高中化学论文：我国为什么培养不出诺贝尔优秀人才—由一堂公开课的结尾,引发感想沪科版

第一篇：高中化学论文：我国为什么培养不出诺贝尔优秀人才—由一堂公开课的结尾,引发感想沪科版

我国为什么培养不出诺贝尔奖优秀人才——由一堂公开课的结尾，引

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近日开了一节公开课，上海教材6.3化工生产能否做到又快又，对应全国教材：选择合成氨的适宜条件的选择，在构思结尾时，恰时介绍了合成氨的历史，哈伯1918年诺贝尔化学奖。（绿色为背景资料，不在课堂讲解）

介绍合成氨的化学前沿，合成氨新法——电合成，两位希腊化学家，位于 Thessaloniki 的阿里斯多德大学的 George Marnellos 和 Michael Stoukides，发明了一种合成氨的新方法（Science，2,Oct.1998, p98）。

在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到 570C 的以锶-铈-钇-钙-钛矿多孔陶瓷（SCY）为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔 钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78%；对比：几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10-15%！

实验条件探索：他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体，用HCl吸收氨引起的pH值变化估算氨的产率，证实提高氮的分压对提高转化率无效；升高电流和温度虽提高质子在 SCY 中的传递速度却因 SCY 导电率受温度限制，升温反而加速氨的分解。

巧妙地（最大亮点部分）应用科学模拟手法，豆科植物在常温常压下，利用根瘤菌将氮气将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，现在已经寻找到相当根瘤菌的催化剂合成氨。指导性、创造性，根据植物用根吸收水分，绿叶吸收空气中的二氧化碳，叶绿体的太阳光作用下，生成葡萄糖和氧气，可以将空气中丰富的CO2除去并转化为可被利用的形式葡萄糖和氧气，造福于人类，寻找相当叶绿体的催化剂来低碳减排（CO2，转化为糖类为人类粮食），既减排，又有实际生活有用的糖类，可谓一箭双雕。具体如下：

叶绿体 6 + 6O2↑ 6 CO2 + 6 H2O C6H12O

催化剂 太阳光

o6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2↑

太阳光

为学生开阔视野，寻找相当叶绿体的催化剂作为一个未来方向可以研究，提供了一种科学模拟手法思路，匠心独特。（同行评价：有这种思维模式还会培养不出未来的诺贝尔化学奖获奖者？）

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回到正题：由一堂公开课的结尾，引发感想我国为什么培养不出诺贝尔奖优秀人才，近些年来我国为什么培养不出诺贝尔奖优秀人才，培养不出世界级大师，不是中国人不是不聪明或智商低，个人观点认为是教育决策失误，且有三大失误：

失误之一：英语教育老命伤财，浪费极大教育资源。在中学阶段，学生大量时间学习英语，每周五节课时，想想自己或周围的人多少人学习英语后十年二十年后还有记得，派上用处？英语只需要培养精英，面上普及每周二课时足也！

失误之二：忽视物理化学生物综合等理科教育，高中基础物理化学教育减弱，文理分科，是学生放弃了基础的自然基础物理化学的学习，生物综合沦为小学科，更是惨不沦睹，要想培养不出诺贝尔奖优秀人才，世界级大师必须物理化学生物综合等理科教育。

失误之三：语文教育要改革，初三之前语文教育不变，高中之后，改革每周只要二课时，理论依据，初三优秀学生（取前百分之二十）语文参加高考，可以考出100-120分，而物理化学生物（取前百分之二十）初三优秀学生参加高考，考出成绩40分以下。

还有要注重培养：1 科学素养 2 学生动手实验（理科实验包含在内）3 理论联系实际 4。参加社会实践活动。

一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题。哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一。

