“双一流”建设背景下物理化学课程教学改革与实践
纪敏, 王新葵, 孙延波, 王旭珍, 王新平

Teaching Reform and Practice of Physical Chemistry under the Background of "Double First-Class" Construction
Min Ji, Xinkui Wang, Yanbo Sun, Xuzhen Wang, Xinping Wang
表1 关于合成氨反应的启发式教学设计
层次 教师行为 学生行为
注重衔接 研究事件:1774年化学家普利斯特里证实了氨是氮和氢的二元化合物;1795年希尔德布兰德就曾试图在常压下合成氨,结果以失败而告终;1850–1900年,人们对化学平衡原理取得了重大的突破;1909年哈伯高温高压下成功合成氨 回顾:利用原有的知识体系分析思考
点拨提问:因合成氨获得诺贝尔化学奖的科学家有几位? 互动回答:1913年Haber催化剂的发现;1931年Bosch催化过程的工业化;2007年Ertl催化机理的认识
强化基础 提问:已知N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g),在298 K下,△rHmϴ=-92.2 kJ·mol-1,△rSmϴ= -198.2 J·mol-1·K-1,则在298 K、0.1 MPa反应条件下,若氢气和氮气的摩尔比为3 : 1,氨的摩尔分数为0.2,反应能否正向自发进行? 互动回答:利用范特霍夫定温方程△rGm=△rGmϴ+RTlnJp < 0,所以反应可以正向自发进行
求知探索 提问:科研结果表明:合成氨的速率方程r = k·c(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)没有催化剂Ea = 335 kJ·mol-1,有Fe触媒催化剂Ea = 167 kJ·mol-1;那么可以通过哪些措施能提高反应速率和平衡转化率呢? 互动回答:学生经过热烈讨论后提出方案,如表 2所示
提问:经过大家分析讨论得到上面的一些结果,那为什么合成氨很难? 互动回答:低温有利于平衡,高温才能断N≡N,有利于工业产率。教师引导思考:反应能垒与反应物种NHx (x = 0, 1, 2)的吸附能之间存在着限制关系
引入前沿 研读文献:构筑“过渡金属——氢化锂(TM-LiH)”双活性中心催化剂体系,显著提高了传统金属催化剂在温和条件下的合成氨性能。双活性中心的构筑使N2和H2的活化及中间产物的吸附发生在不同的活性中心上,从而打破了反应能垒与吸附能之间的限制关系[5] 了解前沿,开拓视野:撰写研读报告,提出催化剂进一步的改进思路