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關鍵詞:等效平衡;化學平衡常數;轉化率
中圖分類號:G633 文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2011)08-0-01
等效平衡這一知識點的理解和應用因其抽象、難懂一直是中學化學教學中的難點。新人教版教材選修4中,這一知識點在教材原文中仍沒有出現,但在課后習題中出現了這么一道題:
2.0mol PCl3和1.0mol Cl2充入體積不變的密閉容器中,在一定條件下發生下述反應:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)達平衡時,PCl5為0.4mol,如果此時移走1.0mol PCl3和0.5mol Cl2,在相同溫度下再達平衡時PCl5的物質的量是()
A.0.4molB.0.2 mol
C.小于0.2 molD.大于0.2 mol,小于0.4 mol
該題可用平衡常數計算求得,解題過程相當繁瑣。首先,新人教版教材對等效平衡知識點的展開設置了很好的知識鋪墊―引入化學平衡常數。在以往的教學中,我覺得最大的困難是讓學生在定性的層面去理解等效平衡?;瘜W平衡常數很好地解決了這個問題,學生在正式學習等效平衡前會先掌握化學平衡常數,明確認識化學平衡常數為溫度函數,對某一特性的可逆反應而言它只隨溫度變化而變化。同時,對平衡常數在平衡計算中的應用能力也有要求。因此,在進入等效平衡的具體授課之前,我先以作業的形式給同學們布置了兩道這樣的計算題。
作業一:恒溫恒容條件下,對可逆反應2SO2+O2 2SO3達平衡后,依據實驗結果填寫下表(設容器體積為1升):
改起始量分別為0、0、2和1、0.5、1,用平衡常數計算出表格中其余各項。
作業二:恒溫恒壓條件下,對可逆反應2SO2+O2 2SO3達平衡后,依據實驗結果填寫下表:
(注:*為補充要求,可依據學生實際情況選擇)
同樣,改起始量分別為0、0、2和4、2、0,用平衡常數計算出表格中其余各項。
完成作業后的學生準確理解化學平衡常數并會計算化學平衡常數值,熟悉平衡常數在平衡計算中的應用,為等效平衡概念的提出埋好伏筆。接下來,在課堂上展開教學第二層目標:分析作業中同學們算出的數據,由學生討論其規律、特點,并思考原因。很快學生就發現了各平衡在一定的客觀條件下可以建立起起始條件不同,但最終結果完全相同的平衡狀態,或者當起始量成倍數變化,平衡量也成倍數變化的不同平衡。順水推舟,我給出了等效平衡的概念―可逆反應無論從正反應開始還是逆反應開始,只要反應物起始濃度與生成物起始濃度相當,在相同條件下就可達到同一平衡狀態。引導學生理解“相當”的含義,總結出了兩類等效平衡(等比等效平衡、等同等效平衡)的建立所要遵循的條件。
例1: 1和 2分別是A在兩個恒容容器中,平衡體系A(g) 2B(g)和2A(g) B(g)的轉化率,在溫度不變的情況下,均增加A的物質的量,下列判斷正確的是()
A. 1、 2均減少 B. 1、 2均增大
C. 1減少, 2增大D. 1增大, 2減少
(解析):恒容條件下,對于反應2A(g) B(g)達到平衡后增加A,從濃度或壓強角度平衡均向正反應方向移動,A的轉化率增大,即 2增大。對于反應A(g) 2B(g)達平衡后,增加A,從濃度角度看平衡應正向移動,從壓強角度看平衡逆向移動,那么轉化率 1究竟如何變化?巧妙建立等效平衡模型,問題迎刃而解。分析時可先假設恒壓,再將體積還原,如下圖:
由等效平衡可知,平衡I與平衡II等效,故平衡I、IIA的轉化率不變,平衡III相當于在平衡II的基礎上增大壓強,平衡向逆反應方向移動,A的轉化率減小,即 '< 1, 1減小,正確答案:C
至此,等效平衡的三維目標:掌握等效平衡的基本原理和計算方法(知識與技能),通過對不同條件下的等效平衡分析,探究其本質規律,深入理解等效平衡(過程和方法),通過對不同條件下等效平衡的分析,抓住其本質和規律,拓寬思路,巧解妙算,提高解題能力和開闊視野,最終達到提升思維品質目的(情感、態度與價值觀),通過這三個層次的教學逐一體現。這時再看書上那道題,答案顯然選C。
參考文獻:
[1]宋心琦,何少華.普通高中化學課程標準實驗教科書(選修4)[M].北京:人民教育出版社,2007,(2).
[2]普通高中化學課程標準[M].北京,人民教育出版社,2003,(4).
辯證唯物主義是一種認識事物的科學方法, 引導學生用辯證的方法學習化學,這也是實施素質教育,提高公民素質,培養創新型人才的一種教育策略。
1教給學生用聯系的觀點看問題,避免思維的孤立性
聯系,是指一切事物、現象之間及其內部諸要素之間的相互影響,相互作用和相互制約?;瘜W是研究物質世界的結構、運動、變化及其規律的自然科學,而其物質運動變化是有聯系的。在化學學習中只要學會了用聯系的觀點看問題,就能找出事物變化的原因,認清事物變化的本質,把握事物發展的規律,從而避免孤立、片面地看待變化著的問題。
如氨水中存在著相互聯系的六個概念,即氨水的溶解度(S)、密度(ρ)、質量分數[W(B)]、物質的量濃度[c(B)]、電離度(α)和pH。它們彼此之間均有聯系,當S增大時,則氨水的ρ減小,W(B)、c(B)增大,α減小,pH升高;若加水稀釋時,ρ增大,W(B)、c(B)減小,α增大,pH降低。對這些彼此相互聯系的問題,總難免有些學生會孤立、片面地看待問題,認為α增大,c(OH-)一定會增大,pH升高。忽視了在上述變化中α增大是由濃度變小為前提的,根據弱電解質的稀釋規律:當其溶液稀釋1/n倍時,α增大 倍。如25℃時0.10mol?L-1的氨水的α=1.34%,pH約為11。當加水使之稀釋100倍時,α增大 倍,即α為13.4%,此時pH約為10。只有掌握了弱電解質溶液中各有關概念的內在聯系,才能正確地判斷某種變化引出的相應結果,如果只孤立地從某一個方面看問題,就會得出荒謬的結論。
用惰性電極電解CuSO4溶液屬于放氧生酸型的電解反應(2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4)。電解后若要使電解質溶液濃度復原,只能加入CuO(與析出Cu的物質的量相同)。若用惰性電極電解AgNO3溶液,也屬于放氧生酸型的電解反應 (4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3)。電解后若要使電解質溶液濃度復原,是否也可套用上面的方法即加入Ag2O呢?不可。前者之所以要加入CuO,是因電解后還生成了H2SO4,由于是稀溶液,不能將析出的銅氧化,此時要使H2SO4全轉化為CuSO4,只有加入CuO才能補充析出的銅和產生的氧氣,同時也恰好反應掉生成的硫酸。而電解AgNO3溶液之后,生成的Ag可被溶液中產生的HNO3氧化:3Ag+4HNO3(稀)3AgNO3+NO+2H2O。由于電解時生成的Ag和HNO3的物質的量相同,反應中將有1/4的Ag未被溶解,若要使之復原,只能加入AgNO3,其量與未溶解的銀的量相同。由此,聯系要依據具體情況作具體分析,不問具體情況的機械聯系也會出錯。
2 引導用發展的觀點看問題,避免思維的靜止性
不同物質之間或其內部發生的化學反應是一個既相互聯系,又不斷發展的動態過程。有很多化學反應當反應物物質的量濃度、或物質的量、或反應條件變化時,化學反應也發生了相應的變化。因此在教學過程中引導學生用發展的觀點看問題,就可避免犯靜止看問題的錯誤。
如將足量的Zn投入到含有2mol H2SO4的濃硫酸中,問可生成ZnSO4多少摩爾?好多學生在回答此問題時,把化學方程式一寫: Zn+2H2SO4(濃)
