前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的化学的工艺流程主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
一、工艺流程题的特点
工艺流程题,就是用框图形式把化工生产过程中的重点生产流程显现出来,并用所给信息及相关化学知识设计问题,组成与化工生产和社会生活紧密联系的化工工艺题型,此类试题分为三个部分即已知、流程图和问题;已知多数是给出工艺生产的原料和最终要生产的产品,流程图部分是用框图表示出原料到产物的工艺流程,最后根据生产过程中所给信息及用到的化学知识设计成问题。
此类试题的特点有:一是试题情境真实,工艺流程来自工业生产实际,让学生理论联系实际,用所学知识去解决实际问题。二是试题涉及的知识点多,信息量丰富,不但考查对基础知识的掌握程度,而且提高了学生解决问题的能力。三是试题阅读量大,信息较多,提高了学生阅读能力和对信息的采集、归纳和应用能力。
二、化学工艺流程的类型
化学工艺流程按自然资源的开发与利用,可将工艺流程分为以空气为资源的工艺流程题(如合成氨、制硝酸工业工艺流程题),以水为资源的工艺流程题(如海水制盐,氯碱工业,纯碱工业、海水提溴等),以矿石为资源的工艺流程题(工业制硫酸,冶炼钢铁,电解冶炼制铝和镁等),以化石燃料为资源的工艺流程题(如有机合成等),如果按生产过程中的主要程序可分为除杂工艺流程题(如提炼高纯硅),原料转化工艺流程题,电解工艺流程题(如电解精炼铜),有机合成工艺流程题(如合成有机玻璃)和资源能源综合利用工艺流程题等。
三、化学工艺流程题的解题方法
工艺流程题的常见考点有:(1)常见离子的检验(Cl-、SO42-、CO32-、SO32-、Fe3+、Fe2+等);(2)提纯除杂(过滤、分馏、萃取、酸化、沉淀、转化、氧化等);(3)结晶过程:蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤;(4)溶液PH的调节(除Fe3+等);(5)减少污染,绿色化学应用;(6)纯度、转化率、产量的定量计算等。要快速准确地解决这类题,除了需要掌握中学化学基本知识和基本技能外,最重要的问题是提高分析工艺流程题的能力,为了更好地解决此类问题归纳方法如下:
1.工艺流程题的分析过程
工艺流程题是考查学生运用已有知识和相关信息解决工业生产问题的能力,应按下面方法分析:(1)采集信息,得出生产目的;(2)分析图框中的各个步骤①原料②反应步骤③最终产物;(3)不要忽略问题中的信息。
2.工艺流程题的解题方法
(1)确定生产目的、采集有用信息。信息包括已知信息、流程图中渗透的信息、表格信息、问题中的有失信息。通过这些信息,确定生产目的。首先比较分析工艺流程中的第一种原料与最后一种产品,从比较分析中找出原料和产品之间的联系,得出工艺流程中原料转化为产品的基本原理和检验,除杂提纯产品的工艺方法,结合有用的信息,把问题逐个解答;若有多组原料,要合成一种或几种中间产品,再与部分其他原料生产所需的主要产品,这样的工艺流程题应将工艺流程图分成多条生产线,分散分析。
(2)分析框图,了解各步作用。分析流程图中的原料与产品,找出两者的关系,结合问题思考:原料转化为产品的过程中都发生了什么反应?每一步反应除目标产物外,还有哪些杂质、哪些副产物?如何鉴别目标产物?如何除去杂质?有些化学工艺生产为了充分利用原料,还要考虑“绿色化学”理念。除考虑将原料转化为产品外,同时还要考虑将副产品循环利用。遇到这类题型主要线索是原料转化为产品,同时也要考虑提高原料的利用优选法和再循环问题。
(3)审清题意,规范答题。落笔答题很关键,针对学生简述能力较差、化学用语表述不准确,所以答题时要审清题意,文字表达要准确、严密、科学。如不能把名称写化学式、不能把离子方程式写成化学方程式、方程式要配平、看清是写出实验操作名称还是让写具体操作步骤。
四、例题分析
例题1:(2011山东理综)实验室以含有Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2,流程如下:
(1)操作Ⅰ使用的试剂是 ,所用主要仪器的名称是 。
(2)加入溶液W的目的是 。用CaO调节溶液Y的pH,可以除去Mg2+。由表中数据可知,理论上可选择的pH最大范围是 。酸化溶液Z时,使用的试剂为 。
开始沉淀时的pH 沉淀完全时的pH
Mg2+ 9.6 11.0
Ca2+ 12.2 c(OH-)=1.8 mol・L-1
(3)实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体,下列装置中合理的是 。
(4)常温下,H2SO3的电离常数Ka1=1.2×10-2,Ka2=6.3×10-8;H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3:将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和,立即用酸度计测两溶液的pH,若前者的pH小于后者,则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确,错误在于 。
设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论): 。
仪器自选。
供选择的试剂:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。
答案:(1)四氯化碳,分液漏斗。(2)除去溶液中的SO42- 11.0≤PH
三种参考方案如下:
方案一:将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水。品红溶液不褪色,且澄清石灰水变浑浊,证明H2SO3酸性强于H2CO3。
方案二:将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品红溶液。品红溶液不褪色,证明H2SO3酸性强于H2CO3。
方案三:配制相同物质的量浓度的NaHCO3和NaHSO3溶液,用酸度计(或PH试纸)测两溶液的PH。前者的PH小于后者,证明H2SO3酸性强于H2CO3。
解析:该题为离子的分离提纯类试题。在解题过程侧重联系物质分离提纯的基本原理和实验方法。如开始通入氯气,为强氧化剂,后面上层液、下层液看出为分液操作。过滤操作,说明加入物质,可以沉淀某种离子,故可以选用合适的试剂。
(1)操作I是萃取,且萃取剂的密度大于水的,所以可为CCl4。
(2)分析要除去的离子(SO42-和Mg2+)即可得到CaCl2。加入溶液W是为了除去SO42-,要保证除尽Mg2+,所以PH≥11.0,而又不能使Ca2+沉淀,所以PH应小于12.2。
(3)收集CO2应用向上排气法,可知a错误,c长颈漏斗端应插入液面以下,故b、d均可。
(4)抓住题设信息,因CO2与SO2气体溶解度不同无法比较;酸性强弱还可以从以下两个方面进行考虑;①用强酸制弱酸原理,SO2与NaHCO3反应制取CO2 ,然后用酸性高锰酸钾溶液除去CO2中的SO2,用品红溶液检验SO2是否除尽,最后用澄清石灰水检验是否有CO2生成;或将CO2通过饱和NaHSO3溶液中,用品红溶液检验有无SO2生成。若品红不褪色,则证明H2CO3酸性小于H2SO3。②相应盐水解程度进行比较,取相同浓度的NaHCO3和NaHSO3,然后测其PH即可。
例题2:硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌,菱锌矿的主要成分是ZnCO3,并含少量的Fe2O3 、FeCO3、MgO、CaO等,生产工艺流程示意图如下:
(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是 。
(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式:
Fe(OH)2+ + =Fe(OH)3+Cl-
