促进深度学习的专题复习教学*——以“碳及其化合物”为例

以促进学生的深度学习为基本理念,围绕“自然界的碳循环”“大气中CO₂的控减排”“化学家们合成的新型碳家族成员”等板块,设计并成功实施系列情境问题,在系列问题的讨论、分析、解决过程中帮助学生建构“碳”家族成员间相互转化的知识网络,提高学生思维的纵深度,引发高阶思维,促进深度学习。     

通过Bi3+发光特征判定“争议”格位——以Ca2MgSi2O7:Bi3+荧光粉为例

在以往的研究工作中,人们经常关注给定基质具有多个格位所对应多发光中心的光致发射。 取决于所掺杂的基质,多个格位的晶体化合物应该可以提供相应的多发光中心,但某些化合物有时只会表现一个发光中心,由此产生“争议性”发光中心。 据以往研究,以稀土离子掺杂而为人所知的经典镁黄长石(Ca₂MgSi₂O₇)长余辉化合物具有“争议性”Ca格位。 为此,在本文中以非稀土离子(Bi³⁺)特有的发光特性从侧面来研究Ca₂MgSi₂O₇化合物中的“争议性”Ca格位问题。 结果表明,在250和276 nm激发波长激发下,所有的Bi³⁺掺杂Ca₂MgSi₂O₇样品均有峰位位于582和350 nm的两个Bi³⁺特征发射带。结合晶体结构分析,光谱结果表明,Ca₂MgSi₂O₇:Bi³⁺荧光粉具有对应于六配位和八配位的两个不同Ca²⁺格位的两个Bi³⁺发光中心,即,Bi³⁺(Ⅰ)(~582 nm)和Bi³⁺(Ⅱ)(~350 nm)发光中心。 此外,光谱分析进一步表明,Bi³⁺(Ⅰ)与Bi³⁺(Ⅱ)具有单向的能量传递,而且,发现这两个发光中心所对应的相对发射强度是依赖于激发波长和Bi³⁺掺杂浓度。 实验证明了Ca₂MgSi₂O₇晶体化合物具有两个Ca格位,而不是有些工作中所讨论的一个Ca格位。 本文工作可以为已知或未知的具有“争议性”格位的晶体化合物的验证提供新的借鉴。     

化学学科核心素养指引下的“配合物”教学探讨

指出了高中阶段“配合物”教学中存在的问题,并从“应用杂化轨道理论解决配合物中心部分的空轨道问题”“尝试判断配位原子”“用平衡思想理解配合物的内界组成”等3个方面阐述了如何在化学学科核心素养的指导下引导学生更好地进行配合物知识的学习。     

碱性金属修饰金属有机骨架材料MOF-5吸附位点及其常态下分离二氧化碳/甲烷的应用

利用“一步法”合成并表征了4种碱性金属修饰的金属有机骨架材料MOF-5(记作M-MOF-5,M=Li,Na,K,Mg)。 并应用理想溶液吸附理论(IAST)对样品吸附选择性进行计算比较。 结果表明,碱性金属掺入可以降低MOF-5材料骨架结构的“互穿”程度,同时,在常温常压下,M-MOF-5对CO₂/CH₄的吸附选择性相对MOF-5(选择性为3.79)有着显著提高,尤其是Li-MOF-5(选择性为7.39)。 此外,Li-MOF-5的CO₂捕获能力相对MOF-5也有提高。     

CO2在α-U(001)表面的吸附和解离

采用广义梯度密度泛函理论研究了0.25ML覆盖度下CO₂在α-U（001）表面上的吸附和解离,得到了CO₂的稳定吸附构型和吸附能,确定了CO₂的解离过渡态和解离能垒,探讨了CO₂与表面U原子的相互作用本质.结果表明CO₂趋向以C（O）-U多键结合方式在α-U（001）面发生强化学吸附,吸附能为1.24-1.67 eV;C-O键的活化程度依赖于表面电子向CO₂发生转移的程度.CO₂与表面U原子的相互作用主要来自于U原子电子向CO₂最低空轨道（LUMO）2π_u转移,以及CO₂π_u/1π_g/3σ_u-U 6d轨道间杂化而生成新的化学键.以形成3个C-U键和6个O-U键模式在穴位1和穴位2上发生吸附的CO₂（H1-C₃O₆和H2-C₃O₆）的解离吸附能分别为3.15和3.13 eV,解离能垒分别为0.26和0.36 eV,预示着吸附CO₂分于易于解离形成CO分子和O原子.     

