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【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889(2013)12B-0058-01
化學反應原理是高中化學選修模塊之一,該內容與必修模塊相銜接。它揭示了化學變化所遵循的基本原理,是化學在科學研究、工業生產、日常生活中進行應用的基礎。雖然教材中講述的關于化學反應原理的內容較為基礎,卻包含著學科中反應原理的基本特征。只有把握了這些特征,教師才能透徹理解教材,準確把握教材的深廣度,從而合理安排教學方式。準確把握這些特征,需要我們注意以下幾點。
一、化學反應原理的嚴謹性需要教師對概念有正確的理解
在化學反應原理中包含著許多概念,全面理解這些概念并辨清它與相近概念的異同,才能深入理解化學反應原理,在課堂運用時才能避免因為混淆而產生科學性錯誤。如我們只有理解和區分了“物質的穩定性”和“物質的反應活性”的概念,才不會認為物質的不穩定性與反應活性是一致的;只有認識了化學反應的“熱力學順序”和“動力性順序”,理解化學反應的先后只是一種為了研究的方便而進行的人為處理方法,才不會出現根據反應物的性質推斷混合物中反應的先后順序的錯誤做法;只有分辨了“電極”和“電極反應物”的概念,才不會得出“有兩種活動性不同的金屬(或一種金屬與一種能導電的非金屬)作電極”是構成原電池的條件之一的錯誤結論。可見,教師必須準確理解和把握相關概念,才能保證教學的嚴密性。
二、反應原理研究對象的復雜性需要教師有復雜的思維
化學反應原理研究的對象主要是化學反應過程及化學變化,而在變化中會包含很多種物質。除了研究物質的變化,教師還要探討反應過程中能量的變化,反應速率、方向、限度等問題,這些因素之間既聯系又制約。這種研究對象的復雜性,需要教師在研究和應用化學反應原理時,充分考慮各種因素的影響。如碘在淀粉中顯示的顏色,不僅受到I-濃度大小的影響,還與反應時的溫度、溶液的酸堿度、淀粉鏈的長度等有關。再如,一塊看似均勻的金屬,在化學反應中,我們可能會觀察到局部反應較為劇烈的情況,這是因為從熱力學的角度看,同種金屬單質的熱力學活動性是相同的,但其動力學活動性則不一定相同,因為金屬的動力學活動性不僅與其組成有關,還與晶體構型、晶體內部的局部結構有關。因此,在化學反應原理的教學中,教師如果一味地為了淺顯易懂,將復雜問題簡單化,勢必會產生科學性錯誤。教師應該用聯系的、發展的、運動的思想來研究化學反應原理。
三、反應原理研究內容的適用性需要教師基于真實的情景來解決問題
化學反應原理雖然屬于學科中的理論知識,但是它的研究對象和內容卻與生產、生活密切相關,其研究的動力來自于人類生產、生活的需求,一旦其研究成果轉化為實用技術,必將對社會生產力和人類的生活帶來極大的影響。化學反應原理的這種應用性特點,決定了運用這類知識解決生產生活問題時,一定要基于真實的情景。但是真實的情景是很復雜的,這就需要教師在教學時將理論與實際相結合,綜合考慮多種因素的作用,還原事物的本來面目。比如在分析溫度對反應速率及化學平衡的影響時,我們必須學會具體問題具體分析,要從多方面去思考,不能單一地從某一角度去考慮。比如一些有氣體參與的在溶液中進行的反應,雖然升溫能加快反應速率,但升溫會使氣態反應物的溶解度降低,因此反應的轉化率不一定能提高;還有一些熱穩定性差的物質,如過氧化氫、碳酸氫鹽、硝酸等,有這些物質參與的溶液中的反應,一般不能在高溫下進行。同樣,具體的反應還要注意反應發生的條件。比如在溶液中,Na跟KCl是不可能發生置換反應的,但在熔融狀態下這一反應卻可以進行;再如酸制酸的反應,我們經常講強酸制弱酸,但這一規律對氧化還原反應是不適用的。因此,教師教學時切勿將一般規律絕對化。
四、反應原理研究層次的多元性需要教師從多角度、用多種方法加以研究
