福澤人類的“表面文章”

劉　濤

劉濤，湖北省石首市文峰中學(xué)高級(jí)教師，荊州市教育科研學(xué)術(shù)帶頭人，荊州市第四屆明星教師，發(fā)表教育教學(xué)文章80余篇。

2007年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)科學(xué)家格哈德?埃特爾，以表彰他在固體表面的化學(xué)過(guò)程研究中取得的成果。埃特爾這位科學(xué)大師用他的睿智與勤勉，做出了一篇福澤人類的“表面文章”。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)合理解釋生活中有關(guān)表面化學(xué)的有趣現(xiàn)象。

1． 金屬資源是非常寶貴而十分有限的，大量金屬的銹蝕會(huì)造成有限資源的極大浪費(fèi)和環(huán)境污染。

（1） 從表面化學(xué)的角度探究鐵生銹的原因。

（2） 結(jié)合你的生活經(jīng)驗(yàn)，列舉至少兩種防止鐵制品銹蝕的方法。

2． 埃特爾的一個(gè)重要貢獻(xiàn)是對(duì)一氧化碳在鉑催化劑上發(fā)生氧化反應(yīng)的研究。汽車排放的尾氣中含有CO、NO等有害氣體，治理汽車尾氣的方法之一是安裝催化轉(zhuǎn)化（用鉑鈀合金作催化劑）的凈化裝置，促使CO與NO發(fā)生反應(yīng)，生成大氣中最多的氣體和參與光合作用的氣體。

（1） 寫(xiě)出上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2） 該反應(yīng)中NO發(fā)生了_______（填“氧化”或“還原”）反應(yīng)。

3． 埃特爾的表面化學(xué)研究成果使傳統(tǒng)合成氨的化學(xué)工藝得以改進(jìn)，大大提高了合成氨的反應(yīng)速率。農(nóng)業(yè)增產(chǎn)需要的氮肥往往以氨的合成為基礎(chǔ)。在高溫、高壓下和鐵催化劑表面，氫氣和氮?dú)饪梢灾苯臃磻?yīng)，此化學(xué)反應(yīng)的基本類型是_______，其化學(xué)方程式為_(kāi)______。

4． 科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，用作制冷劑和滅火劑的氟氯烷產(chǎn)品對(duì)大氣中臭氧層有很大的破壞作用，會(huì)使臭氧層形成空洞。氟氯烷在紫外線照射下會(huì)分解生成一種氯自由基（用“Cl?”表示），其反應(yīng)能力超強(qiáng)，可以導(dǎo)致臭氧迅速分解：Cl?+O3→ClO?+O2 O（空氣中的自由氧原子）+ClO?→Cl?+O2

其中的氯自由基將發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而破壞成千上萬(wàn)的臭氧分子。

（1） 在氟氯烷破壞臭氧的過(guò)程中，氯自由基起_______作用，根據(jù)上述兩個(gè)過(guò)程寫(xiě)出發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式_______。

（2） 請(qǐng)你提出一些可以縮小臭氧層空洞的科學(xué)設(shè)想和有效措施。

1． （1） 鐵制品在潮濕的空氣中易生繡，即鐵與其表面空氣中的氧氣和水蒸氣等發(fā)生氧化反應(yīng)。 （2） ① 保持鐵制品表面的潔凈和干燥；② 表面鍍上保護(hù)膜（涂油或漆，鍍其他金屬等）；③ 遠(yuǎn)離酸性和鹽類環(huán)境等；④ 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使表面生成致密的氧化膜等。

2． （1） 2CO+2NO N2+2CO2 （2） 還原

3． 化合反應(yīng) N2+3H2 2NH3

4． （1） 催化 O3+O=2O2 （2） 可以利用大型臭氧發(fā)生器制取臭氧，并將臭氧送入臭氧層中；減少向空氣中排放或少使用氟氯烷制冷劑，開(kāi)發(fā)研制氟氯烷替代產(chǎn)品。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>