xué)：高中人教版全套教師用書WORD版】選修2 化學(xué)與技術(shù)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【化學(xué)：高中人教版全套教師用書WORD版】選修2 化學(xué)與技術(shù)（86頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

（人教新課標(biāo)）教師教學(xué)用書 選修2 化學(xué)與技術(shù) 說(shuō)明 本書是根據(jù)教育部制訂的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》和人民教育出版社、課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心編著的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)（選修2）化學(xué)與技術(shù)》的內(nèi)容和要求，結(jié)合高中化學(xué)教學(xué)實(shí)際編寫的，供使用《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)（選修2）化學(xué)與技術(shù)》的高中化學(xué)教師教學(xué)時(shí)參考。 從有利于教師理解和體會(huì)課程標(biāo)準(zhǔn)，以及更好地使用教科書出發(fā)，全書按教科書的單元、課題順序編排，每單元包括單元說(shuō)明、教材分析與教學(xué)建議和教學(xué)資源三個(gè)部分。 單元說(shuō)明是按單元編寫的，包括教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容分析和課時(shí)建議。教學(xué)目標(biāo)指出本單元在知識(shí)與技能、過(guò)程與方法和情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面所要達(dá)到的教學(xué)目的；內(nèi)容分析從地位和功能、內(nèi)容的選擇與呈現(xiàn)、教學(xué)深廣度以及內(nèi)容結(jié)構(gòu)等方面對(duì)單元內(nèi)容做出分析；課時(shí)建議則是建議本單元的教學(xué)課時(shí)。 教材分析與教學(xué)建議是分課題編寫的，包括教材分析和建議、活動(dòng)建議、問(wèn)題交流等。教材分析和建議對(duì)各課題的內(nèi)容特點(diǎn)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、重點(diǎn)和難點(diǎn)等作了較詳細(xì)的分析，并對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)思路、教學(xué)策略、教學(xué)方法等提出建議。活動(dòng)建議是對(duì)“科學(xué)探究”“實(shí)驗(yàn)”等學(xué)生活動(dòng)提出具體的指導(dǎo)和建議。問(wèn)題交流是對(duì)“學(xué)與問(wèn)”“思考與交流”等教科書中欄目所涉及的有關(guān)問(wèn)題給予解答或提示。 練習(xí)與實(shí)踐參考則是對(duì)單元后的練習(xí)與實(shí)踐給予解答或提示。 教學(xué)資源是按單元編寫的，主要編入一些與本單元內(nèi)容有關(guān)的教學(xué)資料、疑難問(wèn)題解答，以及聯(lián)系實(shí)際、新的科技信息和化學(xué)史等內(nèi)容，以幫助教師更好地理解教科書，并在教學(xué)時(shí)參考。 參加本書編寫工作的有：王晶、吳海建等。 本書的審定者：李文鼎、王晶。 責(zé)任編輯：吳海建。 圖稿繪制：李宏慶。 本書的內(nèi)容難免有不妥之處，希望廣大教師和教學(xué)研究人員提出意見(jiàn)和建議，以便修訂改進(jìn)。 人民教育出版社 課程教材研究所 化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心 2005年6月 目錄 第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 單元說(shuō)明 教材分析與教學(xué)建議 課題1化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題 課題2人工固氮技術(shù)——合成氨 課題3純堿的生產(chǎn) 練習(xí)與實(shí)踐參考 教學(xué)資源 第二單元化學(xué)與資源開(kāi)發(fā)利用 單元說(shuō)明 教材分析與教學(xué)建議 課題1獲取潔凈的水 課題2海水的綜合利用 課題3石油、煤和天然氣的綜合利用 練習(xí)與實(shí)踐參考 教學(xué)資源 第三單元化學(xué)與材料的發(fā)展 單元說(shuō)明 教材分析與教學(xué)建議 課題1無(wú)機(jī)非金屬材料 課題2金屬材料 課題3高分子化合物與材料 練習(xí)與實(shí)踐參考 教學(xué)資源 第四單元化學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 單元說(shuō)明 教材分析與教學(xué)建議 課題1化肥和農(nóng)藥 課題2表面活性劑精細(xì)化學(xué)品 練習(xí)與實(shí)踐參考 教學(xué)資源 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 單元說(shuō)明 一、教學(xué)目標(biāo) 1. 以硫酸生產(chǎn)為例，了解化工生產(chǎn)過(guò)程中的一些基本問(wèn)題。 2. 了解合成氨的反應(yīng)原理、基本生產(chǎn)過(guò)程和合成氨工業(yè)發(fā)展中需要解決的問(wèn)題。 3. 通過(guò)純堿的兩種典型生產(chǎn)過(guò)程及其演變的學(xué)習(xí)，了解化學(xué)工藝改進(jìn)的原因、思路、條件以及由此帶來(lái)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 4. 初步了解實(shí)驗(yàn)室研究與工業(yè)化生產(chǎn)的區(qū)別和聯(lián)系。初步認(rèn)識(shí)基本化工產(chǎn)品的種類、資源和發(fā)展概況等。 二、內(nèi)容分析 1. 地位和功能 硫酸（產(chǎn)品為液體）、純堿（產(chǎn)品為固體）和合成氨（產(chǎn)品為氣體）等屬于典型的基本化工產(chǎn)品，它們的生產(chǎn)是化學(xué)工業(yè)及其發(fā)展的基礎(chǔ)，而了解化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題也是學(xué)習(xí)《化學(xué)與技術(shù)》選修課程的基礎(chǔ)。因此，通過(guò)對(duì)這些產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中一些基本問(wèn)題的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生將所學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)建立有效的教學(xué)聯(lián)系，拉近實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程與課堂教學(xué)之間的距離，有利于學(xué)生加深對(duì)化學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。 2. 內(nèi)容的選擇與呈現(xiàn) 教科書體現(xiàn)以社會(huì)需求為導(dǎo)向、以化學(xué)研究基礎(chǔ)上的技術(shù)發(fā)展為重點(diǎn)的總體設(shè)計(jì)思想，以“人類需要的物質(zhì)產(chǎn)品——化學(xué)反應(yīng)原理——生產(chǎn)過(guò)程及其發(fā)展”為線索構(gòu)建單元體系。除了這一整體設(shè)計(jì)外，本單元也體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)與技術(shù)選修課程的目標(biāo)、定位和要求?？傮w而言，教學(xué)內(nèi)容的選擇和呈現(xiàn)考慮了以下一些原則： （1）選取典型產(chǎn)品及其生產(chǎn)過(guò)程作為內(nèi)容載體； （2）以必修模塊的化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，必要時(shí)為本模塊補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)； （3）以化學(xué)反應(yīng)原理及其應(yīng)用為重點(diǎn)，以生產(chǎn)基本問(wèn)題（如原料及其綜合利用、能量的利用、反應(yīng)條件的控制、環(huán)境保護(hù)等）為線索展開(kāi)內(nèi)容； （4）抓住有價(jià)值的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)與探究，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和分析解決問(wèn)題的能力； （5）以引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)化學(xué)在生產(chǎn)技術(shù)中的價(jià)值為重點(diǎn)，而不過(guò)多地追究生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程的技術(shù)細(xì)節(jié)； （6）學(xué)習(xí)順序注意遵循學(xué)生的接受能力。 在某種程度上，教科書也體現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)兩者之間的區(qū)別和聯(lián)系?？茖W(xué)與技術(shù)緊密相連、相互促進(jìn)，而又有各自不同的特點(diǎn)。例如，與科學(xué)相比，技術(shù)更直接地面對(duì)人們的實(shí)際需要，一種產(chǎn)品首先用于滿足人們的需要，需要也是生產(chǎn)發(fā)展的動(dòng)力和技術(shù)創(chuàng)新的源泉。為什么要生產(chǎn)這種產(chǎn)品？它可以用來(lái)做什么？技術(shù)改進(jìn)的主要目的是什么？