ZnSO4+SO2+2H2O,理直氣壯地回答:生成1mol ZnSO4!這就是典型的靜止看問題。事實上隨著反應的進行,硫酸在不斷消耗,水在不斷生成,其溶液的濃度在逐漸變小,反應一段時間后即變成了稀硫酸,此時反應便發生了質的變化,即Zn與稀H2SO4發生的是置換反應:Zn+H2SO4 ZnSO4+H2,由此,產生ZnSO4的物質的量應是大于1mol,小于2mol。
再如,溫度、體積、pH均相同的稀H2SO4與HAc(醋酸)溶液各取等體積置于燒杯中,分別加入表面積相同、質量相等的Zn片(酸均過量), 判斷下列產生H2的速率曲線正確的是(縱坐標表示速率,橫坐標表示時間):
此題的正確選項是C?;卮鸫藛栴}時首先要明確反應過程中在不斷變化著的三個問題:一是H+與Zn發生的置換反應是一個放熱過程,隨反應的進行,溶液溫度在逐漸升高,可使初始階段的化學反應速率加快(由此淘汰了A、B兩個選項)。二是開始時由于兩溶液中的 c(H+)相同,故產生H2的速率相等(進一步否定了B項);隨著反應的進行,溶液中H+不斷消耗和溫度的不斷升高,促使了HAc的電離平衡向電離的方向移動,從而不斷補充溶液中的H+,此時,HAc溶液中c(H+)減少幅度不大;而硫酸溶液中沒有H+補充,其c(H+)在迅速減少,即反應開始后醋酸溶液中產生H2的速率相對快些。三是隨著反應的進行,Zn的表面積在不斷減小,直至全部反應完,由于醋酸溶液中c(H+)相對大一些,因此醋酸溶液中的鋅片先反應完(由二、三淘汰了D選項)。學生答題時,三個錯項均有人選擇了,其主要原因就是靜止地看待變化著的化學問題。
3 教給學生用對立統一的觀點看問題,避免思維的局限性
事物都是相對應而存在的,即矛盾著的對立面存在于一個統一體中,觀察者只有站在統一體這個“高處”才能看清矛盾的對立面是在怎樣運動和發展變化的,從而避免看問題的局限性。
原子是一個典型的矛盾著的對立統一體。在原子核里,質子之間存在著斥力,在原子核外,電子之間也存在著斥力;在原子核和核外電子之間存在著吸引力。在諸對矛盾中起主導作用的是原子核對核外電子的吸引,而核內質子和核外電子之間的排斥則是次要的,不起主導作用。由此產生了原子這個客觀存在之物。值得注意的是,統一體中的矛盾解決是不以人的意志為轉移的,而恰恰相反,人們認識原子這個存在之物的結構、相互作用等內在奧秘經歷了相當長的時間,并且還在繼續探索之中。
化學平衡也是矛盾著的對立統一體。其矛盾表現在同一條件下化學反應既可向正反應方向進行,又可向逆反應方向進行。其統一表現在正、逆反應處在同一過程中(或同一反應容器中)。人們要使平衡向所需的方向移動,且提高原料的利用率(轉化率),就要全面考慮影響矛盾運動、發展的各種因素,避免生搬硬套地扣原理,把自己的思維局限在一個狹小的空間里。
如①2NO2(g) N2O4(g) ②C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ③2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)它們在一定條件下均達到平衡狀態,當溫度、容積(相同)不變,分別在這三個容器中按其平衡時NO2、H2O(g)、SO2的物質的量壓入等量的這三種物質,達到新平衡時這三種反應物的轉化率將如何變化?依據勒夏特列原理,加入反應物平衡均向正向移動,這三種反應物的轉化率理論上均減小,這是因反應物(氣體)總量增大所至。但對上述三個可逆反應則不能一概而論,要具體情況作具體分析:反應①是一個反應物、生成物均只有一種氣體且體積縮小的可逆反應,因而壓入NO2時體系壓強增大,更有利于平衡向正反應方向移動,NO2的轉化率比原平衡時相對增大。反應③雖也是一個氣體體積縮小的可逆反應,當壓入SO2時體系壓強也在增大,也有利于平衡向正反應方向移動,但SO2的轉化率則降低了。這是因為SO2的的轉化必須要有O2的參與,由于沒有按比例增加O2,制約了SO2的轉化,故其轉化率降低(O2的轉化率提高)。反應②是一個氣體體積增大的可逆反應,當壓入H2O(g)時體系壓強增大,不利于平衡向正向移動,因而H2O(g)的轉化率降低是顯而易見的。對于統一體中矛盾的轉化要具體情況作具體分析,不能把思維限于原理的字里行間里,要善于抓影響反應進程的主要矛盾,只有這樣才會撥開云霧,找到科學的答案。
高中化學中涉及的辯證唯物主義內容很多,而這些內容恰是學生難以理解和掌握的。在教學過程中,結合中學政治課程中所學過的辯證唯物主義常識,教會學生用辯證的思想看待這些化學問題,就會使學生的思維跳出矛盾重重的小圈子,站在一個全新的高度上,用新的視角、新的思維方法去統覽復雜多變的問題,就能抓住問題的本質,找到解決問題的正確方法,少犯或不犯孤立地、靜止地、片面地看問題的錯誤,使化學知識學習得活,掌握得牢,運用得靈。從而提高學習的質量和效率。
參考文獻:
[1]教育部,化學課程標準[M].北京.人民教育出版社.2002.
[2]高劍南.中學化學教師.專業化發展的內涵.[J].化學教學,2006,(12).
【關鍵詞】五嚴;有效課堂;教學目標;設計實驗;學習方法
在2009年新學期開始,江蘇省教育廳下達了規范辦學的五嚴令。所謂“五嚴”,即:嚴格禁止下達高(中)考升學指標;嚴格控制學生在校集中教學活動時間;嚴格執行國家課程計劃;嚴格規范考試和招生管理;嚴格制止義務教育學校違法辦學行為。這是對現在愈演愈烈的應試教育下的一貼猛藥,在五嚴令下,真正的暑假和雙休日又重現了,作為一線教師不能再通過拼時間,拼體力來獲得成績,而應當苦練內功,真正通過提高課堂教學效率來提高教學質量。在“五嚴”規定的背景下,全力打造“有效課堂”顯得尤為重要。在“五嚴”規定的背景下,作為新課程下的化學教學該如何實施,值得我們每個化學教師思考。有效教學的“有效”,主要是指通過教師在一種先進教學理念指導下經過一段時間的教學之后,使學生獲得具體的進步或發展。有效教學的“教學”,是指教師引起、維持和促進學生學習的所有行為和策略。有效教學的核心就是教學的效益,教學有沒有效益,并不是指教師有沒有教完內容或教得認不認真,而是指學生有沒有學到什么或學生學得好不好。如果學生不想學或者學了沒有收獲,即使教師教得再辛苦也是無效教學。同樣如果學生學得很辛苦,但沒有得到應有的發展,也是無效或低效教學。因此,學生有無進步或發展是教學有沒有效益的唯一指標。
有效的課堂教學,最關鍵的因素取決于教師,所以首先教師要樹立先進的教學理念,在推行新課程中,教師必須以新觀念來實施新課程。其次,豐富個人知識儲備一定要不斷學習和探索,不斷拓展自己的知識內涵。知識的厚度增加了,課堂才能深入淺出,左右逢源。 再次,每個教師要力爭做一個有反思力的教師。葉瀾教授有一句著名的話:一個教師寫一輩子教案不一定成為名師,如果一個教師寫三年教學反思,就可能成為名師。教師應當設法在教學,反思,再教學,再反思中體驗專業的成長。因此,課前精心設計每一堂課,充滿活力地上好每堂課,課后及時記錄反思應當成為我們每個老師的追求。
1科學的教學目標的確立
教學目標是一堂課的起點,又對這堂課有指向作用。因此制定科學的教學目標對一堂課是否高效起到很重要的作用。怎樣才能制定出科學的教學目標呢?制定教學目標要體現育人為本的思想,以現代教育觀念和教育思想作指導,體現出學生創新精神和實踐能力的培養。因此依據教學大綱的要求,緊貼教材內容,根據學生的實際水平制定掌握基礎知識、基本技能的三維教學目標(知識與技能,過程與方法,情感態度與價值觀)。所以作為教師我們必須做到:(1)深研教材。教師要充分研讀教材,了解教材所蘊含的知識價值、人文價值及情感價值等。在此基礎上才可確定出豐富的、科學的教學目標,從而達到教學流程科學有致、教學重點突破有方、教學方法恰當有效、課內練習精選精編、教學效果明顯實在、教學個性充分張揚。(2)深研學生。了解學生的知識基礎、能力基礎、情感傾向、興趣傾向等特點。根據這些特點,從上述豐富的教學目標中作出一定的篩選。同時教師除了傳授知識,還要對學生進行學法指導,讓學生學會學習。在教學中發揮學生的主動性,減少對教師的依賴,做學習的主人。(3)深研現實。了解是否有與教材聯系密切的生活現實,可以是相同的、相似的或相反的。與現實聯系密切的目標更科學,更易實現。
