化学反应的方法范文

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,最佳温度、最佳温度曲线的概念和绘图方法,各段进出口温度、进出口转化率的最佳分配方法,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

化学反应的方法范文

关键词：过程与方法；定性与定量；氧化还原反应方程式；书写；教学

一、问题的提出

“过程与方法”是指为了实现“知识与技能”、“情感态度与价值观”方面的教学目标，在教师的指导下，学生所采用的学习过程与学习方法，它是新课程三维教学目标中最核心、最活跃的课程目标。

就目前高中氧化还原反应方程式书写教学的现状来看，学生最大的障碍有两个：一是物质的判断（最主要是生成物是什么，有些也会涉及到反应物有哪些），这是定性方面的问题；二是方程式的配平，这是定量方面的问题。究其原因，主要是教师在教学时，忽视了从微观的角度将反应的过程展现在学生的面前，忽视了将反应物、生成物的分析推测过程与定性定量相结合的方法展示出来，而只是告诉学生象背诵英语单词一样去记忆反应的产物，没有学生的主动思考、自主探究的过程，没有学生的学科思维与学科方法的训练。因此，氧化还原反应方程式书写的教学，既要过程与方法同行，又要定性与定量并重。

二、教学案例

1.【例题】写出次氯酸钠溶液与硫酸亚铁溶液反应的化学方程式

（1）【定性分析】

【教师引领】次氯酸钠具有较强的氧化性，硫酸亚铁具有较强的还原性，它们反应会得到什么产物？

【学生分析】硫酸亚铁会被氧化为硫酸铁；次氯酸钠会被还原为氯化钠。

【教师引领】次氯酸钠变成氯化钠后，剩下的氧离子会发生怎样的变化？

【学生分析】在水溶液中，氧离子可能会与水分子结合形成氢氧根离子。

【教师引领】形成的氢氧根离子还会发生什么变化？

【学生分析】氢氧根离子会与硫酸铁电离产生的铁离子反应生成氢氧化铁。

【教师引领】分析至此，你认为反应物有哪些？生成物是什么？

【学生分析】反应物有：次氯酸钠、硫酸亚铁、水。反应的产物一定有：氯化钠、氢氧化铁；如果铁离子没有被完全沉淀，还有硫酸铁；如果铁离子完全沉淀，还有硫酸钠。最终的产物有两种可能：氯化钠、氢氧化铁、硫酸铁；氯化钠、氢氧化铁、硫酸钠。

（2）【定量分析1】

【教师引领】要确立产物是哪种情况，必须进行定量分析。请同学们根据氧化还原反应中得失电子守恒的规律进行分析推断。

【学生分析】次氯酸钠作氧化剂时，每摩尔得到2摩尔电子，硫酸亚铁作还原剂时，每摩尔失去1摩尔电子，因此反应中次氯酸钠与硫酸亚铁的物质的量之比应为1∶2。根据O2―+H2O=2OH―可知，氢氧根离子与铁离子的物质的量之比应为1∶1，铁离子不能被完全沉淀。反应的产物应该是：氯化钠、氢氧化铁、硫酸铁。

NaClO+FeSO4+H2O――NaCl+Fe（OH）3+Fe2（SO4）3

（3）【定量分析2】

【教师引领】确定了反应物和生成物以后，就是配平的问题。怎样确定各物质的化学计量数呢？

【学生分析】根据上述分析，若参加反应的次氯酸钠为1摩尔，则生成的氢氧根离子为2摩尔，为了保证氢氧化铁的化学计量数不出现分数，氢氧根离子的物质的量应为6摩尔；这样一来，次氯酸钠的化学计量数确定为3的话，氯化钠的化学计量数也为3，硫酸亚铁的化学计量数就为6，根据O2―+H2O=2OH―可知水的化学计量数也为3，氢氧化铁的化学计量数为2，再根据铁元素质量守恒或硫酸根质量守恒，确定硫酸铁的化学计量数为2。

