化学方程式.碳和碳的化合物.铁//题源高中化学

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isbn号码:9787543410817
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  • 化学方程式
  • 碳和碳的化合物
  • 高中化学
  • 无机化学
  • 物质结构
  • 氧化还原反应
  • 元素化合物
  • 化学基础
  • 教学参考
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具体描述

工业催化剂的设计与应用:从基础理论到前沿实践 图书简介 本书深入探讨了现代化学工业中至关重要的一个领域——工业催化剂的设计、制备、表征及其在实际生产过程中的应用。本书旨在为化学工程、材料科学、应用化学以及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一本全面而深入的参考资料。内容侧重于催化作用的微观机理理解、新型催化材料的理性设计策略,以及催化过程的优化与放大。 第一部分:催化理论基础与发展脉络 本部分首先回顾了催化现象的宏观与微观描述,详细阐述了活性位点理论、表面吸附理论、过渡态理论在催化过程中的指导意义。我们着重剖析了非均相催化和均相催化的基本区别与联系,尤其关注了酶催化在仿生催化设计中的启发作用。 吸附与解吸动力学: 详细分析了Langmuir、Temkin等经典吸附等温线的适用条件与局限性,引入了密度泛函理论(DFT)计算在预测分子与催化剂表面相互作用能级(包括化学吸附和物理吸附)中的关键作用。 活性位点与本征活性: 区分了催化剂的“表面积”效应与“本征活性”效应。通过对特定反应(如费托合成的链增长与链终止步骤)的速率控制步骤分析,揭示了如何通过调控电子结构来优化本征活性。 催化剂失活与再生机制: 深入探讨了积碳(coking)、烧结、毒化(poisoning)等主要失活机理。针对性地介绍了化学再生(如氧化脱焦)和物理再生(如还原处理)的操作窗口与过程控制要点。 第二部分:先进催化材料的理性设计与合成 本部分是本书的核心,系统介绍了当前主流和新兴的催化材料体系,并着重阐述了如何基于反应需求,通过精确的材料设计实现性能的提升。 2.1 贵金属与单原子催化剂(SACs) 贵金属因其高活性和选择性,一直是催化剂研究的焦点。本书不仅涵盖了常见的Pt、Pd、Rh在加氢、氧化反应中的应用,更重点介绍了单原子催化剂(SACs)的最新进展。 SACs的制备策略: 详细介绍了热解法、原子层沉积(ALD)以及负载法制备高分散度、高金属利用率的单原子催化剂的先进技术。讨论了载体(如氮化碳、金属氧化物)对单原子稳定性和电子态调控的决定性影响。 单原子催化剂的优势与挑战: 分析了SACs在理论上实现零维催化与最大原子利用率的潜力,并指出了其在高温稳定性、抗烧结能力方面的工程化挑战。 2.2 氧化物催化剂的构筑与界面工程 过渡金属氧化物在环境催化、选择性氧化中占据重要地位。本书强调了“界面效应”在催化性能中的关键作用。 复合氧化物与固溶体: 探讨了通过形成钙钛矿结构、尖晶石结构或层状双氢氧化物(LDH)实现组分均匀混合和电子结构耦合的策略。例如,如何利用$ ext{ABO}_3$型氧化物中A位和B位元素的替位效应来调节氧空位浓度。 催化剂的形貌控制: 阐述了通过水热法、溶胶-凝胶法等精确控制纳米颗粒的尺寸、晶面暴露(如高指数晶面)对氧化还原反应选择性的影响。 2.3 新型碳基与非金属催化体系 针对能源转换领域对非贵金属催化剂的需求,本部分详述了碳材料和氮化物的应用。 氮掺杂碳材料: 重点分析了吡啶氮、石墨氮、喹啉氮等不同氮物种对氧还原反应(ORR)中电子转移路径的调控机制。 硫化物与磷化物: 讨论了$ ext{MoS}_2$等二维材料在析氢反应(HER)中的边缘活性位点效应,以及通过元素掺杂(如硒化、磷化)增强其导电性和活性位点几何构型的设计思路。 第三部分:催化过程的先进表征与原位研究 理解催化剂在反应条件下的真实状态是理性设计的前提。本部分系统介绍了用于催化剂表征的先进技术,特别强调了原位/操作条件下的光谱学和显微技术。 原位光谱技术: 详细介绍了操作条件下同步辐射X射线吸收谱(XAS/XANES/EXAFS)如何实时监测催化剂价态和配位环境的变化;傅里叶变换红外光谱(FTIR)在识别反应中间体吸附态上的应用。 环境透射电镜(ETEM): 阐述了如何利用高真空/高压腔室,在原子尺度上直接观察催化剂颗粒在反应气体气氛下发生的烧结、重构等动态过程。 反应器集成与过程分析: 介绍了微反应器技术在加速催化剂筛选中的作用,以及在线质谱(Online MS)和色谱(GC/HPLC)在实时监控反应物/产物分布、确定反应级数和选择性方面的应用。 第四部分:工业催化反应的放大与过程工程 将实验室的优异催化剂性能转化为工业上的高效稳定运行,需要跨越从微米级到米级的工程挑战。 催化剂的制备与成型: 讨论了从粉末到挤出物、球形、蜂窝状载体上的涂覆技术,以及催化剂的机械强度、热稳定性和扩散限制的优化。 反应器设计与流体力学: 对固定床反应器、流化床反应器、浆态床反应器的优缺点进行了深入对比。重点分析了传热传质限制如何影响催化反应的整体速率和温度分布,并引入了计算流体力学(CFD)在优化反应器内部流场和热点控制中的应用案例。 绿色化学与可持续催化: 探讨了利用超临界$ ext{CO}_2$作为反应介质的催化过程,以及光催化、电催化在温和条件下实现复杂分子转化的前沿探索。 本书通过丰富的案例研究和详尽的原理阐述,致力于弥合基础催化科学研究与工业应用工程实践之间的鸿沟,为推动下一代高效、环境友好的催化技术发展提供坚实的理论和技术支撑。