當(dāng)從這些問(wèn)題展開(kāi)時(shí)，有利于闡明生產(chǎn)和技術(shù)進(jìn)步的意義，培養(yǎng)學(xué)生求知和創(chuàng)新的欲望以及注意技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)責(zé)任感。由于人們的需要是多種多樣的，也是不斷發(fā)展和變化的，因此，可以憑此創(chuàng)設(shè)許多生動(dòng)的教學(xué)情景。 再如，除了關(guān)于“是什么、為什么？”等問(wèn)題解決過(guò)程外，在化學(xué)與技術(shù)課程中還強(qiáng)調(diào)關(guān)于“做什么、怎么做？”等問(wèn)題解決過(guò)程，后一過(guò)程可能會(huì)涉及化學(xué)以外的物理、生物、地理等學(xué)科知識(shí)，體現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的綜合性；還會(huì)涉及諸如環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、利弊權(quán)衡等態(tài)度、價(jià)值和決策有關(guān)的問(wèn)題，體現(xiàn)技術(shù)實(shí)踐的復(fù)雜性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的多元化。通過(guò)思考和解決這些問(wèn)題，有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)探究過(guò)程加深理解，也有利于比較全面地培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和上述總體考慮，本單元安排的主要內(nèi)容有： 以硫酸生產(chǎn)為例，說(shuō)明化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程包括的一些基本問(wèn)題，如反應(yīng)原理、反應(yīng)發(fā)生的條件、原料的選擇、“三廢”的處理以及能量的利用等。使學(xué)生對(duì)化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程有一個(gè)概括的、初步的認(rèn)識(shí)。 合成氨這種人工固氮技術(shù)，不僅為解決人類的吃飯問(wèn)題作出了重要的貢獻(xiàn)，而且，它也是近代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，在人類的科學(xué)技術(shù)史上具有重要的地位。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，還有利于幫助學(xué)生了解一個(gè)化學(xué)原理上可行的反應(yīng)，當(dāng)進(jìn)入實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，會(huì)遇到很多復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)不是僅僅將實(shí)驗(yàn)室試管、燒瓶中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單放大的過(guò)程。 純堿的生產(chǎn)，可以幫助學(xué)生進(jìn)一步理解一個(gè)化學(xué)工藝的發(fā)展和完善，可能需要幾代人長(zhǎng)期的努力，從中體會(huì)化學(xué)工藝改進(jìn)和發(fā)展的思路、角度，培養(yǎng)他們勇于創(chuàng)新的精神和實(shí)踐能力。 本單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下： 三、課時(shí)建議 課題1化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題 2課時(shí) 課題2人工固氮技術(shù)——合成氨 2課時(shí) 課題3純堿的生產(chǎn) 1課時(shí) 復(fù)習(xí)機(jī)動(dòng)1課時(shí) 小計(jì)6課時(shí) 課題1 化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題 一、教材分析和建議 在化學(xué)工業(yè)中，需要化學(xué)與技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，若要認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，就首先需要了解有關(guān)化工生產(chǎn)的基本問(wèn)題。所以，作為本書最開(kāi)始的課題，介紹化工生產(chǎn)過(guò)程中的一些基本問(wèn)題，以利于學(xué)生在后面的學(xué)習(xí)中對(duì)化學(xué)與技術(shù)相關(guān)問(wèn)題的理解。 化工生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，但一些最基本的問(wèn)題是相似的，例如，任何化工生產(chǎn)都涉及到傳質(zhì)（物料的流動(dòng)）、傳熱（能量的傳導(dǎo)）、傳動(dòng)（動(dòng)力的傳輸）和化學(xué)反應(yīng)器等。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合高中學(xué)生的特點(diǎn)，將化學(xué)反應(yīng)原理、反應(yīng)發(fā)生的條件、原料的選擇、三廢的處理和能量的利用等作為化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題，結(jié)合一些典型產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，使學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)的基本過(guò)程有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。硫酸是學(xué)生在初中化學(xué)中就學(xué)過(guò)的物質(zhì)，對(duì)其性質(zhì)比較了解，硫酸工業(yè)又是典型的基本化學(xué)工業(yè)，所以本課題以硫酸工業(yè)為例，介紹化工生產(chǎn)基本問(wèn)題：反應(yīng)原理的確定、原料的選擇、反應(yīng)條件的控制、能量的利用等。每一問(wèn)題都結(jié)合硫酸的生產(chǎn)，將化學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)工藝等結(jié)合，充分體現(xiàn)化學(xué)在生產(chǎn)中的作用。 關(guān)于反應(yīng)原理及生產(chǎn)過(guò)程的確定，教科書從硫酸的化學(xué)組成、性質(zhì)及具體的反應(yīng)進(jìn)行分析，突出化學(xué)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和利用方面的重要性。生產(chǎn)中原料的選擇則從綜合方面考慮，以“思考與交流”的形式，讓學(xué)生思考討論，培養(yǎng)學(xué)生綜合思考認(rèn)識(shí)問(wèn)題的能力。 在介紹生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制問(wèn)題時(shí)，涉及到了化學(xué)平衡的知識(shí)，教科書先對(duì)概念作了簡(jiǎn)單介紹，然后結(jié)合“思考與交流”中給出的一些具體數(shù)據(jù)，讓學(xué)生思考并討論，最后找出硫酸生產(chǎn)的最佳條件，并歸納給出平衡移動(dòng)原理。接下來(lái)再讓學(xué)生通過(guò)一個(gè)“思考與交流”來(lái)認(rèn)識(shí)平衡移動(dòng)原理。這樣將有關(guān)的化學(xué)原理與生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)進(jìn)行教學(xué)，也是化學(xué)與技術(shù)課程中的主要教學(xué)設(shè)計(jì)思想。 關(guān)于環(huán)境和能源問(wèn)題，本課題結(jié)合硫酸生產(chǎn)的具體情況進(jìn)行說(shuō)明，體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境和能源意識(shí)的觀點(diǎn)。 教學(xué)重點(diǎn)：化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題。工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理。平衡移動(dòng)原理及其對(duì)化工生產(chǎn)中條件控制的意義和作用。 教學(xué)難點(diǎn)：平衡移動(dòng)原理及其對(duì)化工生產(chǎn)中條件控制的意義和作用。 二、問(wèn)題交流 【學(xué)與問(wèn)】硫酸生產(chǎn)過(guò)程中的污水，可利用酸堿中和反應(yīng)進(jìn)行處理。 【思考與交流1】參見(jiàn)教科書。 【思考與交流2】早期黃鐵礦的儲(chǔ)量比較大，而天然硫黃資源缺乏，又難以從國(guó)外購(gòu)進(jìn)，并且，那時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)也不夠重視。目前世界上許多國(guó)家都限制以黃鐵礦為原料制硫酸，主要也是考慮到環(huán)境污染問(wèn)題，而且，隨著技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的大型化使以硫黃為原料制硫酸的成本也逐漸降低。 【思考與交流3】 1．從表1-1和表1-2可以看出，溫度越低、壓強(qiáng)越大，越有利于SO2的生成，但壓強(qiáng)的影響不是很大。 2．思路：低溫時(shí)有利于SO2的轉(zhuǎn)化，但考慮催化劑活性，溫度不能太低。高壓有利于SO2的轉(zhuǎn)化，但試驗(yàn)表明增大壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高并不大，而且考慮設(shè)備、成本和能源消耗問(wèn)題，壓強(qiáng)不應(yīng)很高，可以考慮常壓。