电解生成亚铁离子返滴定法测定消毒液中过氧化氢含量的数字化实验*

氧化还原与电解的相关知识是中学化学学习的重点内容。应用自主研制的MXLab21先进数字化实验系统电解Fe₂(SO₄)₃溶液,用电解生成的Fe²⁺直接滴定KMnO₄溶液以测定其浓度,再用返滴法测定消毒液中H₂O₂的含量。对恒电流电解的最佳条件如Fe₂(SO₄)₃溶液浓度及电解电流大小进行了优化。该数字化实验系统相比较于常规数字化仪器(或手持技术)的优越性在于其自带电解、搅拌及控制系统,能在电解的同时利用电生物质实现对待测物质的准确测定,测定时间短(不超过4 min)。本实验采用预设终点电势值的方法自动估计滴定终点,不但便捷准确,且呈现出的实时直观的电势和电量随时间变化的动态曲线便于学生理解电解及氧化还原滴定反应的微观本质,对中学化学教学及化学学科核心素养的培养具有重要价值。     

利用高吸水树脂优化3个中学化学实验*

尝试利用高吸水树脂对“酸碱中和反应、碳酸钠和碳酸氢钠分别与稀盐酸反应、探究分子运动现象”这3个实验进行创新改进,充分利用了高吸水树脂特殊的结构作用,使3个实验的现象更加显著。改进实验操作简便,高效简洁,值得推广到一线化学课堂的演示实验或学生分组实验。     

17O-核磁共振法研究不同处理方法对液态水缔合结构的影响

水作为人类重要的生产要素,参与了卷烟生产的多个环节。水在自然条件下以分子簇的形式存在,多种处理方式可以改变水分子团簇的大小。本文以¹⁷O-核磁共振法为水分子团簇的表征手段,以自来水为水源,考察了氢气、远红外辐射陶瓷球、反渗透、磁场四种处理方法对水分子簇的影响。结果表明:四种处理方式均能使一定量水分子由氢键结合态变为自由态,从而使水分子簇变小。不同处理方法对液态水缔合结构的影响大小排序为氢气处理>远红外陶瓷球处理>反渗透处理>磁场处理。同时,对氢气处理效果的时效性进行了考察,随着放置时间增加,部分自由态水分子再次转变为氢键结合态,水分子簇尺寸变大,但三天后仍保留了一定处理效果。本研究表明氢气处理为四种处理方式中最优的水处理方式,具有提升烟草行业生产用水品质的潜在应用价值。     

电子束敏感材料的原子尺度结构研究

分子筛和金属有机骨架(MOF)材料以其独特的孔道和骨架结构在催化、 储能、 干燥及净化和吸附分离等领域有着广泛应用, 对其结构的原子尺度表征对于深入理解其构效关系具有重要意义. 但其大孔道结构和有机骨架使得它们对电子束辐照极为敏感, 在常规透射电镜成像模式下结构会很快被破坏变为非晶, 从而无法获得孔道和骨架的原子排列信息. 最近发展起来的基于积分差分相位衬度扫描透射电子显微(iDPC-STEM)技术在电子敏感材料和轻元素组分成像方面展现出明显优势, 使得对多孔骨架材料及烃池物种的表征成为了可能. 本文综述了本课题组近期利用该技术对分子筛和MOF材料原子尺度结构方面的研究. 将iDPC-STEM技术应用到ZSM-5分子筛催化剂中, 实现了对该分子筛的原子级骨架结构的成像分析. 在MOF体系中, 利用该技术观察到MIL-101骨架内部有机连接体与金属节点的配位方式, 在此基础上解析了MIL-101结构中有机配体的连接和金属节点的苯环结构, 并观察了MOF的原子级表面、 界面和缺陷等局域结构特征. 最后对iDPC-STEM技术在原子尺度成像方面的应用潜力进行了总结与展望.     

一维纳米材料Cs0.2WO3和W18O49长度与红外吸收关联性的Mie散射理论推导及实验验证

研究表明二元、三元钨基氧化物的红外吸收性能具有尺寸和形貌依赖性,但还没有普适性的物理学机理及计算方法。本工作基于Mie散射理论,推导了一维材料的长度与光吸收性能之间的关系,通过理论推导计算和实验验证,探究了纳米钨基氧化物的红外吸收性能与颗粒长度的关联性。首先,基于Mie散射理论的推演和计算,揭示了增加纳米Cs_(0.2)WO_3和W_(18)O_(49)材料长度可适度提高其近红外吸收性能的规律。其次,测试了合成的不同长度Cs_(0.2)WO_3纳米棒和W_(18)O_(49)纳米线的红外吸收性能,结果与理论计算及模拟相吻合。其中在2 500～20 000 nm波长范围内Cs_(0.2)WO_3纳米棒和W_(18)O_(49)纳米线随长度的变化趋势不同,Cs_(0.2)WO_3纳米棒的红外吸收性能随长度的增加而增加,而W_(18)O_(49)纳米线的红外吸收性能随长度的增加而减弱。Cs_(0.2)WO_3纳米棒和W_(18)0O_9纳米线的光热效应均随长度的增加而增加,增幅分别达18.5%和12.7%,再次验证了长度效应。     