愛因斯坦說得好:“對一切來說,只有喜愛才是最好的教師”。高效率地提高課堂教學,向45分鐘要效率,應是每位教師終身所要追求的目標。興趣是最好的老師,所以在課的導入上應該設法激發學生學習化學的興趣,打造高效課堂。例如,在硅酸鹽產品新課的引入,可以將學生們喜歡的周杰倫的《青花瓷》作為背景音樂,畫面可以是美輪美奐的青花瓷。新課開始,可以展示美麗的杭州灣大橋,精美的教堂窗花玻璃,熠熠生輝的施華洛奇水晶,城市的玻璃幕墻等等均是硅酸鹽產品,讓大家在賞新悅目中開始含硅礦物的學習。這樣學生能充分感受到所學知識來源于生活,且有很大的用途,自然覺得學有所用,大大提高了課堂效率。
2直觀的化學實驗的設計
多設計實驗,用實驗引導課堂,因為化學是一門以實驗為基礎的學科,很多時候,直觀的實驗教學可以使抽象的知識具體化、形象化,有助于學生感性知識的形成。在二氧化硫通入氯化鋇溶液是否有白色沉淀上是歷屆學生會出現問題的地方,鑒于此,在新課設置時,可以設計將(1)二氧化硫氣體通入氯化鋇溶液,(2)二氧化硫氣體通入氯化鋇和氫氧化鈉的混合溶液。通過對照實驗,(1)無現象,(2)迅速變渾濁。通過觀察現象,學生討論、動腦分析思考、書寫化學方程式等實踐活動,學生解決了問題,獲取了知識。在泡花堿不易著火的特點,我們也可以設計對照試驗,兩張濾紙條上分別滴加蒸餾水和飽和硅酸鈉溶液,吸濕浸透,稍瀝干以后,分別在酒精燈外焰點燃,觀察現象,從而得出硅酸鈉的用途。在教學中,作為教師要充分讓學生體會到學習探究的樂趣,這樣才能啟迪學生科學的思維,訓練學生科學的學習方法。
3多樣的學習方法的引導
實施“五嚴”令以后,教師更加要注重幫助、引導學生。變滿堂灌為恰當地引導、點撥。記得在學生作業中有一道設計兩種實驗方案,計算在碳酸鈉和碳酸氫鈉固體混合物中碳酸鈉的質量分數的題目。許多學生能夠想到方法一:根據加熱到恒重,根據質量減少量來計算碳酸氫鈉的質量,從而計算碳酸鈉的質量分數。一些學生用方法二:通二氧化碳的方法,儼然犯了科學性的錯誤;有學生用氯化鈣溶液,也有用氯化鋇溶液的,我就問這兩種方案哪個更加好一些,學生就討論,最后達成共識:如果做實驗時造成沉淀質量誤差為1g,對于碳酸鈣來說就是0.01mol,則碳酸鈉就相差1.06g;而對于碳酸鋇就是約等于碳酸鈣的一半,則碳酸鈉就相差約1.06g的一半,通過討論,一旦產生損耗,選擇氯化鋇溶液會誤差會更小一點。并且我打比方,如果一棵樹結了十個果子被摘了九個,別難過,明年我就結一百個果子,這樣再被摘九個就真的不算什么。我們做人也是如此,真正把自己做強做大就不怕奉獻。題目中同樣是沉淀劑,選擇氯化鋇溶液是因為它的相對分子質量更大一些,不怕損耗,故實際操作過程誤差較小。學生一邊聽一邊點頭。因而作為教師上課要講,但是要有選擇性地講,學生能討論出來的,教師絕不越俎代庖;在小組討論得出結論的基礎上教師再將它上升到人生觀的高度,并且有益于學生的理解記憶,真正體現學生主體和教師主導的地位。教師的“講”要真正成為吸引學生探究學習的磁石,起到激發學生思維活力,融洽師生關系,真正有效地提高45分鐘效率。在2NO2(g)N2O4(g)的化學平衡移動的學習中,通過閱讀教輔材料,我讓學生提問,我班孔某某同學說,“老師,為何在以上平衡體系中加入四氧化二氮,平衡向左移動,但是二氧化氮的轉化率卻是增大的呢?”首先我肯定了他的提問,說他一眼看到了最最難于理解,而且很容易搞錯的地方,確實非常強悍。然后我說,增加生成物的濃度,平衡顯然逆向移動;但是增加四氧化二氮類似于給這個恒容的體系一個加壓的措施,故二氧化氮的轉化率在增大。見學生還是不太理解,我說那我們通過計算來看看是否如我們推測的那樣。假設我們體系中四氧化二氮的起始濃度為1mol·L-1,假如四氧化二氮的轉化率是50%,計算達平衡時的K值,學生通過計算報出答案為2。然后我們再來計算假如加入四氧化二氮,濃度增大為2mol·L-1,在此溫度下,達到平衡狀態四氧化二氮的平衡轉化率又為多少?通過計算,四氧化二氮的變化濃度為0.78mol·L-1,轉化率為39%,故在體系中增加四氧化二氮,四氧化二氮的轉化率由50%降到39%,體系中只有兩種物質,則二氧化氮的轉化率在增大。通過這樣的講解,學習不再是一個死記硬背的過程,通過理解,想必再次碰到類似的問題學生就不會搞錯。作為教師,我們經常需要拷問自己,我的教學是否有效?什么樣的教學是有效的?有沒有比我更加有效的教學方法?同時利用學生已有的知識和經驗,密切聯系日常生活、社會生產,理論聯系實踐,活學活用,學生才會學得有趣,才會感覺化學就在身邊。因為杜威說過“生活和經驗是教育的生命線,離開了生活和經驗就失掉了教育”,新課程要求教學采用多種教學模式,讓學生通過活動與探究,調查與研究等多種手段加深對化學知識的理解和運用。在學習煤的綜合利用的教學時,我們帶領學生走進無錫焦化廠,了解焦化廠的煤的綜合利用過程,并邀請焦化廠的相關技術人員講解焦化廠的生產工藝。許多學生學到了書本無法滿足的知識,為學生理解煤的綜合利用提供了感性的認識。
教學是教與學的雙邊活動,教師的教,只有通過學生的學,才能起作用見效率?!笆谌艘贼~,不如授人以漁”,指導學生學習方法,使學生成為學習的主人,對于提高課堂教學效率是十分重要。作為高中生,首先要學會預習,教師要指導學生預習的方法,預習不是看一遍書即可,我們學校印制了學案,將每課時的重難點羅列出來,配以本課時的習題,預習時只需完成學生自學后會做的部分,這樣有利于上課時帶著問題聽課。其次,教師要指導學生聽課的方法。動耳要聽清知識的來龍去脈,不僅僅是聽,還要聽準確了;動腦加以分析、歸納,將知識加以整理以便于記憶;動手將重點內容做筆記以備復習。除此之外,教師還要指導復習方法。根據艾賓浩斯遺忘曲線,遺忘是先快后慢。這就需要指導學生及時復習,到后來可以間隔一定時間再復習,間隔時間隨復習次數而延長。學習方法一旦被學生掌握,課堂教學效率必將大大提高,學生也將受益終身。教是為了不教,不教是我們的終極目標。
現代教育媒體的發展改變了“一張嘴一支粉筆一塊黑板”的單調.目前很多老師都開始使用powerpoint軟件來制作課件,并且將其應用到課堂上,從而優化了課堂,提高了課堂教學質量。綜合應用文字、圖片、動畫和視頻等資料來進行教學活動,使應用普通教學手段難以講清楚,甚至無法講清楚的知識重點、難點,一些抽象難懂的知識,在普通條件下難以實現、觀察到的過程直觀而形象。尤其是用圖片,動畫和視頻就更直觀更形象!例如,在學習“雷雨發莊稼”時,我們通過動畫的形式把空氣中的氮氣氧氣如何在放電條件下化合形成氮的氧化物,繼而轉變成硝酸,硝酸鹽,被植物體所吸收,直觀形象有利于記憶。
上課之后及時書寫教學反思。每節課總有上得成功的地方,也會有一些不足,稍一懈怠就會煙消云散。寫的過程感悟教學中的得與失,反思教學的有效性和不足,及時彌補教學過程中的缺憾。因為教學是一門有缺憾的藝術。
總之,在省教育廳“五嚴”規定的背景下,全力打造“有效課堂”顯得尤為重要,我們要關注學生當下發展,還要關注學生的未來發展,即可持續發展。通過課堂教學活動,學生從不懂到懂,從懂的少到懂的多,從不喜歡到喜歡這門課程,這都表示學業上有收獲,有進步,這樣的課堂教學就是有效的。精心備課,教學目標明確,采用多種教學方法,重視學法指導,及時總結,苦練內功,真正通過提高課堂效益提高教學質量,使教學在五嚴令的高壓下綻放出奪目的光彩。
參考文獻
隨著新課改的全面推進,三大常數(化學平衡常數、電離平衡常數、溶度積常數)越來越受到高考命題的青睞與關注,這不僅因其屬于新課程的新增知識點而成為新寵,而更重要的是它把化學理論的學習從定性提升到定量水平,拓寬了問題研究的視野。本文試從近年來課改地區出現的高考試題來探析三大常數的命題特點。
