前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的化學的工藝流程主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
一、工藝流程題的特點
工藝流程題,就是用框圖形式把化工生產過程中的重點生產流程顯現出來,并用所給信息及相關化學知識設計問題,組成與化工生產和社會生活緊密聯系的化工工藝題型,此類試題分為三個部分即已知、流程圖和問題;已知多數是給出工藝生產的原料和最終要生產的產品,流程圖部分是用框圖表示出原料到產物的工藝流程,最后根據生產過程中所給信息及用到的化學知識設計成問題。
此類試題的特點有:一是試題情境真實,工藝流程來自工業生產實際,讓學生理論聯系實際,用所學知識去解決實際問題。二是試題涉及的知識點多,信息量豐富,不但考查對基礎知識的掌握程度,而且提高了學生解決問題的能力。三是試題閱讀量大,信息較多,提高了學生閱讀能力和對信息的采集、歸納和應用能力。
二、化學工藝流程的類型
化學工藝流程按自然資源的開發與利用,可將工藝流程分為以空氣為資源的工藝流程題(如合成氨、制硝酸工業工藝流程題),以水為資源的工藝流程題(如海水制鹽,氯堿工業,純堿工業、海水提溴等),以礦石為資源的工藝流程題(工業制硫酸,冶煉鋼鐵,電解冶煉制鋁和鎂等),以化石燃料為資源的工藝流程題(如有機合成等),如果按生產過程中的主要程序可分為除雜工藝流程題(如提煉高純硅),原料轉化工藝流程題,電解工藝流程題(如電解精煉銅),有機合成工藝流程題(如合成有機玻璃)和資源能源綜合利用工藝流程題等。
三、化學工藝流程題的解題方法
工藝流程題的常見考點有:(1)常見離子的檢驗(Cl-、SO42-、CO32-、SO32-、Fe3+、Fe2+等);(2)提純除雜(過濾、分餾、萃取、酸化、沉淀、轉化、氧化等);(3)結晶過程:蒸發濃縮冷卻結晶過濾洗滌;(4)溶液PH的調節(除Fe3+等);(5)減少污染,綠色化學應用;(6)純度、轉化率、產量的定量計算等。要快速準確地解決這類題,除了需要掌握中學化學基本知識和基本技能外,最重要的問題是提高分析工藝流程題的能力,為了更好地解決此類問題歸納方法如下:
1.工藝流程題的分析過程
工藝流程題是考查學生運用已有知識和相關信息解決工業生產問題的能力,應按下面方法分析:(1)采集信息,得出生產目的;(2)分析圖框中的各個步驟①原料②反應步驟③最終產物;(3)不要忽略問題中的信息。
2.工藝流程題的解題方法
(1)確定生產目的、采集有用信息。信息包括已知信息、流程圖中滲透的信息、表格信息、問題中的有失信息。通過這些信息,確定生產目的。首先比較分析工藝流程中的第一種原料與最后一種產品,從比較分析中找出原料和產品之間的聯系,得出工藝流程中原料轉化為產品的基本原理和檢驗,除雜提純產品的工藝方法,結合有用的信息,把問題逐個解答;若有多組原料,要合成一種或幾種中間產品,再與部分其他原料生產所需的主要產品,這樣的工藝流程題應將工藝流程圖分成多條生產線,分散分析。
(2)分析框圖,了解各步作用。分析流程圖中的原料與產品,找出兩者的關系,結合問題思考:原料轉化為產品的過程中都發生了什么反應?每一步反應除目標產物外,還有哪些雜質、哪些副產物?如何鑒別目標產物?如何除去雜質?有些化學工藝生產為了充分利用原料,還要考慮“綠色化學”理念。除考慮將原料轉化為產品外,同時還要考慮將副產品循環利用。遇到這類題型主要線索是原料轉化為產品,同時也要考慮提高原料的利用優選法和再循環問題。
(3)審清題意,規范答題。落筆答題很關鍵,針對學生簡述能力較差、化學用語表述不準確,所以答題時要審清題意,文字表達要準確、嚴密、科學。如不能把名稱寫化學式、不能把離子方程式寫成化學方程式、方程式要配平、看清是寫出實驗操作名稱還是讓寫具體操作步驟。
四、例題分析
例題1:(2011山東理綜)實驗室以含有Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl2和Br2,流程如下:
(1)操作Ⅰ使用的試劑是 ,所用主要儀器的名稱是 。
(2)加入溶液W的目的是 。用CaO調節溶液Y的pH,可以除去Mg2+。由表中數據可知,理論上可選擇的pH最大范圍是 。酸化溶液Z時,使用的試劑為 。
開始沉淀時的pH 沉淀完全時的pH
Mg2+ 9.6 11.0
Ca2+ 12.2 c(OH-)=1.8 mol?L-1
(3)實驗室用貝殼與稀鹽酸反應制備并收集CO2氣體,下列裝置中合理的是 。
(4)常溫下,H2SO3的電離常數Ka1=1.2×10-2,Ka2=6.3×10-8;H2CO3的電離常數Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11。某同學設計實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3:將SO2和CO2氣體分別通入水中至飽和,立即用酸度計測兩溶液的pH,若前者的pH小于后者,則H2SO3酸性強于H2CO3。該實驗設計不正確,錯誤在于 。
設計合理實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3(簡要說明實驗步驟、現象和結論): 。
儀器自選。
供選擇的試劑:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、pH試紙。
答案:(1)四氯化碳,分液漏斗。(2)除去溶液中的SO42- 11.0≤PH
三種參考方案如下:
方案一:將SO2氣體依次通過NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、澄清石灰水。品紅溶液不褪色,且澄清石灰水變渾濁,證明H2SO3酸性強于H2CO3。
方案二:將CO2氣體依次通過NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品紅溶液。品紅溶液不褪色,證明H2SO3酸性強于H2CO3。
方案三:配制相同物質的量濃度的NaHCO3和NaHSO3溶液,用酸度計(或PH試紙)測兩溶液的PH。前者的PH小于后者,證明H2SO3酸性強于H2CO3。
解析:該題為離子的分離提純類試題。在解題過程側重聯系物質分離提純的基本原理和實驗方法。如開始通入氯氣,為強氧化劑,后面上層液、下層液看出為分液操作。過濾操作,說明加入物質,可以沉淀某種離子,故可以選用合適的試劑。
(1)操作I是萃取,且萃取劑的密度大于水的,所以可為CCl4。
(2)分析要除去的離子(SO42-和Mg2+)即可得到CaCl2。加入溶液W是為了除去SO42-,要保證除盡Mg2+,所以PH≥11.0,而又不能使Ca2+沉淀,所以PH應小于12.2。
(3)收集CO2應用向上排氣法,可知a錯誤,c長頸漏斗端應插入液面以下,故b、d均可。
(4)抓住題設信息,因CO2與SO2氣體溶解度不同無法比較;酸性強弱還可以從以下兩個方面進行考慮;①用強酸制弱酸原理,SO2與NaHCO3反應制取CO2 ,然后用酸性高錳酸鉀溶液除去CO2中的SO2,用品紅溶液檢驗SO2是否除盡,最后用澄清石灰水檢驗是否有CO2生成;或將CO2通過飽和NaHSO3溶液中,用品紅溶液檢驗有無SO2生成。若品紅不褪色,則證明H2CO3酸性小于H2SO3。②相應鹽水解程度進行比較,取相同濃度的NaHCO3和NaHSO3,然后測其PH即可。
例題2:硫酸鋅可作為食品鋅強化劑的原料。工業上常用菱鋅礦生產硫酸鋅,菱鋅礦的主要成分是ZnCO3,并含少量的Fe2O3 、FeCO3、MgO、CaO等,生產工藝流程示意圖如下:
(1)將菱鋅礦研磨成粉的目的是 。