【答案】3NaClO+6FeSO4+3H2O3NaCl+2Fe（OH）3+2Fe2（SO4）3

2.【变式例题】写出次氯酸钠溶液与用硫酸酸化的硫酸亚铁溶液反应的化学方程式

（1）【定性分析】

【教师引领】变式例题与例题有什么不一样的地方？

【学生分析】不同的地方是反应物溶液变成了酸性。

【教师引领】当溶液变成酸性后，次氯酸钠变成氯化钠后剩下的氧离子会有什么变化？反应物和产物会有什么不同？

【学生分析】氧离子不再与水分子结合形成氢氧根离子，而是与氢离子结合生成水。所以，反应物有：次氯酸钠、硫酸亚铁、硫酸；生成物是氯化钠、硫酸铁、水。

NaClO+FeSO4+H2SO4――NaCl+Fe2（SO4）3+H2O

（2）【定量分析】

【教师引领】请同学们根据例题的分析思路，确定各物质的化学计量数。

【学生分析】与例题的定量分析相似，反应中次氯酸钠与硫酸亚铁的物质的量之比应为1∶2。若次氯酸钠的化学计量数确定为1，硫酸亚铁的化学计量数就为2，根据O2―+2H+=H2O可知，硫酸的化学计量数为1，再根据质量守恒原则，可以确定氯化钠的化学计量数为1，硫酸铁的化学计量数为1，水的化学计量数为1。

【答案】NaClO+2FeSO4+H2SO4NaCl+Fe2（SO4）3+H2O

三、总结与反思

1.准确把握“过程与方法”的内涵“过程与方法”是学生的学习经历、体验和思维方式的变化、发展程度，是指获得和怎样获得“知识与技能”的经历，并形成从这些经历中抽象或概括的更有统摄力的思维程序和思维方法。氧化还原反应方程式书写的教学中，教师应让学生体验问题的整个分析、探究、推断过程，感受整个探究过程的艰辛，分享整个探究过程的快乐，体会分析、探究、推断的思维方法，实现由学生自主思考、自主判断、自主建构的目标，体现“以学生为主体”的教学理念，让学生学会“化学探究过程与探究方法”。从而突破氧化还原反应方程式书写的“瓶颈”。

化学反应的方法范文篇3

关键词：有机氧化还原；反应方程式配平；基团化合价标定法

文章编号：10056629（2014）3007103中图分类号：G633.8文献标识码：B

现行高中化学教学和高考对较复杂的有机氧化还原反应方程式的配平是不作要求的，这使得有机氧化还原方程式的配平成了被高中化学教学遗忘的角落。由于现行高中化学教材和许多教辅资料中总是会涉及到一些有机氧化还原反应，这又使得高中化学老师常常要面对有机氧化还原反应方程式的配平。由于许多高中化学老师平时很少研究有机氧化还原方程式的配平，当有学生问及此类问题时，常常会使一些老师陷入较为尴尬的境地。要想从容地面对学生的此类提问，高中化学老师就应该熟练掌握有机氧化还原方程式的配平方法。

笔者在配平有机氧化还原反应方程式的实践中发现：在大、中学化学教学中普遍使用于无机反应方程式的配平方法――氧化数法[1]也适用于有机物被彻底氧化的反应方程式的配平，如乙烯、乙炔被酸性高锰酸钾溶液彻底氧化的反应方程式就可以用氧化数法较简便地配平；若将氧化数法用于配平有机物被部分氧化的反应方程式的话，就会有较大的难度。吴晗清、张霄二位老师在“化学学习中洞察力的培养”[2]一文中提出了“用氢氧原子的得失计量转移的电子数法”配平有机氧化还原反应方程式的方法，用此法配平有机物被部分氧化的反应方程式比用氧化数法优越一些。笔者在深入研习“用氢氧原子的得失计量转移的电子数法”时，发现该法既存在理论依据不充分、又存在部分反应方程式配平难度较大的缺陷。为了较简便地配平有机物被部分氧化的反应方程式，笔者研究并提出了理论依据充分、配平方法简单的配平新方法“基团化合价标定法”。在此，笔者特以甲苯、乙苯被酸性高锰酸钾溶液部分氧化的反应方程式的配平为例，向大家介绍如上三种方法配平有机物被部分氧化的反应方程式的基本步骤和方法，并通过对比分析向大家推荐新的配平方法“基团化合价标定法”。