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这本书的“题源高中化学”这个定位,意味着它不仅仅是知识的传递,更是能力的培养。作者在讲解“化学方程式”时,不仅仅是教你如何配平,更重要的是让你理解配平背后的质量守恒原理,以及如何利用化学方程式进行化学计算。这种思维训练对于提升我的解题能力至关重要。当我阅读到“碳和碳的化合物”这一部分时,我被作者对碳元素“生命之源”的深刻解读所吸引。从最简单的碳水化合物到复杂的生物大分子,作者用清晰的逻辑和翔实的例子,展现了碳在生命体中的重要作用。书中关于有机化学基础知识的讲解,为我打开了认识生命世界的大门。而关于“铁”的章节,作者更是将铁的提取、冶炼、合金化以及在生活中的广泛应用进行了全面而深入的阐述,让我深刻理解了铁这种金属元素对人类文明的巨大贡献。

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这本书的“题源高中化学”这一名称,确实点明了它的核心价值——它不仅仅是知识的罗列,更是对高中化学核心题型的深度挖掘和解析。作者在讲解“化学方程式”时,并没有停留在表面,而是深入到方程式的本质,比如如何通过氧化还原反应的电子转移来理解配平,以及热化学方程式中的能量变化。这些都是一些高阶的化学思维方式。当我翻阅到“碳和碳的化合物”这一章节时,我惊叹于作者对碳的复杂性的全面展现,从简单的碳单质到复杂的有机分子,作者用清晰的逻辑和翔实的例子,将碳的神奇世界展现在读者面前。我对书中关于碳循环的描述印象尤为深刻,它不仅仅是化学反应的堆砌,更是一种生态系统的宏大叙事,让我对地球的生命支撑系统有了更深刻的理解。

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在阅读“碳和碳的化合物”这一章节时,我深切体会到了碳元素的“百变身姿”。从最简单的碳单质,如金刚石和石墨,到复杂的有机物,这本书都进行了详尽的阐述。作者在介绍金刚石和石墨的结构时,运用了大量的图示和模型,使得读者能够直观地理解它们之间巨大的性质差异是如何由微观结构决定的。尤其是对石墨烯的描述,虽然篇幅不长,但却精准地捕捉到了这一材料的革命性意义,让我对未来的科技发展充满了期待。更让我惊喜的是,本书并没有回避那些生活中常见的碳化合物,比如二氧化碳和一氧化碳。作者不仅解释了它们的物理化学性质,还详细分析了它们在自然界中的循环过程,以及对环境和人类健康的影响。比如,在讲解温室效应时,作者通过数据分析和模型模拟,清晰地展示了二氧化碳浓度升高带来的气候变化,这不仅仅是化学知识的学习,更是一次对我们生存环境的深刻反思。

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这本书带给我的惊喜远不止于理论知识的丰富,更在于它所传达出的学习方法和思维方式。作者在讲解“化学方程式”时,不仅仅是教你如何配平,更重要的是让你理解“为什么”要这样配平,方程式背后蕴含的质量守恒和能量守恒的意义。这种“知其然,更知其所以然”的教学理念,对于培养学生的科学素养至关重要。当我读到“碳的化合物”这一部分时,我惊喜地发现,许多我们日常生活中常见的物质,比如酒精、醋酸,甚至我们呼吸的空气中的二氧化碳,都被作者用严谨的化学语言进行了科学的解读。而且,书中还涉及到了一些与这些化合物相关的工业生产过程,这让我觉得化学不再是实验室里枯燥的数字和符号,而是与我们的生活息息相关的巨大体系。