(2)完成“氧化除鐵”步驟中反應的離子方程式:
Fe(OH)2+ + =Fe(OH)3+Cl-
(3)針鐵礦(Coethite)是以德國詩人歌德(Coethe)名字命名的,組成元素是Fe、O和H,化學式量為89,化學式是 。
(4)根據下表數據,調節“濾液 2”的pH時,理論上可選用的最大區間為 。
Mg(OH)2 Zn(OH)2 MgCO3 CaCO3
開始沉淀的pH 10.4 6.4 - -
沉淀完全的pH 12.4 8.0 - -
開始溶解的pH - 10.5 - -
Ksp 5.6×10-12 - 6.8×10-6 2.8×10-9
(5)工業上從“濾液3”制取MgO過程中,合適的反應物是 (選填序號)。
a.大理石粉 b.石灰乳
c.純堿溶液 d.燒堿溶液
(6)“濾液4”之后的操作依次為 、 、過濾、洗滌、干燥。
(7)分析圖中數據,菱鋅礦粉中ZnCO3的質量分數不低于 。
答案:(1)增大反應物接觸面積或增大反應速率或使反應更充分。(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:本題考查的是化學反應原理(包括化學平衡原理、水解原理),物質的制備、分離和提純等實驗操作,以及綠色化學觀念和經濟的視角分析實際生產中各種問題的能力。解題的基本思路為:
(1)從反應速率及反應充分的角度分析。
(2)ClO-作氧化劑被還原生成Cl-,化合價降低2,Fe(OH)2生成Fe(OH)3,化合價升高1,所以Fe(OH)2的計量數為2,最后用O、H配平并檢查。
(3)化學式量為89,只能含有一個Fe,余下33為H、O,所以有兩個O、一個H,化學為FeO(OH)。
(4)選擇的區間應該為Zn(OH)2完全沉淀、Mg(OH)2還沒開始沉淀。
(5)因為Mg(OH)2的溶解度遠遠小于Ca(OH)2,且石灰乳價格便宜,所以石灰乳最好。
(6)制取帶結晶水的硫酸鋅,應該用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等過程。
所謂“綠色化學理念”就是人們在社會生產、生活和實踐中,就環境日趨惡化防治關鍵是減少乃至杜絕化學污染源而逐步形成的綠色化學重要性的認識,其基本內涵包括:(1)樹立可持續發展觀。它是指人口、經濟、社會、資源和環境協調發展。(2)樹立綠色化學價值觀。人類對環境價值的認識或者說觀念、看法、觀點可以稱之為環境價值觀。(3)樹立化學科學發展觀。以人為本,全面、協調、可持續的發展觀,促進經濟社會和人的全面發展。(4)樹立生態和諧道德觀。生態道德觀念是人類傳統社會道德觀念的繼承和發展,是在現代工業文明引發的人與環境關系日益尖銳的情況下產生和發展起來的,一種人類與環境和諧相處的新道德觀念,是人類有史以來環境意識發展的最高階段。
2.綠色化學理念在高中化學教學中滲透的現狀
綠色化學旨在研究化學實驗的同時要考慮對環境的影響因素,是對當代的化學研究者和化學教師提出的新任務。對于大多化學研究者來說都是一個全新的概念,但新課改的要求下,化學教師必須高度重視綠色化學的理念,并將其滲透到高中化學教學課程中十分重要?,F階段,許多從事環境保護和微型化學實驗的實際工作計劃已經做到了與綠色化學相一致的要求,包括化學教材中得內容也充分體現了綠色化學理念。
2.1在化學概念上建立與綠色化學一致的概念
化學教師在教學過程中已經開始重視綠色化學的概念,并結合了化學教材的許多內容的相關概念進行化學教學,他們大多從環境保護角度包括:環境污染、三廢、大氣污染物、酸雨、溫室效應等概念,從減量、減廢的角度介紹了循環操作、交換劑再生、催化劑中毒等概念中滲透綠色化學的理念,將這些能見、易懂的高學化學教材中的概念體現在綠色化學的概念中,已經為中學階段開展綠色化學教學奠定了良好基礎。
2.2在物質工業生產制造的介紹中滲透了綠色化學的觀點
如工藝流程中都采取了循環操作,這樣可以節省資源、提高原料的利用率。如:在合成氨工業、氨氧化法制取硝酸等工藝流程中。如防止或減少污染物排放的過程中設置了尾氣處理裝置或回收再利用裝置。
3.在化學實驗中滲透綠色化學理念的有效措施
3.1盡量避免使用有毒害的反應物和催化劑
例如,在教授高中化學實驗的過程中,關于制乙烯這個實驗,教師就可以教學生用氧化鋁代替濃硫酸來完成這個實驗,這樣能減少硫酸的污染。教師也可以借鑒化工生產中不斷出現新的新工藝方法和新型的催化劑,為高中化學實驗綠色化提供技術支撐?;瘜W教師應該注意把工業成果應用于實際教學,既加強理論與實際的結合,同時也使化學實驗更加綠色化。
3.2改變實驗裝置,使產生毒害性物質的實驗也能變成綠色化的實驗
如二氧化硫和硫化氫反應的實驗裝置,傳統的方法先分別制取二氧化硫和硫化氫,然后混合二氧化硫和硫化氫,必然造成氣體的泄漏。為減少氣體的泄漏污染,用一個小的空塑料礦泉水瓶,在其中放入小試管,塑料瓶、小試管中分別裝入Na2SO3和FeS,然后迅速在其中分別加入鹽酸,最后加入氫氧化鈉,吸收過量氣體或者中和未反應的鹽酸?;瘜W教師不能僅僅局限與課本和傳統的知識觀念,必須在實驗中不斷發現問題,總結教訓和大膽探索新方法,才能真正將化學實驗變成綠色,才能更好的為學生提供綠色化學的理念教學實驗。
3.3進行微型化實驗,減少排放,實現綠色化學
在實驗中可以借助小試管、點滴板、多用滴管、井穴板等微型化的的儀器,控制學生滴加藥品的用量,減少藥品的使用;在保證現象的前提下盡量降低反應溶液濃度;組合實驗,通過實驗的試紙化,減少反應物的使用及有害物的排放。
4.4師生規范實驗操作也有利于促進綠色化學實驗室的建設
一、命題特點
化學工藝流程試題是新課程改革催生的一種新題型,也是近年來中考化學試題的特色之一。化學工藝流程試題就是將化工生產過程中的主要生產階段,即生產流程,用框圖形式表示出來,并根據生產流程中有關的化學知識步步設問,形成與化工生產緊密聯系的化工工藝試題。工藝流程題的結構一般分為題頭、題干和題尾三部分:題頭一般是簡單介紹該工藝生產的原材料和工藝生產的目的(包括副產品),題干部分主要用框圖形式將原料到產品的主要生產工藝流程表示出來,題尾主要是根據生產過程中涉及的化學知識設置成系列問題,進而構成一道完整的化學試題。
在近年來的中考中,“化學工藝流程試題”命題內容廣泛,密切聯系生產、生活實際,設問方式靈活,充分體現了“化學是真實的”的命題指導思想,其主要特征如下:
1.以化工生產為背景,用框圖的形式表述生產流程,主題內容廣泛,密切聯系生產、生活實際,題材豐富。
2.工藝流程所包含的學科知識比較基礎,具有一定的代表性和典型性,流程圖中可能出現超綱知識,但試題設問時不會涉及。
3.解答流程題不必將圖中每一種物質都推出,一般是問什么推什么。試題的設問一般沒有“連帶效應”,即前后問題之間沒有必然的聯系,主要考查學生對已學知識的掌握、理解、遷移、轉換、重組和應用的能力。
二、解題策略
1.明確目的,提取有用信息。題頭一般是簡單介紹該工藝生產的原料和工藝生產的目的(包括副產品),以及提供一些課本上未出現過但題中必須要用到的信息。通過閱讀題頭,了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續設問中的提示性信息,進而明確生產目的――制備什么物質,找到制備物質時所需的原料及所含雜質,提取出所給的相關信息――物質反應的化學方程式、物質穩定性、物質溶解性等。
2.分析流程,弄清各步作用。首先對比分析生產流程示意圖中的第一種物質(原料)與最后一種物質(產品),從對比分析中找出原料與產品之間的關系,弄清:生產流程過程中原料轉化為產品的過程中依次進行了什么反應?每一步除目標物質外,還產生了什么雜質或副產物?雜質是否要除去?若要除去,采用什么操作方法除去?采取這樣的方法,其目的是什么?