1氧化数法

用氧化数法配平有机物被部分氧化的反应方程式时，首先要将有机物中氢、氧等元素的化合价看成是常见的化合价+1、-2，再将有机物写成分子式的形式求出其中碳元素的平均化合价（或称氧化数），然后根据化合价升降总数相等的原理配应方程式，配平之后再将有机物的分子式改写成结构简式。之所以在配平前要将有机物写成分子式，是为了方便求出各元素（主要是碳元素）的平均化合价，方便在元素符号上标示化合价。

氧化数法配平甲苯与酸性高锰酸钾溶液反应的化学方程式的基本步骤如下。先写出用分子式表示有机物组成的如下反应：

3基团化合价标定法

有机物分子被部分氧化的特点是其中的某基团被氧化成了新的基团或新物质，其他部分没有变化。用氧化数法配平这类反应方程式的难度大，其主要原因就是氧化数法笼统地将氧化了的和未被氧化的基团合在一起通过平均化合价求算化合价的升降总数。如果我们在配平这类反应方程式时只关注被氧化基团中原子化合价的变化情况，可不可以使此类化学方程式的配平方法变得简单一些呢？为了解决此问题，笔者研究提出了适用于配平有机物被部分氧化的配平新方法“基团化合价标定法”。

“基团化合价标定法”的基本原理源于“氧化数法”，其基本特点如下。将被氧化的基团和氧化生成的相应基团的化合价确定为0价，氢氧等原子的化合价当作+1、-2，据此分析基团内的原子在化学反应中的化合价变化情况，根据基团内原子在反应中化合价升高的总数和氧化剂中的原子在反应中化合价降低的总数相等的原理配应方程式。为什么要将基团的化合价确定为0价呢？这是由于有机物分子中的基团与基团之间通常都是碳碳原子相连接的，而碳碳原子是相同的原子，可以认为两个碳原子之间没有电子的转移。再进一步说，只要被氧化的基团与分子中其他基团的连接处（不一定是碳原子）没有发生变化，则其他基团对被氧化的基团中各原子的化合价的变化就没有影响，基团间没有影响就没有电子的转移。

4对比分析与建议

对比分析上述三种方法配平的两例有机物被部分氧化的反应方程式的配平方法和步骤，我们可以得出如下结论。“氧化数法”在配平有机物被部分氧化的反应方程式时存在三个缺陷，一是结构简式与平均化合价的表示二者难以兼顾，这使得反应方程式难以在一次书写中完整地表达出反应方程式应该表达的含义。二是化合价升降总数的计算比较复杂，容易导致配平错误。三是一种有机物被氧化成两种以上的产物时，其配平思路和配平过程都很复杂，学生很难理解和接受。由于有机物分子中一般不存在电子的得失，这使得“用氢氧原子的得失计量转移的电子数法”的理论依据显得不够充分，且该法只是在配平部分反应方程式时比较简便，在配平另一部分反应方程式（如方程式②）时仍然具有“氧化数法”的部分缺陷。“基团化合价标定法”克服了“氧化数法”和“用氢氧原子的得失计量转移的电子数法”的缺陷，该法的配平方法和步骤都很简便。“基团化合价标定法”源于“氧化数法”，其理论依据很充分。

从教学的角度说，“基团化合价标定法”不需要专门学习就能掌握，不会给学生增加额外的学习负担。因为“基团化合价标定法”源于“氧化数法”，只要把发生变化的基团的化合价标定为0价，把配平关注的目标锁定在被氧化的基团上，就可以参考“氧化数法”的基本原理简便地配应方程式。

综合起来看，“基团化合价标定法”在配平有机物分子被部分氧化的化学方程式时具有理论性强、配平简易、容易掌握的优点，建议在实际教学中参考“基团化合价标定法”。

参考文献：