“化学能转化为电能”教学设计

1教学目标 (1)知识与技能:理解原电池原理,初步学会书写电极反应方程式,探究原电池的形成条件. (2)过程与方法:通过对锌与稀硫酸反应中的化学能能否转化为电能的实验探究,让学生理解原电池的概念和工作原理;通过对原电池形成条件的实验探究、问题讨论,培养学生观察、分析问题的能力,特别是创新思维能力.     

变量控制在实验探究专题教学中的应用与评价*——以“镁+水”反应体系为例

在以“Mg+H₂O”反应体系为核心的实验探究专题教学活动中,通过变量控制的方法设计实验方案,采用常规实验、数字化实验等方式,多层次探究加速“Mg+H₂O”反应速率的原因和控制条件。在有层次的教学活动中递进式发展学生通过变量控制的方法设计实验方案的能力、拓宽对影响化学反应速率因素的认识角度,通过对活动环节的评价,诊断并发展学生的实验探究能力。     

Cu-Zn原电池标准电动势测定实验的计算化学设计

基于量子化学计算软件Gaussian 16,对“电动势的测定”这一经典物理化学实验进行了计算化学设计。用密度泛函方法计算了Cu²⁺和Zn²⁺的溶剂化自由能,通过热力学循环计算得到电池反应的标准摩尔吉布斯自由能变,进而求出Cu-Zn原电池的标准电动势。该实验旨在帮助学生加深对标准摩尔吉布斯自由能、电极电势和能斯特方程等物理化学基本概念的理解,发挥学生的主观能动性,培养学生设计实验能力、动手实践能力以及科学思维。     

改进教材中的实验增强实验趣味性

新课程改革后,教材中出现的实验明显增多,新课标要求学生对相应的实验进行探究,从而培养学生的创造能力.一些老师也对教材中的实验进行改进并应用微型实验仪器[1],用尽可能少的试剂来获得明显的反应效果同时增强实验的趣味性[2]、综合性、研究性,着力于培养学生良好的环保意识、资源意识、安全意识、创新意识.笔者在教学过程中将改进的几个趣味小实验介绍如下.     

氧化—还原反应的简便判断

学生在学习了氧化-还原反应以后,往往感到,对某些物质相遇能否反应,反应后生成什么物质,不易判断。我们认为,对高中学生可以向他们介绍,氧化-还原反应的方向是:强氧化型_1+强还原型_2→弱还原型_1+弱氧化型_2需指出:这里的“强”、“弱”是相对的。例如:Cu~(2+)+Zn→Cu+Zn~(2+)在反应中,对铜元素而言 Cu~(2+)为氧化型,其氧化能力比 Zn~(2+)强,因此 Cu~(2+)是强氧化型,对锌元素而言锌单质的还原能力比铜单质强,因此     

Zn跟FeCl_3溶液反应的导学分析与教学反思

对于Zn跟FeCl3溶液的反应,我曾经跟同行们一起仔细讨论过以下表示式:　Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2(1)　　3Zn+2FeCl3=3ZnCl2+2Fe(2)　　Zn+FeCl2=ZnCl2+Fe(3)　对于反应(1)无可非议,但对反应(2)(3)就既感惊讶,又感疑惑。惊讶的是不曾见过有这样的表示式在教科书和教学参考书上出现过,教师自己也不曾在学生面前展示过这样的反应式;疑惑的是殊难断定(2)(3)两个反应的可能性,不知是否切合实际,还有待实验检验。当笔者在对(2)(3)两个反应进行可行性检验时,发现Zn跟FeCl3溶液的反应还有很多问题值得研究和讨论。1　实验研究1.把Zn、Al、…     

动力学、热力学和活化能在花生壳吸附铅离子实验中的应用

以花生壳为吸附剂、Pb2+为模拟污染物研究了物理化学中固体表面的吸附过程,考察了Pb2+的初始浓度、吸附温度的影响,研究了固体表面吸附反应动力学、热力学和活化能。结果表明:在不同Pb2+初始浓度下,Pb2+在花生壳表面的吸附动力学符合准二级动力学模型,表明该吸附过程是化学吸附为控制步骤的吸附过程。热力学结果表明Pb2+在花生壳表面的吸附是一个自发的放热过程,因为Pb2+由三维运动转变为二维运动导致系统熵减小。活化能Ea=31.35 kJ·mol-1再次证明Pb2+在花生壳表面的吸附是化学吸附过程,这些结果较好地验证了物理化学教学中固体表面的吸附行为。通过该拓展实验加深了学生对固体表面吸附过程的理解,同时,培养了学生的科技创新能力。     