3.看清問題,準確規范作答。無論流程如何陌生復雜,最終命題者設置的問題仍然是課本、考綱所要求掌握的知識點。大多數問題用所學知識便可直接回答,但個別地方往往有悖所學知識,這時就要考慮產物、環保、產量、成本等等。所以答題時要看清所問問題,不能答非所問,要注意語言表達的科學性,如化學方程式要配平,分清所問是實驗操作名稱還是具體操作步驟等等。
三、解題方法
1.首尾分析法。對一些線型流程工藝(從原料到產品為一條龍生產工序)試題,首先對比分析生產流程示意圖中的第一種物質(原料)與最后一種物質(產品),從對比分析中找出原料與產品之間的關系,弄清生產流程過程中原料轉化為產品的基本原理和除雜、分離、提純產品的化工工藝,然后再結合題設的問題,逐一推敲解答。
2.截段分析法。對于用同樣的原料生產多種(兩種或兩種以上)產品(包括副產品)的工藝流程題,用截段分析法更容易找到解題的切入點。
3.交叉分析法。有些化工生產選用多組原材料,事先合成一種或幾種中間產品,再用這一中間產品與部分其他原料生產所需的主流產品。以這種工藝生產方式設計的流程題,為了便于分析掌握生產流程的原理,方便解題,最簡單的方法就是將提供的流程示意圖劃分成幾條生產流水線,上下交叉分析。
4.“瞻前顧后”分析法。有些化工生產,為了充分利用原料,變廢為寶,設計的生產流水線除了主要考慮將原料轉化為產品外,同時還要考慮將生產過程中的副產品轉化為原料的循環生產工藝。解答這類題,可以用“瞻前顧后”分析法?!罢扒邦櫤蟆狈治龇ǎ侵阜治龉に嚿a流程時,主要考慮原料轉化為哪種產品(即“瞻前”),同時也要考慮原料的充分利用和再生產問題(即“顧后”)。
四、真題解讀
1.考查生產硫酸的工藝流程。
例1(安徽)以黃鐵礦(主要成分是FeS2)為原料,生產硫酸的簡要流程圖如下:
(1)寫出流程圖中一種氧化物的名稱:。
(2)將黃鐵礦粉碎,目的是。
(3)流程中SO2轉化為SO3的化學方程式為。
(4)實驗室稀釋濃硫酸時應注意什么?。
(5)爐渣(Fe2O3)在工業上可用來。
解析:本題主要考查工業上生產硫酸的工藝流程。(1)氧化物是指由兩種元素組成,其中一種元素是氧元素的化合物,流程圖中出現了三種氧化物,即二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、三氧化二鐵(或氧化鐵)(Fe2O3)。(2)將黃鐵礦粉碎,其主要目的是增大反應物的接觸面積,使黃鐵礦反應更加充分,提高原料的利用率。(3)流程中SO2是在加熱和有催化劑存在的條件下被氧氣氧化為SO3,書寫化學方程式時要特別注意反應條件的標注。(4)實驗室稀釋濃硫酸時,應將濃硫酸沿著燒杯壁緩慢注入水中,并用玻璃棒不斷攪拌,使濃硫酸溶于水放出的熱量盡快散失,以免酸液沸騰,濺出傷人,切不可將水注入濃硫酸中。(5)爐渣(Fe2O3)中含有豐富的鐵元素,在工業上可以用來煉鐵。
答案:(1)二氧化硫(或三氧化硫或氧化鐵)
(2)使黃鐵礦與空氣(或氧氣)充分接觸(3)2SO2+O2催化劑2SO3(4)將濃硫酸沿著燒杯壁慢慢倒入水中,不斷攪拌(意思相近即可)
(5)煉鐵(合理即可)
2.考查合成尿素的工藝流程。
例2(南京)以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如下圖所示(圖中某些轉化步驟及生成物未列出):
(1)尿素與熟石灰混合研磨(填“有”或“無”)刺激性氣味。
(2)甲烷和水蒸氣在高溫及催化劑的條件下反應,生成CO和H2,該反應的化學方程式為。
(3)分離出氨后,可循環利用的兩種物質是、。
解析:本題主要考查工業上合成尿素的工藝流程。(1)銨鹽與熟石灰研磨會放出氨氣,而尿素不屬于銨鹽,與熟石灰研磨不會放出氨氣。(2)書寫此類信息型化學方程式,關鍵是準確找到反應物、生成物和反應條件。(3)從氨氣的合成塔出來的氣體是氮氣(N2)、氫氣(H2)和氨氣(NH3)的混合氣體,氨氣被分離后,剩余的兩種氣體為氮氣(N2)和氫氣(H2),這兩種物質可以循環利用。
答案:(1)無(2)CH4+H2O催化劑高溫CO+3H2(3)氮氣(或N2)氫氣(或H2)(順序可顛倒)
3.考查聯合制堿法的工藝流程。
例3(梅州)我國化學家侯德榜發明了聯合制堿法,其生產產品純堿和副產品氯化銨的工藝流程如下圖所示:
(1)NH3溶于水得到氨水,將無色酚酞溶液滴入氨水中,溶液呈色。
(2)寫出反應Ⅰ的化學方程式:,該反應的基本類型為。
(3)操作a的過程是蒸發濃縮、、過濾。
(4)上述工藝流程中可循環利用的物質是。
解析:本題主要考查侯德榜的聯合制堿工藝。(1)NH3溶于水得到氨水,氨水顯堿性,可使無色酚酞溶液變紅色。(2)純堿是碳酸鈉,碳酸氫鈉在加熱條件下生成碳酸鈉、二氧化碳和水,該反應特征是“一變多”,屬于分解反應。(3)操作a的過程是蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾。(4)由工藝流程可知,上述生產中反應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環利用。
答案:(1)紅(2)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2分解反應(3)冷卻結晶
(4)CO2
4.考查制備新型凈水劑氯化鐵的工藝流程。
例4(濰坊)濰坊市繼續實施農村集中供水工程,集中供水覆蓋人口已達到90%以上。自來水廠常用氯氣殺毒,用明礬、氯化鐵等絮凝劑凈化水。以硫鐵礦(主要成分為FeS2)為原料制備氯化鐵晶體(FeCl3?6H2O)的工藝流程如下:
回答下列問題。
(1)流程中需用30%的鹽酸“酸溶”焙燒后的殘渣(主要成分是氧化鐵),寫出反應的化學方程式:。
(2)二氧化硫能形成酸雨,危害環境。常用下列方法除去:
方法1:將含二氧化硫的廢氣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:將含有二氧化硫的廢氣通入石灰石懸濁液中,在空氣作用下生成硫酸鈣和二氧化碳,從而除去二氧化硫,寫出反應的化學方程式:。
(3)自來水廠通常用電解飽和食鹽水制備Cl2,反應的化學方程式為:2NaCl+2H2O通電2NaOH+Cl2+H2?,F需要71t氯氣用于自來水消毒,理論上需要含雜質10%的粗鹽多少噸?同時生成燒堿多少噸?
解析:本題主要考查新型凈水劑氯化鐵的制備流程。(1)鹽酸與氧化鐵反應生成氯化鐵和水。(2)氨水是一種弱堿,因此氨水的pH大于7;將含二氧化硫的廢氣通入石灰石懸濁液中,在空氣作用下反應的化學方程式為:2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2。(3)根據需要的71t氯氣,通過化學方程式可以計算出需要的氯化鈉的質量和生成的氫氧化鈉的質量,然后根據氯化鈉的質量可計算出粗鹽的質量。
答案:(1)Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
(2)大于2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2
(3)設電解的氯化鈉的質量為x,生成燒堿的質量為y。
2NaCl+2H2O通電2NaOH+Cl2+H2
11780 71
xy71t
11771=x71tx=117t
需要含雜質10%的粗鹽的質量為:117t1-10%=130t
8071=y71ty=80t
答:略。
5.考查從海水中獲取化工產品的工藝流程。
例5(內江)海水是巨大的資源寶庫。下圖所示為利用海水為原料獲得許多化工產品的流程圖:
(1)要鑒別海水是硬水還是軟水,可選用的試劑是。
(2)步驟①中選用蒸發結晶法而不用降溫結晶法的理由是。
(3)制純堿過程中,過濾操作所需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和。
(4)步驟②發生反應的化學方程式是,其基本反應類型為。用鎂制造的一種鎂鋁合金,常用作生產飛機外殼的材料,該材料具有的優良性能有(任答一點)。
(5)步驟④發生的反應為置換反應(類似于金屬與鹽溶液之間的反應),試寫出該反應的化學方程式:,此反應能夠發生是因為。