(3)针铁矿(Coethite)是以德国诗人歌德(Coethe)名字命名的,组成元素是Fe、O和H,化学式量为89,化学式是 。
(4)根据下表数据,调节“滤液 2”的pH时,理论上可选用的最大区间为 。
Mg(OH)2 Zn(OH)2 MgCO3 CaCO3
开始沉淀的pH 10.4 6.4 - -
沉淀完全的pH 12.4 8.0 - -
开始溶解的pH - 10.5 - -
Ksp 5.6×10-12 - 6.8×10-6 2.8×10-9
(5)工业上从“滤液3”制取MgO过程中,合适的反应物是 (选填序号)。
a.大理石粉 b.石灰乳
c.纯碱溶液 d.烧碱溶液
(6)“滤液4”之后的操作依次为 、 、过滤、洗涤、干燥。
(7)分析图中数据,菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于 。
答案:(1)增大反应物接触面积或增大反应速率或使反应更充分。(2)2Fe(OH)2+1Cl-+1H2O===2Fe(OH)3+1Cl-。(3)FeO(OH)(或其他合理答案)。(4)8.0≤PH
解析:本题考查的是化学反应原理(包括化学平衡原理、水解原理),物质的制备、分离和提纯等实验操作,以及绿色化学观念和经济的视角分析实际生产中各种问题的能力。解题的基本思路为:
(1)从反应速率及反应充分的角度分析。
(2)ClO-作氧化剂被还原生成Cl-,化合价降低2,Fe(OH)2生成Fe(OH)3,化合价升高1,所以Fe(OH)2的计量数为2,最后用O、H配平并检查。
(3)化学式量为89,只能含有一个Fe,余下33为H、O,所以有两个O、一个H,化学为FeO(OH)。
(4)选择的区间应该为Zn(OH)2完全沉淀、Mg(OH)2还没开始沉淀。
(5)因为Mg(OH)2的溶解度远远小于Ca(OH)2,且石灰乳价格便宜,所以石灰乳最好。
(6)制取带结晶水的硫酸锌,应该用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等过程。
所谓“绿色化学理念”就是人们在社会生产、生活和实践中,就环境日趋恶化防治关键是减少乃至杜绝化学污染源而逐步形成的绿色化学重要性的认识,其基本内涵包括:(1)树立可持续发展观。它是指人口、经济、社会、资源和环境协调发展。(2)树立绿色化学价值观。人类对环境价值的认识或者说观念、看法、观点可以称之为环境价值观。(3)树立化学科学发展观。以人为本,全面、协调、可持续的发展观,促进经济社会和人的全面发展。(4)树立生态和谐道德观。生态道德观念是人类传统社会道德观念的继承和发展,是在现代工业文明引发的人与环境关系日益尖锐的情况下产生和发展起来的,一种人类与环境和谐相处的新道德观念,是人类有史以来环境意识发展的最高阶段。
2.绿色化学理念在高中化学教学中渗透的现状
绿色化学旨在研究化学实验的同时要考虑对环境的影响因素,是对当代的化学研究者和化学教师提出的新任务。对于大多化学研究者来说都是一个全新的概念,但新课改的要求下,化学教师必须高度重视绿色化学的理念,并将其渗透到高中化学教学课程中十分重要。现阶段,许多从事环境保护和微型化学实验的实际工作计划已经做到了与绿色化学相一致的要求,包括化学教材中得内容也充分体现了绿色化学理念。
2.1在化学概念上建立与绿色化学一致的概念
化学教师在教学过程中已经开始重视绿色化学的概念,并结合了化学教材的许多内容的相关概念进行化学教学,他们大多从环境保护角度包括:环境污染、三废、大气污染物、酸雨、温室效应等概念,从减量、减废的角度介绍了循环操作、交换剂再生、催化剂中毒等概念中渗透绿色化学的理念,将这些能见、易懂的高学化学教材中的概念体现在绿色化学的概念中,已经为中学阶段开展绿色化学教学奠定了良好基础。
2.2在物质工业生产制造的介绍中渗透了绿色化学的观点
如工艺流程中都采取了循环操作,这样可以节省资源、提高原料的利用率。如:在合成氨工业、氨氧化法制取硝酸等工艺流程中。如防止或减少污染物排放的过程中设置了尾气处理装置或回收再利用装置。
3.在化学实验中渗透绿色化学理念的有效措施
3.1尽量避免使用有毒害的反应物和催化剂
例如,在教授高中化学实验的过程中,关于制乙烯这个实验,教师就可以教学生用氧化铝代替浓硫酸来完成这个实验,这样能减少硫酸的污染。教师也可以借鉴化工生产中不断出现新的新工艺方法和新型的催化剂,为高中化学实验绿色化提供技术支撑。化学教师应该注意把工业成果应用于实际教学,既加强理论与实际的结合,同时也使化学实验更加绿色化。
3.2改变实验装置,使产生毒害性物质的实验也能变成绿色化的实验
如二氧化硫和硫化氢反应的实验装置,传统的方法先分别制取二氧化硫和硫化氢,然后混合二氧化硫和硫化氢,必然造成气体的泄漏。为减少气体的泄漏污染,用一个小的空塑料矿泉水瓶,在其中放入小试管,塑料瓶、小试管中分别装入Na2SO3和FeS,然后迅速在其中分别加入盐酸,最后加入氢氧化钠,吸收过量气体或者中和未反应的盐酸。化学教师不能仅仅局限与课本和传统的知识观念,必须在实验中不断发现问题,总结教训和大胆探索新方法,才能真正将化学实验变成绿色,才能更好的为学生提供绿色化学的理念教学实验。
3.3进行微型化实验,减少排放,实现绿色化学
在实验中可以借助小试管、点滴板、多用滴管、井穴板等微型化的的仪器,控制学生滴加药品的用量,减少药品的使用;在保证现象的前提下尽量降低反应溶液浓度;组合实验,通过实验的试纸化,减少反应物的使用及有害物的排放。
4.4师生规范实验操作也有利于促进绿色化学实验室的建设
一、命题特点
化学工艺流程试题是新课程改革催生的一种新题型,也是近年来中考化学试题的特色之一。化学工艺流程试题就是将化工生产过程中的主要生产阶段,即生产流程,用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识步步设问,形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。工艺流程题的结构一般分为题头、题干和题尾三部分:题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品),题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来,题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成系列问题,进而构成一道完整的化学试题。
在近年来的中考中,“化学工艺流程试题”命题内容广泛,密切联系生产、生活实际,设问方式灵活,充分体现了“化学是真实的”的命题指导思想,其主要特征如下:
1.以化工生产为背景,用框图的形式表述生产流程,主题内容广泛,密切联系生产、生活实际,题材丰富。
2.工艺流程所包含的学科知识比较基础,具有一定的代表性和典型性,流程图中可能出现超纲知识,但试题设问时不会涉及。
3.解答流程题不必将图中每一种物质都推出,一般是问什么推什么。试题的设问一般没有“连带效应”,即前后问题之间没有必然的联系,主要考查学生对已学知识的掌握、理解、迁移、转换、重组和应用的能力。
二、解题策略
1.明确目的,提取有用信息。题头一般是简单介绍该工艺生产的原料和工艺生产的目的(包括副产品),以及提供一些课本上未出现过但题中必须要用到的信息。通过阅读题头,了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息,进而明确生产目的――制备什么物质,找到制备物质时所需的原料及所含杂质,提取出所给的相关信息――物质反应的化学方程式、物质稳定性、物质溶解性等。
2.分析流程,弄清各步作用。首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原料)与最后一种物质(产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清:生产流程过程中原料转化为产品的过程中依次进行了什么反应?每一步除目标物质外,还产生了什么杂质或副产物?杂质是否要除去?若要除去,采用什么操作方法除去?采取这样的方法,其目的是什么?