1考查常數的概念與其表達式
例1(2009 年天津)人體血液內的血紅蛋白(Hb)易與O2結合生成HbO2,因此具有輸氧能力,CO吸入肺中發生反應:CO+Hb?O2 O2+Hb?CO。37 ℃時,該反應的平衡常數K=220。HbCO的濃度達到HbO2濃度的0.02倍,導致人智力受損。據此,下列結論錯誤的是( )
A. CO與HbO2反應的平衡常數 K=c(O2)?c(Hb?CO) /c(CO)?c(Hb?O2)
B. 人體吸入的CO越多,與血紅蛋白結合的O2越少
C. 當吸入的CO與O2濃度之比大于或等于0.02時,人的智力才會受損
D. 把CO中毒的病人放入高壓氧倉中解毒,其原理是使上述平衡向左移動
評析與解答:本題考查化學平衡常數表達式以及影響平衡移動因素等相關知識點,起點高但落點低,這也是新課程注重能力的體現。根據化學平衡常數的概念不難判斷A正確,然后把題中數據代入平衡常數的表達式中即可判斷C錯。至于B、D選項,只要根據平衡移動原理即可判斷BD正確。答案選C。
由上題可知:基本概念是學習化學的基礎,不但要熟悉其概念內容,更重要的是理解其本質內容并能靈活運用解答相關問題,不要停留在內容的記憶層次上。如本題中的A項可以根據記憶來解答,但若不能靈活變形平衡常數的表達式,則較難判斷其他選項的正誤。
2考查影響常數的因素
三大常數對其對應的具體(化學方程式、離子方程式、電離方程式)式子來說都是常量。它只受溫度的影響,與濃度、壓強、催化劑等其他因素無關,也與反應的過程、快慢無關。
例2(2009 年江蘇)I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq) I3-(aq),某 I2、KI混合溶液中, I3-的物質的量濃度c(I3-)與溫度T的關系如圖1所(曲線上任何一點都表示平衡狀態)。下列說法正確的是( )
A. 反應I2(aq)+I-(aq) I3-(aq)的H>0
B. 若溫度為T1、 T2,反應的平衡常數分別為K1、K2, 則K1>K2
C. 若反應進行到狀態D時,一定有v正>v逆
D. 狀態A與狀態B相比,狀態A的c(I2)大
評析與解答:本題以圖像為載體考查影響平衡移動及其平衡常數的影響因素,同時還能考查圖像分析能力。由圖1可知:c(I3-)是隨著溫度T的升高而減小,說明I2(aq)+I-(aq)=I3-(aq)是一個放熱反應,即HK2,B正確;狀態D(非平衡態)在T1時c(I3-)低于A點,說明D狀態應向A狀態移動,即反應還需正向進行,故C正確;狀態A的c(I3-)高于狀態B,故狀態A的c(I2)小, 即D錯誤,這樣答案為B、C。
例3(2009 年廣東)硫酸鍶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲線如下(見圖2), 下列說法正確的是( )
A. 溫度一定時, Ksp(SrSO4)隨SO42-的增大而減小
B. 三個不同溫度中,313 K時Ksp(SrSO4)最大
C. 283 K時,圖中a點對應的溶液是不飽和溶液
D. 283 K下的SrSO4飽和溶液升溫到363 K后變為不飽和溶液
評析與解答:本題主要考查圖像的分析能力及溶度積常數的影響因素知識。溶度積常數只與溫度有關,與物質的濃度無關,故A錯誤;由圖示知在SO42-相同時,313 K時的Sr2+濃度最大,即此時Ksp=[Sr2+][SO42-]最大,故B正確;a點在283 K時的平衡曲線下,故C正確;283 K下的飽和溶液突然升溫至363 K,Ksp變少,析出固體,但所得溶液仍然為飽和狀態,故D錯。這樣正確選項為B、C。
由上述2例可知,平衡常數的表達式及其影響因素知識盡管簡單,但由于其常常以圖像為載體來進行考查,從而提高了試題的綜合程度。事實上不管該類問題如何變化,只要抓住“平衡常數均只受溫度影響而與其他無關”就不難解答相關問題,同時我們也應學會利用數學函數的思想來分析化學上的圖像問題,千萬不能把化學與其它學科知識孤立起來。
3 考查有關平衡常數的計算問題
化學計算是化學學科的一項重要技能。在舊課程中因受知識范圍的限制,導致對化學計算能力的考查有所淡化,但隨著新課程中引入了三大常數內容,使得對化學計算能力的考查又重新受到重視或強化。
例4(2009 年山東)在25 ℃下,將a mol?L-1的氨水與0.01 mol?L-1的鹽酸等體積混合,反應平衡時溶液中c(NH4+)=c(Cl-)。則溶液顯______________性(填“酸”“堿”或“中”);用含a的代數式表示NH3?H2O的電離常數Kb=__________。
例5(2008 年寧夏)將固體NH4I置于密閉容器中,在一定溫度下發生下列反應:①NH4I(s) NH3(g)+HI(g); ②2HI(g) H2(g)+I2(g), 達到平衡時c(H2)= 0.5 mol?L-1, c(HI)=4 mol?L-1, 則此溫度下反應①的平衡常數為( )
A.9 B.16 C.20 D.25
評析與解答:本題考查平衡常數的計算問題,同時還考查了數據處理能力。由平衡時氫氣濃度可求得反應②中消耗HI的濃度c(HI)消耗= 0.5mol?L-1×2=1 mol?L-1,故①式生成c(HI)①=c(HI)平衡+c(HI)消耗=4 mol?L-1 + 1 mol?L-1 =5 mol?L-1,c(NH3)平衡=c(HI)①=5 mol?L-1 ,根據化學平衡常數公式 K=c(NH3)平衡×c(HI)平衡 =5 mol?L-1×4 mol?L-1, 故答案選C。
由上述兩例可知,計算平衡常數的關鍵是必須明確平衡狀態時各物質的濃度,而不是其反應的濃度。例4易錯解混合液中氨水的平衡濃度,例5則易將① 式生成的c(HI)①以5 mol?L-1代入公式進行求算。而不是從平衡時HI的濃度(4 mol?L-1)代入。
4考查平衡常數的靈活應用
例6(2009 年上海)根據表1提供的數據,判斷在等濃度的NaClO、NaHCO3混合溶液中,各種離子濃度關系正確的是()
A. c(HCO3-)>c(ClO-)>c(OH-)
B. c(ClO-)>c(HCO3-)>c(H+)
C. c(HClO)+c(ClO-)=c(HCO3-)+c(H2CO3)
D. c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(ClO-)+c(OH-)
評析與解答:本題通過提供弱酸的電離常數來判斷鹽水解程度的大小。根據“酸的電離常數越大,則其電離程度越大,同時其對應的弱酸強堿鹽水解程度越弱”及表中數據HClO的電離常數小于H2CO3的K11,可推知ClO-的水解程度大于HCO3-,故A正確、B錯誤;根據物料守恒和電荷守恒可知,C和D的等式中右邊都漏掉了CO32-的濃度,故CD均錯。答案選A
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例7(2008 年廣東)已知Ag2SO4的Ksp為2.0×10-3。將適量Ag2SO4固體溶于100 mL水中至剛好飽和,該過程中Ag+和SO42-濃度隨時間變化關系如圖3[飽和Ag2SO4溶液中c(Ag+)=0.034 mol?L-1]。若t1時刻在上述體系中加入100 mL 0.020 mol?L-1 Na2SO4溶液,下列示意圖(圖3)中,能正確表示t1時刻后Ag+和SO42-濃度隨時間變化關系的是( )
評析與解答:本題是考查利用平衡常數與濃度商之間的關系來判斷平衡移動方向。Ag2SO4飽和溶液中c(Ag+)=0.034 mol?L-1、c(SO42-)=0.017 mol?L-1, 當加入100 mL 0.020 mol?L-1Na2SO4溶液后,c(Ag+)=0.017 mol?L-1,c(SO42-)=0.0185 mol?L-1,Qc=c(Ag+)2 ?c(SO42-)=5.3×10-6