題目(2009年高考江蘇卷第15題)醫用氯化鈣可用于生產補鈣、抗過敏和消炎等藥物。以工業碳酸鈣(含少量Na+、 Al3+、Fe3+等雜質)生產醫藥級二水合氯化鈣(CaCl2?2H2O的質量分數為97.0 %~103.0 %) 的主要流程如圖1所示。
(1) 除雜操作是加入氫氧化鈣,調節溶液的
pH為8.0~8.5, 以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。檢驗Fe(OH)3是否沉淀完全的試驗操作是________。
(2)酸化操作是加入鹽酸,調節溶液的pH約為4.0,目的是:①將溶液中的少量 Ca(OH)2轉化為CaCl2;②防止Ca2+在蒸發結晶時水解;③______。
(3)測定樣品中Cl-含量的方法是:a.稱取0.7500 g樣品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待測溶液于錐形瓶中;c.用0.05000 mol?L-1 AgNO3溶液滴定至終點,消耗AgNO3溶液體積的平均值為20.39 mL。
①上述測定過程中需要溶液潤洗的儀器有_____。②計算上述樣品中CaCl2?2H2O的質量分數為_____。③若用上述辦法測定的樣品中CaCl2?2H2O的質量分數偏高(測定過程中產生的誤差可忽略),其可能的原因有_____;_____。
提供的標準答案:(1)取少量上層清液,滴加KSCN溶液, 若不出現血紅色,表明Fe(OH)3 沉淀完全。 (2)③防止溶液吸收空氣中的CO2。(3)①酸式滴定管;②99.9 %;③樣品中存在少量的NaCl,少量CaCl2?2H2O失水。
1對試題的賞析
試題以醫藥級二水合氯化鈣(CaCl2?2H2O)的工業制備為背景,以化學反應、物質轉化為流程主線,通過命題者的精心設計,將物質的推斷、工藝目的、物質檢驗、產品純度計算融為一題,考查考生應用所學知識與實驗技能解決生產實際問題的能力,對學生的綜合素養要求較高。
情境引入生活化,拉近了考生應試心理與試題陌生度的距離,感悟化學問題的價值,極大地激發考生考場探究應試的信心。試題文字敘述不冗長,難度適中,有利于考生消除過度的緊張情緒,促進解題策略的機智發揮。
值得指出的是2009年高考上海卷第27題(題略,見本刊2009年第9期)與這道工藝流程題十分相像,如起始原料都是考生熟悉的CaCO3、而制備生活或醫藥產品(提純CaCO3合成無毒的殺菌劑CaO2)、流程設計(均為5框流程)、反應與操作過程(均有加酸、加堿、過濾等)等均如出一轍,考查的學科知識、實驗操作技能和解決問題的智力等認知領域要求驚人的相似,有異曲同工之妙。試題通過真實性的問題情境,考查學生解決化學綜合問題與評價的能力,很好地體現了課程改革的新理念和高考改革的新舉措。
2對試題的商榷
在充分認識試題的成功命制和考查功能的同時,也應客觀地看到設計的某些美中不足,需要斟酌。
2.1使Al3+、Fe3+沉淀完全pH控制過大
已知298 K時,Ksp[Al(OH)3] =1.3×10-33,Ksp[Fe(OH)3] =4.0×10-38, 由溶度積及其規則,可推導出計算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可認為是Al3+和Fe3+完全沉淀時的濃度。筆者認為,從可持續發展的考生和化學學科角度考慮,或從化學定量實驗分析要求和化工生產節能低耗原則考慮,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]較為合適[1]。
2.2產品質量分數設置不合理
從化學定量測定組分及醫用產品組成看,任何待檢樣品的純度不會超過100 %,如公認的最純物質電子工業用硅晶體純度高達11個9(見人教版、上教版初三教材),趨于但不等于100 %。而試題題干設定的“醫藥級二水合氯化鈣(CaCl2?2H2O的質量分數為97.8 %~103.0 %)”,根據純度和質量分數的概念,每100 g這種醫藥級二水合氯化鈣含CaCl2?2H2O的質量為97.8 g~103.0 g,顯然, 不利于考生的信息提取和解決問題時應用參照。易造成閱讀理解的人為認知困惑性沖突, 不利于考生對(3)③題“上述辦法測定的樣品中CaCl2?2H2O的質量分數偏高”含義的認識、計算方法的確定和對計算結果的分析回答。這種誤差是分析方法本身造成的,是把混入的NaCl、產品失水生成的CaCl2, 以及CaCl2?H2O中的Cl-均當作CaCl2?2H2O中的Cl-計算造成的,是測定的系統誤差或稱方法誤差,而不是真實的CaCl2?2H2O偏高而超過100 %。
2.3 計算結果不符合有效數字運算規則
科學實驗中為得到準確的測量結果,不僅要準確地測量各種數據,而且還要正確地記錄和計算。分析結果的數值不僅表示試樣中被測成分含量的多少,而且還要反映測定的準確程度。根據有效數字運算規則[2],該試題第(3)小題題設提供的數據信息均是正確的,使用的是萬分之一的分析天平,能稱準至±0.0001 g(稱取樣品質量小于1.000 g),待測液體積和標準滴定液讀數記錄為25.00±0.01 mL 、20.39±0.01 mL,符合高含量(>10 %)組分測定的準確度要求。這對培養學生嚴謹的科學態度和規范地做定量分析實驗、科學態度的養成以及考查考生的科學素養是十分有益的,值得高考命題提倡。但提供的計算結果即求樣品質量分數的答案99.9 %,是三位有效數字,多棄去一位,不符合有效數字的運算規則,令人遺憾。正確答案應為99.91 %。使分析結果的相對誤差從符合準確度要求的±(0.0001/0.9991)×1000 ‰=±0.1001 ‰≈±0.1 ‰(筆者注:表示誤差時, 只需取一位有效數字[2]) 升至±(0.001/0.999)×1000 ‰=±1.001 ‰=±1 ‰, 增大10倍,或者說使測量結果的準確度人為降低了10倍。
2.4 “檢驗Fe(OH)3沉淀是否完全”的設置缺乏科學性
命題者設置這一問題是考查考生Fe3+檢驗技能的應用,卻忽視了Fe3+檢驗的最基本條件――介質的酸堿性和氫氧化鐵的難溶性。同時,問題的指向也較含糊:是檢驗游離的Fe3+,還是檢驗濾液中的溶質有分子狀態的Fe(OH)3存在,指向不夠清楚。
鐵離子(Fe3+)和配位體SCN-通過配位鍵結合形成配合物[Fe(SCN)3]或配離子[Fe(SCN)n](3-n)+(n=1~6)。在水溶液中存在如下配合離解平衡:Fe3++nSCN-
[Fe(SCN)n](3-n)+, [Fe(SCN)n](3-n)+的累積常數與其逐級穩定常數見表1(沒有查到lg K穩6) [1]。由表1可見,各級配離子的穩定常數K(穩)均較小, 易離解。向上述平衡體系中加入試劑OH-,會使平衡迅速向左移動,生成Fe(OH)3沉淀。
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設開始加 Ca(OH)2 時溶液中 Fe3+ 濃度為0.0010 mol?L-1,完全沉淀時Fe3+濃度為10-5 mol?L-1, 由已知Ksp=[Fe3+][OH-]3,水的離子積和pH計算公式得:pH(開始沉淀)=14+(1/n)lg(Ksp/0.0010), pH(沉淀完全)=14+(1/n )lg (Ksp/1.0×10-5)。計算出Fe3+在不同pH溶液中沉淀后的濃度見表2。由表2可知, 當Fe3+沉淀完全(10-5 mol?L-1)時,溶液的pH=3.2;題設pH=8.0~8.5,用上述同樣的方法可計算出溶液中Fe3+濃度約為1.2×10-20~1.1×10-21 mol?L-1。即取沉淀后的上層清液,滴加KSCN溶液,由于溶液中已無Fe3+存在,不會發生配合反應生成紅色的配離子[Fe(SCN)n](3-n)+。
[實驗1] 向大支試管中加入0.020 mol?L-1 的 FeCl3溶液約10 mL, 然后滴加Ca(OH)2飽和溶液,至用pH計測試pH=8.0~8.5停止滴加,用離心機分離沉淀或放置片刻,待沉淀沉入試管底部,用長細尖嘴膠頭滴管分別取上層清液于三支小試管,依次滴入0.10 mol?L-1、1.0 mol?L-1、5.0 mol?L-1的KSCN溶液各約2 mL,振蕩,觀察現象到三支試管溶液均為無色透明。