（對(duì)此問(wèn)題學(xué)生可能會(huì)有不同的回答，教師可引導(dǎo)學(xué)生討論，最后給出實(shí)際結(jié)果） 課題2 人工固氮技術(shù)——合成氨 一、教材分析和建議 本課題圍繞著合成氨的反應(yīng)原理以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的有關(guān)問(wèn)題展開(kāi)討論，幫助學(xué)生了解合成氨工業(yè)生產(chǎn)的主要原理和過(guò)程，認(rèn)識(shí)并體會(huì)由實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)化生產(chǎn)所需要經(jīng)歷的過(guò)程。 教科書的設(shè)計(jì)是，為了說(shuō)明如何將大氣中的氮固定下來(lái)這一中心問(wèn)題，首先，呈現(xiàn)問(wèn)題提出的背景，也就是人們?yōu)槭裁匆敕皆O(shè)法地將大氣中的氮固定下來(lái)，直接的原因是滿足人類對(duì)氮肥、硝酸等含氮化合物的需要，間接的原因是地殼中氮元素的含量少、分布不均；緊接著的問(wèn)題是如何將大氣中的氮固定下來(lái)，指出合成氨在科學(xué)上和技術(shù)上的突破。最后，討論和評(píng)價(jià)并引發(fā)思考合成氨工業(yè)發(fā)展所面臨的新問(wèn)題。 這種設(shè)計(jì)整體上體現(xiàn)了技術(shù)實(shí)踐中問(wèn)題解決不斷循環(huán)發(fā)展的一般過(guò)程，如下頁(yè)圖所示。 教學(xué)建議如下： 1. 注意引導(dǎo)學(xué)生思考人工固氮技術(shù)——合成氨對(duì)于人類社會(huì)發(fā)展的重要意義，體現(xiàn)化學(xué)與技術(shù)發(fā)展的社會(huì)需求導(dǎo)向，并對(duì)技術(shù)生產(chǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的多元化有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。說(shuō)明在化學(xué)研究中，有些課題是屬于學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，但不一定是技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，技術(shù)研究往往要解決實(shí)際生產(chǎn)和生活中的具體問(wèn)題，是受社會(huì)需求驅(qū)動(dòng)的，這一點(diǎn)貫穿于整個(gè)教科書體系的設(shè)計(jì)中。另外，化學(xué)技術(shù)創(chuàng)新往往要落實(shí)在一種產(chǎn)品的生產(chǎn)上，合成氨就是這方面的典型代表。在課題1了解化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考將實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)化成實(shí)際生產(chǎn)時(shí)面臨的一些問(wèn)題，展示由一種原理上可行的設(shè)想轉(zhuǎn)變成實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中人們所要付出的艱苦努力。對(duì)于有志于理工科的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)的同時(shí)不斷提高人文素養(yǎng)；對(duì)于有志于人文學(xué)科的學(xué)生來(lái)說(shuō)，要幫助他們形成對(duì)于科學(xué)技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中重要作用的正確認(rèn)識(shí)。例如，可以結(jié)合對(duì)哈伯其人其事（見(jiàn)教學(xué)資源）的分析評(píng)價(jià)，請(qǐng)同學(xué)們討論和交流各自的看法。 2. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)合成氨的反應(yīng)原理，利用化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析和討論合成氨的適宜反應(yīng)條件。由于氮?dú)饩哂刑厥獾姆€(wěn)定性，合成氨是人工固定氮的一種方法，但反應(yīng)條件比較苛刻。如何實(shí)現(xiàn)這一具有重要意義的反應(yīng)，需要從實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)始，根據(jù)已有的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)原理，探究提高氨轉(zhuǎn)化率的適宜反應(yīng)條件。因此，影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、化學(xué)平衡以及化學(xué)平衡移動(dòng)的原理，是學(xué)生理解這些內(nèi)容的重要基礎(chǔ)。需要注意的是，在本單元的課題1 中結(jié)合硫酸生產(chǎn)，已經(jīng)涉及到這些內(nèi)容，在此需要根據(jù)合成氨這一具體反應(yīng)，進(jìn)一步對(duì)有關(guān)問(wèn)題加深理解。從更深層次來(lái)說(shuō)，注意揭示現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展中科學(xué)基礎(chǔ)性作用變得越來(lái)越重要的趨勢(shì)。 3. 結(jié)合合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程以及合成氨工業(yè)的發(fā)展，幫助學(xué)生理解實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該考慮的問(wèn)題，認(rèn)識(shí)和體會(huì)由實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變所要解決的一些具體問(wèn)題。例如，如何比較經(jīng)濟(jì)地獲得的原料氣體？為什么要進(jìn)行原料氣的凈化？采用什么樣的流程才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)？如何將產(chǎn)品同未發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)物和其他產(chǎn)物進(jìn)行分離？今后工藝改進(jìn)的重點(diǎn)是什么？等等。所有這些問(wèn)題，都與實(shí)驗(yàn)室研究存在著哪些區(qū)別？考慮的角度和解決的方法有哪些不同？引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和體現(xiàn)化學(xué)與技術(shù)的區(qū)別和聯(lián)系。 4. 設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程時(shí)，課題的引入可以有多種形式，如可以從社會(huì)、生產(chǎn)和生活的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題引入，也可以從合成氨在科學(xué)技術(shù)歷史中的地位和作用引入，還可以從實(shí)驗(yàn)室研究與大規(guī)模生產(chǎn)的區(qū)別與聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)技術(shù)實(shí)踐的特殊性引入?？傊?，需要教師根據(jù)學(xué)生的今后志向、基礎(chǔ)以及其他具體條件，采用自己擅長(zhǎng)的方式導(dǎo)入，展開(kāi)教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)不同的教學(xué)風(fēng)格。 5. 對(duì)由實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)的問(wèn)題，可以指導(dǎo)學(xué)生閱讀“科學(xué)史話”，對(duì)其轉(zhuǎn)化過(guò)程的具體情況和解決問(wèn)題的艱難程度有所體會(huì)。另外，還可以結(jié)合歸納與整理中的圖示，引導(dǎo)學(xué)生思考一些問(wèn)題，如盡管實(shí)驗(yàn)室和工廠中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是完全一樣的，但化學(xué)工業(yè)必須考慮用較低的成本獲得大量的高品質(zhì)產(chǎn)品，至少有四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即工程、效益、三廢處理以及安全問(wèn)題。例如，對(duì)于一個(gè)放熱反應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行時(shí)可能不需要考慮熱量的回收和利用問(wèn)題，但當(dāng)反應(yīng)放大百萬(wàn)倍，連續(xù)生產(chǎn)中產(chǎn)生的熱量就必須認(rèn)真對(duì)待了。類似的問(wèn)題還有很多，可以由學(xué)生自己分析、討論和提出一些有價(jià)值的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)和交流各自解決的方案，如果條件允許，可以到化工廠進(jìn)行實(shí)地的考察、參觀和咨詢。 教學(xué)重點(diǎn)：合成氨的反應(yīng)原理，合成氨生產(chǎn)的適宜條件。 教學(xué)難點(diǎn)：合成氨生產(chǎn)的適宜條件。 二、活動(dòng)建議 【實(shí)驗(yàn)1-1】本實(shí)驗(yàn)?zāi)M工業(yè)上合成氨的原理和過(guò)程。催化劑也可用5 g還原鐵粉充分混和在石棉絨上制成，用酒精噴燈或煤氣燈加熱至紅熱，混合氣體的推入不宜過(guò)快。 三、問(wèn)題交流 【思考與交流1】參考圖1-4中氮在自然界的循環(huán)，引導(dǎo)學(xué)生討論在循環(huán)過(guò)程中，幾個(gè)主要環(huán)節(jié)上氮元素存在的形式，以及它們之間相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)。一要體會(huì)氮和含氮化合物對(duì)于人類和其他生物生存和發(fā)展的意義；二要指明地殼中含氮化合物（如硝石）不僅礦藏?cái)?shù)量有限，而且分布不均，而大氣中的氮?jiǎng)t是充足、廉價(jià)的資源；三要分析含氮物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的幾種可能過(guò)程，如與高溫電弧固氮、生物固氮相比，目前合成氨這種人工固氮的成熟技術(shù)的特點(diǎn)和重要性。 