镁和氯化铵溶液反应的实验研究

在学习了“盐类水解”之后,许多学生认为镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因是:氯化铵水解呈酸性,镁与水解产生的H+反应生成氢气,反应的离子方程式为NH4++H2O NH3·H2O+H+,Mg+2H+Mg2++H2↑;这种观点也为许多教师所认同,在有些教学参考资料上也有类似的解释[1],但笔者认为这一解释不符合反应事实,为此笔者进行了以下5个实验。实验1:在盛有3.0mL1.0mol/LNH4Cl溶液的试管中加入0.20g镁粉观察到有大量气泡产生,一段时间后溶液中有白色沉淀形成。实验2:在盛有3.0mL1.0mol/LCH3COONH4溶液的试管中加入0.20g镁粉,观察到有大量气泡生成,…     

过氧化钠与二氧化碳反应的演示实验设计

高中化学新教材第一册第三章中有“过氧化钠与水的反应的演示实验” ,学生观察实验后情绪高涨 ,但有些疑惑 ,他们一直认为水是用来灭火的 ,为什么水还能“生火”呢 ?并且好多学生问 :二氧化碳是否也可以用来“生火” ?书中只有过氧化钠与二氧化碳反应 ( 2Na2 O2 +2CO2 =2Na2 CO3 +O2 )的知识点 ,而没有相关的实验 ,为了给学生以感性认识 ,激发他们的探究意识 ,打破思维定式 ,经过多次探索和实践 ,特设计如下实验。方法一1　实验用品药匙、石棉网、长玻璃管、三角架、棉花、Na2 O2粉末2　实验装置 (三角架略 )图 13　实验步骤与现象( 1)…     

锌粒和硫酸铜溶液反应实验探讨

锌粒和硫酸铜溶液反应似乎应是一个早已成定论的简单反应。　　Zn +CuSO4 =ZnSO4 +Cu ,然而事实真的如此简单吗 ?笔者通过对此实验研究 ,发现其内涵相当丰富 ,是一个培养中学生创造性思维极其难得的探索性实验题材。1　溶液酸度对反应的影响1.1　实验内容　　点滴板是由有机合成材料制成 ,透明性好 ,每个反应点滴板穴的容积约为 2 .0cm3。现做如下对比实验。先将反应穴编号分别为①、②、③ ,现象如表 1所示 :表 1编号 0 .5min 3min 10min① 1mol/LCuSO43滴H2 SO4红色固体析出红色固体增多 Zn粒周围全为红色固体 ,并有气泡出现在底部…     

微波辐射条件下锌与氯化铁溶液反应的研究

为了从一种全新的视角和手段探讨新课程中锌与氯化铁溶液反应到底生成什么产物的问题,通过微波实验方法和正交实验设计,将影响该反应的各种因素和水平进行了科学、全面、均衡地安排,根据定量实验数据,得出了:7Zn+6FeCl3+6H2O=2Fe(OH)3+2Fe+7ZnCl2+2FeCl2+3H2↑的实验结论.     

双氧水的异相催化分解

设计了一个简单易行的综合化学实验,该实验以水合氧化铁催化分解H2O2反应构建研究系统,通过测定不同温度下反应的速率常数获得反应的活化能、活化焓和活化熵数据,使学生初步了解异相催化的基本知识。实验者可以自主改变环境因素进行实验,也可选用α-Fe2O3、α-FeOOH或γ-FeOOH等铁氧化物开展研究,并比较铁氧化物的晶体结构和晶化状态对催化分解H2O2反应的影响,具有探究性的实验内容设置有利于培养学生的创新能力、综合实验能力和科研能力。     

适合中学课堂教学的氢氧化亚铁制备实验方案的研究

探讨了硫酸亚铁溶液中Fe3+的含量以及NaOH溶液的浓度对氢氧化亚铁制备的影响,发现反应体系中Fe3+的含量是影响氢氧化亚铁制备实验的关键因素,实验前应用还原铁粉与硫酸亚铁充分反应5 h以上,NaOH溶液的浓度对该实验也有重要影响.在综合理论分析和实验证据的基础上,得出了适合课堂教师演示和学生分组实验探究的氢氧化亚铁制备的实验方案.     