[實驗2] 將實驗1制得的Fe(OH)3(含上層清液)以玻璃棒攪拌至渾濁,用膠頭滴管分別取懸濁液(含氫氧化鐵)于三支小試管中,然后分別滴加0.100 mol?L-1、1.00 mol?L-1、5.00 mol?L-1的KSCN溶液各約2 mL,振蕩、靜置,觀察到三支試管底部都有紅褐色沉淀,上層溶液均無色。
從定量的角度考慮,上述各實驗所用配體SCN-都是過量的,沒有出現陽性反應,說明溶液中的Fe3+已沉淀完全(
3 對工藝流程高考題價值與命制技術的思考
3.1工藝流程題的特點與考試教學價值
查閱歷年高考試題,不難發現化工生產工藝流程題的創新命制始于20世紀90年代中期的上海卷,新課程實施后這種題型在全國各省區高考卷中應運而生,現已發展成為倍受青睞的高考熱點固定題型。試題構成以文字、表格信息與工藝流程框圖相結合,以生活物品、醫藥、常用材料物質的合成為素材,以重要的元素化合物(含有機物)的性質及其轉化為線索,理論與實踐相結合,借以考查學生的化學基本概念與理論、實驗與計算等技能的掌握與運用水平,考查人文素養(如科學技術、社會、環境、綠色化學理念等),考查閱讀、識圖、讀表分析及獲取和處理信息用以決策和解決問題的能力,能較好地反映學科特色,使化學問題的本然目標得以充分展現,使學生的解題過程獲得長足發揮,較好地體現和考核了新課程化學教育三維目標的達成情況。此類試題對平常的練習教學也有很好的導向作用,解決這種結合物質制備工藝流程中的化學問題,能使學生體驗感受深刻,能強化學生學化學的潛在動機積極性,既能提高教學質量又能有效地遏制題海應考。
3.2工藝流程題命制的真實性價值
真實性命題是相對于虛假即人為編造不符合化學學科特點和不真實的命題而言的[3]。真實性化學工藝流程試題強調體現化學學科的特點與本質,強調科學、技術、社會和環境的密切聯系,情境和問題設置及其解決都應真實地反映學科的特點、工業生產實際,尤其要符合新課程標準的要求和中學化學教學實際。真實或模擬真實的工藝流程問題情境,可以增強學習和考試內容的真實性,增進對問題的理解,促進知識技能的遷移和應用,增加化學學習的興趣和動力。生活、生產、科學技術和環境等是工藝流程題命制的基本素材,合理選擇和組織這些素材并融進中學化學物質、概念、理論、實驗、計算等,設置坡度適宜又有區分度的問題,能有效地考查考生的知識儲備與檢索和信息處理、應用能力以及發展的潛力。真實性化學工藝流程試題能將化學知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標有效整合,使選拔考試滲透人文教育,在發現問題和問題解決中感受愉悅,感悟真實化學問題及其解決之美,使解題的過程價值得以提升。編制這類試題也有利于公平、客觀地考查學生的學科素養和分析解決實際問題的能力[3]。
3.3工藝流程題命制的科學性要求
科學性要求是指命制的原創性工藝流程題除具真實性外,還必須做到不出現化學知識和技術性錯誤,文字表述語句流暢并合乎思維邏輯,問題設置有坡度、有內在聯系或有伏筆或互為信息,探究性問題設置具有可生成性、開放性和探究性,能體現教育與考試的本源目標理念。即“注重知識應用和在解決問題中能力的發揮。因為這是我們中學教育教學的本質,是由學生個體自我實現和發展的教育機制所決定的”[4]。只有真實、科學、命制技術性好的工藝流程題,才能保證高考選拔考試的信度和區分度;才能有利于考生的意義同化形成新情景下的思維靈感,遷移認知產生解決問題的創新方法;才能保證工藝流程高考題有高信度和高區分度功能;才能有效地體現選拔考試的客觀性和公平性原則[3]。
參考文獻:
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們參觀了印染廠、xxxx有限公司。經過對工廠、車間的親身走訪,我對所學的專業有了進一步的了解;使我初步了解印染廠加工的常見紡織品;同時,我們的領隊老師也給我們講解了許多染整加工中的工藝流程及特定過程中所需的工藝條件、基本設備。通過這次使我不但增強了理論水平,還要提高了我運用理論知識去解決實際的生產的問題的能力。
實習完畢后,我又搜索和查閱了相關的資料,加深了對專業知識的了解,并具體了解了幾類紡織品的染整工藝加工過程,初步理解了軋染的基本工藝流程。下面我就舉棉織物的軋染和絲綢的印花加工兩例進行分析。
織物染色基本工藝
織物的染色方法主要分浸染和軋染。浸染是將織物浸漬于染液中,而使染料逐漸上染織物的方法,它適用于小批量多品種染色。繩狀染色、卷染都屬于此范疇。軋染是先把織物浸漬于染液中,然后使織物通過軋輥,把染液均勻軋入織物內部,再經汽蒸或熱熔等處理的染色方法,它適用于大批量織物的染色。染色是在一定溫度、時間、PH值和所需染色助劑等條件下進行的。用于棉織物染色的染料主要有直接染料、活性染料,還原染料、可溶性還原染料、不溶性偶氨染料、硫化染料等。
紹興志仁印染廠主要是對棉麻、粘膠織物的染色以軋染為主,而杭州華泰絲綢印染集團主要是對真絲織物的印花為主。
棉織物的軋染加工和絲綢的印花加工
連續軋染一般分為練漂、染色、印花、整裝四個主要生產車間。
一、基本設備:
練漂設備(前處理):燒毛機(氣體燒毛機、銅板燒毛機)、煮練機(平幅、繩狀)、氧漂機、氯漂機、絲光機。
染色設備:熱熔染色機、卷染機、紅外打底機、顯色皂洗機。
印花設備:平網印花、圓網印花、滾筒印花、轉移印花、數碼印花。
整裝設備:定型機、拉幅機、磨毛機、壓光機、預縮機、碼剪機。
二、工藝流程:
1、棉織物原布檢驗——翻布打印——縫頭——燒毛——(退漿——)煮練——漂白——絲光——烘干——染色——拉幅——后整理——碼剪——包裝
燒毛:燒毛的目的在于燒去布面上的絨毛,使布面光潔美觀,并防止在染色、印花時因絨毛存在而產生染色不勻及印花疵病??椢餆菍⒖椢锲椒焖偻ㄟ^高溫火焰,或擦過赤熱的金屬表面,這時布面上存在的絨毛很快升溫,并發生燃燒,而布身比較緊密,升溫較慢,在未升到著火點時,即已離開了火焰或赤熱的金屬表面,從而達到燒去絨毛,又不操作織物的目的。
退漿:紡織廠為了順利的織布,往往對經紗上漿以提高強力和耐磨性。棉織物上的漿料可采用中國報告網堿退漿、酶退漿、酸退漿和氧化劑退漿等方法,將其從織物上退除。
煮練:棉織物經退漿后,大部分漿料及部分天然雜質已被去除,但還有少量的漿料以及大部分天然雜質還殘留在織物上。煮練是利用燒堿和其他煮練助劑與果膠質、蠟狀物質、含氮物質、棉籽殼發生化學降解反應或乳化作用、膨化作用等,經水洗后使雜質從織物上退除。
漂白:棉織物經煮練后,由于纖維上還有天然色素存在,其外觀不夠潔白,用以染色或印花,會影響色澤的鮮艷度。漂白的目的就在于去除色素,賦于織物必要的和穩定的白度,而纖維本身則不受顯著的損傷。棉織物常用的漂白方法有次氮酸鈉法、雙氧水法和亞氯酸鈉法。
絲光:絲光是指棉織物在室溫或低溫中國報告網下,在經緯方向上都受到張力的情況下,用濃的燒堿溶液處理,以改善織物性能的加工過程。棉織物經過絲光后,由于纖維膨化,纖維縱向天然扭轉消失,橫截面成橢圓形,對光的反向更有規律,因而增進了光澤。
染色:染色是借染料與纖維發生物理或化學的結合,或用化學方法在纖維上生成顏料,使整個紡織品具有一定色澤的加工過程。染色是在一定溫度、時間、PH值和所需染色助劑等條件下進行的。染色產品應色澤均勻,還需要具有良好的染色牢度。
整理:棉織物整理包括機械和化學兩個方面。前者有拉幅、軋光、電光、軋紋以及機械預縮整理等。后者有柔軟整理,硬挺整理、增白整理以主防縮防縮整理等。
2、圖案設計
稿感光制板 配色打樣調制色漿 }印花蒸化水洗退漿固色烘干整理檢碼 坯綢準備(練白綢或染色綢) 感想和體會 當我參觀完紹興志仁印染廠、杭州華泰絲綢印染有限公司,不但深化了課堂知識,還得到了許多課堂上學不到的東西。在學
習了染整工藝過程后,參觀了工廠的染整的整個過程,熟悉了基本工藝過程和染整設備,對今后的學習和工作肯定會有很大的幫助。心理感覺壓力很的,離找工作的日子越來越近,雖然那些公司的環境不是很好,但體驗到了工作的生活,發現自己今后要學習的東西還很多,我會在以后的學習中更加努力,學到更多的知識,然后努力工作。展開自己新的生活旅程!
