微波化学市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、 7.1微波化学组员：黄许洋,谢黎兴第1页目录7.1.1微波作用机理7.1.2微波在化学中应用7.1.2.1 微波在有机化学中应用7.1.2.2 微波在无机化学中应用第2页 微波是频率范围在300MHz到300GHz超高频电磁波，其真空中波长从1m到0.1mm。它位于电磁波谱红外辐射（光波）和无线电波之间。什么是微波 ？医用及家用等民用微波频率普通为900（+/-15）MHz和2450（+/-50）MHz7.1.1 微波作用机理第3页第4页微波不一样于其它波段主要特点a）似光性。微波波长非常小，当微波照射到一些物体上时，将产生显著地反射和折射，就和光线反、折射一样b）穿透性。微波照射于介质物体

2、时，能够深入该物体内部特征称为穿透性；c）信息性。微波波段信息容量非常巨大，即使是很小相对带宽，其可用频带也是很宽，可达数百甚至上千兆赫；d）非电离性。微波量子能量不够大，因而不会改变物质分子内部结构或破坏其分子化学键，所以微波和物体之间作用是非电离。第5页研究背景 早在1969年，美国科学家 Vanderhoff就利用家用微波炉加热进行了丙烯酸酯、丙烯酸和 -甲基丙烯酸乳液聚合，意外地发觉与常规加热相比，微波加热会使聚合速度显著加紧。 1986年加拿大Gedye教授发表了第一篇微波催化化学合成论文。 1992年9月在荷兰召开了第一次世界微波化学会议，正式采取“微波化学”这个术语。 研究微波与

3、化学反应系统相互作用微波化学，近年来发展很快。微波化学在相关产业中应用能够降低能源消耗、降低污染、改良产物特征，所以被誉为“绿色化学”，有着巨大应用前景。第6页1947年，世界上第一台家用微波炉研制成功第7页微波加热特点a) 快速加热。微波能以光速(3109m/s)在物体中传输，瞬间(约109秒以内)就能把微波能转换为物质热能，并将热能渗透到被加热物质中，无需热传导过程。b) 快速响应能力。能快速开启、停顿及调整输出功率，操作简单。c) 加热均匀。里外同时加热。d) 选择性加热。介质损耗大，加热后温度高，反之亦然。e) 加热效率高。因为被加热物本身发烧，加热没有热传导过程，所以周围空气及加热箱

4、没有热损耗。f) 加热渗透力强。透热深度和波优点于同一数量级，可达几厘米到十几厘米，而传统加热为表面加热，渗透深度仅为微米数量级。g) 安全无害。因为微波能是控制在金属制成加热室内和波导管中工作，所以微波泄漏极少，没有放射线危害及有害气体排放，不产生余热和粉尘污染，既不污染食物，也不污染环境。第8页微波加热与传统加热比较传统加热：由外部热源经过热辐射由表及里传导时加热。能量利用率低，温度分布不均匀。微波加热：经过电介质分子将吸收电磁能转变为热能一个加热方式，属于体加热方式，温度升高快，而且里外温度相同。与传统加热相比, 微波加热优点： a)微波能量可远距离输入，而不用能量源与化学品相接触； b

5、) 能量输入可快速地开始或停顿； c) 加热速率高于传统加热方式第9页微波改改变学反应作用机理两种不一样观点： 一个认为微波诱导有机合成反应速率或产率提升在于微波致热作用和过热作用，即微波热效应； 另一个观点则认为在微波作用下存在着其独特非致热效应-微波非热效应。第10页7.1.2 微波在化学中应用 因为微波作用下有机反应速率可比传统加热方法快几倍至几千倍,且含有操作方便、产率高、产品易纯化等特点,所以微波有机合成发展非常快速。至今研究过有机合成反应有酯化、Diels2Alder、重排、Knoevenagel、Perkin、苯偶姻缩合、Reformatsky、Deckman、缩醛 (酮)、Wi

6、tting、羟醛缩合、开环、烷基化、水解、烯烃加成、消除、取代、自由基、立体选择性、成环、环反转、酯交换、酯胺化、催化氢化、脱羧、糖类化合物、有机金属、放射性药剂等反应。7.1.2.1 微波在有机化学中应用第11页（1）纯反应物反应 在无溶液条件下，经过微波照射，纯反应物酰胺化反应能够进行，能够有效处理溶剂挥发、易燃易爆、污染环境等问题。第12页（2）相转移催化反应 固液相无溶剂相转移催化反应是一个特殊阴离子反应。有机物有些烷基化相转移反应甚至能够在干态下进行，反应速率可提升约 200倍。丁子香酚异构化烷基化第13页（3）“干媒介”反应 干媒介反应是有机反应物被吸收在酸性或碱性支撑物（氧化铝，

7、硅土，蒙脱土，沸石等）上，进行微波辐射。第14页（4）高温水相反应 因为水介电常数较小，在高温下行为有些像有机溶剂，能够溶解有机化合物，不过在环境温度下只能极少溶解，利用这一特征，采取微波可进行一些高温合成反应。第15页（5）在酸碱水溶液中反应 用微波炉进行酯化反应，与传统回流方法相比，速率普通可提升1.3180倍，而且反应速率提升与所用溶剂沸点相关。醇沸点越高，则提升倍数越小。第16页7.1.2.2 微波在无机化学中应用 在无机合成方面，微波主要用于烧结、燃烧合成和水热合成。微波烧结或微波燃烧合成是指用微波辐照固体原料，原料吸收微波能而快速升温，到达一定温度后，引发燃烧合成反应或完成烧结过程。微波烧结有加热均匀，升温速率快，燃烧波传输可控制等优点，这一方法主要用于合成陶瓷，其中包含陶瓷氧化物，金属硼化物，Si3N4，金属碳化物，压电陶瓷。 微波水热合成可用于制备氧化物粉体，氮化物粉体，沸石分子筛等。第17页（1）超导陶瓷合成 超导材料YBa2Cu3O7-x用常规加热合成方法制备需要24h.若采取微波合成，CuO、Y2O3和Ba2（NO）3按一定化学计量比混合，置入经过改装微波炉内，500W辐射5min，放出NO气体。物料经重新研磨，130500W微波辐射15min，再研磨，辐射25min。（2）沸石合成 微波合成选择性优于常规方式，采取微波加热诱导期极短，甚至没有诱导期，从