【思考與交流2】 1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)1-1可以看到，在實(shí)驗(yàn)室條件下，由氮?dú)?、氫氣直接合成氨是可以?shí)現(xiàn)的，其中，鐵絲絨催化劑可以顯著地提高反應(yīng)速率。由此，可以討論這種合成氨方案的主要優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)物（生產(chǎn)原料）氮?dú)夂蜌錃舛际潜容^容易得到的，雖然獲得氫氣相對(duì)來(lái)說(shuō)較難，但自然界中大量碳?xì)浠衔锖退粌H可以提供大量的氫氣，還可以提供合成氨所需的能量。雖然實(shí)驗(yàn)室中氨合成的量較少，但在大規(guī)模生產(chǎn)中通過(guò)改變反應(yīng)條件（適當(dāng)?shù)母邷亍⒃龃髩簭?qiáng)、使用便宜易得的催化劑、通過(guò)液化及時(shí)分離氨等）可以提高氨的轉(zhuǎn)化率。 2. 合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減小的反應(yīng)。因此，根據(jù)勒夏特列原理，溫度越低、壓強(qiáng)越大，該反應(yīng)的平衡體系中氨含量越高；但降低溫度則反應(yīng)速率降低，因此，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)必須選擇適宜的反應(yīng)條件，其中，合適的催化劑將起到關(guān)鍵作用。一般說(shuō)來(lái)，正確地選擇溫度、壓強(qiáng)等反應(yīng)條件和采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎翘岣呱a(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的重要手段。 3. 原理上可行的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)用于工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)該考慮的問(wèn)題主要有：從經(jīng)濟(jì)上必須考慮該產(chǎn)品的市場(chǎng)前景如何，物料的使用和轉(zhuǎn)運(yùn)、能耗、設(shè)備的投入和產(chǎn)出是否合算，等等；從環(huán)境影響考慮，廠址的選定、原料的處理、生產(chǎn)過(guò)程以及“三廢”處理如何達(dá)到國(guó)家有關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)；還要考慮現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)條件能否合理實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的條件，操作安全是否可靠，能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等?？梢越Y(jié)合后面的科學(xué)史話，與同學(xué)們共同分析和討論其中的具體問(wèn)題。 【思考與交流3】 1. 使沒(méi)有起反應(yīng)的物質(zhì)從反應(yīng)后的混合物中分離出來(lái)，并重新回到反應(yīng)器中。從原因來(lái)說(shuō)，很多化學(xué)反應(yīng)并不能一次反應(yīng)進(jìn)行到底，常常不能得到唯一需要的產(chǎn)品，特別是一些轉(zhuǎn)化率低、副反應(yīng)多的有機(jī)反應(yīng)，因此，有必要進(jìn)行循環(huán)操作；從結(jié)果來(lái)說(shuō)，循環(huán)操作的主要目的在于充分地利用原料、降低成本；從工藝設(shè)計(jì)以及環(huán)境保護(hù)角度來(lái)說(shuō)，循環(huán)操作有利于實(shí)現(xiàn)全封閉、連續(xù)化生產(chǎn)，有利于減少工序、控制廢棄物的排放，因此，循環(huán)操作常常成為化學(xué)工藝設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。 2. 聯(lián)合生產(chǎn)可以使原料、產(chǎn)品等物料得到充分的利用，減少物流交通所耗費(fèi)的人力、物力，降低產(chǎn)品的成本?？梢詫?shí)現(xiàn)能量和設(shè)備等資源、技術(shù)的共享，也是綠色化學(xué)工藝改進(jìn)的一條重要思路。從經(jīng)濟(jì)角度，聯(lián)合生產(chǎn)有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，以求得規(guī)模效益和綜合效益的最大化。例如，合成氨與硝銨、碳銨等氮肥生產(chǎn)的聯(lián)合，石油精煉廠與合成洗滌劑廠的聯(lián)合生產(chǎn)等。討論中，可以讓學(xué)生介紹自己所了解的聯(lián)合生產(chǎn)實(shí)例，也可以鼓勵(lì)學(xué)生大膽地想象其中可能的聯(lián)合生產(chǎn)方案。 課題3 純堿的生產(chǎn) 一、教材分析和建議 本課題是按照純堿生產(chǎn)工藝發(fā)展的三個(gè)階段（三種工藝流程）展開(kāi)的。從化學(xué)技術(shù)發(fā)展的角度，體現(xiàn)了人類制堿工藝的演變歷史，從而使學(xué)生從縱向發(fā)展來(lái)認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢(shì)；從化學(xué)知識(shí)角度，主要學(xué)習(xí)如何根據(jù)純堿的化學(xué)組成，推測(cè)其生產(chǎn)原料，進(jìn)而選擇和確定從原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)原理，需要對(duì)一系列化學(xué)變化及其相互關(guān)系進(jìn)行分析；從化工生產(chǎn)的角度，通過(guò)對(duì)幾種工藝流程的逐一分析和比較，對(duì)其優(yōu)點(diǎn)和不足進(jìn)行評(píng)價(jià)和判斷，其中也涉及到原料的合理利用、工藝路線的選擇和優(yōu)化、環(huán)境保護(hù)等不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有利于學(xué)生從多種方案中進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策，學(xué)會(huì)一些分析和解決問(wèn)題的思路和方法。另外，從化學(xué)與技術(shù)的關(guān)系來(lái)看，只要原料中含有純堿中的三種元素，化學(xué)反應(yīng)原理可行，那么，可以有很多途徑得到純堿，可以形成多種工藝和技術(shù)過(guò)程，但作為實(shí)用的技術(shù)必須考慮原料的供應(yīng)、成本、能耗和環(huán)境保護(hù)等因素，從這個(gè)角度，可以使學(xué)生對(duì)化學(xué)與技術(shù)的區(qū)別和聯(lián)系有一個(gè)更深的理解。 教學(xué)中，建議以氨堿法為重點(diǎn)，學(xué)習(xí)物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化的合理設(shè)計(jì)，通過(guò)科學(xué)探究活動(dòng)，認(rèn)識(shí)分離、提純物質(zhì)的方法。對(duì)于聯(lián)合制堿法，則側(cè)重于與氨堿法的比較，認(rèn)識(shí)它們的區(qū)別和聯(lián)系，不宜過(guò)多地涉及復(fù)雜鹽溶液體系的分離和提純問(wèn)題。 教學(xué)重點(diǎn)：氨堿法的生產(chǎn)原理。 教學(xué)難點(diǎn)：復(fù)雜鹽溶液體系中固體物質(zhì)的結(jié)晶、分離和提純。 二、問(wèn)題交流 【思考與交流1】 1. 天然堿的生產(chǎn)主要是利用碳酸鈉從水溶液中結(jié)晶析出，因此，根據(jù)固體物質(zhì)在水中溶解度的影響因素，改變溫度、結(jié)晶水合物的組成以及溶劑水的質(zhì)量等因素，可以改變碳酸鈉在水中的溶解情況，提高結(jié)晶析出的速率和質(zhì)量（純度）。 2. 天然堿的主要成分為碳酸鈉，含有鈉離子和碳酸根離子。碳酸鹽是由自然界中的二氧化碳通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而來(lái)，因此，二氧化碳或者能夠產(chǎn)生二氧化碳的碳酸鹽是生產(chǎn)原料之一；含有鈉離子的化合物很多，自然界中大量存在的、最常見(jiàn)的是氯化鈉，因此，氯化鈉是比較理想的生產(chǎn)原料之一。而氯化鈉溶液為中性，碳酸鈉溶液為堿性，由氯化鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉需要在堿性條件下進(jìn)行，因此，原料中需要引入堿性物質(zhì)，自然界中大量存在的堿性物質(zhì)可以來(lái)自碳酸鈣，它既含有碳酸根離子，又是一種堿性物質(zhì)。 【思考與交流2】?jī)煞N生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案的主要區(qū)別在于，聯(lián)合制堿法利用合成氨生產(chǎn)中的氨和二氧化碳，生產(chǎn)過(guò)程中回收氯化銨，沒(méi)有像氨堿法那樣引入碳酸鈣后產(chǎn)生氯化鈣而無(wú)法合理地回收利用，侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)在于綜合利用了合成氨生產(chǎn)中的物料，提高了氯化鈉的利用率，減少了環(huán)境污染，從綠色化學(xué)角度看，更加符合現(xiàn)代化工生產(chǎn)的設(shè)計(jì)要求。 【思考與交流3】人類制堿工藝的改進(jìn)和發(fā)展，經(jīng)歷了幾代人的努力，其中路布蘭、索爾維和侯德榜是他們中的杰出代表。僅從三人的學(xué)習(xí)和工作經(jīng)歷可以看到，即使純堿生產(chǎn)這樣傳統(tǒng)的基本化工生產(chǎn)，化學(xué)、化工的理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都是同樣重要的，相比較而言，在科學(xué)技術(shù)不夠發(fā)達(dá)的古代，經(jīng)驗(yàn)和嘗試的成分多些，而現(xiàn)代工藝越來(lái)越需要較高的理論支持，越來(lái)越依賴高新科技的支撐作用，換言之，化工產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)含量越來(lái)越高，不管是過(guò)去還是將來(lái)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步永遠(yuǎn)需要?jiǎng)?chuàng)新精神和實(shí)踐能力，從這個(gè)意義上，路布蘭、索爾維和侯德榜都是值得我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。