學院:
關鍵詞:西部地區;綠色;教育;探究
中圖分類號:G652文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2010)06-0099-01
一、綠色化學是應對挑戰的必然
科學不但要認識世界和改造世界,還要保護世界?;瘜W也如此,為了應對化學所面臨的挑戰,提倡綠色化學是刻不容緩。
(一)綠色化學的概念。綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學或清潔化學,是指化學反應和過程以“原子經濟性”為基本原則,即在獲取新物質的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子,在始端就采用實現污染預防的科學手段,因而過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭阻止污染的化學。綠色化學不同于環境保護,綠色化學不是被動地治理環境污染,而是主動的防止化學污染,從而在根本上切斷污染源,所以綠色化學是更高層次的環境友好化學。
(二)綠色化學的產生及其背景。當今,可持續發展觀是世人普遍認同的發展觀。它強調人口、經濟、社會、環境和資源的協調發展,既要發展經濟,又要保護自然資源和環境,使子孫后代能永續發展。綠色化學正是基于人與自然和諧發展的可持續發展理論。在1984年,美國環保局(EPA)提出“廢物最小化”,這是綠色化學的最初思想。1989年,美國環保局又提出了“污染預防”的概念。1990年,美聯邦政府通過了“防止污染行動”的法令,將污染的防止確立為國策,該法案條文中第一次出現了“綠色化學”一詞。1992年,美國環保局又了“污染預防戰略”。1995年,美國政府設立了“總統綠色化學挑戰獎”。1999年英國皇家化學會創辦了第一份國際性《綠色化學》雜志,標志著綠色化學的正式產生。我國也緊跟世界化學發展的前沿,在1995年,中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術》的院士咨詢課題。
(三)綠色化學的核心內容。原子經濟性是綠色化學的核心內容,這一概念最早是1991年美國Stanford大學的著名有機化學家Trost提出的,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉化成了產物。理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉變成產物,不產生副產物或廢物,實現廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應的原子經濟性,認為高效的有機合成應最大限度地利用原料分子的每一個原子,使之結合到目標分子中。綠色化學的原子經濟性的反應有兩個顯著優點:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地減少了廢物的排放。
二、西部地區綠色化學教育所面臨的挑戰
(一)綠色化學的形象正在被與其交叉的學科的巨大成功所埋沒。化學是一門中心科學,化學與生命、材料等朝陽科學有非常密切的聯系,產生了許多重要的交叉學科,但化學作為中心學科的形象反而被其交叉學科的巨大成就所埋沒?;瘜W這門重要的中心科學反而被社會看作是“伴娘科學”而不受重視。
(二)綠色化學正被各種各樣的環境污染問題所困擾。化學的發展在不斷促進人類進步的同時,在客觀上使環境污染成為可能,但是起決定性的是人的因素,最終要靠人們的認識不斷提升來解決這個問題。一些著名的環境事件多數與化學有關,諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營養化等;另一方面把所有的環境問題都歸結為化學的原因,顯然是不公平的,比如森林銳減、沙塵暴和煤的燃燒等。現在,有些人把化學和化工當成了污染源。人們開始厭惡化學,進而對化學產生了莫名其妙的恐懼心理,結果造成凡是有“人工添加劑”的食品都不受歡迎,有些化妝品廠家也反復強調本產品不含有任何“化學物質”。事實上,這些是對化學的偏見,監測、分析和治理環境的卻恰恰是化學家。
三、綠色化學的發展前景
(一)綠色化學關乎化學工業的每個環節。綠色化學又稱環境無害化學,其核心是利用化學原理從根本上消除化學工業對環境的污染,它具有少產、甚至不產廢物,達到“零排放”的特點。綠色化學是從化學科學基礎內容上進行更新,從源頭上消除污染。綠色化學能達到合理利用資源和能源,降低生產成本,符合實現化學工業的可持續發展。
(二)綠色化工的理念正逐漸滲透到化學工業的每個環節。在廢水處理方面,通過建立污水處理廠,處理工業和生活廢水,實現循環利用。在化學工藝流程方面,通過加強生產技術研究,積極采用清潔生產工藝,引進環境友好的技術設備,開發品質優、環保成本低且符合國際環保要求的化工產品,實現化工產品的綠色化。在產品的包裝使用上,通過采用可降解塑料,盡量減少白色污染。
1.1開設“綠色化學”課程,邀請校外專家及技術人員進行專題講座。
我校還聘請校外專家及企業技術人員進行專題講座,介紹化工前沿性知識,回答學生的提問,與學生進行直面交流,學生的視野得到了開闊。如把模擬化學的數值運算與計算機化學的邏輯運算結合起來進行“分子的理性設計”,完全順應目前倍受化學界重視和倡導的綠色化學的思想,使化學成為與生態環境協調發展的、更高境界的化學。在進行綠色化工工藝和技術的過程中,借助于量子化學計算的結果,可以更為精確地選擇底物分子、催化劑、溶劑以及反應途徑,這樣可通過盡可能少的實驗達到預期目標,大大減少了實驗次數,從根本上減少了原料的消耗,對環境污染的排放也相應減少。再者反應與生物技術、分離技術、納米技術等的結合使得開發新型反應路徑仍有空間。微波反應器、膜分離技術及膜催化集成反應器、超聲波萃取傳質等等前沿知識的介紹使學生對綠色化工、綠色分離、集成過程等概念有所了解,開闊了學生的思路,激發了學生的求知欲。
1.2重視案例教學,增強學生對綠色化工的感性認識。
專業授課教師通過案例中采用綠色工藝,實行清潔生產增強學生的感性認識。而且針對具體工藝流程中存在的問題及對不同工藝路線和流程的技術經濟評價讓學生了解該工藝的發展狀況和綠色工藝的應用。如氫氣是一種高效而無污染的理想能源,制取氫氣的方法很多,有①電解法:2H2O2H2+O2;②甲烷轉化法:CH4+H2OCO+3H2;③水煤氣法:C+H2OCO+H2;④碳氫化合物熱裂法:CH4C+2H2;⑤設法將太陽能聚焦產生高溫使水分解:2H2O2H2+O2;⑥尋求高效催化劑使水分解產生氫氣。在上述方法中第五種方法設法將太陽能聚焦產生高溫使水分解是可行且有發展前途的方法。因為太陽能是取之不盡、用之不竭的潔凈能源,且該反應沒有廢棄物,不會對環境造成污染;第六種方法尋求高效催化劑使水分解產生氫氣也是可行且有發展前途的方法。通過采用催化劑降低了反應活化能,提高了反應速率,降低了反應溫度、操作壓力,簡化了流程。在大規模生產中,這種效應無論從環境影響方面還是從經濟影響方面都是非常重要的。再比如,甲基丙烯酸甲酯是一種重要的化工原料,主要用作合成有機玻璃的單體,也用于制造其它樹脂、塑料、涂料、黏合劑、劑。其傳統合成工藝為丙酮-氰醇法,即:甲基丙烯酸甲酯傳統合成反應中使用劇毒原料氫氰酸,污染嚴重,設備腐蝕嚴重,而且合成路線長,原子利用率低。美國Shell公司開發的新路線不用劇毒物質,原料價格低,利用鈀催化劑反應一步完成,產品收率高,原子利用率高,經濟效益、環境效益均好。
1.3教學方法多樣化,教學手段現代化。
綠色化學理念倡導教學方法多樣化,教學手段現代化[3]。我校努力將現代教育方法融入課堂教學中,如幻燈片投影、多媒體教學課件、音頻視頻資料等等?;そ虒W中常常涉及到一些具體的工程設備、工藝流程、設備原理等,傳統的教學方法是采用板書、掛圖和實物微縮教具來進行講解,只能演示設備靜態,講授過程枯燥,不生動。現利用現代教育方法集圖、文、聲、像和三維動畫為一體的特性,提高學生學習興趣及學習的積極性。并且課后教師積極引導學生充分利用網絡資源和網絡手段拓寬知識面,吸引學生主動求知。
2校企聯合在實踐教學中滲透綠色化工意識
2.1改進化學實驗項目,多開展微型實驗、串聯實驗?;瘜W教師在設計實驗內容時應強化綠色化學意識,并把注重環境保護的理念滲透到實驗教學中[4,5],舍棄或減少毒性大、危險性大、對環境污染及三廢后