介绍一本《有机化学实验》新教材

由上海市教育委员会组编 ,焦家俊编著 ,上海交通大学出版社出版的《有机化学实验》(2 0 0 0年 2月第一版 ) ,是按照国家教育部“面向 2 1世纪应用化学类专业教学内容和课程体系改革”的要求编写的一本有机化学实验教材。该书在编写过程中 ,试图对传统有机化学实验强调实验操作技能训练的教学模式进行改革 ,努力突出“新概念” ,即以实践能力与创新精神培养为目标 ,从学习实验通法入手 ,着力将基本理论学习、综合能力训练及创新精神培养融为一体。　　全书分为以下 3部分 :　　第一部分为反应与制备 ,包括卤化反应、磺化反应、硝化反应、付 …     

用分子束研究.F(^2P)与CH3F和CH3Cl的化学反应

近年来, 我们在研究含氟烯烃和烷烃的红外激光诱导氧化和氯化反应的基础上, 深入研究了红外激光诱导卤代烷烃的脱卤化氢并生成: CF2卡宾和:CFCF3卡宾的反应[1-4]以往的研究往往是根据反应产物推论反应机理, 认为在反应过程中存在着卡宾中间体,但在实验中未能直接检测到. Kakimoto[5,6]曾报道过在流动体系中测到了.F+CH3F和.F+CH3Cl反应中:CHF和:CHCl的激光荧光激发谱, 但没有讨论卡宾形成的机理.Hirota[7]在讨论.F+CH3F反应时, 认为:CHF可能由攫氢过程产生而对于.F+CH3Cl反应同时生成:CHF和:CHCl未做说明. 本实验中用扩散分子束代替了流动反应体系, 从而大大减少了产物和反应物气体分子间的猝灭过程, 获得了信噪比大而清晰的图谱, 由此确证了:CHF和:CHCl的存在, 说明了.F+CH3Cl反应中自由基攫氢过程和偶合反应过程共存的反应历程. 这一结论对红外激光诱导一碳卤代宾化学反应机理研究有重要参考意义.     

透氧膜反应器内NiO/MgO催化焦炉煤气重整反应途径

对透氧膜反应器内焦炉煤气(COG)重整反应模型进行分析.通过H2+N2、CH4+N2、CO+N2和H2+CH4+N2混合气在透氧膜反应器内重整反应,以及有无催化剂下重整反应和催化剂床层厚度重整反应实验,推测焦炉煤气重整反应模型:首先焦炉煤气中H2在催化剂活性金属镍颗粒上吸附解离,解离后的氢向高活性位迁移"(三相界面")并与膜表面侧晶格氧(或O2-)反应生成H2O.同时CH4也可能在活性镍颗粒上裂解生成CH3*和H*,反应生成的H2O与膜表面催化剂上裂解的碳反应生成H2和CO.未反应完的H2O在催化剂床层内与剩余CH4反应生成H2和CO.     

邻二氮菲测铁的实验教学改进与实践

根据近年来学生在教学过程中出现的问题及反馈,将邻二氮菲测铁实验进行教学改进与实践。在原有标准曲线法测定总铁的基础上,增加了Fe²⁺-邻二氮菲配合物摩尔吸光系数的计算以及未知水样中Fe²⁺、Fe³⁺浓度的测定及计算。实验内容的改进,不仅解答了学生的疑问,提高了学生的学习兴趣,而且引导学生主动思考,培养学生解决实际问题的能力。     

苯硝化反应中电子转移反应重组能的计算

提出了重组能的量子化学算法,在用CISD/6-31G基组水平上,得到苯硝化反应中反应物及过渡态的结构.并计算了各自交换电子转移反应以及交叉电子转移反应的重组能,同实验重组能进行了比较.计算用了Gaussian 94程序.从重组能的角度分析了苯硝化反应.结果表明,对于NO2++NO2→NO2+NO2+的自交换电子转移反应,重组能较大,结论为: 在芳烃硝化反应中,存在以NO2+为氧化剂的电子转移步骤的可能性很小,而从动力学的角度上,用NO+作反应的氧化剂更有可能.     

大学生创新实验项目:探索有机碱串联催化聚磺酸酯的合成

以有机小分子一锅法串联催化合成(聚)磺酸酯为研究项目,组建大学生创新实验团队,研究了醛的硅氰化反应和SuFEx反应中底物结构和有机碱催化剂对反应活性的影响,初步探索了将2个反应串联的可行性问题。在此过程中,通过有机合成的基本操作,培养了学生的动手能力和发现问题、分析问题、解决问题的能力。通过此次创新实验,更有利于学生深入理解有机化学、分析化学课程中的理论知识,并把各门课程知识有机结合,达到理论和实践的相辅相成。     

综合创新实验:水溶性荧光防伪墨水YVO4:Eu3+纳米材料的合成与表征*

将科研前沿成果引入到综合化学实验的设计中,设计了面向材料化学专业的创新综合实验:在微波辐射辅助加热的条件下,合成了YVO₄:Eu³⁺纳米材料,并对该材料进行了结构表征。该材料的水相溶胶在紫外光激发下,具有很强的荧光效应,可用作荧光墨水进行特殊图案的打印与书写,其在安全防伪领域具有很大应用潜力。通过材料的实际使用,可加深学生对新材料研究的重视,激发学生的科研兴趣,在培养学生动手实验能力的同时,培养学生创新能力和自主学习能力。