通过讲解化工工艺提升学生化学素养

吕兆兰

【摘 要】本文选取四种常见的化合物的化工生产工艺进行分析，探讨其工业制法所涉及的化学原理，学以致用，以此提高学生的化学素养。

【关键词】高中化学 化合物 工业制法 化学素养

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）07B-0150-02

高中化学教学基本上是以实验为线索，以物质为中心进行展开的。鉴于化学的实践性质比较强，因此各种物质的性质、物质之间的反应情况是学习的重点。化学反应的实践性在制备工艺上体现得尤为显著，下面选取四种化工工艺进行分析。

一、电解盐水，了解电子得失

电解盐水是氯碱工业中的一个步骤，体现了电因素对化学反应的干预作用。在微观层面，我们可以通过探讨化学工艺的原理，来研究电子的得失过程，促进学生对电化学认知进程，积累化学素养。

以电解饱和食盐水的过程为例，谈一谈在课上讲解电子得失原理的教学策略。在高中电解实验中经常见到的就是电解饱和食盐水了，这种电解实验操作简单、现象明显，因此经常作为教学实验。电解的方程式：

2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑

电解池由电极和电解液组成，电解后会在阳极生成氯气，在阴极生成氢气。为什么会有这样的现象？为此笔者带领学生进行微观层面分析：观察电解的过程发现，这实际上是发生了氧化还原反应，但是产物氢氧化钠中的三种原子却没有参加氧化还原反应。钠原子最外层电子数为 1，氯原子最外层电子数为 7，二者正好可以互补成为最外层电子数为 8 的稳定结构，因此二者之间的化学键是比较强劲的。稳定的化学键使得 NaCl 在水中不可能自发地发生氧化还原反应，因此需要进行电离，通过外加电流的影响来干预电子的得失，从而“人为”地制造氧化还原反应。结合化工工艺中的实际效果，辅以笔者在课上的讲解，学生对电解中电子得失的过程有了一个清晰的认识，这是一项很重要的化学素养培养。电解的工艺比较简单，透过电子转移的过程，我们可以很清楚地分析电子得失的原理，达到教学目标。

电解盐水是化学工业中非常经典的一个工艺，氢氧化钠、氯气和氢气都是重要的化工生产原料，所以说氯碱工业也是一个基础性的化工工艺。学生学习和掌握相关原理，既通达了知识，又拓展了实际应用的视野。

二、水煤气法，认识高温还原

相对于二氧化碳来说，一氧化碳的“存在感”要低一些。但是一氧化碳也不是默默无闻的，所谓的煤气中毒就是由一氧化碳引起的。虽然说一氧化碳有毒，但是也不是百害而无一利，作为一种化工原料它是必不可少的。一氧化碳在工业上一般采取“水煤气”法进行制取，通过了解工艺流程，我们可以认识高温条件下的还原反应原理，从实际情况中积累化学素养。

所谓的“水煤气”法，指的是在高温的条件下还原水蒸气，这类似于一种置换反应。在化学中有很多种反应，原理奇特的不在少数，高温还原水蒸气就是其中一种。化学的海洋还很浩瀚，学生需要不断认识新的反应原理，积累素养。因此，在课堂上，笔者通过分析“水煤气”制作过程中的高温还原反应，来深化学生对还原反应的认知。“水煤气”法的反应方程式为：

C+H2O（g）CO+H2

反应的原理从方程式上来看一目了然，通过高温下的还原，碳原子替代了两个氢原子与氧原子结合，结果本来的单质变成了氧化物，氧化物变成了单质，产物即为一氧化碳和氢气。从方程式上来看，碳单质的参与让还原反应多了一些神秘性。这也体现了置换反应不是金属单质的“专利”，在一些特定的条件下，如高温，发生一些不太常见的还原反应也是常有的事。实实在在的工业制法让同学们更加信服化学的力量，同时也让课堂教学更加贴近实际。其实化学就在身边，化学素养是通过兴趣和知识锻造出来的。

一氧化碳是有毒气体，但是在化学工业中却是一种重要的原料。这就反映了一种辩证思想，任何一种事物都会有正反两个方面，不能单一、片面地看待。在我們的课堂上，“水煤气”法就成了一种教学的资源，拓宽了学生的视野。