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这本书对我最大的帮助在于,它将高中化学的知识点系统化、条理化,而且深入浅出,避免了许多教辅资料枯燥乏味的堆砌感。特别是“铁”这一部分的讲解,可以说是达到了一个令人惊叹的高度。作者没有将铁仅仅看作是一个元素符号,而是从它在元素周期表中的位置出发,逐步解析了铁的原子结构、电子排布,从而引出了它独特的化学性质。在介绍铁的几种常见氧化物和氢氧化物时,作者不仅列出了它们的化学方程式,更细致地描述了它们的外观、溶解性、以及在加热、酸碱反应中的表现,甚至还触及到了铁的合金,如不锈钢,阐述了其优异的性能是如何通过添加其他元素来实现的。我特别喜欢书中关于铁的冶炼过程的讲解,从铁矿石的提纯到炼铁炉的工作原理,作者用生动形象的语言和流程图,将这个复杂工业过程化繁为简,让我这个文科生也能大致理解其精髓。

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在我看来,这本书最大的价值在于它能够有效地连接起教材中的零散知识点,并将其升华为一种更系统、更深入的理解。尤其是在“铁”这个章节,作者将铁的各种形态,从单质到化合物,从矿石到合金,以一种非常清晰的逻辑线索串联起来。我印象最深刻的是关于铁的电化学腐蚀的讲解,书中不仅解释了发生腐蚀的电化学原理,还详细介绍了防止铁生锈的各种方法,从物理隔离到化学保护,都进行了深入的分析。这种理论与实践相结合的讲解方式,让我觉得化学知识的学习不仅仅是为了考试,更是为了解决现实世界中的问题。同时,书中关于铁的冶炼过程的讲解,也让我对化学工业有了更深的认识,理解了人类是如何利用化学的力量改造自然,创造物质财富的。

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不得不说,这本书的编排方式非常人性化。在每一章的开头,作者都会提出一些引导性的问题,或者描述一些引人入胜的现象,然后循序渐进地展开讲解。这种方式能够有效地激发读者的好奇心,让学习过程充满探索的乐趣。我特别喜欢书中关于“铁”的讲解。作者没有急于给出结论,而是从铁的物理性质入手,逐步引导我们去认识它的化学性质,并解释这些性质背后的微观原因。在介绍铁的各种化合物时,书中提供了大量的实验数据和图片,让我能够直观地了解它们的形态和变化。尤其是关于铁的多种氧化态的讲解,以及这些氧化态之间相互转化的条件,都处理得非常到位,让我对铁的化学行为有了非常清晰的认识。

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从一个读者的角度来看,这本书最让我满意的地方在于它的“实用性”。它不是那种读完后感觉“知道了很多,但不知道怎么用”的书。作者在讲解“化学方程式”时,就非常注重教会读者如何去分析和解决实际问题,比如如何根据反应物和生成物的性质来预测反应的发生,以及如何利用化学方程式来计算物质的量。而在“碳和碳的化合物”这一章节,作者更是将抽象的化学知识与生活中的实例紧密结合,例如,讲解了酒精的性质和用途,以及其在食品工业和医药领域的应用,这让我觉得化学知识的学习非常有意义。同样,在“铁”的章节,作者也详细介绍了铁在建筑、交通、机械制造等领域的广泛应用,让我体会到化学元素如何支撑着现代文明的发展。

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这本书的封面设计简洁而大气,主色调是沉静的深蓝,点缀着抽象的分子结构图案,让人一眼就能感受到其专业性和学术性。当我第一次拿到这本书时,就被它沉甸甸的质感所吸引,这是一种厚重知识的象征。翻开书页,首先映入眼帘的是一个非常清晰的目录,它将内容划分得井井有条,从基础的化学方程式概念,到碳的独特性质,再到碳的各种化合物,最后聚焦于铁及其化合物,每个部分都做了细致的索引,这对于想要快速查阅或深入学习某个特定章节的读者来说,无疑是非常友好的。我特别欣赏作者在“化学方程式”这一章节的处理方式,没有止步于简单的配平练习,而是深入探讨了方程式背后的反应原理、能量变化以及在不同条件下的适用性,这使得原本枯燥的方程式瞬间变得鲜活起来,充满了逻辑的魅力。例如,对于氧化还原反应方程式的讲解,作者不仅提供了多种解题思路,还结合了实际生活中的例子,比如金属的腐蚀、电池的工作原理,让抽象的化学反应与我们的生活紧密相连,极大地激发了我学习的兴趣。

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这本书的“题源高中化学”这个定位,让我觉得它既有深度又不失广度。它不仅仅是知识的堆砌,更注重思维的引导。例如,在处理复杂的化学反应时,作者总是会先引导读者分析反应物和生成物的性质,再考虑反应条件,最后才能推导出化学方程式。这种由现象到本质,由具体到抽象的学习路径,极大地提升了我解决化学问题的能力。我尝试着按照书中的方法去分析一些平时觉得很棘手的题目,发现效果出奇地好。特别是关于铁的化合物的性质辨析,书中给出了许多经典的实验设计思路,并详细解释了实验现象背后的化学原理。例如,如何区分Fe²⁺和Fe³⁺,如何通过沉淀反应来验证某物质中是否含有铁离子,这些在实际操作中至关重要的细节,都被作者一一呈现,并且配以清晰的图解,让人一目了然。

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