3.看清问题,准确规范作答。无论流程如何陌生复杂,最终命题者设置的问题仍然是课本、考纲所要求掌握的知识点。大多数问题用所学知识便可直接回答,但个别地方往往有悖所学知识,这时就要考虑产物、环保、产量、成本等等。所以答题时要看清所问问题,不能答非所问,要注意语言表达的科学性,如化学方程式要配平,分清所问是实验操作名称还是具体操作步骤等等。
三、解题方法
1.首尾分析法。对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题,首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原料)与最后一种物质(产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答。
2.截段分析法。对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工艺流程题,用截段分析法更容易找到解题的切入点。
3.交叉分析法。有些化工生产选用多组原材料,事先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产品与部分其他原料生产所需的主流产品。以这种工艺生产方式设计的流程题,为了便于分析掌握生产流程的原理,方便解题,最简单的方法就是将提供的流程示意图划分成几条生产流水线,上下交叉分析。
4.“瞻前顾后”分析法。有些化工生产,为了充分利用原料,变废为宝,设计的生产流水线除了主要考虑将原料转化为产品外,同时还要考虑将生产过程中的副产品转化为原料的循环生产工艺。解答这类题,可以用“瞻前顾后”分析法。“瞻前顾后”分析法,是指分析工艺生产流程时,主要考虑原料转化为哪种产品(即“瞻前”),同时也要考虑原料的充分利用和再生产问题(即“顾后”)。
四、真题解读
1.考查生产硫酸的工艺流程。
例1(安徽)以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料,生产硫酸的简要流程图如下:
(1)写出流程图中一种氧化物的名称:。
(2)将黄铁矿粉碎,目的是。
(3)流程中SO2转化为SO3的化学方程式为。
(4)实验室稀释浓硫酸时应注意什么?。
(5)炉渣(Fe2O3)在工业上可用来。
解析:本题主要考查工业上生产硫酸的工艺流程。(1)氧化物是指由两种元素组成,其中一种元素是氧元素的化合物,流程图中出现了三种氧化物,即二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、三氧化二铁(或氧化铁)(Fe2O3)。(2)将黄铁矿粉碎,其主要目的是增大反应物的接触面积,使黄铁矿反应更加充分,提高原料的利用率。(3)流程中SO2是在加热和有催化剂存在的条件下被氧气氧化为SO3,书写化学方程式时要特别注意反应条件的标注。(4)实验室稀释浓硫酸时,应将浓硫酸沿着烧杯壁缓慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌,使浓硫酸溶于水放出的热量尽快散失,以免酸液沸腾,溅出伤人,切不可将水注入浓硫酸中。(5)炉渣(Fe2O3)中含有丰富的铁元素,在工业上可以用来炼铁。
答案:(1)二氧化硫(或三氧化硫或氧化铁)
(2)使黄铁矿与空气(或氧气)充分接触(3)2SO2+O2催化剂2SO3(4)将浓硫酸沿着烧杯壁慢慢倒入水中,不断搅拌(意思相近即可)
(5)炼铁(合理即可)
2.考查合成尿素的工艺流程。
例2(南京)以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):
(1)尿素与熟石灰混合研磨(填“有”或“无”)刺激性气味。
(2)甲烷和水蒸气在高温及催化剂的条件下反应,生成CO和H2,该反应的化学方程式为。
(3)分离出氨后,可循环利用的两种物质是、。
解析:本题主要考查工业上合成尿素的工艺流程。(1)铵盐与熟石灰研磨会放出氨气,而尿素不属于铵盐,与熟石灰研磨不会放出氨气。(2)书写此类信息型化学方程式,关键是准确找到反应物、生成物和反应条件。(3)从氨气的合成塔出来的气体是氮气(N2)、氢气(H2)和氨气(NH3)的混合气体,氨气被分离后,剩余的两种气体为氮气(N2)和氢气(H2),这两种物质可以循环利用。
答案:(1)无(2)CH4+H2O催化剂高温CO+3H2(3)氮气(或N2)氢气(或H2)(顺序可颠倒)
3.考查联合制碱法的工艺流程。
例3(梅州)我国化学家侯德榜发明了联合制碱法,其生产产品纯碱和副产品氯化铵的工艺流程如下图所示:
(1)NH3溶于水得到氨水,将无色酚酞溶液滴入氨水中,溶液呈色。
(2)写出反应Ⅰ的化学方程式:,该反应的基本类型为。
(3)操作a的过程是蒸发浓缩、、过滤。
(4)上述工艺流程中可循环利用的物质是。
解析:本题主要考查侯德榜的联合制碱工艺。(1)NH3溶于水得到氨水,氨水显碱性,可使无色酚酞溶液变红色。(2)纯碱是碳酸钠,碳酸氢钠在加热条件下生成碳酸钠、二氧化碳和水,该反应特征是“一变多”,属于分解反应。(3)操作a的过程是蒸发浓缩、冷却结晶和过滤。(4)由工艺流程可知,上述生产中反应物需要通入二氧化碳,生成物中也有二氧化碳,所以二氧化碳可以循环利用。
答案:(1)红(2)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2分解反应(3)冷却结晶
(4)CO2
4.考查制备新型净水剂氯化铁的工艺流程。
例4(潍坊)潍坊市继续实施农村集中供水工程,集中供水覆盖人口已达到90%以上。自来水厂常用氯气杀毒,用明矾、氯化铁等絮凝剂净化水。以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3・6H2O)的工艺流程如下:
回答下列问题。
(1)流程中需用30%的盐酸“酸溶”焙烧后的残渣(主要成分是氧化铁),写出反应的化学方程式:。
(2)二氧化硫能形成酸雨,危害环境。常用下列方法除去:
方法1:将含二氧化硫的废气通入氨水中吸收二氧化硫。氨水的pH(填“大于”、“等于”或“小于”)7。
方法2:将含有二氧化硫的废气通入石灰石悬浊液中,在空气作用下生成硫酸钙和二氧化碳,从而除去二氧化硫,写出反应的化学方程式:。
(3)自来水厂通常用电解饱和食盐水制备Cl2,反应的化学方程式为:2NaCl+2H2O通电2NaOH+Cl2+H2。现需要71t氯气用于自来水消毒,理论上需要含杂质10%的粗盐多少吨?同时生成烧碱多少吨?
解析:本题主要考查新型净水剂氯化铁的制备流程。(1)盐酸与氧化铁反应生成氯化铁和水。(2)氨水是一种弱碱,因此氨水的pH大于7;将含二氧化硫的废气通入石灰石悬浊液中,在空气作用下反应的化学方程式为:2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2。(3)根据需要的71t氯气,通过化学方程式可以计算出需要的氯化钠的质量和生成的氢氧化钠的质量,然后根据氯化钠的质量可计算出粗盐的质量。
答案:(1)Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
(2)大于2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2
(3)设电解的氯化钠的质量为x,生成烧碱的质量为y。
2NaCl+2H2O通电2NaOH+Cl2+H2
11780 71
xy71t
11771=x71tx=117t
需要含杂质10%的粗盐的质量为:117t1-10%=130t
8071=y71ty=80t
答:略。
5.考查从海水中获取化工产品的工艺流程。
例5(内江)海水是巨大的资源宝库。下图所示为利用海水为原料获得许多化工产品的流程图:
(1)要鉴别海水是硬水还是软水,可选用的试剂是。
(2)步骤①中选用蒸发结晶法而不用降温结晶法的理由是。
(3)制纯碱过程中,过滤操作所需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和。
(4)步骤②发生反应的化学方程式是,其基本反应类型为。用镁制造的一种镁铝合金,常用作生产飞机外壳的材料,该材料具有的优良性能有(任答一点)。
(5)步骤④发生的反应为置换反应(类似于金属与盐溶液之间的反应),试写出该反应的化学方程式:,此反应能够发生是因为。