物質的變化具有復雜性和關聯性,教師要揭示化學反應原理就必須從多個角度、用多種方法進行研究。通過實驗等手段獲取現象,通過現象提出假設,通過理論分析解釋假設,通過綜合研究得出結論。不僅要用理論來引導實驗,還要通過實驗來驗證理論。不僅如此,教師還要從不同層次、不同角度去研究物質發生化學變化的原因,既要從宏觀上把握其變化,還要從微觀上探究發生變化的根本原因。比如對于質量守恒定律,我們不僅可以通過化學實驗進行粗略地探究,還能從化學史的分析來進行說明,還可以從物質發生化學變化的本質特征等多角度入手加以研究。再如,對于Cl-可以加快金屬單質與酸的反應的解釋,我們可以從活化金屬說、破壞氧化膜說、與金屬離子配位說、橋連轉移電子說等多個角度研究并得出結論。通過多角度地對反應原理進行研究,可以使問題和結論愈加清晰。
《分析化學簡明教程》,科學出版社,胡育筑主編。
(二)考試內容:
1.緒論
分析化學的定義、任務和作用;分析化學方法的分類;分析化學的起源、發展以及現代分析化學的發展趨勢。
2.誤差和分析數據處理
理解誤差、誤差的產生原因、性質和減免方法。
絕對誤差、相對誤差、偏差、平均偏差、相對平均偏差、標準偏差、相對標準偏差的表示方法及其計算;系統誤差和偶然誤差;準確度、精密度及其相互關系;誤差的傳遞以及提高分析準確度的方法。
有效數字、有效數字位數確定、有效數字的運算法則和修約規則。
t分布和平均值的置信區間計算;顯著性檢驗;G檢驗法對可疑值進行取舍。
3.滴定分析法概論
滴定分析法的基本術語(標準溶液、滴定、指示劑、化學計量點、滴定終點、滴定曲線、滴定突躍、滴定誤差)和分類;滴定分析對化學反應的要求和滴定方式;標準溶液和基準物質。
滴定分析法的計算;滴定分析中的化學平衡。
4.酸堿滴定法
酸堿質子理論的酸堿概念、溶液中酸堿組分的分布、酸堿溶液的pH計算;
酸堿指示劑的變色原理、變色范圍;酸堿滴定法的基本原理;
酸堿標準溶液的配制與標定。
5.絡合滴定法
絡合滴定法的基本概念和基本原理(穩定常數、副反應系數、條件穩定常數、絡合滴定曲線、金屬指示劑);
滴定條件的選擇(酸度和最低酸度、掩蔽劑的使用);滴定方式及其應用。
6.氧化還原滴定法
了解氧化還原滴定法的特點;
氧化還原平衡(條件電位及其影響因素、氧化還原反應的進行程度和速率);
氧化還原滴定(滴定曲線、指示劑、滴定前的預處理);常用氧化還原滴定方法。
7.沉淀滴定法和重量分析法
沉淀滴定法的基本概念和條件、銀量法的基本原理和終點的指示方法;
沉淀重量分析法的基本概念、分類;沉淀形式、稱量形式及重量法對沉淀形式和稱量形式的要求;
沉淀形態和沉淀的形成、沉淀的完全程度及其影響因素、影響沉淀純度的因素、沉淀的處理技術、稱量形式與結果計算(換算因數的概念和計算)。
8.光譜分析法概論
光學分析法的概念和主要過程;電磁輻射及其與物質的相互作用;
光譜分析法的分類,類型與作用機理;光譜分析儀器的基本結構;
了解光譜分析法的進展。
9.紫外-可見分光光度法
紫外-可見分光光度法的基本原理;紫外-可見吸收光譜和分子結構的關系;
紫外-可見分光光度計的主要部件、光學性能與類型;
紫外-可見分光光度法的定性與定量分析方法;
有機化合物的紫外吸收光譜、有機化合物結構的研究。
10.色譜分析法概論
色譜分析法的發展歷史和分類、色譜法中常用的術語(色譜過程、色譜圖、保留值、分配系數和容量因子、分離參數);
色譜分離的基本理論(分配系數和保留行為的關系、等溫線、塔板理論、速率理論、影響分離度的因素);基本類型色譜的分離機理。
11.經典液相色譜法
液-固吸附柱色譜法、離子交換柱色譜法、薄層色譜法、紙色譜法。
12.氣相色譜法
氣相色譜的儀器原理;色譜柱(固定液、載體、固體固定相、色譜條件的選擇);
氣相色譜法的定性與定量分析方法。
13.高效液相色譜法
關鍵詞:電化學教學;以觀念建構為本的教學設計;校本化實施
中圖分類號:G633.8 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)36-0109-02