高中有机化学教学中提升核心素养并体味科学价值*——以“乙炔的化学性质”为例

介绍了“乙炔的化学性质”的教学设计思路,展现了如何利用创新实验、丰富素材和问题讨论,帮助学生理解有机物性质和结构之间的关系。主要涉及以下几个环节:(1)通过课前自主预习,从乙炔与乙烯的相似性入手,预测乙炔的性质,了解乙炔的实验室制法;(2)结合2个创新分组实验“基于井穴板的微型化气体连续制备和性质检验装置”“利用真空输液瓶、微型样品瓶和注射器的密闭气体微型反应装置”,教师和学生一起巩固了乙炔的实验室制法,验证了预测的化学性质,丰富了对乙炔性质的感性认知,发现了“乙炔不能使酸性K₂Cr₂O₇溶液褪色”的异常现象;(3)从尝试解释异常现象入手,教师和学生一起从键能、加成比例、聚合后主链结构等多个角度探讨了乙炔与乙烯性质和结构的差异,建立起有机物官能团与性质关系的认知模型;(4)通过尝试利用模型解释2000年诺贝尔化学奖“导电高分子”和2017年度国家自然科学成果一等奖“AIE聚集诱导发光材料” 的结构、性质与应用,教师和学生一起提升了对认知模型的理解建构,感悟了科学研究的乐趣,体会化学科学在促进人类文明发展和社会进步中的重要作用。     

“离子迁移”实验的改进及其实验条件优化*

针对“离子迁移”实验中实验现象不明显、实验操作难度大的问题。采用将CuSO₄、K₂CrO₄与淀粉加工成热的糊状流体,趁热装入U型管,冷却后变成半固体的方法,解决了上述问题。并采用单因素实验法对淀粉的用量、CuSO₄与K₂CrO₄混合物的用量(CuSO₄与K₂CrO₄物质的量之比为1∶1)以及迁移电压等实验条件进行优化。优化后的实验结果显示,离子迁移后形成的区域颜色与半固体淀粉的颜色差别很大,便于学生远距离识别。该方法操作简单、现象明显,有利于一线教师的教学演示和学生的分组实验。     

基于化学学科理解的教学——以“苯”为例

以“第一种人工合成染料苯胺紫”为素材创设情境,将煤、苯和染料苯胺紫等建立联系,由此引导学生探讨3个问题:“苯从哪里来”“如何确定苯的结构”及“如何解释苯的性质”,让学生在收获具体知识的同时,理解苯环结构的稳定性,了解苯的结构的研究历史背景以及苯环结构学说在有机化学发展史上的卓越作用。     

促进学生化学学科核心素养发展的“铁盐和亚铁盐”的单元教学

设计了“铁盐和亚铁盐”的单元教学,以“探究硫酸亚铁的性质”和“线路板腐蚀液的研究”为核心任务,把铁盐与亚铁盐的性质、Fe²⁺和Fe³⁺的相互转化等核心知识贯穿其中,建立从物质类别、元素价态视角研究物质性质及转化的思路方法,促进多维度化学学科核心素养的融合发展。经过多轮次教学改进,结合教学实践过程及其教学效果抽提出“注重应用无机物的认识模型,重点把握研究物质性质的角度和思路”“抓住典型活动,培养学生的关键能力”“设计开放性任务,通过有效的师生对话进行诊断,外显问题解决思路”等教学策略。     

静电纺丝制备多级结构TiO2微纳米纤维

通过对共轴电纺内流体溶液浓度和流速的调控得到4种具有不同内部结构的TiO₂微纳米纤维, 即具有“微孔”、“囊泡”、“竹节”和“管”状结构的TiO₂微纳米纤维, 实现了对纤维内部结构的有效控制, 对于新型仿生中空纤维的研究具有重要意义.     

“元素化学实验”中的“异常”现象(一)--Mn元素化学实验中的“异常”现象及其探析

大一学生在“元素化学实验”教学过程中,对反应条件如温度、催化剂、酸度、浓度或试剂用量等因素的影响考虑不周,可能出现某些实验现象和预想的或理论分析的结果不一致的“异常”现象。本文就学生在Mn元素化学实验过程中遇到的一些“异常”现象进行分析和总结,借助生动直观的演示实验,引导学生探究“异常”现象产生的可能原因和直观认识反应条件对反应结果的影响,培养学生的观察、分析、判断、归纳、推理和解决实际问题的能力。     

“元素化学实验”中的“异常”现象(一)--Mn元素化学实验中的“异常”现象及其探析

大一学生在“元素化学实验”教学过程中,对反应条件如温度、催化剂、酸度、浓度或试剂用量等因素的影响考虑不周,可能出现某些实验现象和预想的或理论分析的结果不一致的“异常”现象。本文就学生在Mn元素化学实验过程中遇到的一些“异常”现象进行分析和总结,借助生动直观的演示实验,引导学生探究“异常”现象产生的可能原因和直观认识反应条件对反应结果的影响,培养学生的观察、分析、判断、归纳、推理和解决实际问题的能力。     

在TiO2上CO的光催化氧化

最近在“氧化的”TiO₂(即表面无氧空位和Ti³⁺)上进行的CO光催化氧化研究发现:室温下,以黑光灯(峰值λ=365nm)光照时,“氧化的”TiO₂无CO催化氧化的活性,但以杀菌灯(峰值λ=253.7nm)光照时,则对CO产生显著的催化活性.参照CO在过渡金属表面的催化氧化机理,对本现象进行了解释:黑光灯照时,O₂在TiO₂表面只生成O_2(a)^-,而O_2(a)^-不能使CO氧化,只有以杀菌灯照时,TiO₂表面产生O_(a)^-,CO氧化反应才能发生.     