题目(2009年高考江苏卷第15题)医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙(含少量Na+、 Al3+、Fe3+等杂质)生产医药级二水合氯化钙(CaCl2・2H2O的质量分数为97.0 %~103.0 %) 的主要流程如图1所示。
(1) 除杂操作是加入氢氧化钙,调节溶液的
pH为8.0~8.5, 以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作是________。
(2)酸化操作是加入盐酸,调节溶液的pH约为4.0,目的是:①将溶液中的少量 Ca(OH)2转化为CaCl2;②防止Ca2+在蒸发结晶时水解;③______。
(3)测定样品中Cl-含量的方法是:a.称取0.7500 g样品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中;c.用0.05000 mol・L-1 AgNO3溶液滴定至终点,消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39 mL。
①上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有_____。②计算上述样品中CaCl2・2H2O的质量分数为_____。③若用上述办法测定的样品中CaCl2・2H2O的质量分数偏高(测定过程中产生的误差可忽略),其可能的原因有_____;_____。
提供的标准答案:(1)取少量上层清液,滴加KSCN溶液, 若不出现血红色,表明Fe(OH)3 沉淀完全。 (2)③防止溶液吸收空气中的CO2。(3)①酸式滴定管;②99.9 %;③样品中存在少量的NaCl,少量CaCl2・2H2O失水。
1对试题的赏析
试题以医药级二水合氯化钙(CaCl2・2H2O)的工业制备为背景,以化学反应、物质转化为流程主线,通过命题者的精心设计,将物质的推断、工艺目的、物质检验、产品纯度计算融为一题,考查考生应用所学知识与实验技能解决生产实际问题的能力,对学生的综合素养要求较高。
情境引入生活化,拉近了考生应试心理与试题陌生度的距离,感悟化学问题的价值,极大地激发考生考场探究应试的信心。试题文字叙述不冗长,难度适中,有利于考生消除过度的紧张情绪,促进解题策略的机智发挥。
值得指出的是2009年高考上海卷第27题(题略,见本刊2009年第9期)与这道工艺流程题十分相像,如起始原料都是考生熟悉的CaCO3、而制备生活或医药产品(提纯CaCO3合成无毒的杀菌剂CaO2)、流程设计(均为5框流程)、反应与操作过程(均有加酸、加碱、过滤等)等均如出一辙,考查的学科知识、实验操作技能和解决问题的智力等认知领域要求惊人的相似,有异曲同工之妙。试题通过真实性的问题情境,考查学生解决化学综合问题与评价的能力,很好地体现了课程改革的新理念和高考改革的新举措。
2对试题的商榷
在充分认识试题的成功命制和考查功能的同时,也应客观地看到设计的某些美中不足,需要斟酌。
2.1使Al3+、Fe3+沉淀完全pH控制过大
已知298 K时,Ksp[Al(OH)3] =1.3×10-33,Ksp[Fe(OH)3] =4.0×10-38, 由溶度积及其规则,可推导出计算Al3+、Fe3+沉淀完全的 pH[1]。Al3+ 沉淀完全pH:
pH(沉淀完全) = 14 +(1/3)lg(Ksp/1.0×10-5)= 14+(1/3)lg(1.3×10-33/1.0×10-5)=4.7 ; Fe3+沉淀完全pH:
pH(沉淀完全)=14+(1/3 )lg(Ksp/1.0×10-5)=14+(1/3)lg (4.0×10-38/1.0×10-5)=3.2。式中1.0×10-5可认为是Al3+和Fe3+完全沉淀时的浓度。笔者认为,从可持续发展的考生和化学学科角度考虑,或从化学定量实验分析要求和化工生产节能低耗原则考虑,都是控制pH=5.0~5.5 [c(Al3+)≈1.0×10-7 mol・L-1,c(Fe3+)=1.2×10-11~1.0×10-12 mol・L-1]较为合适[1]。
2.2产品质量分数设置不合理
从化学定量测定组分及医用产品组成看,任何待检样品的纯度不会超过100 %,如公认的最纯物质电子工业用硅晶体纯度高达11个9(见人教版、上教版初三教材),趋于但不等于100 %。而试题题干设定的“医药级二水合氯化钙(CaCl2・2H2O的质量分数为97.8 %~103.0 %)”,根据纯度和质量分数的概念,每100 g这种医药级二水合氯化钙含CaCl2・2H2O的质量为97.8 g~103.0 g,显然, 不利于考生的信息提取和解决问题时应用参照。易造成阅读理解的人为认知困惑性冲突, 不利于考生对(3)③题“上述办法测定的样品中CaCl2・2H2O的质量分数偏高”含义的认识、计算方法的确定和对计算结果的分析回答。这种误差是分析方法本身造成的,是把混入的NaCl、产品失水生成的CaCl2, 以及CaCl2・H2O中的Cl-均当作CaCl2・2H2O中的Cl-计算造成的,是测定的系统误差或称方法误差,而不是真实的CaCl2・2H2O偏高而超过100 %。
2.3 计算结果不符合有效数字运算规则
科学实验中为得到准确的测量结果,不仅要准确地测量各种数据,而且还要正确地记录和计算。分析结果的数值不仅表示试样中被测成分含量的多少,而且还要反映测定的准确程度。根据有效数字运算规则[2],该试题第(3)小题题设提供的数据信息均是正确的,使用的是万分之一的分析天平,能称准至±0.0001 g(称取样品质量小于1.000 g),待测液体积和标准滴定液读数记录为25.00±0.01 mL 、20.39±0.01 mL,符合高含量(>10 %)组分测定的准确度要求。这对培养学生严谨的科学态度和规范地做定量分析实验、科学态度的养成以及考查考生的科学素养是十分有益的,值得高考命题提倡。但提供的计算结果即求样品质量分数的答案99.9 %,是三位有效数字,多弃去一位,不符合有效数字的运算规则,令人遗憾。正确答案应为99.91 %。使分析结果的相对误差从符合准确度要求的±(0.0001/0.9991)×1000 ‰=±0.1001 ‰≈±0.1 ‰(笔者注:表示误差时, 只需取一位有效数字[2]) 升至±(0.001/0.999)×1000 ‰=±1.001 ‰=±1 ‰, 增大10倍,或者说使测量结果的准确度人为降低了10倍。
2.4 “检验Fe(OH)3沉淀是否完全”的设置缺乏科学性
命题者设置这一问题是考查考生Fe3+检验技能的应用,却忽视了Fe3+检验的最基本条件――介质的酸碱性和氢氧化铁的难溶性。同时,问题的指向也较含糊:是检验游离的Fe3+,还是检验滤液中的溶质有分子状态的Fe(OH)3存在,指向不够清楚。
铁离子(Fe3+)和配位体SCN-通过配位键结合形成配合物[Fe(SCN)3]或配离子[Fe(SCN)n](3-n)+(n=1~6)。在水溶液中存在如下配合离解平衡:Fe3++nSCN-
[Fe(SCN)n](3-n)+, [Fe(SCN)n](3-n)+的累积常数与其逐级稳定常数见表1(没有查到lg K稳6) [1]。由表1可见,各级配离子的稳定常数K(稳)均较小, 易离解。向上述平衡体系中加入试剂OH-,会使平衡迅速向左移动,生成Fe(OH)3沉淀。
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设开始加 Ca(OH)2 时溶液中 Fe3+ 浓度为0.0010 mol・L-1,完全沉淀时Fe3+浓度为10-5 mol・L-1, 由已知Ksp=[Fe3+][OH-]3,水的离子积和pH计算公式得:pH(开始沉淀)=14+(1/n)lg(Ksp/0.0010), pH(沉淀完全)=14+(1/n )lg (Ksp/1.0×10-5)。计算出Fe3+在不同pH溶液中沉淀后的浓度见表2。由表2可知, 当Fe3+沉淀完全(10-5 mol・L-1)时,溶液的pH=3.2;题设pH=8.0~8.5,用上述同样的方法可计算出溶液中Fe3+浓度约为1.2×10-20~1.1×10-21 mol・L-1。即取沉淀后的上层清液,滴加KSCN溶液,由于溶液中已无Fe3+存在,不会发生配合反应生成红色的配离子[Fe(SCN)n](3-n)+。
[实验1] 向大支试管中加入0.020 mol・L-1 的 FeCl3溶液约10 mL, 然后滴加Ca(OH)2饱和溶液,至用pH计测试pH=8.0~8.5停止滴加,用离心机分离沉淀或放置片刻,待沉淀沉入试管底部,用长细尖嘴胶头滴管分别取上层清液于三支小试管,依次滴入0.10 mol・L-1、1.0 mol・L-1、5.0 mol・L-1的KSCN溶液各约2 mL,振荡,观察现象到三支试管溶液均为无色透明。
