福泽人类的“表面文章”

刘　涛

刘涛，湖北省石首市文峰中学高级教师，荆州市教育科研学术带头人，荆州市第四届明星教师，发表教育教学文章80余篇。

2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃特尔，以表彰他在固体表面的化学过程研究中取得的成果。埃特尔这位科学大师用他的睿智与勤勉，做出了一篇福泽人类的“表面文章”。请你运用所学知识合理解释生活中有关表面化学的有趣现象。

1． 金属资源是非常宝贵而十分有限的，大量金属的锈蚀会造成有限资源的极大浪费和环境污染。

（1） 从表面化学的角度探究铁生锈的原因。

（2） 结合你的生活经验，列举至少两种防止铁制品锈蚀的方法。

2． 埃特尔的一个重要贡献是对一氧化碳在铂催化剂上发生氧化反应的研究。汽车排放的尾气中含有CO、NO等有害气体，治理汽车尾气的方法之一是安装催化转化（用铂钯合金作催化剂）的净化装置，促使CO与NO发生反应，生成大气中最多的气体和参与光合作用的气体。

（1） 写出上述转化反应的化学方程式。

（2） 该反应中NO发生了_______（填“氧化”或“还原”）反应。

3． 埃特尔的表面化学研究成果使传统合成氨的化学工艺得以改进，大大提高了合成氨的反应速率。农业增产需要的氮肥往往以氨的合成为基础。在高温、高压下和铁催化剂表面，氢气和氮气可以直接反应，此化学反应的基本类型是_______，其化学方程式为_______。

4． 科学研究发现，用作制冷剂和灭火剂的氟氯烷产品对大气中臭氧层有很大的破坏作用，会使臭氧层形成空洞。氟氯烷在紫外线照射下会分解生成一种氯自由基（用“Cl•”表示），其反应能力超强，可以导致臭氧迅速分解：Cl•+O3→ClO•+O2 O（空气中的自由氧原子）+ClO•→Cl•+O2

其中的氯自由基将发生链式反应，从而破坏成千上万的臭氧分子。

（1） 在氟氯烷破坏臭氧的过程中，氯自由基起_______作用，根据上述两个过程写出发生反应的总化学方程式_______。

（2） 请你提出一些可以缩小臭氧层空洞的科学设想和有效措施。

1． （1） 铁制品在潮湿的空气中易生绣，即铁与其表面空气中的氧气和水蒸气等发生氧化反应。 （2） ① 保持铁制品表面的洁净和干燥；② 表面镀上保护膜（涂油或漆，镀其他金属等）；③ 远离酸性和盐类环境等；④ 通过化学反应使表面生成致密的氧化膜等。

2． （1） 2CO+2NO N2+2CO2 （2） 还原

3． 化合反应 N2+3H2 2NH3

4． （1） 催化 O3+O=2O2 （2） 可以利用大型臭氧发生器制取臭氧，并将臭氧送入臭氧层中；减少向空气中排放或少使用氟氯烷制冷剂，开发研制氟氯烷替代产品。

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”