（如果同學(xué)有興趣，教師可以結(jié)合教科書中提到的其他一些人物，如哈伯、齊格勒和納塔等，提供一些參考資料引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和了解，對(duì)一些有爭(zhēng)議的人物，可以讓學(xué)生們充分發(fā)表自己的意見(jiàn)。） 練習(xí)與實(shí)踐參考 1. 只要舉出三種并分析合理即可（略）。 2. 在廚房中區(qū)分食鹽和純堿可以有多種方法，如品嘗味道、觀察顆粒狀態(tài)、用手觸摸是否有滑膩的感覺(jué)、試驗(yàn)在水中的溶解性等方法；在實(shí)驗(yàn)室則可以利用它們與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象進(jìn)行判斷，如測(cè)定水溶液的酸堿性、分別與氯化鈣溶液反應(yīng)、分別與硝酸銀溶液和稀硝酸反應(yīng)等。 3. 以硫?yàn)樵现苽涠趸騍+O2＝SO2；利用催化氧化反應(yīng)將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫；三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸SO3+H2O====H2SO4。 4. 廢氣廢渣廢水（硫酸和合成氨中“三廢”的治理參見(jiàn)教科書有關(guān)內(nèi)容） 5. （1）——a；（2）——c；（3）——d；（4）——b；（5）——c。 6. A 7. CaO+H2O====Ca(OH) 2 ；Ca(OH) 2+Na2CO3====CaCO3+2NaOH 8. 73噸 9. 0.49提高 教學(xué)資源 1. 硫酸生產(chǎn)的方法 生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬（FeSO47H2O）為原料，放在蒸餾釜中煅燒而制得硫酸。在煅燒過(guò)程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同時(shí)冷凝，便可得到硫酸。 在18世紀(jì)40年代以前，這種方法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬油”，就是由于采用了這種制造方法的緣故。 二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但這一反應(yīng)在通常情況下很難進(jìn)行。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法。 硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中鉛室法在1746年開(kāi)始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。由于這個(gè)方法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，且成品為稀硫酸，所以，這個(gè)方法后來(lái)逐漸地被淘汰。 在鉛室法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的塔式法，開(kāi)始于20世紀(jì)初期。1907年在奧地利建成了世界上第一個(gè)塔式法制硫酸的工廠，其制造過(guò)程同樣是使氮的氧化物起氧的傳遞作用，從而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是該過(guò)程在液相中進(jìn)行，生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量都大大優(yōu)于鉛室法。塔式法制出的硫酸濃度可達(dá)76%左右，目前，我國(guó)仍有少數(shù)工廠用塔式法生產(chǎn)硫酸。 硝化法的反應(yīng)歷程較復(fù)雜，但可用簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式表示如下： 反應(yīng)中所需的NO由硝酸供給，氧氣來(lái)自空氣。 接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于1831年，在20世紀(jì)初才廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。到20世紀(jì)20年代后，由于釩觸媒的制造技術(shù)和催化效能不斷提高，已逐步取代價(jià)格昂貴和易中毒的鉑觸媒。世界上多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)。 接觸法中二氧化硫在固體觸媒表面跟氧反應(yīng)，結(jié)合成三氧化硫，然后用983%的硫酸吸收為成品酸。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物），但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。 2. 制造硫酸的原料 制造硫酸可以用硫黃、黃鐵礦、有色金屬冶煉廠煙氣、石膏等作原料。從基建投資、加工費(fèi)用及環(huán)境保護(hù)等方面考慮，硫黃制酸裝置均優(yōu)于黃鐵礦制酸裝置。只要能以合理的價(jià)格得到硫黃，通常硫黃是制硫酸的首選材料。另一方面，由于有色冶金工業(yè)的發(fā)展和日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，有色金屬冶煉煙氣制酸的產(chǎn)量逐年增加。相反，黃鐵礦制酸的比重卻呈下降趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代初，世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成為： 硫黃 黃鐵礦 其他 65% 16% 19%（有色冶金煙氣占3/4） 我國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成如表1-1所示。 表1-11988年—1992年中國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成/% 3. 我國(guó)的硫黃與黃鐵礦資源 我國(guó)的天然硫資源缺乏，而且開(kāi)采條件比較復(fù)雜，故產(chǎn)量不大。回收硫黃主要來(lái)自石油和天然氣，每年約從煉油回收硫黃8萬(wàn)噸，從天然氣加工回收硫黃9萬(wàn)噸。以黃鐵礦為原料煉硫年產(chǎn)量10余萬(wàn)噸。 表1-2中國(guó)硫產(chǎn)量/1104 t 國(guó)外硫黃的主要來(lái)源是從煉油和天然氣中加工回收。1995年世界硫黃產(chǎn)量為3 600萬(wàn)噸。 我國(guó)的黃鐵礦總儲(chǔ)量為46.35億噸，其中工業(yè)儲(chǔ)量為14.27億噸，平均含硫量為17.57%，且大多數(shù)是小礦、貧礦。 表1-3中國(guó)硫酸和黃鐵礦產(chǎn)量及其預(yù)測(cè)/1104 t 今后趨勢(shì)是黃鐵礦將供不應(yīng)求，缺口逐漸增大。 4. 硫黃制酸與黃鐵礦制酸技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較 硫黃制酸比黃鐵礦制酸生產(chǎn)流程短，設(shè)備少，占地少，因此前者投資省，建設(shè)周期短。硫黃制酸的生產(chǎn)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，容易操作，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，原料運(yùn)輸量小，三廢治理量小，操作人員少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，易于裝置大型化。這些可從表1-4看出。 表1-4某廠兩種年產(chǎn)8萬(wàn)噸硫酸裝置技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較 硫黃制酸成本略高于黃鐵礦制酸，那是由于原料硫黃需要進(jìn)口。如果生產(chǎn)裝置大型化，充分發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，則可做到生產(chǎn)成本與黃鐵礦制酸相當(dāng)或略低。 5. 關(guān)于制硫酸時(shí)不用水吸收而用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫的問(wèn)題 三氧化硫被水吸收生成硫酸，同時(shí)放出大量的熱。從化學(xué)方程式上看，吸收三氧化硫似乎可以用水。但實(shí)際上用水吸收的效率很低，并得不到較高濃度的硫酸，這是因?yàn)樗谋砻嫔嫌泻艽蟮乃魵夥謮海簿褪钦f(shuō)，在氣相中水蒸氣分子數(shù)很多。三氧化硫跟水蒸氣分子迅速結(jié)合，生成硫酸分子，由于來(lái)不及溶解在水里，在氣相中即發(fā)生硫酸蒸氣的過(guò)飽和現(xiàn)象而凝成酸霧。酸霧比硫酸分子大得多，且又懸浮于氣相中，運(yùn)動(dòng)速度慢，使進(jìn)一步吸收三氧化硫發(fā)生困難。 據(jù)實(shí)踐證明，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫時(shí)，能達(dá)到很高的吸收率。 當(dāng)使用硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于98.3%時(shí)，發(fā)生的情況與用水吸收三氧化硫相似。這時(shí)進(jìn)行著兩個(gè)過(guò)程：一是氣相中的三氧化硫被酸液吸收后，即跟酸液里的水分子結(jié)合生成硫酸；二是三氧化硫在氣相中跟酸液表面蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸氣。 當(dāng)硫酸蒸氣生成后，氣相中硫酸蒸氣的分壓，就會(huì)超過(guò)酸液面上硫酸的平衡蒸氣壓，因而氣相里的硫酸分子便陸續(xù)進(jìn)入酸液里，由于氣相里硫酸分子進(jìn)入酸液內(nèi)的速度比硫酸里水分蒸發(fā)的速度小，使氣相里硫酸分子的數(shù)目越來(lái)越多，造成硫酸蒸氣在氣相中的過(guò)飽和現(xiàn)象，這時(shí)硫酸蒸氣就會(huì)凝結(jié)成酸霧而不易被酸液所吸收。