[实验2] 将实验1制得的Fe(OH)3(含上层清液)以玻璃棒搅拌至浑浊,用胶头滴管分别取悬浊液(含氢氧化铁)于三支小试管中,然后分别滴加0.100 mol・L-1、1.00 mol・L-1、5.00 mol・L-1的KSCN溶液各约2 mL,振荡、静置,观察到三支试管底部都有红褐色沉淀,上层溶液均无色。
从定量的角度考虑,上述各实验所用配体SCN-都是过量的,没有出现阳性反应,说明溶液中的Fe3+已沉淀完全(
3 对工艺流程高考题价值与命制技术的思考
3.1工艺流程题的特点与考试教学价值
查阅历年高考试题,不难发现化工生产工艺流程题的创新命制始于20世纪90年代中期的上海卷,新课程实施后这种题型在全国各省区高考卷中应运而生,现已发展成为倍受青睐的高考热点固定题型。试题构成以文字、表格信息与工艺流程框图相结合,以生活物品、医药、常用材料物质的合成为素材,以重要的元素化合物(含有机物)的性质及其转化为线索,理论与实践相结合,借以考查学生的化学基本概念与理论、实验与计算等技能的掌握与运用水平,考查人文素养(如科学技术、社会、环境、绿色化学理念等),考查阅读、识图、读表分析及获取和处理信息用以决策和解决问题的能力,能较好地反映学科特色,使化学问题的本然目标得以充分展现,使学生的解题过程获得长足发挥,较好地体现和考核了新课程化学教育三维目标的达成情况。此类试题对平常的练习教学也有很好的导向作用,解决这种结合物质制备工艺流程中的化学问题,能使学生体验感受深刻,能强化学生学化学的潜在动机积极性,既能提高教学质量又能有效地遏制题海应考。
3.2工艺流程题命制的真实性价值
真实性命题是相对于虚假即人为编造不符合化学学科特点和不真实的命题而言的[3]。真实性化学工艺流程试题强调体现化学学科的特点与本质,强调科学、技术、社会和环境的密切联系,情境和问题设置及其解决都应真实地反映学科的特点、工业生产实际,尤其要符合新课程标准的要求和中学化学教学实际。真实或模拟真实的工艺流程问题情境,可以增强学习和考试内容的真实性,增进对问题的理解,促进知识技能的迁移和应用,增加化学学习的兴趣和动力。生活、生产、科学技术和环境等是工艺流程题命制的基本素材,合理选择和组织这些素材并融进中学化学物质、概念、理论、实验、计算等,设置坡度适宜又有区分度的问题,能有效地考查考生的知识储备与检索和信息处理、应用能力以及发展的潜力。真实性化学工艺流程试题能将化学知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标有效整合,使选拔考试渗透人文教育,在发现问题和问题解决中感受愉悦,感悟真实化学问题及其解决之美,使解题的过程价值得以提升。编制这类试题也有利于公平、客观地考查学生的学科素养和分析解决实际问题的能力[3]。
3.3工艺流程题命制的科学性要求
科学性要求是指命制的原创性工艺流程题除具真实性外,还必须做到不出现化学知识和技术性错误,文字表述语句流畅并合乎思维逻辑,问题设置有坡度、有内在联系或有伏笔或互为信息,探究性问题设置具有可生成性、开放性和探究性,能体现教育与考试的本源目标理念。即“注重知识应用和在解决问题中能力的发挥。因为这是我们中学教育教学的本质,是由学生个体自我实现和发展的教育机制所决定的”[4]。只有真实、科学、命制技术性好的工艺流程题,才能保证高考选拔考试的信度和区分度;才能有利于考生的意义同化形成新情景下的思维灵感,迁移认知产生解决问题的创新方法;才能保证工艺流程高考题有高信度和高区分度功能;才能有效地体现选拔考试的客观性和公平性原则[3]。
参考文献:
[1]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学(第4版)[M].北京:高等教育出版社.2008:394~395,416.
[2]华中师范大学等.分析化学(第2版)[M].北京:高等教育出版社.1995:149~156.
[3]周改英.论化学实验命题真实性缺失现象[J].中学化学教与学,2008,(9):38~42.
们参观了印染厂、xxxx有限公司。经过对工厂、车间的亲身走访,我对所学的专业有了进一步的了解;使我初步了解印染厂加工的常见纺织品;同时,我们的领队老师也给我们讲解了许多染整加工中的工艺流程及特定过程中所需的工艺条件、基本设备。通过这次使我不但增强了理论水平,还要提高了我运用理论知识去解决实际的生产的问题的能力。
实习完毕后,我又搜索和查阅了相关的资料,加深了对专业知识的了解,并具体了解了几类纺织品的染整工艺加工过程,初步理解了轧染的基本工艺流程。下面我就举棉织物的轧染和丝绸的印花加工两例进行分析。
织物染色基本工艺
织物的染色方法主要分浸染和轧染。浸染是将织物浸渍于染液中,而使染料逐渐上染织物的方法,它适用于小批量多品种染色。绳状染色、卷染都属于此范畴。轧染是先把织物浸渍于染液中,然后使织物通过轧辊,把染液均匀轧入织物内部,再经汽蒸或热熔等处理的染色方法,它适用于大批量织物的染色。染色是在一定温度、时间、PH值和所需染色助剂等条件下进行的。用于棉织物染色的染料主要有直接染料、活性染料,还原染料、可溶性还原染料、不溶性偶氨染料、硫化染料等。
绍兴志仁印染厂主要是对棉麻、粘胶织物的染色以轧染为主,而杭州华泰丝绸印染集团主要是对真丝织物的印花为主。
棉织物的轧染加工和丝绸的印花加工
连续轧染一般分为练漂、染色、印花、整装四个主要生产车间。
一、基本设备:
练漂设备(前处理):烧毛机(气体烧毛机、铜板烧毛机)、煮练机(平幅、绳状)、氧漂机、氯漂机、丝光机。
染色设备:热熔染色机、卷染机、红外打底机、显色皂洗机。
印花设备:平网印花、圆网印花、滚筒印花、转移印花、数码印花。
整装设备:定型机、拉幅机、磨毛机、压光机、预缩机、码剪机。
二、工艺流程:
1、棉织物原布检验——翻布打印——缝头——烧毛——(退浆——)煮练——漂白——丝光——烘干——染色——拉幅——后整理——码剪——包装
烧毛:烧毛的目的在于烧去布面上的绒毛,使布面光洁美观,并防止在染色、印花时因绒毛存在而产生染色不匀及印花疵病。织物烧毛是将织物平幅快速通过高温火焰,或擦过赤热的金属表面,这时布面上存在的绒毛很快升温,并发生燃烧,而布身比较紧密,升温较慢,在未升到着火点时,即已离开了火焰或赤热的金属表面,从而达到烧去绒毛,又不操作织物的目的。
退浆:纺织厂为了顺利的织布,往往对经纱上浆以提高强力和耐磨性。棉织物上的浆料可采用中国报告网碱退浆、酶退浆、酸退浆和氧化剂退浆等方法,将其从织物上退除。
煮练:棉织物经退浆后,大部分浆料及部分天然杂质已被去除,但还有少量的浆料以及大部分天然杂质还残留在织物上。煮练是利用烧碱和其他煮练助剂与果胶质、蜡状物质、含氮物质、棉籽壳发生化学降解反应或乳化作用、膨化作用等,经水洗后使杂质从织物上退除。
漂白:棉织物经煮练后,由于纤维上还有天然色素存在,其外观不够洁白,用以染色或印花,会影响色泽的鲜艳度。漂白的目的就在于去除色素,赋于织物必要的和稳定的白度,而纤维本身则不受显著的损伤。棉织物常用的漂白方法有次氮酸钠法、双氧水法和亚氯酸钠法。
丝光:丝光是指棉织物在室温或低温中国报告网下,在经纬方向上都受到张力的情况下,用浓的烧碱溶液处理,以改善织物性能的加工过程。棉织物经过丝光后,由于纤维膨化,纤维纵向天然扭转消失,横截面成椭圆形,对光的反向更有规律,因而增进了光泽。
染色:染色是借染料与纤维发生物理或化学的结合,或用化学方法在纤维上生成颜料,使整个纺织品具有一定色泽的加工过程。染色是在一定温度、时间、PH值和所需染色助剂等条件下进行的。染色产品应色泽均匀,还需要具有良好的染色牢度。
整理:棉织物整理包括机械和化学两个方面。前者有拉幅、轧光、电光、轧纹以及机械预缩整理等。后者有柔软整理,硬挺整理、增白整理以主防缩防缩整理等。
2、图案设计
稿感光制板 配色打样调制色浆 }印花蒸化水洗退浆固色烘干整理检码 坯绸准备(练白绸或染色绸) 感想和体会 当我参观完绍兴志仁印染厂、杭州华泰丝绸印染有限公司,不但深化了课堂知识,还得到了许多课堂上学不到的东西。在学
习了染整工艺过程后,参观了工厂的染整的整个过程,熟悉了基本工艺过程和染整设备,对今后的学习和工作肯定会有很大的帮助。心理感觉压力很的,离找工作的日子越来越近,虽然那些公司的环境不是很好,但体验到了工作的生活,发现自己今后要学习的东西还很多,我会在以后的学习中更加努力,学到更多的知识,然后努力工作。展开自己新的生活旅程!