處理困難的實驗項目,盡可能多地選擇低毒、污染小且后處理容易的實驗項目,注重開設宣傳綠色環保的實驗項目[4]。如我們在有機化學實驗中開設了從茶葉中提取咖啡堿、從元寶楓種殼中提取單寧等綠色技術實驗,這些實驗原料是天然的,提取溶劑是無毒的,并且可以回收利用,廢渣無公害且可以用作肥料;如綜合實驗項目“從海帶中提取海藻酸”,其傳統方法是鹽酸-甲醛提取法,我們改用木瓜蛋白酶作催化劑,超聲波提取。這樣不但大大縮短提取時間,提出率從30%提高到90%以上,而且工藝簡單,無污染。微型化學實驗的優越性主要表現在試劑與輔助材料用量、水電消耗量大大減少,從而降低實驗成本,而且爆炸、燃燒、中毒等事故發生的可能性相應減少,提高了實驗的安全性。又由于產生的“三廢”量少,極大地減少了對環境的污染。如綜合實驗項目“海藻接枝丙烯腈制備高吸水性樹脂的研究”,其所用單體丙烯腈不但價格貴,而且有毒,而采用微型實驗后,不但經濟而且減少了污染。串聯實驗是指通過調整實驗順序,使一個實驗的產物成為下一個實驗的原料。如雙酚A的合成實驗產品可作為環氧樹脂實驗的原料,乙酰苯胺實驗的產品可作為磺胺類藥物實驗的原料。
2.2選用先進儀器和技術進行實驗,利用計算機多媒體系統進行模擬化學仿真實驗。
先進檢測手段包括紅外、紫外光譜,氣相、液相色譜,電鏡掃描,X-衍射等。選用較先進的實驗儀器,不但減少了試劑用量,減輕了環境污染,同時也增加了實驗操作難度,有利于培養學生嚴謹的科學態度、規范化的操作技能,有利于提高實驗課的質量。如化工原理課程中的吸收實驗,其測量氣體吸收量的經典方法是酸堿滴定法,因此,實驗氣體往往只能選用氨氣,致使實驗過程產生大量廢液并且實驗環境惡劣。但改用氣相色譜法測定氣體吸收量后,實驗氣體可用CO2代替氨氣,這既改善了實驗環境,又使測量速度加快、測量精度大大提高,且使學生接觸到先進環保的檢測方法。一些常規、傳統的化學實驗消耗較多的試劑、藥品和水,尤其是一些實驗所用試劑藥品較貴、有毒、有害或不安全,這時采用計算機多媒體系統進行實驗仿真就很有意義,如醚的過氧化物爆炸、有毒溶劑的燃燒、砷化物的相互轉化等。采用計算機仿真實驗既能使學生學會實驗方法,又避免了對人體和環境造成的傷害[4,5]。
2.3利用大學生創新實驗及畢業設計滲透綠色理念
大學生創新性實驗及畢業設計旨在探索并建立以問題和課題為核心的教學模式,激發大學生的創新思維和創新意識,逐漸掌握思考問題、解決問題的方法[6]。指導教師首先必須有強烈的綠色意識,在設計課題時多注重向學生滲透綠色理念。如課題“海藻農用節水劑的制備及性能研究”,海藻是可再生性資源,儲量相當豐富,而且海藻類植物中含有豐富的微量元素、氨基酸、維生素、胡蘿卜素、礦物質等,極易被植物吸收。用海藻制得的保水劑不但能鎖住土壤中的水分,改良土壤,提高果蔬品質,而且該保水劑能被降解,對環境無污染。又如課題“Ag@AgCl-殼聚糖/OREC/TiO2微球光催化降解有機污染物的研究”,原料是可再生的,成本低、可降解,制備的復合膜對有機污染物有吸附及光催化降解協同作用,該研究在解決醫藥、食品、化工企業廢水處理方面有重要意義。學生在這種課題研究方式中增長了知識,開闊了眼界,培養了綠色環境意識及環保理念。
2.4校企聯合在學生見習、實習過程中滲透綠色理念
見習、實習環節使學生在掌握專業理論知識的基礎上,進一步了解化工行業的實際生產過程,對現代化工生產企業的生產和管理模式有一個較為全面的認識,讓理論知識和實際生產相結合,提升學生獨立分析和解決化工生產實際問題的能力。見習、實習是學生邁向化工行業工作前的重要的鍛煉[2]。因此,學校和企業積極聯手,結合企業生產實際,對學生進行綠色化工教育。如學生在長慶石油公司實習時,親身感受到清潔生產、綠色工藝帶來的好處:該公司投建硫回收系統工藝用于廢物處理,它既避免了廢物直接排放對環境造成污染,又回收到硫磺,創造了巨大經濟效益;學生在長慶石油公司及興平化工廠還參觀了污水生化處理工藝。污水生化處理是利用微生物的代謝作用,完成有機物的分解和生物體的合成,將有機污染物轉變成無害的CO2、水以及富含有機物的生物污泥,多余的生物污泥在沉淀池中經沉淀池固液分離,從凈化后的污水中除去。污水生化處理相對于化學處理廢水降解污染物更徹底,運行費用較低,基本上不產生“二次污染”。企業技術人員也通過自已企業實施清潔生產后獲得的利益向學生宣傳綠色化工的重要性。如通過實施清潔生產促進企業整體素質的提高;降低產品成本,提高競爭能力;同時,企業的環境好、無污染、不擾民,使企業具有一個良好的社會形象,增加了消費者對企業產品的信任度;改善了職工的生產操作條件乃至生活環境,減輕了對職工身心健康的影響。
3結束語
中藥化學是一門結合中醫藥基本理論、運用現代科學技術的理論和方法研究中藥化學成分的學科,是在學習如無機化學、有機化學、分析化學和儀器分析等課程的基礎上進行的[1]。根據中藥學專業教學計劃的要求,課程應緊密結合中醫藥理論、中藥的臨床功效及其所含化學成分的化學結構、性質與藥理作用等進行教學。通過教學,使學生能掌握中藥中主要類型化學成分的結構、特點、理化性質、提取分離及結構鑒定的基本理論和方法,為學好其他后續相關課程、從事中藥現代化研究和研制新藥等奠定必要的基礎。
由于中藥化學以化學結構、理化性質為主線,學生本身對化學類課程存在畏懼心理,對化學性質等變化較難理解和運用,在很大程度上造成學生學習中藥化學課程的困難,同樣也給中藥化學課程的講授增加了相當的難度。鑒于中藥化學學科的自身特點,根據教學大綱和學科性質,結合同行的改革經驗,對如何提高中藥化學課程教學效果的體會進行了初步探討。
1改革課堂教學模式,重視教學方法靈活多樣化
課堂教學模式將直接影響教學效果,因此課堂教學模式的改革是教學改革的重要內容。在中藥化學的課堂教學中,貫穿“以學為主,以教為輔”的理念,改變“以教為主,以學為輔”的思想,變“以教師為主體,以教材為中心”的教學模式為“以學生為主體,以大綱為中心”的教學模式,既以大綱為核心教學目標,又發揮教材的學習載體作用;既發揮教師的主導作用,也發揮學生的主體作用,使學生由消極被動地位轉變為主動積極地位[2]。
目前的教學模式包括傳統的以教師為中心的教學模式、基于建構主義的以學生為中心的教學模式和既發揮教師的主導作用、又能充分體現學生認知主體作用的雙主教學模式[3]。以教師為中心的教學模式是以教師作為主動的施教者,學生只是被動的接受者?;诮嬛髁x的以學生為中心的教學模式是以學生作為知識的主動建構者,教師僅作為指導者;而雙主教學模式既發揮教師的主導作用,又體現學生的主體作用,具有前兩者的優點,更適合中藥化學教學的需要。只有在教師的指導下,通過群體協作學習,充分發揮學生的能動性,使學生主動思考、主動探索、主動發現,才能實現中藥化學理論、知識、技能和經驗的意義建構。中藥化學是一門實踐性很強的課程,新技術和新理論不斷出現,教師作為授課的主體,要多與學生交流,實現教學相長。中藥化學知識點較多,內容繁雜,常會有混淆的情況,尤其是涉及“糖和苷類化合物、萜類和揮發油、黃酮類化合物的結構與分類”等內容,所以要及時與學生交流,了解他們對課程的疑問,做到重點突出,兼顧全面,從而進行因材施教。
如中藥化學成分的提取分離和鑒定項目,可以選定典型中藥中的有效成分,設計成分制備(提取、分離和鑒定)實驗。教師給每組學生指定一味中藥,并確定擬提取的某種成分,指導學生查找資料、設計工藝流程,吸引學生注意力、激發學生的創新興趣;在講完各類成分的結構和性質后,進行提取方法的講解時,采用啟發式教學方法,啟發引導學生根據性質提出該類中藥化學成分的提取方法、說明原理、使用溶劑、成分提出形式、操作方式以及操作時注意事項等,進而達到培養學生應用理論知識解決實際問題的能力,引起學生的重視,也讓學生體會到理論知識在中藥生產中的實際應用價值,激發學生的學習興趣。
2利用多媒體等教學技術手段,增強學生的實踐能力
中藥化學與具體實驗技能關系密切,課程的專業性與實踐性很強。充分利用多媒體課件,將相關的知識聯系起來,既能激發學生的學習興趣,又能讓學生掌握提取中藥有效成分的操作要點。多媒體可以以生動逼真的畫面,讓學生有比較清晰的認識。例如在講解各章化合物的提取分離的知識時,可以采取靈活多樣的輔助教學活動。如果將書本上的結構式或流程圖直接置于多媒體幻燈中,學生對具體過程不了解,導致學生對著強心苷、皂苷等稍微復雜一點的結構式無從下手,在實驗過程只能機械地按照書本內容依葫蘆畫瓢。因此,多媒體授課需要結合教學特點,揚長避短,可以設計一些提取車間的視頻等,或利用課余時間進行實驗裝置的流程設計,鞏固所學知識。