伴隨高中課程改革的不斷深入,我們漸漸體驗到化學課程改革對于化學教學的進步和改變,也真實地感受到課程改革中也出現了某些新情況,它要求學校對于國家課程“因生制宜”的創新性改革與通過“國家課程的校本化實踐”來完成再實施過程。高中化學國家課程的校本化實踐指的是依照高中化學課程標準,學校依據自身的性質、特征與情況,把國家層面上建設高中化學國家課程改變成符合本校學生學習需求的操作過程,它是校本課程開始的一個方面。本文主要結合化學新課程實行的現實情況,淺談我們對于電化學知識內容綜合教學的操作和反思,探討“以觀念建構為本的教學設計”。
一、模塊構成下經常遇見的問題
(一)很難掌握教材的整合
高中階段關于電化學知識的內容分散到了《化學2(必修)》、《化學反應原理(選修)》、《實驗化學(選修)》三個模塊中。
《化學2(必修)》使學生在初中科學知識的了解上,借由平常生活與生產中的例子、實踐來證明化學能和電能的知識內容。因為這個模塊太過于重視基本知識,許多的基本原理與概念都是僵硬提出的,內容之間缺少內在邏輯聯系,完全沒有聯系到探究方式,學生只能通過死記硬背來記住基本的知識內容。《化學反應原理(選修)》的出發點高,具備一整套的知識系統,而且理論性強。這個模塊要求學生在氧化還原反應的方面,知道化學改變要遵循的基本原理,研究化學反應的基本規律和其使用化學改變要遵循的基本原理,主要是來滿足學生自由發展的要求。
《實驗化學(選修)》旨在指引學生在日常生產、生活中研究關于電化學知識內容的情況,進行實驗操作研究。這三個模塊之間,知識的重復較多,不利于慢慢地促進學生整體水平的提升,而且教材為了體現知識上升的效果,三個模塊之間的知識目標太分散、沒有很好的聯系,導致學生在處理有關問題時難以準確地、靈活地運用相關的電化學知識。
(二)很難提升教學質量
依據課程標準的要求,化學能和電能的相互轉化(電化學)在三個模塊中的教學時間最多是10個課時,可是在許多模塊知識方面上,新概念多且理論性較強,這就要求學生有較強的“跳躍性思維”,導致學生在學習過程中比較難適應這種思維改變。在教學方面,同樣的知識內容在不同的課本中重復出現,盡管教學目標不同,可是重復出現的內容肯定會設計某些知識鏈接,教師講解鏈接就相當于復習已學知識。如果復習用的時間較多,大大縮小了有效的學習時間,學生感覺一直在上復習課的,缺少新鮮感;如果復習用的時間較少,教師很難將課本的知識內容講解清楚,致使學生不能深入了解課本知識,降低了教學質量。
(三)很難改變教學方式
新課程的化學教學課堂賜予了教師教學的主動權。在教授化學知識時,化學教師讓化學課本變成教學的載體,使用課本教授知識,而不是以前的教授課本。但是,在電化學知識內容教學的整理中,較少的化學教師會去建立適合自己現實情況的、有自己鮮明的個性特點的知識系統與教學設計。一些教師覺得只要教學緊緊伴隨課本走就算是實行了新課程教學、改變了教學觀念,便盲目地來設計電化學教學。而另一些教師則是靠著自己過去的教學經驗,覺得以前的教材知識系統是符合認識規律的,通過老舊的體系來設計電化學教學,違反了新課程的宗旨。顯然,這兩種教學方式都嚴重脫離新課程所要求的教學觀念。
二、使用校本化的新方式
要處理課程實施中電化學知識內容教學過程中出現的新情況,就需要我們通過校本化實行化學教學,就是要從教學目的的校本化、教學知識的校本化、教學手段的校本化、教學評價的校本化等角度入手,將斷續的知識內容串聯起來,形成知識前后的順序連接,讓所有模塊中的基本概念、基本知識和基本探究方式結合起來,再配合學校的教學現實實施校本化的開發。
1.教學目的的校本化。教學目的的校本化是指在制訂校本化教學的目的時,要將化學課程標準當作重要的依照,在理解學生、探究學生的個體差別的情況下,通過整理核心知識重新安排教學順序,制定出系統的、清楚的教學目標。學校可以在不打擾學生的文理選擇的情況下,先不用學習高一《化學2》中化學能和電能的相互轉化的知識,在高二上學期實行電化學內容必修和選修的綜合教學。這樣,綜合課時明顯比指導意見節約時間,還可以空出其他的時間實行實驗研究和整體聯系,可以獲得很好的教學效果。
