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2023.10.7 二氧化硫催化氧化条件的选择

 教化学的蜗牛君 2023-10-07 发布于福建

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今儿开工第一日,搁浅松弛了8天以后,继续进入规律性的工作时钟,有时候给自己一些暂停放松的时间也未尝不可,暂停是为了更好的前进。

最近关于班主任育人工作想到了一个新的研究点——如何根据学生的表现行为作出反馈,譬如学生班会汇报允许他们自由寻找主题,但他们的主题是否合适,如何调控他们表达的自由度的同时又能够给予作为未成年的他们以正确的价值观引导。有的时候我想单纯地控制他们的汇报主题并无意义,作为未成年的他们平时已经有许多途径获取很多资讯,倒不如把一些看起来似乎不妥当的资讯摊开来聊,比闷着不说要强。针对学生的表达及时作出适当的反馈——这项能力还需要磨练,我还不够格,但我想是能够有长进的,对自己既是挑战也是成长,至少我想试试。

今天化学课借用“二氧化硫催化氧化条件的选择”复习本章,借用的课例有些挑战,本来设计是一课时,但是实际用起来由于学生水平需要两课时,但我觉得挺有意义的。计划对于第二章再讨论几个课时——工业利用复习两课时、等效平衡(挑一些有意义的部分)+习题一课时、习题+章测试讲评一课时。

化学反应重点从历程、方向、速率、限度等视角进行讨论,回顾速率、限度等影响因素,以及判断化学平衡的QK关系。

【引出课题】某研究小组进行了模拟实验。一定条件下,将SO2O2充入10L密闭容器中,发生如下反应:SO2(g)+1/2O2(g)⇋SO3(g)   ∆H<0

1)怎样判断化学反应是否达到平衡状态?t时刻,若SO2O2SO3物质的量之比为2:1:2,此时是否达到平衡状态?(平衡状态的判断)

2)反应开始到第一次平衡时,你能计算出哪些化学反应速率,化学平衡相关的数据?(复盘速率、转化率、QK等计算)

310min20min时,曲线变化的原因可能是什么?平衡是否移动?如果移动,平衡常数是否变化?(化学图像问题)

其中(1)问挺有意思的,在列三段式的时候可以有几种列法,比如先设第二行未知数,再列第三行,或者先根据2:1:2列第三行未知数,再回过头列第二行未知数——可以如图,也可以列出0.2-2a0.1-a2a再根据系数之比求解。多种列未知数的方法让我挺有感触的,实际这里包含了几重数据关系,第二行代表方程式系数关系、第三行由题目提供2:1:2关系,三行之间又有消耗生成的关系,只要利用了这三重关系不论如何设未知数都可以求解。 

从增大反应速率和增大反应物转化率的角度出发选择最佳反应条件,再分别根据具体数据信息进行讨论。(此处有点过于重视QK的计算,而忽视了问题的本身是通过QK关系来获得平衡状态信息)

探究1:选择合适的催化剂:

使用催化剂,在475℃时的化学反应速率比不使用催化剂时提高了1.6×108倍。目前大多采用的是钒催化剂,其活性成分是氧化二钒(V2O5),助催化剂是碱金属的硫酸盐(K2SO4),载体是硅胶、硅藻土、硫酸铝等。

有学者提出的催化机理为:

SO2+X⇋Y·SO3

Y·SO3⇋Z+SO3

Z+1/2O2(g)⇋X

XYZ均为钒的络合物。

结合钒的价态分析催化原理。(从别样的角度看氧化还原挺有意思的,但上课时候我只顾着分析氧化还原,而忽略了催化剂机理本质——催化剂最后又全身而退了。)

探究2:温度对反应限度影响

工业上二氧化硫催化氧化所需的原料气主要是通过燃烧黄铁矿(FeS2)并进行净化干燥处理后得到,原料气的成分为SO2O2N2,催化氧化反应是在恒压条件下进行的。定义用分压表示平衡常数为Kp,其中分压=总压×物质的量分数。

1)假设将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)m%O2(g)q%N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2的转化率为α,计算平衡常数Kp

2Kp与温度的关系是什么?

3)其他条件一定的情况下。SO2转化率α与温度的关系是什么?

(此处拓展呈现分压表示的平衡常数,也算是对平衡常数的巩固)

后续还有一些内容没有讨论,打算明天以后继续讨论,后续还有关于“换热式四段转化”的内容,我感觉我自己研究得还不是很透彻,想读几篇文献深入一下,再议。

今天小测了一波,二十道选择题,相比于其他班级成绩不是很理想,我不丧气,对于选择题是好解决的,想借着这次测试刚好把学生还有欠缺的内容捡起来,再扎实扎实,后续可以让学生做个思维导图。

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