中藥化學是一門實驗科學,通過實驗能讓學生將課堂所學理論很好地理解和運用。要鼓勵學生利用所學的知識在實驗中運用與創新,培養學生動手能力、觀察思考能力以及實驗設計能力,從而切實提高學生的實驗能力。中藥化學生產設備與實驗設備相關性差,學生進入工廠實地參觀、實訓的機會不多,有些提取工藝復雜,或者有些新技術不易講解清楚,單靠文字描述無法理解,因此在課堂上利用圖片、模型、幻燈片或視頻等展示設備、生產工藝流程,配上文字說明,加之教師的講解,將抽象的對象具體化、間斷的過程連續化、靜止的圖畫動態化。如講解制藥設備與提取分離工藝,往往難以使用教學語言表達清晰,而應用多媒體演示提取分離工藝過程或制藥設備的內部工作原理,以及一些難以實地、實體操作和無法示范的教學內容,就能較好地調動學生學習的積極性和主動性。
3引入學科前沿科研成果,增加學生的學科興趣
近年來,中藥提取分離分析的新技術、新方法不斷涌現,學科發展日新月異;中藥前處理技術、中藥活性成分或活性部位等方面的研究不斷取得新進展。因此在教學內容組織上,以教材內容為主體,結合出現的提取分離新技術、新方法,新藥報批及生產設備現狀和發展趨勢以及本學院的科研新成果,及時充實中藥化學教學內容。在教學素材的積累和教學內容組織過程中,也提高了自身的備課水平和講課能力。
教學與科研的結合是促進教學的有效途徑。中藥化學具有很強的實踐性、工藝性,既具有相當的理論深度,又具有很強的應用技術實踐性。要想教好本門課僅靠書本理論是不夠的,還必須積極參與科學實驗,通過科研實踐積累的經驗和實驗數據更好地補充和豐富中藥化學的教學內容。將在科研工作中的一些實例補充到本科的教學中去,既豐富了教學內容,又提高了教學質量,這充分說明了教學科研相結合是促進教學的有效途徑。
4注重與學生交流,培養學生獨立解決問題的能力
中藥化學是學生進入專業課學習過程的重要階段的起始。因而,在中藥化學的教學過程中,教師從一開始就要抓住學生的這一心理特點,明確中藥化學這門課程的重要地位,啟發學生學習的興趣。傳統的填鴨式教學方式較為古板,抑制了學生的創造性思維,在開課前老師應布置一些話題,讓學生自己查閱資料后開展討論。例如將“揮發油與油脂究竟是不是同一類化合物(性質相同,分離方法也相同)”等設置為討論話題,讓學生回答,可以引導他們從藥效、藥物成分等方面對此進行充分了解。課堂上除重點講述化學性質的相關知識外,還應鼓勵學生通過課堂討論、查閱資料等方式主動參與課堂教學,形成互動,從而加深對授課內容的理解。在講授了一些章節的課程內容之后,教師可以選擇部分內容讓學生進行嘗試,鼓勵他們敢于創新、勇于突破;然后以小組為單位,讓學生自己制作課件、自己講解??梢赃x擇教材中內容較為簡單、條理較為明晰的部分(相應授課時間大致控制在15到20分鐘),由學生選定代表上臺講解,并進行一定的比賽。在準備過程中應鼓勵學生結合以往學過的知識,或者用自己所查到的文獻來補充教材。在講解后請其他小組的學生進行提問,或提出不同的意見和看法來展開討論。最后由教師做點評,并對其中涉及的重要知識點進行回顧和補充。這種嘗試在教學中收到了意想不到的效果:學生在創作課件的過程中,不僅鞏固了所學知識,而且也對新的內容進行了很好的預習。經他們修改或制作的課件,不僅更富有創意,而且更符合學生的思維模式。學生在制作課件、講授課程的過程中,深切體會到了課本的知識和所學章節的背景。讓他們走上講臺,講解書中部分內容,不失為調動學習積極性、活躍課堂氣氛的良好模式。
5循序漸進地開展中藥化學雙語教學,擴大學生知識視野
目前一些高校開設的雙語課程,或是教師拿著外文教材,全盤中文講解,感覺像英語翻譯課;或是從頭到尾全盤英語授課。這對于本身就比較復雜需要理解的中藥化學課程而言,有著相當的難度。因此,雙語教學的教學方法和手段、英語的使用尺度,是最需把握的關鍵。把握不好,不僅達不到營造英語表達氛圍的目的,反而連基本要求都無法實現。
隨著多媒體技術在化學實驗教學中的應用日漸普遍,一部分老師產生了思維誤區,認為多媒體可以代替全部的課堂實驗,使化學這門課失去了實驗這個基礎,使化學教學陷入了理論化的境地。另一方面,多媒體技術在實驗教學過程中的方式選擇也存在一定的問題,實踐證明,有些實驗如果用多媒體代替了,適得其反,有些實驗因為采用了不恰當的多媒體技術,未能達成良好的教學效果,有時采用單一的媒體技術與采用多種媒體技術相結合的方式應用于實驗教學,所達到的效果是完全不同的。下面,筆者將從如何借助多媒體使化學實驗教學達到最優化這一問題展開具體討論。
一、多媒體技術的有效應用的三個原則
1、輔?;瘜W的課程性質和化學實驗知識和技能的獲得途徑都決定了多媒體技術僅僅是化學實驗教學手段的一種補充方式,多媒體技術是不能替代實驗實踐教學的。我們只有認識到這一輔的原則,才能使多媒體技術充分發揮其特有功能,促進教學目標的達成,而不使化學實驗實踐教學的主導地位發生改變。
2、必需性?;瘜W實驗教學是以實踐教學為主體的,所有的實驗應演示和操作,但部分實驗在中學實驗條件下是沒有辦法完成或者無法有效達到教學目標的,此時我們可以采用多媒體技術輔助化學實驗實踐教學,從而促進主體實驗實踐教學的有效達成。
3、有效性。多媒體技術應用的一個前提就是它能夠促進教學目標達成,達到正常化學實驗實踐教學所不能達到的教學效果。因此,在實驗內容的選擇和多媒體技術的選擇匹配上要運用有關規律,始終堅持以教學目標的有效達成作為檢驗多媒體技術是否有效應用的唯一標準。
二、多媒體技術的有效應用的實踐
1、在實驗原理微觀分析中的應用。化學的研究對象涉及到物質的微觀結構和化學反應原理,物質的微觀結構既看不見,也摸不清;化學變化又是在原子的基礎上重新組合或者化學鍵斷裂和形成的結果,這就使得化學教學尤其是實驗教學的原理分析非常抽象,學生不能很好理解。假如我們通過動畫模擬分子、原子等微觀粒子的運動特征和反應過程展示給學生看,不僅讓學生直觀形象地認識了微觀世界,了解了化學變化的實質和原理,同時也起到了吸引學生的興趣,引導學生進一步思考,大大提高課堂教學效率的作用。
2、在課堂演示實驗細微現象觀察中的應用。化學課堂的演示實驗,其目的是通過實驗讓全體學生觀察到物質變化的全過程,在理性上有一定的認識,從而提出疑問,獲得結論。為了提高演示實驗的可見度,傳統的方法一般采用放大實驗儀器,抬高實驗裝置,增加實驗藥品的用量,巡回展示實驗結果,然而實驗儀器的放大是有限的,巡回展示實驗結果又浪費時間,且有些現象是在實驗中瞬間產生的而無法觀察到,以致影響教學效果。采用實物投影技術,可克服上述缺陷,主要是對實驗現象進行放大,克服演示實驗可見度小的缺陷,使學生能清楚的觀察到實驗現象,特別使一些細小的、不易觀察到的實驗現象。從而大大提高演示實驗的效果,使實驗的科學性得到提高,增強學生學習的積極性和參與程度,為培養學生的觀察能力提供條件。
3、在復雜性、危險性、有毒性實驗中的應用。中學化學演示實驗已經刪去了很多比較復雜,具有一定的危害性和危險性的實驗,但在實際的實驗教學中,為了便于學生掌握知識或者說明問題往往需要這些實驗的呈現,出于安全的考慮,在課堂上肯定無法實施演示,此時我們就可以借助于攝像技術教學。這樣既保證了學生的安全,又保護了環境,使教學達到意想不到的效果。
4、在長時實驗中的應用。課堂演示實驗中有些實驗的全過程需要較長的時間,且伴隨著一些無關緊要的環節,干擾學生正確觀察實驗現象,影響實驗的最后效果。因此,采用攝像、剪輯技術,對實驗全過程進行加工,既為學生提供了實驗全過程,又突出了重要的實驗現象,也不失實驗真實性。同時,可以人為控制實驗展示的時間,按需要選擇某一片段或某一畫面,進行“快放”或“慢放”,同時穿插對實驗的探索性設問,則可以取得較好的教學效果。
5、在介紹和演示化工生產工藝流程中的應用。中學化學實驗教學中有一部分是化工內容,例如《合成氨工業》和《接觸法制硫酸工業》,簡單介紹化工流程,旨在拓寬學生的視野,培養學生利用化學理論與化工實踐相結合的能力,但限于實際,學生沒有機會參觀化工廠,課堂實驗教學也無法完全準確演示化工生產實際。而借助多媒體攝像技術,使學生如身臨其境一般,從而了解到工業生產的全過程,也增強了教學的趣味性和實用性。同時,利用動畫模擬技術重現化工生產的簡要流程以及某一反應設備的結構和設備內的反應現象,更加直觀地展示化工生產的工藝流程,達到該內容的教學目標。