如果吸收的酸越稀，則酸的液面上水蒸氣分壓越大，生成酸霧的可能性就越大，三氧化硫的吸收也就越不完全。 當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于98.3%時(shí)，硫酸和三氧化硫的蒸氣壓都隨著酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而加大。也就是說(shuō)，這時(shí)在氣相中就有大量的硫酸分子和三氧化硫分子存在，如果從外面通入的氣體中三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于983%的硫酸本身可放出三氧化硫，用這樣的硫酸來(lái)吸收三氧化硫時(shí)，當(dāng)然是不可能吸收得很完全的。 因此，用來(lái)吸收三氧化硫的硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，既不可太高，也不可太低，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%為最適宜。 6. 氮?dú)獾膶?shí)驗(yàn)室制法 加熱氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉晶體（或飽和溶液）的混合物可制備氮?dú)?。在圓底燒瓶上配一雙孔橡皮塞，帶上一分液漏斗和一短彎導(dǎo)管。燒瓶中放亞硝酸鈉晶體（或飽和溶液），飽和氯化銨溶液由分液漏斗滴入，加熱燒瓶到85 ℃左右，就有氮?dú)猱a(chǎn)生。當(dāng)空氣排出后可用排水集氣法收集氮?dú)饣蛴孟鹌で蚰懼苯邮占Ｒ驗(yàn)榇朔磻?yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)就應(yīng)停止加熱?；瘜W(xué)方程式為： 7. 化學(xué)模擬生物固氮的研究 豆科植物固氮菌能固定空氣中的N2。常溫、常壓下，N2和H3O+反應(yīng)變?yōu)镹H4+(aq)，這在熱力學(xué)上是可逆的，問(wèn)題是要有催化劑——固氮酶。 N2+8H3O+（aq）==2NH4+（aq）+8H2O（l） 固氮酶中鐵鉬蛋白、鐵蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量分別為226 000和60 000。 隨著對(duì)固氮酶的深入研究，使常溫、常壓下固定氮成為可能。 目前，化學(xué)模擬生物固氮的重要研究課題之一，是固氮酶活性中心結(jié)構(gòu)的研究。固氮酶由鐵蛋白和鉬鐵蛋白這兩種含過(guò)渡金屬的蛋白質(zhì)組合而成。鐵蛋白主要起著電子傳遞輸送的作用，而含二個(gè)鉬原子和二三十個(gè)鐵和硫原子的鉬鐵蛋白是絡(luò)合N2或其他反應(yīng)物（底物）分子，并進(jìn)行反應(yīng)的活性中心所在之處。關(guān)于活性中心的結(jié)構(gòu)有多種看法，目前尚無(wú)定論。從各種底物結(jié)合物活化和還原加氫試驗(yàn)來(lái)看，含雙鉬核的活性中心較為合理。我國(guó)有兩個(gè)研究組于1973—1974年間，不約而同地提出了含鉬鐵的三核、四核活性中心模型，能較好地解釋固氮酶的一系列性能，但其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)還有待根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確化。 國(guó)際上有關(guān)的研究成果認(rèn)為，溫和條件下的固氮作用一般包含以下三個(gè)環(huán)節(jié)： ①絡(luò)合過(guò)程。它是用某些過(guò)渡金屬的有機(jī)絡(luò)合物去絡(luò)合N2，使它的化學(xué)鍵削弱； ②還原過(guò)程。它是用化學(xué)還原劑或其他還原方法輸送電子給被絡(luò)合的N2，來(lái)拆開(kāi)N2中的N—N鍵； ③加氫過(guò)程。它是提供H+來(lái)和負(fù)價(jià)的N結(jié)合，生成NH3。 目前，化學(xué)模擬生物固氮工作的一個(gè)主要困難是，N2絡(luò)合了但基本上沒(méi)有活化，或絡(luò)合活化了，但活化得很不夠。所以，穩(wěn)定的雙氮基絡(luò)合物一般在溫和條件下通過(guò)化學(xué)還原劑的作用只能析出N2，從不穩(wěn)定的雙氮絡(luò)合物還原制出的NH3的量相當(dāng)微少。因此迫切需要從理論上深入分析，以便找出突破的途徑。 固氮酶的生物化學(xué)和化學(xué)模擬工作已取得一定的進(jìn)展，這必將有力地推動(dòng)絡(luò)合催化的研究，特別是對(duì)尋找催化效率高的合成氨催化劑，將是一個(gè)有力的促進(jìn)。 8. 化工技術(shù)發(fā)展的主要階段 很早以前，人類已試圖將某些天然原料和礦石加工成生活用品，直到發(fā)展成現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)，大致而言，經(jīng)過(guò)四個(gè)主要階段： 手工業(yè)生產(chǎn)階段 遠(yuǎn)在上古時(shí)代，人們對(duì)于食品的釀制和加工，藥物、鞣革和天然染料的動(dòng)植物加工等已有所認(rèn)識(shí)。約7 000年前進(jìn)入金石并用時(shí)代，人們利用天然銅制得紅銅。約5 000年前進(jìn)入青銅時(shí)代，青銅器在西亞及埃及已廣泛使用。約3 000年前已利用隕鐵制鐵刃銅兵器。2 500年前我國(guó)煉鐵并鑄鼎。新石器時(shí)代人們已用陶器。3 500年前出現(xiàn)瓷器。3 000年前埃及人已制作玻璃器具。古希臘羅馬時(shí)代已利用硫黃、天然堿和瀝青，并冶煉多種金屬和合金。 在中世紀(jì)的1 200多年中，煉金術(shù)的影響遍及整個(gè)歐洲。煉金術(shù)家從事大量的實(shí)驗(yàn)室工作，發(fā)現(xiàn)了不少化合物，擴(kuò)大了對(duì)合金的認(rèn)識(shí)，制得了一些重要的無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸，用到了一系列的操作（溶解、結(jié)晶、沉降、過(guò)濾、蒸餾、升華、煅燒等）。 公元12~13世紀(jì)，中國(guó)的造紙和火藥技術(shù)傳入歐洲，推動(dòng)了歐洲的工藝生產(chǎn)和軍事技術(shù)。之后，隨著紡織業(yè)的發(fā)展，染料大量使用，純堿消耗量大增。這時(shí)的堿主要來(lái)自天然堿和草木灰，百萬(wàn)噸計(jì)的木材被焚燒以提取鉀堿。與此同時(shí)，因文藝和建筑的發(fā)展，大量使用建筑材料和顏料，新的無(wú)機(jī)化合物（主要金屬氧化物和硫化物）被不斷開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)。 這一階段化學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)是手工業(yè)生產(chǎn)方式，用來(lái)解決部分醫(yī)療、戰(zhàn)爭(zhēng)、生活和文藝的需要，積累的經(jīng)驗(yàn)是零亂的，但開(kāi)始建立了現(xiàn)代化學(xué)的根基。值得提到的有：波義耳（Boyle）的氣體定律（1661年），拉瓦錫（Lavosier）的物質(zhì)不滅定律（1774年）和道爾頓（Dalton）的原子學(xué)說(shuō)（1803年）。 工業(yè)發(fā)展階段 化學(xué)工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)可認(rèn)為是從路布蘭（Leblanc）1788年提出以食鹽為原料的制堿方法為開(kāi)始。 路布蘭制堿法對(duì)硫酸的迫切需要，促進(jìn)了硫酸生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。1554年人們用干餾法制硫酸，1746年羅巴克（Roebuck）第一次用鉛室（約0.2 m3）制酸，1793年克雷蒙（Clment）使用鉛室法連續(xù)生產(chǎn)硫酸，并于1803年闡明氧化氮在制酸過(guò)程中的催化機(jī)理。1818年希爾（Hill）提出用硫鐵礦代替硫黃作為制酸原料。1827年蓋呂薩克（GayLussac）提出用吸硝塔，但直到1859年格羅弗（Glover）創(chuàng)設(shè)脫硝塔后，才使整個(gè)鉛室法定型。到1923年，塔式法制酸投入生產(chǎn)，使硫酸生產(chǎn)得到新的發(fā)展。 路布蘭法制堿的副產(chǎn)品硫化鈣原來(lái)作為廢棄物堆放，占用大量場(chǎng)地并分解出硫化氫造成公害，后來(lái)由克勞斯（Claus）提出用碳酸法轉(zhuǎn)化成碳酸鈣和硫化氫，硫化氫再經(jīng)氧化成硫而回收。路布蘭法由于綜合利用原料，使工廠不僅生產(chǎn)碳酸鈉，而且生產(chǎn)硫、硫酸、芒硝、硫代硫酸鈉、苛性鈉、鹽酸、漂白粉等產(chǎn)品，第一次在化學(xué)工業(yè)上將許多個(gè)別部門組成一個(gè)龐大的聯(lián)合企業(yè)，并且在單元操作和化工設(shè)備等各方面為現(xiàn)代化大型聯(lián)合化學(xué)工業(yè)作了不少先驅(qū)工作。然而，路布蘭法的煤耗量大，產(chǎn)品質(zhì)量低，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，高溫操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因而工業(yè)上迫切要求更為完善的制堿方法。1838年達(dá)亞爾（Dyar）提出了用食鹽和碳酸氫銨制碳酸氫鈉的反應(yīng)。直到1862年，索爾維（Solvay）才使氨堿法在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)，食鹽的利用率顯著提高，產(chǎn)品因質(zhì)量純凈而被稱為純堿。由于氨堿法的各工序都連續(xù)生產(chǎn)，成本低廉，原材料消耗少，設(shè)備生產(chǎn)能力大，到二十世紀(jì)二十年代全部取代了路布蘭法。此后，到1892年，電解食鹽水、石棉隔膜電解槽和汞電解槽相繼投入工業(yè)生產(chǎn)。 隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的需要量大為增加。為了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，1841年開(kāi)始生產(chǎn)過(guò)磷酸鈣，1870年后興起鉀鹽開(kāi)采工業(yè)，同時(shí)智利硝石也大量開(kāi)采。 隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，其副產(chǎn)品的化學(xué)利用成為重大課題。十八世紀(jì)末已有煤氣工廠生產(chǎn)煤氣，供應(yīng)城市照明和作燃料，副產(chǎn)的煤焦油起初只用于防腐。到十九世紀(jì)初期，人們從煤焦油中分離出苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽、苯酚等化合物。1934年米希爾里希（Mitscherlich）用苯與硝酸制得硝基苯。1842年齊寧（Зинин）用還原硝基苯的方法得到苯胺。1856年帕金（Perkin）從苯胺合成苯胺紫，這是第一個(gè)人工合成的染料。1868年格雷貝（Graebe）等將蒽醌通過(guò)溴化后合成茜素，這是第一次人工合成天然染料，后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，用磺化法合成，使合成茜素在1871年供應(yīng)市場(chǎng)。1878年拜爾（Baeyer）合成了靛藍(lán)。這樣，十九世紀(jì)后半期，以煤焦油為原料的有機(jī)合成工業(yè)迅速發(fā)展。除了染料外，還發(fā)展了藥品、香料、炸藥等多種生產(chǎn)。例如，水楊酸于1838年合成；阿司匹林于1899年用于醫(yī)藥；1868年帕金用水楊醛合成香豆素，賴邁爾（Reimer）于1876年人工合成水楊醛；雷姆森（Remson）在1879年以甲苯為原料合成糖精；1846年索布雷羅（Sobrero）制得硝化甘油；1867年諾貝爾（Nobel）將硝化甘油改性成實(shí)用的烈性炸藥；1880年赫普（Hepp）從甲苯制得三硝基甲苯。到1888年，人們用焦炭為原料制得電石，從電石又可制得乙炔，開(kāi)辟了有機(jī)合成的另一途徑，使有機(jī)合成工業(yè)得到了進(jìn)一步發(fā)展。 在這一時(shí)期，由于產(chǎn)業(yè)革命而促進(jìn)了化工生產(chǎn)的迅速發(fā)展，使之脫離了手工作坊的規(guī)模，大量人力由機(jī)器取代，新工藝、新技術(shù)不斷使用，新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。但化學(xué)學(xué)科還沒(méi)有對(duì)生產(chǎn)起到積極指導(dǎo)和推動(dòng)作用，而是生產(chǎn)向化學(xué)學(xué)科提出了迫切要求解決的各類課題，并用實(shí)踐豐富了科學(xué)。化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容不斷得到充實(shí)，理論逐步形成并趨于體系化。重要的發(fā)現(xiàn)：如1811年阿伏加德羅（Avogadro）提出分子學(xué)說(shuō)；貝采里烏斯（Berzelius）在1814年發(fā)表了第一個(gè)原子量表；1836年蓋斯（Hess）發(fā)表了熱化學(xué)定律；邁厄爾（Mager）、焦耳（Joule）和格羅夫（Grove）在1842年幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第一定律，其中焦耳是以嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)論證的；1850年克勞修斯（Clausius）在已發(fā)表的卡諾原理（1824年）的基礎(chǔ)上提出了熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第三定律直到1906年才由能斯特（Nernst）創(chuàng)立。應(yīng)著重指出的是，門捷列夫（Менделеев）于1869年發(fā)表了第一個(gè)周期律圖表，反映出各種元素性質(zhì)與其原子量間存在的客觀規(guī)律。周期律的科學(xué)性奠定了無(wú)機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)，其預(yù)見(jiàn)性則為尋找新元素提供了理論上的指導(dǎo)。此外，在化學(xué)平衡方面，基本定律逐步發(fā)現(xiàn)。范特霍夫（Vant Hoff）定律、吉布斯（Gibbs）相律（1876年）、勒夏特列（Le Chatelier）原理（1884年）等為化學(xué)平衡原理打下了基礎(chǔ)。日拉爾（Gerhardt）的有機(jī)化合物同系列概念（1843年），凱庫(kù)勒（Kekul）的碳四價(jià)學(xué)說(shuō)（1857年）、布特列洛夫（Бутлеров）的化學(xué)結(jié)構(gòu)概念（1861年）等則為有機(jī)結(jié)構(gòu)理論提供了依據(jù)。 科學(xué)開(kāi)發(fā)階段 化學(xué)工業(yè)發(fā)展的第三階段可以認(rèn)為始于1913年哈伯（Haber）和波施（Bosch）將第一個(gè)合成氨廠建成并投產(chǎn)，該廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為日產(chǎn)氨30噸。 人們很早就進(jìn)行了固定空氣中氮的嘗試，曾取得了積極的效果。1905年電弧法工廠在挪威成功地進(jìn)行了工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)，1906年在意大利建成第一個(gè)生產(chǎn)氰氨化鈣工廠。但以氮?dú)錇樵现苯雍铣砂痹诋?dāng)時(shí)是很難的課題。從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，經(jīng)歷了150年。在物理化學(xué)有了巨大的進(jìn)展之后，質(zhì)量作用定律、化學(xué)平衡原理，化學(xué)動(dòng)力學(xué)和催化原理等從各方面為解決合成氨研究指出了途徑。合成氨需要采用高溫、高壓、高活性催化劑和循環(huán)操作等條件。這些條件的確定與平衡常數(shù)小的可逆反應(yīng)、反應(yīng)物氮的化學(xué)惰性等因素有關(guān)。同時(shí)，過(guò)程不僅要解決凈化反應(yīng)物以除去催化毒物和分離出反應(yīng)產(chǎn)物以使原料循環(huán)利用等工藝問(wèn)題，而且要解決高溫下耐氫蝕鋼材和高壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，并且還要確定熱量的合理利用和原料氫的來(lái)源。由此可見(jiàn)，合成氨生產(chǎn)在工業(yè)上的實(shí)現(xiàn)是將化學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械工藝和自動(dòng)控制工藝等學(xué)科的知識(shí)融為一體的結(jié)果。隨著1916年氨催化氧化制硝酸在工業(yè)上的實(shí)現(xiàn)，合成氨的原料也從半水煤氣，發(fā)展到用焦?fàn)t氣、天然氣，又?jǐn)U展到用石腦油、石油餾分等。 與此同時(shí)，其他化學(xué)工業(yè)也迅速發(fā)展，尤其是石油煉制和石油化工。1854年西利曼（Siliman）建立了最早的原油分餾裝置，但當(dāng)時(shí)只利用重質(zhì)餾分作燃料，而將揮發(fā)性油扔掉。1883年汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（戴木拉Daimler）和1893年柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（狄塞爾Diesel）的發(fā)明，促進(jìn)了輕質(zhì)油利用和石油的開(kāi)采、加工。1923年出現(xiàn)了減壓蒸餾，使石油煉制發(fā)展成現(xiàn)代的加工路線。瑞特伍德（Redwood）在1889年提出裂解原理，于1915年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，1938年出現(xiàn)流動(dòng)床連續(xù)催化裂化，1959年試驗(yàn)成功加氫異構(gòu)裂化。1919年將丙烯用硫酸水合法生產(chǎn)異丙醇。接著在1922年用氯醇法生產(chǎn)乙二醇。1923年高溫裂解制乙烯的工業(yè)裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn)。1940年用鉑重整制芳烴的工藝出現(xiàn)并得到改進(jìn)。1951年第一批天然氣氧化熱裂解制乙炔的工業(yè)裝置建成。由此，乙烯、丙烯、乙炔、芳烴等基本有機(jī)原料都可由石油化工提供。到二十世紀(jì)六十年代末，世界上有機(jī)化工產(chǎn)品的80%~90%來(lái)源于石油和天然氣，石油化工已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重要基礎(chǔ)。 在石油化工發(fā)展的基礎(chǔ)上，三大合成材料工業(yè)快速發(fā)展。1872年拜爾（Bayer）制得了酚醛樹(shù)脂。1907年貝克蘭（Beakeland）制得了熱熔性和熱塑性樹(shù)脂。橡膠的低餾分組成在1860年由威廉斯（Willams）確定為C5H8。1910年海立斯（Harris）提出異戊二烯鈉聚合專利。列別捷夫（Леьедеев）發(fā)表丁二烯的鈉聚合。第一個(gè)合成纖維是1935年卡羅澤斯（Carothers）試制成功的錦綸-66，于1938年工業(yè)化生產(chǎn)。之后高聚物工業(yè)飛速發(fā)展，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。 這一時(shí)期中，化工的各門學(xué)科逐漸形成。1915年里德?tīng)枺↙ittle）提出單元操作的概念；華爾克（Walker）等在1923年編著出化學(xué)工程教材，二十世紀(jì)五十年代出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)工程，使化工過(guò)程的開(kāi)發(fā)從經(jīng)驗(yàn)放大逐漸走向模擬放大，加速了工藝過(guò)程的創(chuàng)新。 電子革命階段 工業(yè)發(fā)展的第四階段是電子革命時(shí)代，即當(dāng)前所處的時(shí)代，可以認(rèn)為始于1946年第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世。電子計(jì)算機(jī)已由電子管發(fā)展到大規(guī)模集成電路，正向微型、網(wǎng)絡(luò)、巨型和智能模擬方向發(fā)展，對(duì)科技計(jì)算（包括最佳方案選取）、信息處理（包括管理和情報(bào)）、自動(dòng)控制具有巨大的作用，改變了工業(yè)發(fā)展的面貌。 當(dāng)今時(shí)代也稱為合成材料時(shí)期。三大合成材料的生產(chǎn)飛躍增長(zhǎng)，三大合成材料的新工藝、新品種不斷開(kāi)拓。