由上述幾例可知,利用平衡常數可以判斷反應方向、離子沉淀的先后、鹽類水解程度、分解率或轉化率大小等問題。但應注意難溶物的結構若不相同時,則不能直接根據溶度積來判斷難溶程度,而必須通過溶度積計算出離子的濃度大小來判斷。另外,還應注意平衡常數的表達式與方程式的書寫有關。
5 融合其他知識考查綜合解題的能力
由于化學命題越來越注重綜合能力的考查,所以單純考查一知識點的試題已越來越少,涉及多個知識點或多種能力考查的綜合性試題則越來越多。實際上該類試題難度也不大,只要基礎知識熟練、思維敏捷就可順利解答。
例8(2009 年廣東)甲酸甲酯水解反應方程式為:COOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l); H>0。某小組通過試驗研究該反應(反應過程中體積變化忽略不計)。反應體系中各組分的起始量如下表:
請計算15~20 min范圍內甲酸甲酯的減少量為 ___mol,甲酸甲酯的平均反應速率為____mol?min-1(不要求寫出計算過程)。
(2)依據以上數據,寫出該反應的反應速率在不同階段的變化規律及其原因________。
(4)其他條件不變,僅改變溫度為T2(T2大于T1),在答題卡框圖中畫出溫度T2下甲酸甲酯轉化率隨反應時間變化的預期結果示意圖。
評析與解答:本題就是一道綜合程度較大的試題,考查了數據分析、識圖、繪圖、計算等能力,涉及到的知識點有反應速率的計算及快慢分析、平衡的移動及平衡常數計算、轉化率大小分析等內容。(1)根據甲酸甲酯轉化率在溫度T1下隨反應時間(t)的變化圖示知15~20 min范圍內甲酸甲酯的減少量為1.00 mol×(11.2 %-6.7 %)=0.045 mol, 平均速率=0.045 mol/5 min=0.009 mol?min-1。(2)由表中數據知甲酸甲酯的平均速率先變快后變慢,故易分析出溫度不變時,應考慮甲酸的催化占主導,以后隨反應的進行,甲酸甲酯的濃度減小故其反應速率減小,當達到平衡時宏觀表現出的反應速率為0。(3)由圖象知75 min時達到平衡,甲酸甲酯的轉化率為24 %,所以甲酸甲酯轉化的物質的量為1.00×24 %=0.24 mol,結合方程式可計算得平衡時,甲酸甲酯為0.76 mol,水為1.75 mol,甲酸為0.25 mol 甲醇為0.76 mol, 所以K=(0.76×0.25)/(1.75×0.76)=1/7。(4)因升溫反應速率增大,故達到平衡所需時間減少,所以繪圖時要注意T2時達到平衡的時間要小于T1。又因反應吸熱,升溫會導致甲酸甲酯的轉化率減小,所以繪圖時要注意T2時平衡轉化率的平臺要低于T1,故圖示(見圖6)為:
關鍵詞:焦爐氣 有機硫 脫硫催化劑
1.脫硫的重要性
隨著焦爐氣的綜合利用及國家發展循環經濟的鼓舞,焦爐氣制甲醇裝置的大型化也不斷發展,由起初年產8萬噸的裝置到現在單套年產20萬噸甚至30萬噸的生產線。焦爐氣的量由10000 Nm3/h提高到45000Nm3/h。那么焦爐氣的脫硫給我們平時的操作和生產提出了考驗和挑戰。焦爐氣經過濕法脫硫后中含有大量的有機硫和少量的無機硫。這些總硫的存在不僅會對設備造成腐蝕,而且脫硫的好壞直接影響了后序轉化、合成的催化劑使用,最終影響了產品的質量。因此精脫硫的出口總硫控制達到未測出。
2.焦爐煤氣中有機硫的情況
焦爐煤氣是煉焦過程中的副產品,煤氣中含有大量的H2S、COS、CS2、噻吩、硫醇、萘、苯、焦油、HCN、NH3等經過化產回收、濕法脫硫凈化后的焦爐煤氣H2S含量在20 mg/m3以下,有機硫(COS、CS2、噻吩、硫醚)含量約400 mg/m3。噻吩物理性質與苯相似,有苯的氣味,不溶于水,性質穩定,500℃不分解,最難脫出的硫化物;硫醚無氣味的中性氣體,400℃可分解為烯烴和H2S;CS2常壓常溫下,無色液體,易揮發,難溶于水,可與氫作用生成H2S;COS無色無味氣體,微溶于水,高溫下與水蒸氣作用生產H2S和CO2。
3.脫硫的方法
將經過濕法脫硫后的焦爐氣經預處理工序處理并加壓、在焦爐氣加熱爐中預熱到300℃到350℃,經加氫罐,出來的預加氫焦爐氣立即進入加氫罐,對焦爐氣中的有機脫硫(硫醇、噻吩、硫醚、二硫化碳等)進行進一步的轉化及焦爐氣中的不飽和烴加氫飽和。焦爐氣中的有機硫通過鐵鉬觸媒(小加氫罐一級加氫罐二級加氫罐)進行加氫反應,把有機硫轉化成無機硫 H2S,經兩級加氫轉化后的焦爐氣進入精脫硫罐氧化鋅脫硫劑除去焦爐氣中加氫轉化后生成的H2S,使出精脫硫焦爐氣中總硫含量
4.目前的狀況:
4.1.濕法脫硫的效果不佳,不能保證入口無機硫的含量小于20mg/m3
由于干法脫硫成本非常高所以設計入口硫化氫的含量小于20mg/m3,但實際生產中入口硫化氫的含量不僅大于20mg/m3,甚至硫化氫含量達到100―200mg/m3,這樣增加了催化劑的負荷,同時減少了催化劑的使用壽命。所以在生產操作中應盡可能保證濕法脫硫的精度,減少干法脫硫的負擔。
4.2.焦爐氣中含有大量的油水加之空速較大,不能有效分離,造成加氫催化劑結塊和中毒
焦爐氣出壓縮機后雖然有氣體冷卻器及油水分離裝置,但焦爐氣的焦油及水仍然分離不干凈。一般情況下壓縮機出口的氣體冷卻器為循環水冷卻,循環水水質不好造成換熱器堵塞,造成壓縮機出口焦爐氣出口溫度偏高,氣液不能很好的分離。從實際運行來看,卸出的加氫轉化催化劑表面發生積炭,甚至結塊現象,造成催化劑失活較快,系統阻力增加,因此平時加強導淋的排放以及多關注壓縮機出口焦爐氣的溫度。
4.3.焦化裝置的操作原因工況中焦爐氣中含氧波動較大及入口溫度的波動
4.3.1 在實際生產中,焦爐氣中的含氧要求不超過0.5%,焦爐氣中含氧量每升高0.1%溫升可達15℃,但由于操作及裝備造成含氧波動時有發生,引發精脫硫整個床層的波動,嚴重時引發“飛溫”,那么將會使催化劑的活性組份升華,使觸媒活性降低,時間久了會永遠失去活性,4.3.2其次入口溫度的波動也會造成整個床層溫度波動的原因之一,含氧波動及入口溫度要早發現,早調節,來保證催化劑床層溫度的穩定性。
4.4.催化劑的裝填
催化劑的裝填一是避免催化劑從高處落下造成破損;二是填裝的床層一定要分布均勻。由于催化劑的更換次數增加,長此以往忽視了對催化劑裝填的把關,生產中往往為了追求時間和效率,忽視了裝填質量。為了降低小部分費用而不用專業的裝填隊伍,這是大多數企業的共性,裝填中臨時工粗暴行為導致催化劑變成粉末,為了省工省力抱著把催化劑裝入罐內的思想,導致催化劑裝填不均勻,使用時造成氣流偏流影響催化劑使用壽命。所以裝填時按照裝填的要求和質量,保證催化劑裝填均勻穩定。
4.5.催化劑的選用及硫化時的效果
4.5.1 催化劑在選用過程中主要從活性、選擇性、使用壽命、機械強度和穩定性、其他物理性狀來看。例如催化劑的形狀與尺寸將影響反應器中的流體力學條件,孔容積、孔徑分布、空隙率等對傳遞過程極為重要。生產中加氫催化劑的更換在其他條件不變的情況下將催化劑圓柱型形狀改為了球形,空隙率降低在使用不到一個月的時間床層阻力不斷增加,床層上部大量結塊,轉化率下降,最后不得不重新更換,造成了很大的損失。4.5.2加氫催化劑的活性組分為鐵鉬,因此升溫硫化是投入使用前的最后一大工序,也是催化劑形成活性結構的過程。催化劑的硫化必須達到一定溫度后才能進行,必須保證催化劑床層徑向溫度均勻分布,硫化時一般有熱量放出,能維持部分熱量,但仍要控制好溫度必須均勻進行,嚴守操作規程,不要使溫度發生急劇的改變,影響硫化質量。硫化結束后放硫要徹底,避免為下一脫硫罐增加負擔。
4.6.脫硫罐內催化劑壓力的波動
壓力的波動也是影響催化劑的重要因素,當催化劑失活需要倒槽時,充壓、泄壓時一般控制壓力0.3-0.5Mpa,防止形成大的壓差壓碎催化劑.