三、氮氢化合，权衡反应条件

氨气的制备主要是依赖于氮氢化合反应，因此制取氨气的过程通常叫做合成氨工业。在合成氨的化学反应中，有一个非常经典的反应方向的问题，探讨这一问题能够让学生更好地了解到反应条件对化学反应的影响。

可逆反应在化学反应中可以说是比较灵活的一种反应，很多学生在面对可逆反应时，不知道如何判断反应的方向。在实际的题目中，可逆反应偏偏是一个重点问题，有时候真的让学生束手无策。一个好的化学学习者应当具有探索精神，因此笔者在课堂上经常给学生渗透这种思想，带领学生去探究可逆反应的问题。氮气氢气合成氨气的反应就是一个很好的例子，笔者在课上引用了这一案例。氮气氢气合成氨的反应方程式为：

N2+3H22NH3

作为一个可逆反应，其实化学方程式应该写为：

N2+3H22NH3

高温高压、催化剂这些条件是促进反应向右进行的附加因素。反应诚然是一个简洁的反应，但是反应的可逆性让工业制取里的产量、效率出现了问题，所以说如何让反应向正向（制取氨气取合成的方向为正向）进行是一个关键问题。笔者问学生，原子个数为 4 个，反应后原子个数变为了 2 个，越反应气压越低，那么此时人为减小气压会怎么样？学生结合化学反应原理中的知识，通过分析、思考基本都能判断出反应更难进行了。此时，笔者及时点出化学反应条件对反应进行方向的影响和作用。当反应产生了气压降低的结果时，加大气压就可以抵消气压降低的影响，进而使反应不断地向正向进行。温度的影响作用也是如此，此反应为放热反应，因此低温有利于反应向正向进行。但是我们观察到，反应有利条件为“高温”，这却与反应本身的有利条件相矛盾。原来，反应过程中还有一个“角色”，那就是催化剂。高温可以促进催化剂的催化效果，使反应速度加快。这样即使反应不完全，也可以通过高速率循环来弥补，两相权衡，采用的高温结合催化剂的条件是可行的。

制取氨气是一个非常重要的化工工艺，它在高中课内也是一个重点。尤其在氨气制取的工艺过程中出现了理论与实际有出入的地方，更需要学生特别注意，以免造成只读课本、脱离实际的后果。化学反应的方向在实际应用中非常重要，需要对反应条件进行权衡，这一种思想方法也是一种深层次的化学素养。

四、催化氧化，拆合化学方程

制取一氧化氮是硝酸工业的第一步，一氧化氮的制取原理为对氨气进行催化氧化，这就体现了化学反应中的连续性。这里的连续性包含了一系列的连续反应，但在实际的反应中它并不是按顺序进行反应。通过探究氨的催化氧化，学生能够认识在复杂的同步反应中如何用反应式去表达反应过程，以此来提高书写化学方程式的能力。

在面对实际的问题时，题目中不会只给一种反应来让人分析，有时候会有一系列的反应方程式合并在一起，或者是需要把一个综合的反应式进行拆分。这时候就考验了学生对反应的精准把握程度，渗透着化学素养。书写方程式是一项必备的技能，在此笔者采用催化氧化中的系列反应来进行教学。制取一氧化氮的工艺，其反应的方程式为：

通过反应条件的控制，最终得到了 4NH3+5O2=4NO+6H2O 的反应效果。这一反应非常经典，通过对复杂过程的精确把握，学生对反应式的拆合会有一个更加深入的了解。

氨的催化氧化是高中化学教学中非常重要的一个知识点，在含氮氧化物的各种反应分析当中，学生的配平、等效的技巧也会得到很大提升。

化工工艺虽然离高中课堂很远，但是这些工艺中蕴含的化学原理和化学思想却是课堂教学需要借鉴的。化学是一门实验学科，只有结合实践才能在学习中逐渐提升能力，形成基础的化学素养。

【参考文献】

[1]梁永锋.氨气催化氧化实验的研究与探索[J].教学与管理，2003（15）

[2]刘永华.合成氨工艺技术的现状分析及其发展探讨[J].化学工程与装备，2012（7）