利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。1795年有人试图在常压下进行氨合成，后来又有人在50个大气压下试验，结果都失败了。19世纪下半叶，物理化学的巨大进展，使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方向：提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又使反应速度过小；催化剂对反应将产生重要影响。这实际上就为合成氨的试验提供了理论指导。当时物理化学的权威、德国的能斯特就明确指出：氮和氢在高压条件下是能够合成氨的，并提供了一些实验数据。法国化学家勒夏特里第一个试图进行高压合成氨的实验，但是由于氮氢混和气中混进了氧气，引起了爆炸，使他放弃了这一危险的实验。在物理化学研究领域有很好基础的哈伯决心攻克这一令人生畏的难题。

哈怕首先进行一系列实验，探索合成氨的最佳物理化学条件。在实验中他所取得的某些数据与能斯特的有所不同，他并不盲从权威，而是依靠实验来检验，终于证实了能斯特的计算是错误的。在一位来自英国的学生洛森诺的协助下，哈伯成功地设计出一套适于高压实验

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专心 的装置和合成氨的工艺流程，这流程是：在炽热的焦炭上方吹入水蒸汽，可以获得几乎等体积的一氧化碳和氢气的混和气体。其中的一氧化碳在催化剂的作用下，进一步与水蒸汽反应，得到二氧化碳和氢气。然后将混和气体在一定压力下溶于水，二氧化碳被吸收，就制得了较纯净的氢气。同样将水蒸汽与适量的空气混和通过红热的炭，空气中的氧和碳便生成一氧化碳和二氧化碳而被吸收除掉，从而得到了所需要的氮气。

氮气和氢气的混和气体在高温高压的条件下及催化剂的作用下合成氨。但什么样的高温和高压条件为最佳？以什么样的催化剂为最好？这还必须花大力气进行探索。以楔而不舍的精神，经过不断的实验和计算，哈伯终于在1909年取得了鼓舞人心的成果。这就是在600C的高温、200个大气压和锇为催化剂的条件下，能得到产率约为8％的合成氨。8％的转化率不算高，当然会影响生产的经济效益。哈伯知道合成氨反应不可能达到象硫酸生产那么高的转化率，在硫酸生产中二氧化硫氧化反应的转化率几乎接近于100％。怎么办？哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工，并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来，则这个工艺过程是可行的。于是他成功地设计了原料气的循环工艺。这就是合成氨的哈伯法。

走出实验室，进行工业化生产，仍将要付出艰辛的劳动。哈伯将他设计的工艺流程申请了专利后，把它交给了德国当时最大的化工企业——巴登苯胺和纯碱制造公司。这个公司原先计划采用以电弧法生产氧化氮，然后合成氨的生产方法。两相比较，公司立即取消了原先的计划，、组织了以化工专家波施为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸实施。

首先，根据哈伯的工艺流程，他们找到了较合理的方法，生产出大量廉价的原料氮气、氢气。通过试验，他们认识到锇虽然是非常好的催化剂，但是它难于加工，因为它与空气接触时，易转变为挥发性的四氧化物，另外这种稀有金属在世界上的储量极少。哈伯建议的第二种催化剂是铀。铀不仅很贵，而且对痕量的氧和水都很敏感。为了寻找高效稳定的催化剂，两年问，他们进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了含铅镁促进剂的铁催化剂。开发适用的高压设备也是工艺的关键。当时能受得住200个大气压的低碳钢，却害怕氢气的脱碳腐蚀。波施想了许多办法，最后决定在低碳钢的反应管子里加一层熟铁的村里，熟铁虽没有强度，却不怕氢气的腐蚀，这样总算解决了难 题。

哈伯的合成氨的设想终于在1913年得以实现，一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。从此合成氨成为化学工业中发展较快，十分活跃的一个部分。合成氨生产方法的创立不仅开辟了获取固定氮的途径，更重要的是这一生产工艺的实现对整个化学工艺的发展产生了重大的影响。合成氨的研究来自正确的理论指导，反过来合成氨生产工艺的研究又推动了科学理论的发展。鉴于合成氨工业生产的实现和它的研究对化学理论发展的推动，决定把诺贝尔化学

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奖授予哈伯是正确的。哈伯接受此奖也是当之无愧的。同时指责哈伯在第一次世界大战中的表现。

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