例如，高效催化劑制備聚乙烯，催化劑用量只有百萬(wàn)分之五，可以革除掉后處理工序。高強(qiáng)、耐熱、抗燃、防老化的高分子材料不斷出現(xiàn)，特種性能的半導(dǎo)體、導(dǎo)體、甚至超導(dǎo)、光導(dǎo)、磁性能、聲性能的功能高分子正在開(kāi)發(fā)，生化高分子在工業(yè)上開(kāi)始應(yīng)用?；どa(chǎn)還為新技術(shù)的應(yīng)用提供了各種特殊的新材料，如為核能發(fā)電、磁流體發(fā)電、太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換、火箭發(fā)射、航天飛機(jī)和人造衛(wèi)星航行、電子技術(shù)的磁性、壓電和半導(dǎo)體、激光的工作物質(zhì)、光電子學(xué)技術(shù)的顯示和存儲(chǔ)、紅外技術(shù)的遙感等提供了所需的特異性能材料。與此同時(shí)，合成化學(xué)向多方向發(fā)展，為新材料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、精細(xì)化工開(kāi)發(fā)了數(shù)以千計(jì)的新產(chǎn)品，這是由于“分子設(shè)計(jì)”的定向合成逐步取得了成果，而且化學(xué)工程的發(fā)展，使科研成果通過(guò)模擬放大，迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。以往科研成果投入正式生產(chǎn)，要經(jīng)過(guò)5年或更多的時(shí)間，因?yàn)榉糯蟊稊?shù)只有5~10倍或稍大，要通過(guò)逐級(jí)放大，才能達(dá)到生產(chǎn)規(guī)模。由于電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)可以放大成百倍或上千倍。此外，生物化學(xué)工程和化學(xué)仿生工程正以新的生產(chǎn)部門的形式發(fā)展，方興未艾。如模擬酶的應(yīng)用，為化工生產(chǎn)開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。 目前，基本化學(xué)工業(yè)的工廠已發(fā)展為大型、微機(jī)控制、綜合利用、以及充分利用新技術(shù)。石油化工則向綜合利用、直接合成、開(kāi)發(fā)新原料的方向發(fā)展，其中直接裂解原油和重質(zhì)油的技術(shù)不斷出新。C4、C5餾分的利用已成為重點(diǎn)。已開(kāi)發(fā)乙烯直接合成乙二醇、丙烯直接水合制異丙醇等直接合成技術(shù)，并且從以烯烴為原料發(fā)展成由烷烴和芳烴出發(fā)制取有機(jī)原料。為探索新的原料來(lái)源，正在發(fā)展碳一合成，從合成氣和甲醇出發(fā)，直接制乙烯、乙醇、乙二醇、醋酸，以及一氧化碳與烯烴、甲苯等直接合成醛、酸、酯等。 當(dāng)前世界上面臨著兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題：能源和環(huán)境?；どa(chǎn)是耗能的工業(yè)部門，如合成氨被稱為能源化工。化工生產(chǎn)的污染也經(jīng)常造成明顯的公害。人們對(duì)此已予以相當(dāng)?shù)闹匾暋? ——摘編自蔣家俊編化學(xué)工藝學(xué)高等教育出版社，1988 9. 合成氨工業(yè)的奠基人——哈伯 為解決氮和氫直接合成氨作出重大貢獻(xiàn)的弗里茲哈伯于1868年12月9日出生于德國(guó)的布勞斯雷。哈伯先后在柏林大學(xué)和海德堡大學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)，1891年獲夏洛頓堡高等工業(yè)學(xué)院博士學(xué)位。畢業(yè)后的一年多時(shí)間內(nèi)，曾受雇于三家工廠，后來(lái)又進(jìn)入瑞士蘇黎世的埃德格內(nèi)西舍高等工業(yè)學(xué)院，在龍奇德國(guó)工業(yè)化學(xué)家，曾發(fā)明制酸工業(yè)中的蒸餾。1896年哈伯在取得巴登大學(xué)永久講師的資格以后，在慕尼黑出版了他的第一部著作《關(guān)于碳?xì)浠衔锏姆纸夂腿紵磻?yīng)的實(shí)驗(yàn)性研究》，書中列舉了那些使哈伯開(kāi)始成名的研究工作。在哈伯之前，法國(guó)化學(xué)家貝托雷巴黎綜合工業(yè)大學(xué)創(chuàng)始人之一，研究無(wú)機(jī)酸組成和有機(jī)化學(xué)。曾發(fā)現(xiàn)組成不固定的化合物的存在。已經(jīng)對(duì)碳?xì)浠衔锏臒岱纸夥磻?yīng)研究了25年之久，哈伯認(rèn)為貝托雷的結(jié)論并不正確。哈伯發(fā)現(xiàn)碳?xì)浠衔锏臒岱€(wěn)定性有兩種情況，在芳香族化合物中，碳碳鍵的熱穩(wěn)定性比碳?xì)滏I強(qiáng)，但在脂肪族化合物中，情況恰好相反，即碳碳鍵的熱穩(wěn)定性比碳?xì)滏I弱。 20世紀(jì)初，哈伯的研究領(lǐng)域從有機(jī)化學(xué)轉(zhuǎn)向物理化學(xué)，雖然他在這一領(lǐng)域中并未受過(guò)正規(guī)的訓(xùn)練，但是在他的合作者勒金的幫助下，通過(guò)自學(xué)很快成了物理化學(xué)的行家。勒金是著名的物理化學(xué)家阿累尼烏斯的學(xué)生。哈伯在物理化學(xué)方面的第一項(xiàng)研究是硝基苯的電化學(xué)還原反應(yīng)，其他還有奎寧—醌醇體系的電極過(guò)程的本質(zhì)和反應(yīng)速率；燃料電池；測(cè)量氫氣、一氧化碳和碳的氧化反應(yīng)的自由能；結(jié)晶鹽類的電解；自動(dòng)氧化反應(yīng)等等。他在電化學(xué)研究中最重要的發(fā)明還要算玻璃電極，它是測(cè)量pH不可缺少的儀器，歷史并不悠久。1906年生物學(xué)家克累麥?zhǔn)紫扔^察到以下的現(xiàn)象：將玻璃薄膜插入水溶液中，如果薄膜兩邊的溶液的酸度不同，那么玻璃薄膜的兩邊就會(huì)產(chǎn)生電位差?？死埯湹膶?shí)驗(yàn)結(jié)果引起了哈伯極大的興趣，他邀請(qǐng)他的波蘭籍學(xué)生克累門西維茨共同探索這一奧秘，后者把玻璃薄膜浸泡在水溶液中，薄膜的一邊是鹽酸；另一邊是氫氧化鉀溶液，結(jié)果玻璃薄膜的兩邊竟然能產(chǎn)生500毫伏的電位差，它是可以測(cè)量出來(lái)的，哈伯和克累門西維茨的發(fā)明為設(shè)計(jì)和制造酸度計(jì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。哈伯在電化學(xué)方面的研究成果匯集在他的著作《工業(yè)電化學(xué)的理論基礎(chǔ)概論》中。1902年德國(guó)本生學(xué)會(huì)派遣哈伯到美國(guó)進(jìn)行為期16周的學(xué)習(xí)訪問(wèn)，他作了有關(guān)德國(guó)的化學(xué)教育和電化學(xué)工業(yè)發(fā)展的報(bào)告，在歐洲和美國(guó)獲得普遍的好評(píng)，這是哈伯進(jìn)一步成名的標(biāo)志。 1905年哈伯在慕尼黑出版了《工業(yè)氣體反應(yīng)的熱力學(xué)》一書，書中介紹了他對(duì)氮和氫合成氨反應(yīng)的平衡關(guān)系的研究，從此哈伯進(jìn)入了他科技生涯的全盛時(shí)期。 第一位研究氫和氮在高壓下直接合成氨反應(yīng)的化學(xué)家是勒夏特里，他是著名的勒夏特里原理的創(chuàng)立者，1900年他根據(jù)理論推算，認(rèn)為這一反應(yīng)能夠在高壓下進(jìn)行。但是不幸得很，在用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些推算時(shí)，他所用的氣體混合物中混進(jìn)了一些空氣，于是在反應(yīng)過(guò)程中，氫和氧發(fā)生了爆炸。勒夏特里在沒(méi)有查明事實(shí)真相的情況下，草率地決定停止這種冒險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，終于使他的研究工作半途而廢。 第二位研究合成氨反應(yīng)的化學(xué)家是物理化學(xué)的創(chuàng)始人之一能斯特，他一向?qū)τ谘芯烤哂兄卮蟮墓I(yè)技術(shù)價(jià)值的氣體反應(yīng)很有興趣，所研究的范圍包括化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量作用定律和反應(yīng)速率。在能斯特研究過(guò)的體系中就有氮?dú)浒斌w系，但是他通過(guò)計(jì)算，卻認(rèn)為這一反應(yīng)沒(méi)有多大前途，所以合成氨反應(yīng)又遇到了夭折的命運(yùn)。后來(lái)才弄清楚能斯特在計(jì)算時(shí)用了一個(gè)錯(cuò)誤的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，以致得出了不正確的結(jié)論。 雖然在研究合成氨反應(yīng)中，化學(xué)家遇到了很多困難，但是哈伯和他的學(xué)生勒羅塞格諾爾仍然堅(jiān)持不懈地、系統(tǒng)地研究。開(kāi)始時(shí)，他們?cè)诔爻合率箽浜偷M(jìn)行反應(yīng)，并沒(méi)有產(chǎn)生可以覺(jué)察到的氨；他們?cè)僮寶錃夂偷獨(dú)馔ㄟ^(guò)電火花，也只有少量氨生成。最后他們才把注意力集中在高壓這個(gè)反應(yīng)條件上，認(rèn)為高壓是最有可能實(shí)現(xiàn)合成氨反應(yīng)的。他們還通過(guò)理論計(jì)算，表明讓氫和氮在600 ℃和200個(gè)大氣壓力下進(jìn)行反應(yīng)，大約可以生成8%的氨。他們還在高壓下將反應(yīng)氣體進(jìn)行循環(huán)加工，并從這個(gè)循環(huán)過(guò)程中不斷地分離出反應(yīng)產(chǎn)生的氨。為了探索有效的催化劑，他們也進(jìn)行了大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋨和鈾具有最好的活性。最后獲得了以下的試驗(yàn)結(jié)果，即在175~200個(gè)大氣壓力下和500~600 ℃時(shí)，氫和氮反應(yīng)能產(chǎn)生高于6%的氨。這些研究成果都發(fā)表在哈伯的著作《循環(huán)》中。1909年7月哈伯和勒羅塞格諾爾成功地建立了每小時(shí)能生產(chǎn)80克氨的實(shí)驗(yàn)裝置。 哈伯和勒羅塞格諾爾的研究工作使德國(guó)巴登苯胺和蘇打公司確信這種合成方法具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，于是該公司