4.7.再生利用
再生操作方式取決于許多因素,但首要的是取決于催化劑活性下降的速率,其次還要分析催化劑是活的原因。例如由于入工段焦爐氣中含有少量焦油以及大量的油水雜質,活性炭,吸油劑催化劑使用一段時間后,會造成催化劑結塊,床層阻力增大,采取蒸汽吹除以減少催化劑的更換次數,力求催化劑的吸收率降到最低時更換,增加使用周期,
4.8.化驗分析及時關注每一個罐的使用情況,轉化率、吸收率
精脫硫要建立完整的使用臺賬,關注每一罐催化劑的使用情況。何時裝填、何時使用都必須清晰可靠。定期做好每一罐脫硫催化劑的總硫分析,記錄好每一罐催化劑的轉化率、吸收率。通過化驗數據來指導平時的操作,使操作更加穩定。
5.總結
隨著金融危機的蔓延以及全球產能的過剩,傳統的制造業企業已經進入了低利潤階段,只有通過精細化操作才能贏得更好的收益,原來的粗放的管理和野蠻操作已經不可行,精脫硫是焦爐氣制甲醇整個系統重要的一環節,催化劑的費用是生產費用的一大板塊,如何降低成本、降低費用是我們思考的方向。此外,焦爐氣成分復雜、氣質比較臟,油水也較多的特性給我們平時工作帶來很多困難,通過平時操作中的點滴積累以及經驗,來延長催化劑的使用壽命,降低消耗是每一個操作人員義不容辭的責任。
參考文獻
關鍵詞: 二氯二氫硅;功能高分子材料;吸附;反歧化;
中圖分類號:TQ342文獻標識碼: A
Functional polymer materials in the application of the polysilicon production
Xiao RonghuiLiu JianhuaWan Ye
China ENFI Engineering CorporationBeijing100038
Abstract:In the production of polysilicon with Modified Siemens process, the system will be enriched in B, which is difficult to remove, and has a great impact on product quality. In addition, the system will generate a certain amount of byproducts Trichlorosilane, which is difficult to recovery and has a big security risk. With the rapid development of functional materials, adsorption and ion exchange technology is another widely used chemical separation technique after distillation, extraction, etc. The functional polymer materials development rapidly in the application of polysilicon production, especially in the use of B impurities and Trichlorosilane inverse disproportionation reaction.
Keywords:Trichlorosilane; Functional Polymer Materials; Adsorption; inverse disproportionation.
1.前言
目前,多晶硅的生產方法主要有改良西門子法,硅烷法。其中改良西門子法占到了80%左右的產能,硅烷法中三氯氫硅歧化法應用較多,改良西門子法和硅烷歧化法都是將物料提純分離最后再還原或分解的過程[1~2],在提純和分離的過程中,雜質B較難除去,容易在系統中富集,對產品質量的影響很大。另外,生產過程中系統中會產生一定量的二氯二氫硅,屬于甲類危險源,且容易對系統設備管道產生腐蝕,如何加以有效的利用成為多晶硅生產企業的一個主要問題[3]。近年來,隨著功能材料的快速發展,吸附與離子交換技術是一種繼蒸餾,萃取,吸收等典型化工分離手段之后,逐漸在化工行業普遍使用的一種化工分離操作技術,吸附與離子交換可以起到提取、分離、濃縮和精制的作用[4]。在多晶硅生產中,國內外相關公司已經研發并應用了除B雜質和二氯二氫硅反歧化的功能材料,并且運行狀況良好,本文將對除B雜質和二氯二氫硅反歧化的功能材料在多晶硅生產中的運行情況進行探討。
2.能高分子材料的原理、檢測和生產流程
目前吸附分離領域應用的樹脂主要是大孔吸附樹脂,即非離子型高分子聚合物,具有吸附性和篩選性,化學性質穩定,不溶于酸、堿及有機溶劑,對有機物選擇性好,不受無機鹽等離子和低分子化合物的影響。大孔吸附樹脂是在合成時加入惰性的制孔劑,待網絡骨架固化和鏈結構單元形成后,再用溶劑萃取或水洗蒸餾將其去除,就形成了不受外界條件影響的孔隙,孔徑一般在100~1000nm[5]。
工業生產樹脂功能材料需要配備相應的檢測儀器和方法,對產品進行分析實驗,工業樹脂性質檢測相關的檢測儀器主要包括粒度儀、顯微鏡、氣相色譜、液相色譜、水含量測定儀、紫外光譜、紅外光譜、原子光譜、樹脂耐壓強度測定儀、比表面積測控儀和亞汞儀(測定樹脂孔徑)等。
生產樹脂主要的工藝流程為:給料混料反應固液分離溶劑清洗固體干燥粒度篩分分裝。
3.附功能材料在多晶硅除B雜質中的應用
多晶硅生產中,原料中B、P主要以三氯化硼和三氯化磷形式存在,不易除去,影響產品品質。據報道,在多晶硅除B領域主要使用大孔螯合樹脂,螯合樹脂是一類能與離子形成多配位絡合物的交聯功能高分子材料,吸附機理是樹脂上的功能原子與目標離子發生配位反應,形成類似小分子螯合物的穩定結構,是一種有選擇的螯合特定離子的高分子化合物。與普通樹脂相比,螯合樹脂與目標物的結合力更強,選擇性也更高,適合于低濃度下物質的吸附[6],采用螯合樹脂對三氯氫硅進行預處理除雜,可供給精餾工段優質穩定的原料,減輕精餾工段的負荷,有利于提高產量和降低產品的能源單耗。
螯合樹脂對于三氯氫硅料體液去除雜質的流程如下:
原料三氯氫硅螯合樹脂吸附精餾純化還原系統。
螯合樹脂吸附所采用的吸附裝置主要由樹脂吸附柱、過濾器等幾部分組成,根據實際情況選用兩組以上的吸附裝置,過濾器孔隙一般選80目左右,吸附柱一般采用316L不銹鋼制造,規格為Φ1200X2500,吸附柱數量為3臺,每柱裝填樹脂2m3,全部樹脂用量合計為6m3,單柱運行時每小時進料流量為10噸,樹脂使用前用氮氣進行置換,將柱中殘留空氣排出系統,烘干后使用,進料采用下進上出的模式進行,每周期運行約24~48小時。料液通過吸附柱后經精密過濾器過濾后進入精餾裝置,精密過濾裝置避免樹脂進入精餾系統。
吸附樹脂在多晶硅除B中應用較多,可實現將液體氯硅烷中B含量從上千ppb處理為低于5個ppb以內,通常除硼裝置放在精餾前,用于除去氯硅烷產品中的B,除硼吸附劑粒徑為0.45~1.35mm,呈淡黃色,形貌如下圖1a所示。吸附樹脂在運行一個周期之后,樹脂的活性會降低,需要進行再生后使用,再生的周期一般為1年左右。
螯合樹脂預處理除雜的工藝有如下優點[7]:
(1)螯合樹脂對硼磷等雜質去除率高,工藝控制簡單,簡化了操作,可供給精餾工段優質穩定的原料;
(2)只有少量的硼磷雜質進入精餾工段,極大的減輕了精餾工段的負荷,同樣規模的精餾裝置可產出更多的產品,并且可大大降低產品的能源單耗;
(3)通過吸附和精餾兩步除雜的工藝,可進一步提高產品質量;
(4)雜質量減少會對精餾收率的提高有所幫助。
目前最大規模除B裝置是配套1.2萬t多晶硅/年,生產的氯硅烷全部經過除硼吸附裝置處理,據反映效果很好。除B吸附裝置,見下圖1b。
圖1a:除B吸附樹脂形貌;圖1b:除B吸附裝置圖
4.高分子材料在多晶硅反歧化中的應用
4.1 反歧化催化劑的催化原理和催化劑類型
二氯二氫硅沸點只有8.3℃,自燃溫度58℃,為強腐蝕有毒氣體,在空氣中發生反應產生白色煙霧,遇明火、高熱會發生燃燒或爆炸,不易現場長期儲存[8],因此二氯二氫硅的回收及利用不僅可以有效的消除安全隱患,而且可以一定程度降低生產成本。反歧化工藝最早由美國UCC公司研發應用,是回收二氯二氫硅的一個重要方法。