学院:
关键词:西部地区;绿色;教育;探究
中图分类号:G652文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)06-0099-01
一、绿色化学是应对挑战的必然
科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。
(一)绿色化学的概念。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
(二)绿色化学的产生及其背景。当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。
(三)绿色化学的核心内容。原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。
二、西部地区绿色化学教育所面临的挑战
(一)绿色化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没。化学是一门中心科学,化学与生命、材料等朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学反而被社会看作是“伴娘科学”而不受重视。
(二)绿色化学正被各种各样的环境污染问题所困扰。化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。
三、绿色化学的发展前景
(一)绿色化学关乎化学工业的每个环节。绿色化学又称环境无害化学,其核心是利用化学原理从根本上消除化学工业对环境的污染,它具有少产、甚至不产废物,达到“零排放”的特点。绿色化学是从化学科学基础内容上进行更新,从源头上消除污染。绿色化学能达到合理利用资源和能源,降低生产成本,符合实现化学工业的可持续发展。
(二)绿色化工的理念正逐渐渗透到化学工业的每个环节。在废水处理方面,通过建立污水处理厂,处理工业和生活废水,实现循环利用。在化学工艺流程方面,通过加强生产技术研究,积极采用清洁生产工艺,引进环境友好的技术设备,开发品质优、环保成本低且符合国际环保要求的化工产品,实现化工产品的绿色化。在产品的包装使用上,通过采用可降解塑料,尽量减少白色污染。
1.1开设“绿色化学”课程,邀请校外专家及技术人员进行专题讲座。
我校还聘请校外专家及企业技术人员进行专题讲座,介绍化工前沿性知识,回答学生的提问,与学生进行直面交流,学生的视野得到了开阔。如把模拟化学的数值运算与计算机化学的逻辑运算结合起来进行“分子的理性设计”,完全顺应目前倍受化学界重视和倡导的绿色化学的思想,使化学成为与生态环境协调发展的、更高境界的化学。在进行绿色化工工艺和技术的过程中,借助于量子化学计算的结果,可以更为精确地选择底物分子、催化剂、溶剂以及反应途径,这样可通过尽可能少的实验达到预期目标,大大减少了实验次数,从根本上减少了原料的消耗,对环境污染的排放也相应减少。再者反应与生物技术、分离技术、纳米技术等的结合使得开发新型反应路径仍有空间。微波反应器、膜分离技术及膜催化集成反应器、超声波萃取传质等等前沿知识的介绍使学生对绿色化工、绿色分离、集成过程等概念有所了解,开阔了学生的思路,激发了学生的求知欲。
1.2重视案例教学,增强学生对绿色化工的感性认识。
专业授课教师通过案例中采用绿色工艺,实行清洁生产增强学生的感性认识。而且针对具体工艺流程中存在的问题及对不同工艺路线和流程的技术经济评价让学生了解该工艺的发展状况和绿色工艺的应用。如氢气是一种高效而无污染的理想能源,制取氢气的方法很多,有①电解法:2H2O2H2+O2;②甲烷转化法:CH4+H2OCO+3H2;③水煤气法:C+H2OCO+H2;④碳氢化合物热裂法:CH4C+2H2;⑤设法将太阳能聚焦产生高温使水分解:2H2O2H2+O2;⑥寻求高效催化剂使水分解产生氢气。在上述方法中第五种方法设法将太阳能聚焦产生高温使水分解是可行且有发展前途的方法。因为太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源,且该反应没有废弃物,不会对环境造成污染;第六种方法寻求高效催化剂使水分解产生氢气也是可行且有发展前途的方法。通过采用催化剂降低了反应活化能,提高了反应速率,降低了反应温度、操作压力,简化了流程。在大规模生产中,这种效应无论从环境影响方面还是从经济影响方面都是非常重要的。再比如,甲基丙烯酸甲酯是一种重要的化工原料,主要用作合成有机玻璃的单体,也用于制造其它树脂、塑料、涂料、黏合剂、剂。其传统合成工艺为丙酮-氰醇法,即:甲基丙烯酸甲酯传统合成反应中使用剧毒原料氢氰酸,污染严重,设备腐蚀严重,而且合成路线长,原子利用率低。美国Shell公司开发的新路线不用剧毒物质,原料价格低,利用钯催化剂反应一步完成,产品收率高,原子利用率高,经济效益、环境效益均好。
1.3教学方法多样化,教学手段现代化。
绿色化学理念倡导教学方法多样化,教学手段现代化[3]。我校努力将现代教育方法融入课堂教学中,如幻灯片投影、多媒体教学课件、音频视频资料等等。化工教学中常常涉及到一些具体的工程设备、工艺流程、设备原理等,传统的教学方法是采用板书、挂图和实物微缩教具来进行讲解,只能演示设备静态,讲授过程枯燥,不生动。现利用现代教育方法集图、文、声、像和三维动画为一体的特性,提高学生学习兴趣及学习的积极性。并且课后教师积极引导学生充分利用网络资源和网络手段拓宽知识面,吸引学生主动求知。
2校企联合在实践教学中渗透绿色化工意识
2.1改进化学实验项目,多开展微型实验、串联实验。化学教师在设计实验内容时应强化绿色化学意识,并把注重环境保护的理念渗透到实验教学中[4,5],舍弃或减少毒性大、危险性大、对环境污染及三废后
处理困难的实验项目,尽可能多地选择低毒、污染小且后处理容易的实验项目,注重开设宣传绿色环保的实验项目[4]。如我们在有机化学实验中开设了从茶叶中提取咖啡碱、从元宝枫种壳中提取单宁等绿色技术实验,这些实验原料是天然的,提取溶剂是无毒的,并且可以回收利用,废渣无公害且可以用作肥料;如综合实验项目“从海带中提取海藻酸”,其传统方法是盐酸-甲醛提取法,我们改用木瓜蛋白酶作催化剂,超声波提取。这样不但大大缩短提取时间,提出率从30%提高到90%以上,而且工艺简单,无污染。微型化学实验的优越性主要表现在试剂与辅助材料用量、水电消耗量大大减少,从而降低实验成本,而且爆炸、燃烧、中毒等事故发生的可能性相应减少,提高了实验的安全性。又由于产生的“三废”量少,极大地减少了对环境的污染。如综合实验项目“海藻接枝丙烯腈制备高吸水性树脂的研究”,其所用单体丙烯腈不但价格贵,而且有毒,而采用微型实验后,不但经济而且减少了污染。串联实验是指通过调整实验顺序,使一个实验的产物成为下一个实验的原料。如双酚A的合成实验产品可作为环氧树脂实验的原料,乙酰苯胺实验的产品可作为磺胺类药物实验的原料。
2.2选用先进仪器和技术进行实验,利用计算机多媒体系统进行模拟化学仿真实验。
先进检测手段包括红外、紫外光谱,气相、液相色谱,电镜扫描,X-衍射等。选用较先进的实验仪器,不但减少了试剂用量,减轻了环境污染,同时也增加了实验操作难度,有利于培养学生严谨的科学态度、规范化的操作技能,有利于提高实验课的质量。如化工原理课程中的吸收实验,其测量气体吸收量的经典方法是酸碱滴定法,因此,实验气体往往只能选用氨气,致使实验过程产生大量废液并且实验环境恶劣。但改用气相色谱法测定气体吸收量后,实验气体可用CO2代替氨气,这既改善了实验环境,又使测量速度加快、测量精度大大提高,且使学生接触到先进环保的检测方法。一些常规、传统的化学实验消耗较多的试剂、药品和水,尤其是一些实验所用试剂药品较贵、有毒、有害或不安全,这时采用计算机多媒体系统进行实验仿真就很有意义,如醚的过氧化物爆炸、有毒溶剂的燃烧、砷化物的相互转化等。采用计算机仿真实验既能使学生学会实验方法,又避免了对人体和环境造成的伤害[4,5]。