板栗内皮对水溶液中镉离子和铅离子的吸附

研究了板栗内皮对水溶液中金属离子(Cd²⁺,Pb²⁺)的吸附过程,以及吸附过程中不同条件对其吸附能力的影响。通过对反应时间、温度、pH、初始金属离子浓度等因素的控制,设计不同单一变量确定在不同条件下的吸附能力,利用红外光谱确定板栗内皮上参与反应的主要基团。结果表明,板栗内皮吸附Cd²⁺,Pb²⁺理论最佳吸附条件分别为pH 4.6和pH 5.0,吸附时间5.3 h和4.5 h,吸附温度53.80℃和43.09℃。在此吸附条件下,Cd²⁺和Pb²⁺的理论吸附率为98.91%与98.39%,实际吸附率为96.89%与97.84%。红外光谱分析表明其作用的主要基团为-C≡C-,C=O与C-H;通过动力学方程拟合,得出微观吸附过程符合准二级动力学模型。     

超光滑加工精磨过程中损伤层与余量匹配的研究

对超光滑加工散粒研磨工序中采用的三级精磨法,进行了实验研究,通过改进差分化学刻蚀实验测出各级损伤层的厚度,利用损伤层厚度对加工余量匹配进行了优化。研究表明损伤层厚度与砂粒的粒径和压载之积成线性关系,与研磨时长无关;实验测得W28、W10、W5号磨料在实验条件下研磨加工产生的损伤层厚度分别为12.4μm、8.2μm、5.8μm;并根据损伤层厚度提出了加工余量的匹配建议方案。损伤层的相关研究为超光滑加工中提高生产效率以及减少麻点产生几率的研究提供了参考。     

Transition‐Metal‐Catalyzed Oxidation of Metallic Sn in NiO/SnO2 Nanocomposite

It is well accepted that metallic tin as a discharge (reduction) product of SnO_x cannot be electrochemically oxidized below 3.00 V versus Li⁺/Li⁰ due to the high stability of Li₂O, though a similar oxidation can usually occur for a transition metal formed from the corresponding oxide. In this work, nanosized Ni₂SnO₄ and NiO/SnO₂ nanocomposite were synthesized by coprecipitation reactions and subsequent heat treatment. Owing to the catalytic effect of nanosized metallic nickel, metallic tin can be electrochemically oxidized to SnO₂ below 3.00 V. As a result, the reversible lithium‐storage capacities of the nanocomposite reach 970 mAh g^?1 or above, much higher than the theoretical capacity (ca. 750 mAh g^?1) of SnO₂, NiO, or their composites. These findings extend the well‐known electrochemical conversion reaction to non‐transition‐metal compounds and may have important applications, for example, in constructing high‐capacity electrode materials and efficient catalysts.     

扩散模型和凝聚模型耦合作用下胶体凝聚动力学的Monte Carlo模拟研究

以扩散模型(Ds(γ)=D0×sγ)和凝聚模型(Pij(σ)=P0×(i×j)σ)为基础,对胶体体系随时间的演变、团簇大小分布及其标度关系、团簇的重均大小S(t)的变化规律以及模型对最终分形维数的影响四个角度进行了比较研究,发现扩散指数γ0和凝聚概率指数σ0对胶体的凝聚动力学过程有相似的影响.本文在较宽的γ和σ取值范围内,对胶体的凝聚动力学进行了模拟研究,对慢速凝聚向快速凝聚的转化机理作了定量分析,并进一步分析了在团簇-团簇凝聚(CCA)模型下,得到类似扩散置限凝聚(DLA)模型的凝聚体的物理意义,结果表明:(1)γ0代表了体系中团簇或单粒做"定向运动"而非无规则的布朗运动的情况.这种"定向运动"的推动力可能来自于大团簇产生的强"长程范德华力"、"电场力"等,或来自于体系边界处的外力场的作用.(2)当σ0时,体系成为先快后慢的慢速凝聚,这可能对应大团簇为一排斥中心,即胶体颗粒存在"排斥力场"的现象.(3)证实了团簇的重均大小在凝聚过程的早期按指数规律增长,而后期按幂函数规律增长的实验现象.模拟研究还表明,胶体体系的凝聚动力学过程,在σ0时是一个存在正反馈机制的非线性动力学过程,而在σ0时则体现出负反馈的特征.