反歧化反應的原理:
主反應:SiH2Cl2+SiCl4==2SiHCl3(催化條件下進行)
副反應:SiH3Cl+SiHCl3==2 SiH2Cl2
2SiH3Cl=SiH4+ SiH2Cl2
二氯二氫硅反歧化催化劑主要有氰類、活性炭、金屬氯化物、雜環類、胺\銨鹽及酰胺類、負載類催化劑,目前應用最廣泛的是堿性大孔催化樹脂,大孔的苯乙烯與二乙烯苯交聯,上有叔胺基官能團,反歧化催化劑粒徑為0.4~1.1mm,形貌如下圖2所示,二氯二氫硅的轉化率高達90%以上。反歧化樹脂在運行一個周期之后,樹脂的活性會降低,需要進行再生后使用,再生的周期一般為1年左右。
圖2反歧化樹脂形貌
據報道,反歧化工藝從理論上講可以達到很高的轉化率,但是循環一段時間之后還原爐中的雜質會有所增加。研究表明,在還原爐所排放出來的尾氣中含有沸點與DCS非常接近的磷化合物雜質,經過反歧化后這個含磷的雜質又會轉換成與TCS沸點相接近的另一種磷化合物,很難分離出去。這個雜質隨著TCS氣體進入還原爐后,有相當一部分量會在硅棒上沉積,從而影響多晶硅的品質。所以國外引進的反歧化工藝所提供的關鍵技術之一,就是這類磷化合物的去除方法,目前反歧化樹脂催化劑已經國產化,但是使用時間較短,尚未相關方面報道,有待后期進一步追蹤確認。
4.2 反歧化催化劑的應用
將液態的二氯二氫硅和四氯化硅安裝一定的配比在管道混合器中混合,混合后送緩沖罐,再泵送至反歧化預熱器,預熱后的物料送至固定床反應器中進行催化反應,反應后的產品送冷卻器冷卻,然后送提純系統,通過反歧化反應,絕大部分的二氯二氫硅與等摩爾的四氯化硅轉化為三氯氫硅,有效的回收了二氯二氫硅和四氯化硅,系統流程圖見圖3。
影響反應轉化率的主要因素有進料配比,反應器溫度和壓力,以及樹脂自身特性[9]?;旌狭系呐浔韧ㄟ^二氯二氫硅和四氯化硅進料調節閥進行聯鎖調節,二氯二氫硅反歧化反應為放熱反應,通過預熱器熱水調節閥調節混合料進反應器溫度,反歧化反應器壓力通過塔頂出口管道調節閥進行調節。在反應溫度不變的情況下,隨著二氯二氫硅進料比的提高,二氯二氫硅轉化率呈逐漸升高趨勢,隨后達到穩定值。另外,隨著溫度的升高,轉化率也逐漸提高,在達到一個最大值后,如溫度繼續升高,轉化率會降低,因為溫度過高,催化劑失去活性而失效,因此在生產過程中要嚴格控制反應器內溫度的變化。因為反歧化反應涉及SiH2Cl2,SiCl4,SiHCl3,SiH3Cl,SiH4五種物質,它們有一個共同特性,就是在合適的催化劑作用下,氯原子和氫原子與硅原子所連接的化學鍵能自由地打開,這樣圍繞硅原子的氯原子和氫原子可以相互轉移,而轉移平衡后形成的混合物的性質取決于氯原子和硅原子的比值,因此,在特定的床層壓力下的氯原子和硅原子的比值越高,二氯二氫硅的轉化率也越高,而特定催化劑溫度越高,活性越高,打斷氯硅鍵的能力越高。
反歧化在國內多晶硅應用較為廣泛,例如徐州中能硅業科技發展有限公司,陜西天宏硅材料責任有限公司,洛陽中硅高科技有限公司,國電內蒙古晶陽能源有限公司等。
圖3反歧化系統流程圖
5.結論與展望
隨著功能材料的快速發展,功能高分子材料在化工領域的應用日漸廣泛,成為繼蒸餾,萃取,吸收等典型化工分離手段之后,逐漸在化工行業普遍使用的一種化工分離操作技術。
在多晶硅生產上,除硼裝置一般放在精餾前或精餾后,用于除去氯硅烷產品中的B,極大減輕了精餾工段的負荷,降低產品的能源單耗,提高產品收率,降低生產工藝的波動,節能環保。
反歧化系統消耗回收了二氯二氫硅和四氯化硅,降低生產成本的同時消除了二氯二氫硅的儲存安全隱患,因此在國內推廣和應用較為廣泛,一條二氯二氫硅3t/h的反歧化系統相當于2條三氯氫硅產量為70t/d的氫化生產線,節能效果明顯。
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然而,與這個趨勢相對應的,卻是一個學習與發展從業人士無法回避的窘境:培訓與學習的效果差、轉化率低。姑且不說很多培訓連第一級評估(現場反應)和第二級評估(學習)都令人失望,就是那些現場反應很好的培訓,也往往是“現場激動,回去不動”。據Holton III和Baldwin估計,大約只有10%的學習會轉移到工作績效中;另外一些學者則認為,超過80%的學員在培訓學習之后不能利用所學改善自己的工作、提高績效(Wick et al., 2008)。在某種程度上可以說,組織大部分投資于人力資源發展方面的投資都被浪費掉了。
因此,如何提高培訓的效果和轉化率,成為培訓與學習領域的一個重要研究主題,很多學者為此做了大量的努力。例如,二戰期間提出的“結構化在崗培訓”,至今仍在一些企業中應用;在20世紀六七十年代,以加涅等為代表的一些學者對“教學設計”進行了深入研究,提出了一些睿智的見解;20世紀80年代初,瑞萬斯教授開發了“行動學習法”,其初衷和矛頭也是直指“培訓效果不佳”的問題;近年來興起的“學習路徑圖”“職場學習”與“績效改進技術”等,也試圖在學習效果與轉化方面有所突破。
在實踐中,一些勇于挑戰現狀的企業大學或培訓機構就此進行了積極探索。例如,中國銀聯培訓中心提出了“從培訓管理到培訓經營”的理念,基于業務需求和績效目標,設計了“培訓經營”路線圖,包括三個方面:第一,通過經營學習品牌和口碑,激發員工學習興趣,讓學習者“愿意來”;第二,通過經營內容、體驗,讓學習者“感覺好”,提高培訓與學習的效果;第三,通過經營講師、團隊和平臺,實現“有人干”。上述三方面整合了學習者、講師、學習設計與組織團隊等利益相關者,體現了系統理念與方法,注重學習者的體驗和需求以及學習轉化,同時運用了業務經營的思路,取得了較好的效果。
成人學習的五大特性
在我看來,學習既是一個系統,又是一個微妙的過程。要想提高學習效果,必須搞清楚成人學習到底是怎么回事兒。只有洞悉了學習系統的結構,才能有效配置或調適各項要素,使其有利于成人的學習。
自主學習
對于成人來說,學習的自我意識非常強,他們不喜歡別人將意愿強加給自己,因此,要激發學習者的學習興趣,從“要我學”變成“我要學”;同時,因為個體學習是個人主動進行知識建構的過程,而且成人大都已具備了較為豐富的知識和經驗,如果能夠把要學習的內容與學習者過去的知識和經驗聯系起來,學習效果也會更好。
按需學習
被譽為“成人學習之父”的馬爾科姆?諾爾斯早在20世紀70年代就已指出,當成人認識到學習會幫助他們解決實際問題時,他們就有動力學習。事實上,成人學習往往具有較強的目的性,如果學習者能夠理解此次學習的重要性,明確學習內容對于自身的意義和價值,學習效果就會更好。此外,凡是與其工作直接相關或符合其需要的學習內容,更容易受到他們的關注。
社會化學習
從本質上講,成人學習是一個社會化的過程。不僅他們會響應外部的激勵,例如升職或加薪,學習熱情與動機、效果等也受外界因素的影響,而且主要通過與外界的互動進行學習。正如彼得?圣吉所講,在現代企業中,團隊既是基本的工作與管理單位,也是最適宜的學習單元。當一個團隊在學習時,不僅個體能夠進步得更快,整個團隊也可以展現出集體的智慧,取得超乎每個成員才華水平的卓越績效。此外,學習的應用與轉化也離不開外部環境。事實上,卡爾霍恩?威克等人的研究表明,大部分知識轉化問題發生在培訓之后的應用環境中。
嵌入式學習
對于成人來說,最主要的學習渠道和機會來自工作現場。按照人們普遍公認的“70:20:10”理論,要將學習與工作整合起來。同時,通過工作、親身實踐來學習也是最有效的途徑之一。近年來,作為將工作與學習整合起來、綜合運用多種學習方式與手段的“混合式學習”“行動學習法”等,迅速成為眾多優秀企業的最佳實踐。另外,將學習環境盡可能與應用環境相似或一致,也是提高學習轉化率的一種途徑。
系統化學習
無論何種形式的學習,無論是否經過人為的設計,任何人的學習都是一個系統,包括諸多實體(如學習者、講師或引導者、學習設計與組織者、業務領導以及同事等),他們之間也存在著非常復雜而多樣化的相互連接,因此要想提高學習的效果,就需要系統地設計和實施。
打造工作學習生態圈的“五項修煉”
基于對成人學習的研究以及學習轉化系統的分析,我認為,要想提升學習效果與轉化,需要采用系統思考的觀點和方法,多管齊下,打造工作學習生態圈。為此,需要堅持以下五項原則。
以學習者為中心和主體