2.3利用大学生创新实验及毕业设计渗透绿色理念
大学生创新性实验及毕业设计旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式,激发大学生的创新思维和创新意识,逐渐掌握思考问题、解决问题的方法[6]。指导教师首先必须有强烈的绿色意识,在设计课题时多注重向学生渗透绿色理念。如课题“海藻农用节水剂的制备及性能研究”,海藻是可再生性资源,储量相当丰富,而且海藻类植物中含有丰富的微量元素、氨基酸、维生素、胡萝卜素、矿物质等,极易被植物吸收。用海藻制得的保水剂不但能锁住土壤中的水分,改良土壤,提高果蔬品质,而且该保水剂能被降解,对环境无污染。又如课题“Ag@AgCl-壳聚糖/OREC/TiO2微球光催化降解有机污染物的研究”,原料是可再生的,成本低、可降解,制备的复合膜对有机污染物有吸附及光催化降解协同作用,该研究在解决医药、食品、化工企业废水处理方面有重要意义。学生在这种课题研究方式中增长了知识,开阔了眼界,培养了绿色环境意识及环保理念。
2.4校企联合在学生见习、实习过程中渗透绿色理念
见习、实习环节使学生在掌握专业理论知识的基础上,进一步了解化工行业的实际生产过程,对现代化工生产企业的生产和管理模式有一个较为全面的认识,让理论知识和实际生产相结合,提升学生独立分析和解决化工生产实际问题的能力。见习、实习是学生迈向化工行业工作前的重要的锻炼[2]。因此,学校和企业积极联手,结合企业生产实际,对学生进行绿色化工教育。如学生在长庆石油公司实习时,亲身感受到清洁生产、绿色工艺带来的好处:该公司投建硫回收系统工艺用于废物处理,它既避免了废物直接排放对环境造成污染,又回收到硫磺,创造了巨大经济效益;学生在长庆石油公司及兴平化工厂还参观了污水生化处理工艺。污水生化处理是利用微生物的代谢作用,完成有机物的分解和生物体的合成,将有机污染物转变成无害的CO2、水以及富含有机物的生物污泥,多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离,从净化后的污水中除去。污水生化处理相对于化学处理废水降解污染物更彻底,运行费用较低,基本上不产生“二次污染”。企业技术人员也通过自已企业实施清洁生产后获得的利益向学生宣传绿色化工的重要性。如通过实施清洁生产促进企业整体素质的提高;降低产品成本,提高竞争能力;同时,企业的环境好、无污染、不扰民,使企业具有一个良好的社会形象,增加了消费者对企业产品的信任度;改善了职工的生产操作条件乃至生活环境,减轻了对职工身心健康的影响。
3结束语
中药化学是一门结合中医药基本理论、运用现代科学技术的理论和方法研究中药化学成分的学科,是在学习如无机化学、有机化学、分析化学和仪器分析等课程的基础上进行的[1]。根据中药学专业教学计划的要求,课程应紧密结合中医药理论、中药的临床功效及其所含化学成分的化学结构、性质与药理作用等进行教学。通过教学,使学生能掌握中药中主要类型化学成分的结构、特点、理化性质、提取分离及结构鉴定的基本理论和方法,为学好其他后续相关课程、从事中药现代化研究和研制新药等奠定必要的基础。
由于中药化学以化学结构、理化性质为主线,学生本身对化学类课程存在畏惧心理,对化学性质等变化较难理解和运用,在很大程度上造成学生学习中药化学课程的困难,同样也给中药化学课程的讲授增加了相当的难度。鉴于中药化学学科的自身特点,根据教学大纲和学科性质,结合同行的改革经验,对如何提高中药化学课程教学效果的体会进行了初步探讨。
1改革课堂教学模式,重视教学方法灵活多样化
课堂教学模式将直接影响教学效果,因此课堂教学模式的改革是教学改革的重要内容。在中药化学的课堂教学中,贯穿“以学为主,以教为辅”的理念,改变“以教为主,以学为辅”的思想,变“以教师为主体,以教材为中心”的教学模式为“以学生为主体,以大纲为中心”的教学模式,既以大纲为核心教学目标,又发挥教材的学习载体作用;既发挥教师的主导作用,也发挥学生的主体作用,使学生由消极被动地位转变为主动积极地位[2]。
目前的教学模式包括传统的以教师为中心的教学模式、基于建构主义的以学生为中心的教学模式和既发挥教师的主导作用、又能充分体现学生认知主体作用的双主教学模式[3]。以教师为中心的教学模式是以教师作为主动的施教者,学生只是被动的接受者。基于建构主义的以学生为中心的教学模式是以学生作为知识的主动建构者,教师仅作为指导者;而双主教学模式既发挥教师的主导作用,又体现学生的主体作用,具有前两者的优点,更适合中药化学教学的需要。只有在教师的指导下,通过群体协作学习,充分发挥学生的能动性,使学生主动思考、主动探索、主动发现,才能实现中药化学理论、知识、技能和经验的意义建构。中药化学是一门实践性很强的课程,新技术和新理论不断出现,教师作为授课的主体,要多与学生交流,实现教学相长。中药化学知识点较多,内容繁杂,常会有混淆的情况,尤其是涉及“糖和苷类化合物、萜类和挥发油、黄酮类化合物的结构与分类”等内容,所以要及时与学生交流,了解他们对课程的疑问,做到重点突出,兼顾全面,从而进行因材施教。
如中药化学成分的提取分离和鉴定项目,可以选定典型中药中的有效成分,设计成分制备(提取、分离和鉴定)实验。教师给每组学生指定一味中药,并确定拟提取的某种成分,指导学生查找资料、设计工艺流程,吸引学生注意力、激发学生的创新兴趣;在讲完各类成分的结构和性质后,进行提取方法的讲解时,采用启发式教学方法,启发引导学生根据性质提出该类中药化学成分的提取方法、说明原理、使用溶剂、成分提出形式、操作方式以及操作时注意事项等,进而达到培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,引起学生的重视,也让学生体会到理论知识在中药生产中的实际应用价值,激发学生的学习兴趣。
2利用多媒体等教学技术手段,增强学生的实践能力
中药化学与具体实验技能关系密切,课程的专业性与实践性很强。充分利用多媒体课件,将相关的知识联系起来,既能激发学生的学习兴趣,又能让学生掌握提取中药有效成分的操作要点。多媒体可以以生动逼真的画面,让学生有比较清晰的认识。例如在讲解各章化合物的提取分离的知识时,可以采取灵活多样的辅助教学活动。如果将书本上的结构式或流程图直接置于多媒体幻灯中,学生对具体过程不了解,导致学生对着强心苷、皂苷等稍微复杂一点的结构式无从下手,在实验过程只能机械地按照书本内容依葫芦画瓢。因此,多媒体授课需要结合教学特点,扬长避短,可以设计一些提取车间的视频等,或利用课余时间进行实验装置的流程设计,巩固所学知识。
中药化学是一门实验科学,通过实验能让学生将课堂所学理论很好地理解和运用。要鼓励学生利用所学的知识在实验中运用与创新,培养学生动手能力、观察思考能力以及实验设计能力,从而切实提高学生的实验能力。中药化学生产设备与实验设备相关性差,学生进入工厂实地参观、实训的机会不多,有些提取工艺复杂,或者有些新技术不易讲解清楚,单靠文字描述无法理解,因此在课堂上利用图片、模型、幻灯片或视频等展示设备、生产工艺流程,配上文字说明,加之教师的讲解,将抽象的对象具体化、间断的过程连续化、静止的图画动态化。如讲解制药设备与提取分离工艺,往往难以使用教学语言表达清晰,而应用多媒体演示提取分离工艺过程或制药设备的内部工作原理,以及一些难以实地、实体操作和无法示范的教学内容,就能较好地调动学生学习的积极性和主动性。