2.教學知識的校本化。教學知識的校本化是指在嚴格依照國家的課程標準的情況下,對于專門的本校學生的學習特征,有針對地對于化學課本知識、課程內容分進行分類和改變以及教學順序的調換等,建立適合學校的認識水平發展和有中心概念的知識體系,建立“以觀念建構為本的教學設計”。教師在進行電化學知識內容的綜合教學時,對于不同模塊中的知識,針對知識主干部分進行修改與補充,依照一定的邏輯順序來進行連接,建立起一個具備探究思想的、完整的體系。
3.教學手段的校本化。教學手段的校本化是指在綜合教學中,要充分考慮到學生的學習要求和個性特征、教師自己的教學特點與教學知識的性質等來挑選教學手段,進而形成具有學校自身特點的高效教學方式。在電化學的教學中,考慮到概念、基本原理的某些內容很抽象,學生學習起來有較大的困難,所以,在教學的過程中,教師要多關注化學基本原理的推演,多關注化學基本原理的使用。
在綜合教學中我們指出“以觀念建構為本的教學設計”,這種設計就是依靠具體的知識內容,自主地和同學或者教師合作來研究、提取出基本概念,建立起化學學科的觀念系統。在氧化還原反應的綜合設計中,從分析氧化還原反應著手,讓學生清楚地知道電極反應時可以發生的原因,為了提升電流速度,在化學教學的過程中建立了“鹽橋”的模型,進而在知道電極反應的條件上建立原電池的模型。
4.教學評價的校本化。教學評價的校本化是指在化學新課程的校本化實行過程中,教師可以構建符合自己的學生成長的化學評價系統,既要綜合高中化學課程標準與學生的真實能力,又要綜合學校、家長的情況來實施,也就是所說的教學評價的校本化,從評價上實現“以觀念建構為本的教學設計”。在實施過程性的評價時,我們所設計的“綜合學習單”就是已經充分考慮到學生的個性化差別,包括作業完成的水平、團隊能力、課堂活動的參與等,以此來綜合評價學生的最終學習成績。
三、總結
綜合教學是國家課程的校本化實行的一種方法,國家課程的校本化實行是對于新課程標準所制訂的教師課程的權利的一種尊敬,同時也是教師難以逃避的一種主要義務和權利。學校可以使用不同形式的教學和學習實踐,改變師生的教學看法與課程看法,提升教師教學質量;可以使用各種方面的渠道,不斷獲得外部的有效資源,深入獲得內部資源,優化有關的鼓勵和懲治體系,可以有效地組織教師著手與校本化國家課程的研發和校本化教材資料的編輯,讓教師高效地進行和實施“以觀念建構為本的教學設計”。
參考文獻:
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油田采出水中含高達1000-2000mg/L的油,8×104~14×104mg/L的礦化度,大量的懸浮固體顆粒(主要是粘土顆粒、砂粒、粉砂等10-100μm的小粒徑物質),細菌,膠體,重金屬等其他物質;水溫通常在40-80℃,且易受酸堿影響而改變PH值,處理難度較大,直接排放會對環境造成影響。目前在原油開采過程中,需注入大量的清水到儲油層。如對采出水進行處理并用于回注則可以減少用水量,帶來一定的經濟效益,減少對環境的危害。
2超濾超聲技術在油田廢水處理中的應用
2.1膜技術的優勢及超濾的基本原理與傳統水處理工藝相比,由于膜技術具有高效,用藥量少、操作簡單、運行維護費用低且不產生副產品等優勢而被廣泛應用。當含有大、小分子兩類溶質的溶液流過膜表面時,溶劑和小分子溶質將透過膜,作為濾出液被收集起來而大分子溶質(如有機膠體等)則作為濃縮液被膜截留下來。在我國用超濾處理油田采出水已獲得了較好的效果并可滿足回注水的基本要求。
2.2超聲波清洗的基本原理超聲波是一種頻率高達2000赫茲的聲波,研究中發現對液體使用足夠強的聲波可以使其出現空化現象。同時超聲波在傳播中如遇不同的介質會產生速度差,從而在不同界面上產生剪切力將界面間的附著物剝離,實現動態化清理。另外,超聲波不受污染物顆粒大小的影響,從而保證了清洗的效果,同時在運行中可以對頻率進行調控,安全可靠,清洗速度較快。