按照“社會化建構主義”理論,學習是一個個體主動進行知識建構的過程。很多研究表明,學習者的特質和培訓之前的狀況是影響“學習轉化”效果最重要的因素之一。在彼得?圣吉倡導的學習型組織“五項修煉”中,個體的“自我超越”也是學習型組織的精神基礎,只有個體的學習才有可能影響和帶動組織學習。
在我看來,學習是一扇只能由內向外開啟的大門,而打開這扇門的鑰匙就掌握在每個學習者手中。因此,要以學習者為中心,分析學習者的需求、特質(包括其個性和學習能力),并采取有效措施激發學習者的積極性。
熱水浴 一般稻谷類種子放在50℃至54℃的熱水中浸泡10分鐘即可;皮厚的棉花籽要放在50℃至60℃的熱水中浸泡30分鐘。
鹽水浴 將種子放入鹽水中,利用鹽水比重大的特點強迫劣種浮出水面。
藥水浴 在水中加入磷酸三鈉、氫氧化鈉、高錳酸鉀等藥物,既起到選種作用,又能殺死病菌。
激素浴 用助壯素、多效唑、矮壯素等溶液浸種,能使幼苗健壯,出苗齊全。
包衣劑 將選取的種子,用包衣劑進行包衣,既能提高種子抗病力,又能促使種子肥壯。
如何選擇優質黑白花奶牛
皮毛:黑白花色分明,皮膚有彈性,背毛有自然光澤,毛密。
體型結構:體軀高大體高在1.4米左右,內外蹄結構緊密對稱,蹄角度大,呈鐮刀狀,尻方正,尻角高,后襠寬,背腰平直,腹部不下垂,寬且深。
及:四區分布均勻,無副;每個長5至8厘米,垂直間距均勻,間距窄,底面平坦;垂直向下呈柱形;乳井粗大而且深,乳靜脈明顯、粗大、彎曲且分支多。容積大,呈方圓形;細致,靜脈明顯,呈浴盆狀,充奶時地線平;前附著緊湊,后高,有支撐力,深度小。購買時用手柔和地、仔細地觸摸乳區和,看內部是否有硬塊、硬節??词欠裼邢埂?/p>
試喂:在了解當地飼草飲料的構成情況基礎上,對奶牛進行試喂,觀察其采食狀況,看是否挑食。
(據《農村百事通》)
怎樣給綿羊藥浴
藥浴應選取在晴朗、無風、溫和的天氣進行,最好間隔 7天再浴一次,以確保效果。
浴前8小時應停止放牧和喂料,浴前兩小時要飲足水,以免藥浴時因口渴誤飲藥液。
為防止藥物中毒,先用少數羊試浴,認為安全后,再讓大群羊入浴;應先浴健康羊,后浴疥癬羊。
羊在藥浴池中停留3至4分鐘為宜,浴中壓扶桿將羊頭壓人藥液中2至3次,使周身郡受到藥液浸泡。
浴后將羊趕到晾曬臺上10至15分鐘,使毛叢中殘留的藥液滴落在臺上,再回流到池內。
浴后不能馬上放牧,應將藥浴后的羊群趕到通風陰涼的羊棚或圈舍內,避免陽光直射引起中毒。同時,應禁止在密集高溫、不通風的場所停留,以免吸入藥物中毒。
浴后要注意觀察,羔羊因毛較長,藥液在毛叢中存留時間長,藥浴后2至3天仍可發生中毒現象。發現中毒,要立即搶救。
(據《農民日報》)
修鞋“修”成大老板
金繼鑫
山東省平原縣王杲鋪鎮看水村農民馮志海和董巖夫婦是打工族里的一對“鴛鴦”。2004年,馮志海在雜志上獲得修鞋致富的信息。他想,當前名牌鞋子越來越多,價格越來越貴,人們不會輕易把穿壞的鞋子扔掉,所以修鞋生意前景會很好。
于是他們帶上5000元的學費和盤纏,來到北京學習修鞋技術。三個月后,馮志海和董巖夫妻雙雙回到家鄉。他們籌借兩萬元資金購進了“皮革護理機”和專業護理化學原料,在縣城開了一家修鞋店。憑借熱情的服務和精湛的技術,一雙雙變了形的舊皮鞋被整修一新,打磨護理得和新的一樣。他們的名聲也大了起來,從每天修理幾雙鞋到十幾雙,直至增到幾十雙。
定期前來修鞋的回頭客已達百余人,每月都會有近 3000元的固定收入。
中草藥飼料添加劑前景廣闊
促進畜禽生長,提高飼料轉化率。在飼料中添加茉莉花、玫瑰花、蔥葉、飼喂雞、鵝等家禽,其采食量和體重明顯增加,產蛋率及飼料轉化率均有提高。
改良畜禽產品質量。在飼料中攙入肉豆、干辣椒、丁香和生姜喂養肉雞,雞肉可以保鮮時間更長,而且大多數消費者更喜歡它的味道。
一、讓學生知道綠色化學的現代內涵
綠色化學概念從一提出來,就明確了它的目標,是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料,最大限度地節約能源,在各環節都實現凈化和無污染的反應途徑。它的過程為零排放和零污染,具體內涵體現在五個“R”上。
1.減量(Raduction)。“減量”是從省資源、少污染角度提出的,包括兩層意思:(1)減少資源用量,在保證產量的情況下如何減少用量,有效途徑之一是提高轉化率,減少損失率;(2)減少“三廢”排放量,主要是減少廢氣、廢水及廢渣(副產物)排放量,特別是排放廢水量必須降低到一定標準以下。在我國的臺灣,連實驗室廢水排放都制定有嚴格的標準。
2.重復使用(Reuse)。重復使用不僅是降低成本的需要,而且是減廢的需要。如化學工業過程中的催化劑、載體等,從一開始就應考慮有重復使用的設計。
3.回收(Recycling)。回收可以有效實現“省資源、少污染、減成本”的要求,回收包括:回收未反應的原料,回收副產物(含“三廢”),回收助溶劑、催化劑、穩定劑等非反應試劑?;瘜W工業產生中的循環操作程序就是一種常見的回收方式。
4.再生(Regeneration)。再生是變廢為寶、節省資源能源、減少污染的有效途徑。它要求化工產品的生產在它設計的開始,就應考慮到有關原材料的再生利用,特別是高分子材料的再生顯得尤為重要。
5.拒用(Rejection)。拒絕使用是杜絕污染的最根本辦法,它是指對一些無法替代,又無法回收、再生和重復使用的藥品原料,拒絕在化學反應過程中使用。在學術界日益重視的綠色化學現代內涵已得到理解,綠色化學概念在工業上也已日漸得到認可,但它的概念與內涵在教學中也應得到貫徹,它的應用在實驗中也應得到推廣。特別是中學化學教學,面對的是接受啟蒙化學教育的中學生,貫徹綠色化學內涵,推廣綠色化學成果顯得尤為重要。
二、綠色化學觀與綠色化學新概念
1.建立了與綠色化學相一致的概念?,F行初高中化學教材從不同角度建立了與綠色化學內涵相一致的基本概念。從環境保護角度介紹了環境污染、三廢、大氣污染物、酸雨、溫室效應等概念,在介紹概念的同時還分析了有關污染的成因和污染物的主要來源與危害。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。
2.工業化學滲透了綠色化學觀點。中學化學教材中的內容雖然較為分散也不系統,但都不例外地合理滲透了綠色化學觀點,這些觀點主要體現在:(1)為了省資源、提高轉化率和原料利用率;(2)為了防止或減少環境污染的發生,介紹了尾氣回收的方法及回收物的利用。
3.實驗內容充分體現了綠色化學原理。高中化學課本的編制和修訂過程中,主要體現在:(1)對常見實驗的固液試劑的取用給出了限量要求;(2)在教材修訂時刪除了有一定危險或危害的硫化氫和苯磺酸制備實驗;(3)介紹了聞氣體的方法;(4)強調了實驗中常見的事故避免、應急處理等;(4)介紹了特殊試劑的保存和使用原則及方法;(5)在氯化氫、氯氣等制備實驗中強調了尾氣的處理辦法。
4.有關物質的內容編排中,考慮到了綠色化學因素。課本在有關元素化合物、有機化合物的內容編排中從綠色化學角度有重點地介紹了有毒物質的性質、使用、保存等,綠色化學與中學化學教育教學、現代社會生活、經濟發展等都呼喚綠色化學,綠色化學的新觀點、新思想也需要及時向社會傳播,中學化學教育工作者理當承擔起這個義務與責任。
三、在中學化學教學過程中體現綠色化學思想,對學生進行綠色化學觀點的教育
1.在實驗教學中貫徹綠色化學觀點。實驗教學與綠色化學聯系最為緊密、最為直接,在實驗教學中貫徹綠色化學思想最為重要。因此,為了適應綠色化學新要求,中學化學實驗必須進行改革。(1)要大力推行微型實驗,即要對常見實驗儀器進行微縮,對常用試劑要給出限量,實驗中除了可使用已研制成功的井穴板等微型儀器,還可以把容量瓶、燒瓶、啟普發生器等微型化。在微型化帶來實驗現象不明顯時,可借助現代化輔助教學手段把實驗結果放大。(2)要努力改革實驗方式,即要努力減少實驗對玻璃儀器的依賴性。有些顏色變化明顯的定性實驗可放在點滴板中進行,如指示劑與酸或堿作用實驗、Fe的顯色實驗等,有些定性實驗可放在濾紙上完成,如電解飽和食鹽水,檢驗醛基存在等。(3)要設法刪改有關實驗,現行化學課本中有些實驗仍有危險性,需要進行刪改:考慮到硝基苯及苯的毒性,硝基苯、溴苯制備實驗可以刪去;考慮到NO、NO、SO的毒性,在NO與NOA制備、Cu與濃硫酸反應、C與濃硫酸和濃硝酸反應等實驗中可以連接尾氣裝置;考慮到安全性,對H和O、Cl與H等的爆鳴實驗可以進行改進。