3引入学科前沿科研成果,增加学生的学科兴趣
近年来,中药提取分离分析的新技术、新方法不断涌现,学科发展日新月异;中药前处理技术、中药活性成分或活性部位等方面的研究不断取得新进展。因此在教学内容组织上,以教材内容为主体,结合出现的提取分离新技术、新方法,新药报批及生产设备现状和发展趋势以及本学院的科研新成果,及时充实中药化学教学内容。在教学素材的积累和教学内容组织过程中,也提高了自身的备课水平和讲课能力。
教学与科研的结合是促进教学的有效途径。中药化学具有很强的实践性、工艺性,既具有相当的理论深度,又具有很强的应用技术实践性。要想教好本门课仅靠书本理论是不够的,还必须积极参与科学实验,通过科研实践积累的经验和实验数据更好地补充和丰富中药化学的教学内容。将在科研工作中的一些实例补充到本科的教学中去,既丰富了教学内容,又提高了教学质量,这充分说明了教学科研相结合是促进教学的有效途径。
4注重与学生交流,培养学生独立解决问题的能力
中药化学是学生进入专业课学习过程的重要阶段的起始。因而,在中药化学的教学过程中,教师从一开始就要抓住学生的这一心理特点,明确中药化学这门课程的重要地位,启发学生学习的兴趣。传统的填鸭式教学方式较为古板,抑制了学生的创造性思维,在开课前老师应布置一些话题,让学生自己查阅资料后开展讨论。例如将“挥发油与油脂究竟是不是同一类化合物(性质相同,分离方法也相同)”等设置为讨论话题,让学生回答,可以引导他们从药效、药物成分等方面对此进行充分了解。课堂上除重点讲述化学性质的相关知识外,还应鼓励学生通过课堂讨论、查阅资料等方式主动参与课堂教学,形成互动,从而加深对授课内容的理解。在讲授了一些章节的课程内容之后,教师可以选择部分内容让学生进行尝试,鼓励他们敢于创新、勇于突破;然后以小组为单位,让学生自己制作课件、自己讲解。可以选择教材中内容较为简单、条理较为明晰的部分(相应授课时间大致控制在15到20分钟),由学生选定代表上台讲解,并进行一定的比赛。在准备过程中应鼓励学生结合以往学过的知识,或者用自己所查到的文献来补充教材。在讲解后请其他小组的学生进行提问,或提出不同的意见和看法来展开讨论。最后由教师做点评,并对其中涉及的重要知识点进行回顾和补充。这种尝试在教学中收到了意想不到的效果:学生在创作课件的过程中,不仅巩固了所学知识,而且也对新的内容进行了很好的预习。经他们修改或制作的课件,不仅更富有创意,而且更符合学生的思维模式。学生在制作课件、讲授课程的过程中,深切体会到了课本的知识和所学章节的背景。让他们走上讲台,讲解书中部分内容,不失为调动学习积极性、活跃课堂气氛的良好模式。
5循序渐进地开展中药化学双语教学,扩大学生知识视野
目前一些高校开设的双语课程,或是教师拿着外文教材,全盘中文讲解,感觉像英语翻译课;或是从头到尾全盘英语授课。这对于本身就比较复杂需要理解的中药化学课程而言,有着相当的难度。因此,双语教学的教学方法和手段、英语的使用尺度,是最需把握的关键。把握不好,不仅达不到营造英语表达氛围的目的,反而连基本要求都无法实现。
随着多媒体技术在化学实验教学中的应用日渐普遍,一部分老师产生了思维误区,认为多媒体可以代替全部的课堂实验,使化学这门课失去了实验这个基础,使化学教学陷入了理论化的境地。另一方面,多媒体技术在实验教学过程中的方式选择也存在一定的问题,实践证明,有些实验如果用多媒体代替了,适得其反,有些实验因为采用了不恰当的多媒体技术,未能达成良好的教学效果,有时采用单一的媒体技术与采用多种媒体技术相结合的方式应用于实验教学,所达到的效果是完全不同的。下面,笔者将从如何借助多媒体使化学实验教学达到最优化这一问题展开具体讨论。
一、多媒体技术的有效应用的三个原则
1、辅。化学的课程性质和化学实验知识和技能的获得途径都决定了多媒体技术仅仅是化学实验教学手段的一种补充方式,多媒体技术是不能替代实验实践教学的。我们只有认识到这一辅的原则,才能使多媒体技术充分发挥其特有功能,促进教学目标的达成,而不使化学实验实践教学的主导地位发生改变。
2、必需性。化学实验教学是以实践教学为主体的,所有的实验应演示和操作,但部分实验在中学实验条件下是没有办法完成或者无法有效达到教学目标的,此时我们可以采用多媒体技术辅助化学实验实践教学,从而促进主体实验实践教学的有效达成。
3、有效性。多媒体技术应用的一个前提就是它能够促进教学目标达成,达到正常化学实验实践教学所不能达到的教学效果。因此,在实验内容的选择和多媒体技术的选择匹配上要运用有关规律,始终坚持以教学目标的有效达成作为检验多媒体技术是否有效应用的唯一标准。
二、多媒体技术的有效应用的实践
1、在实验原理微观分析中的应用。化学的研究对象涉及到物质的微观结构和化学反应原理,物质的微观结构既看不见,也摸不清;化学变化又是在原子的基础上重新组合或者化学键断裂和形成的结果,这就使得化学教学尤其是实验教学的原理分析非常抽象,学生不能很好理解。假如我们通过动画模拟分子、原子等微观粒子的运动特征和反应过程展示给学生看,不仅让学生直观形象地认识了微观世界,了解了化学变化的实质和原理,同时也起到了吸引学生的兴趣,引导学生进一步思考,大大提高课堂教学效率的作用。
2、在课堂演示实验细微现象观察中的应用。化学课堂的演示实验,其目的是通过实验让全体学生观察到物质变化的全过程,在理性上有一定的认识,从而提出疑问,获得结论。为了提高演示实验的可见度,传统的方法一般采用放大实验仪器,抬高实验装置,增加实验药品的用量,巡回展示实验结果,然而实验仪器的放大是有限的,巡回展示实验结果又浪费时间,且有些现象是在实验中瞬间产生的而无法观察到,以致影响教学效果。采用实物投影技术,可克服上述缺陷,主要是对实验现象进行放大,克服演示实验可见度小的缺陷,使学生能清楚的观察到实验现象,特别使一些细小的、不易观察到的实验现象。从而大大提高演示实验的效果,使实验的科学性得到提高,增强学生学习的积极性和参与程度,为培养学生的观察能力提供条件。
3、在复杂性、危险性、有毒性实验中的应用。中学化学演示实验已经删去了很多比较复杂,具有一定的危害性和危险性的实验,但在实际的实验教学中,为了便于学生掌握知识或者说明问题往往需要这些实验的呈现,出于安全的考虑,在课堂上肯定无法实施演示,此时我们就可以借助于摄像技术教学。这样既保证了学生的安全,又保护了环境,使教学达到意想不到的效果。
4、在长时实验中的应用。课堂演示实验中有些实验的全过程需要较长的时间,且伴随着一些无关紧要的环节,干扰学生正确观察实验现象,影响实验的最后效果。因此,采用摄像、剪辑技术,对实验全过程进行加工,既为学生提供了实验全过程,又突出了重要的实验现象,也不失实验真实性。同时,可以人为控制实验展示的时间,按需要选择某一片段或某一画面,进行“快放”或“慢放”,同时穿插对实验的探索性设问,则可以取得较好的教学效果。
5、在介绍和演示化工生产工艺流程中的应用。中学化学实验教学中有一部分是化工内容,例如《合成氨工业》和《接触法制硫酸工业》,简单介绍化工流程,旨在拓宽学生的视野,培养学生利用化学理论与化工实践相结合的能力,但限于实际,学生没有机会参观化工厂,课堂实验教学也无法完全准确演示化工生产实际。而借助多媒体摄像技术,使学生如身临其境一般,从而了解到工业生产的全过程,也增强了教学的趣味性和实用性。同时,利用动画模拟技术重现化工生产的简要流程以及某一反应设备的结构和设备内的反应现象,更加直观地展示化工生产的工艺流程,达到该内容的教学目标。