2.3超濾膜結合超聲波等工藝的流程設計對于圖中的傳統工藝我們不再做說明,只對其中的超濾超聲系統做簡單的介紹。1)超濾膜-超聲波組合系統主要是用超聲波發生器產生的超聲波作為清理超濾膜組件的主要措施,以此簡化膜組件,減少沖洗程序。用超聲波的空化效果、振動效果對污染物進行清理,同時也可起到殺菌作用,這樣可以增強超濾膜的處理效率,延長其使用壽命。2)膜材料的選擇在應用中需對采出水的水質進行分析,利用試驗確定不同條件下何種膜材料對工藝的適應性強。目前采用納米A1203改性聚偏氟乙烯超濾膜進行研究的較多。3)超聲波裝置及超聲強度的設定利用不同的換能器可以組合成不同的超聲波化學反應器,通常可用的有非變幅輻射式超聲波化學反應器或者變幅輻射式超聲化學反應器、管道式生化反應器等。在具體的應用中可以采用探頭式與管道式反應器結合的方式,以此適應采出水處理的工藝需求。研究發現,超聲波頻率與空化閾值關系密切,頻率越高則閾值越大增加也越快,15KHz時的空化閾值為0.5-2.0atm,可見超聲波頻率是影響氣泡運動的關鍵。當超聲波頻率小于氣泡諧振時氣泡才能消除;當頻率超過氣泡諧振時氣泡出現復雜振動效果,而不消除,因此選擇低頻率(200KHz)超聲波有利于空化的效果。超聲波的強度大于液體本身空化閾值時才會產生空化,強度越大則越容易產生空化,在液體中產生的清潔作用也越好。超聲強度取決于超聲的功率和超聲覆蓋面積,而這主要取決與換能器的形式與材料,因此在使用中應對其進行試驗分析,作出準確選擇。
【關鍵詞】煤氣凈化;濕法脫硫;化學工藝
煤氣凈化中脫除硫化物的凈化技術一般分為濕法和干法兩種工藝。而隨著現代煤化工項目的大型化,濕法脫硫精度的提高,干法脫硫已作為濕法脫硫后的精細凈化環節。濕法脫硫的化學工藝是先用液體將硫化物從粗煤氣中分離出來并加以富集,再通過解析生成H2S富氣或催化氧化后轉化為單質硫或硫酸。一般而言,濕法脫硫比較適用于氣體中含硫高且處理量大的情況,其投資、操作費用高,動力消耗比較大。而溶劑可連續重復使用,裝置占地較少,操作環境較好,對保護環境有利。
1、栲膠脫硫法
栲膠脫硫技術經過近些年的改進,目前,已在國內一些焦化廠普遍使用,并獲得滿意效果,新建裝置應用在煤焦化裝置的焦爐氣脫硫。
1.1栲膠脫硫的化學反應機理
這種化學反映屬于濕法脫硫,是利用堿性栲膠的水溶液吸收煤氣,主要用于半水煤氣或焦爐氣中的H2S,借助栲膠和礬作為載體和催化劑將吸收的H2S轉化為單質硫,發生吸收反應后的栲膠溶液利用空氣在溶液再生槽中進行再生,再進入溶液循環槽重復循環使用。其脫硫反應機理如下:
1.2栲膠脫硫方法的優缺點分析
(1)栲膠脫硫法的優點:①不管是氣體凈化度、溶液硫容量、硫回收率等主要指標都可與改良ADA法相提并論,栲膠資源豐富、價格低廉、沒有毒性、脫硫溶液成本及運行費用低,沒有硫磺堵塞脫硫塔的問題。②脫硫溶液的活性好、性能穩定、腐蝕性小。栲膠本身是氧化劑也是釩的絡合劑,脫硫溶液的組成比改良ADA法簡單。③脫硫效率大于98%,析出的硫容易浮選和分離。
(2)栲膠脫硫法的缺點:①栲膠脫硫液具有很高的選擇性,在適宜的條件下,它能從99%的CO2原料氣中將200mg/m;的H2S脫除至45mg/m;以下,而因溶液吸收CO2后使溶液的pH值下降,使脫硫效率降低,且脫硫精度比較低。②設備較大,處理氣量較小,得到的硫磺純度比較低,對于加工不利。
2、烷基醇胺法
醇胺類脫硫脫碳溶劑在氣體凈化過程中應用較為廣泛,尤其在天然氣脫硫中的重要位置。目前廣泛使用的醇胺類溶劑脫硫劑主要成分主要是MDEA。
MDEA屬于叔胺,與其他烷基醇胺法相比,它對H2S吸收具有較高的選擇性,不易降解,腐蝕性小,其吸收H2S與吸收CO2的速度之比為27,尤其適用于從高濃度的酸性氣體中選擇性吸收H2S。該法在煤化工項目中在中小型項目上有應用。由于硫的容入,其溶劑循環量比其他胺法小,投資和操作費用較低。
2.3MDEA脫硫方法的優缺點
3、環丁砜法
環丁砜法是一種理化吸收法。溶液由化學吸收溶劑烷基醇胺、物理吸收溶劑環丁砜和水混合而成。可使用的烷基醇胺包括MEA、MDEA及DIPA。一般采用濃度較高的醇胺溶液,而環丁砜與水的比例按其用途確定。此法可以用于煤氣工藝氣體的凈化。
3.1基本原理
3.2環丁砜法的優缺點