Studies on addition of arynyl Grignard reagents to (μ-dithio)bis(tricarbonyliron): —Synthesis,structures and formation mechanism of “open” and “closed” iron-sulfur cluster complexes

Arynylmagnesium bromides cleave the S? S bond of μ-S₂Fe₂(CO)₆ to give equilibrium mixtures of “open” intermediates (μ-ArC≡CS) (μ-BrMgS)Fe₂(CO)₆ and “closed” intermediates μ-[S(Ar)C=C(MgBr)S]Fe₂(CO)₆. The mixtures were treated with CpFe(CO)₂I or some of organic halides to yield corresponding “open” Fe-S complexes, whereas with CF₃CO₂H, gaseous HBr or CH₃HgCl to afford the “closed” ones. The “closed” products were also observed with those alkyl halides which eliminate HX easily. So, this kind of alkyl halides possibly functions as substrates through elimination of HX in reaction courses     

Was braucht man für eine Super‐Batterie?

Without lithium ion batteries todays society is not imaginable. Mobile phones, notebooks, tablet PCs, photo cameras or handheld consoles, all these battery powered devices equipment have become essential for our daily lives. Only the high energy density, the proven reliability and the long life of the lithium ion battery (LIB) technology make it possible, to operate portable consumer electronics devices in that manner that we are used to. LIBs are also considered for application in electro mobility and for stationary storage of renewable energy. Here significant advances in R&D as well as in application have been made in the last years, and the expectations for the future of this technology are still growing. Can the LIB or an alternative battery system fulfill these expectations? Will there be a new “super battery” chemistry? Are there new fields of research in battery chemistry and – technology for tomorrow and where?. These questions will be addressed by two articles on “High energy density accumulators”.     

基于"微信+问卷星"闯关式化学实验预习模式的创新与实践——以"大学化学实验"为例

实验教学在培养工科学生的动手能力和科学素养等方面起着不可替代的作用。实验预习对于学生形成良好的实验习惯和安全意识攸关重要。本文基于"微信+问卷星"平台对大学化学实验预习模式进行了改革,引入游戏闯关理念,开发出闯关式大学化学实验预习在线考试小程序,以替代传统的纸质预习思考题,引导学生主动接受闯关式挑战,并取得了较好的教学效果。     

煤炭地下气化反应动力学特性的研究

煤炭地下气化过程中，高温的碳与二氧化碳和水蒸气发生的非均相反应决定了出口煤气的组分和热值。鉴于此，在煤焦与CO2和H2O（g)反应活性实验的基础上，研究了唐山刘庄煤焦与CO2和H2O（g)气化反应的动力学特性，确定了其化反应的速率表达式，得出其反应活化能分别为140．41kJ/mol和171．53kJ/mol。实验结果表明，还原带温度在1000℃-1100℃时，CO2具有较高的还原主;温度达1000℃时，H2O（g)分解可视为不可逆反应，且生成CO的反应速率明显大于生成CO2的反应速率，出口煤气组成中CO的浓度为CO2的7倍多，在上述工作的基础上，建立了“收缩反应核”模型，并分析了多相化学反应速度与温度的关系。     

一氧化碳的双共振多光子电离研究

用两束脉冲染料激光进行了CO的光学双共振四光子电离, 获得了转动分辩的CO A~(1Π)←X~(1Σ~+)和B~(1Σ~+)←A~(1Π)跃迁的光谱。观察到了在此2+1光子相继吸收中特有的选择定则。动力学研究表明CO基态到A~(1Π)态的双光子吸收是速率决定步骤, 其吸收截面约为1×10~(-49) cm~4 s。还测定了A~(1Π)态的单态转动传能截面。对于宇称指数e守恒、△J×±1的过程的截面约为0.05 nm; 随△J值增大而减小。对相同的△J, e正负变号的过程的截面总是小于e不变过程的截面。     

LC-GC analysis of the aromatics in a mineral oil fraction: Batching oil for jute bags

Aromatics of a C₁₅? C₃₀ mineral oil fraction, the “batching oil” used for producing jute fabrics, were analyzed for estimating the toxicity of oil transferred from jute bags to foods. Group-type pre-separation according to ring systems occurred on a LC NH₂ column with pentane and small additions of methanol as eluent. LC fractions were characterized by LC-GC-MS and quantitated by LC-GC-FID. The oil contained 23% aromatics and 1% “polars”; some 99.5% of the aromatics were alkylated.