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2007-09-27 23:21:06 来自:三人行(绥化,化学老师) |
案例一：实验室制取乙炔的问题研究本课题主要是基于实验现象和实验改进的化学研究性学习的教学。
(一)问题的提出
乙炔的制取和性质实验中有几个问题值得探讨：①电石和水反应非常剧烈，即使用饱和食盐水代替水，反应也较激烈，起初产生的乙炔气体在收集和性质实验之前不能有效利用而白白浪费掉；②反应试管内连续不断地产生大量泡沫外逸，常堵塞导管，影响实验的进行；③反应后容器内的残留物为什么不呈白色，而呈深灰(白)色；④生成的乙炔气体中还含有H2S、PH3等杂质，它们会影响乙炔的性质实验。于是我们对该实验进行了认真的研究。
(二)实验研究
(1)电石的成分
电石是用石灰与焦炭在电炉中高温下(约2200℃)熔融而制得的。我引导学生查阅有关资料，得知电石的成分如下表所示：
(2)问题分析和实验设计
我引导学生思考下列几个问题：①如何减缓反应速率?②如何除去泡沫?③深灰(白)色浆状物的成分?④如何除去乙炔气体中的H2S、PH3等杂质?学生利用研究性学习时间(每周安排三节)到图书馆和资料室查阅了有关资料，并请教了有关实验老师，并在讨论的基础上理清了思路，设计了几种实验方案，现归纳如下：
(实验装置图同常规制法，在反应容器内先加入几粒电石)
方法一：在电石上加少量的乙醇，让乙醇将电石浸润，无明显现象。然后再逐滴加水，电石与水慢慢反应，产生乙炔气体，几乎没有泡沫产生。反应残留物为深灰(白)色，生成的乙炔中含有H2S和PH3等杂质。
方法二：在电石上加一些冰醋酸，让冰醋酸将电石浸润，无明显现象。然后再逐滴加水，电石与水慢慢反应，产生乙炔气体，几乎没有泡沫产生。反应残留物为深灰(白)色，生成的乙炔中含有H2S和PH3等杂质。
方法三：在电石上加一些饱和的氯化铵溶液，电石与溶液慢慢反应，产生乙炔气体，几乎没有泡沫产生。反应残留物为深灰(白)色，生成的乙炔中含有H2S和PH3等杂质。
方法四：在电石上加少量的乙醇，让乙醇将电石浸润，无明显现象。然后再逐滴加CuSO4溶液，电石与溶液慢慢反应，产生乙炔气体，几乎没有泡沫产生。生成的乙炔气体中几乎不含H2S和PH3等杂质，反应残留物是大量黑色沉淀。
(3)实验分析与评价实验分析
方法一：乙醇不与电石反应，并有稀释水的作用，同时乙醇可以降低由氢氧化钙所形成的泡沫的表面张力(水的表面张力σ=72.58dyn/cm，乙醇的表面张力σ=22.03dyn/cm)，再加上乙醇的易挥发性使氢氧化钙形成的泡沫容易破裂。反应残留物为深灰(白)色可能是电石成分里含有少量的游离态的碳。
方法二：醋酸不与电石反应，并有稀释水的作用，同时醋酸与氢氧化钙反应生成醋酸钙，除去了形成泡沫的氢氧化钙，从而没有泡沫产生。
方法三：氯化铵不与电石反应，电石与溶液中的水反应。氯化铵稀释了水对电石的作用，同时氯化铵溶液是一种显酸性的电解质溶液，破坏了泡沫胶体的作用，从而没有泡沫产生。
方法四：电石气中的H2S和CuSO4溶液反应生成CuS沉淀，PH3和CuSO4溶液反应生成Cu3P和Cu沉淀，进一步分解成CuO和水，此法制乙炔反应的残留物的成分很复杂，既有反应生成的Ca(OH)、CaSO4、CuS、Cu3P、Cu、CuO，也有来自电石成分里未起反应的游离态的碳、Fe2O3、Al2O3、MgO和SiO2，这些成分掺杂在一起，因此反应残留物为黑色沉淀。
评价
改进后的四种实验方法都可以凭借加溶液的速率来调节生成的乙炔的速率，实验过程中不会产生大量的泡沫影响实验的进行。但前三种方法并不能除去乙炔气体中的H2S和PH3等杂质，只有第四种方法可以避免H2S和PH3对乙炔性质实验的干扰，因而是最佳方案。
以上化学研究性学习的实施中采用了观察法、实验法和查阅资料等三种方法，研究内容包涵无机化学和有机化学，在研究方法上有定性的，也有定量的，在研究视点上有局部的、也有整体的。
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2007-09-27 23:21:35 三人行 |
案例二：“白色污染”何时了，危害知多少?本课题主要是基于指导高中学生综合学过的学科知识，并将之在生活中加以运用，加强教学内容与生活、社会的联系，是社会课题型教学模式的体现。
(一)问题的提出
随着我国塑料工业和食品工业的飞速发展，塑料的使用量越来越大，由于人们环境意识的淡薄，大量废旧塑料被随意抛弃，所造成的环境污染越来越严重，白色污染现已成为继大气污染、水污染之后的又一环境公害。
(二)问题分析
(1)实验研究
实验一：把塑料袋、塑料快餐具掩埋在花盆里盖好土后浇透水，两个星期后，翻开土检查，塑料袋、塑料快餐具仍保持原样，塑料表面上布满水珠，而塑料下的泥土却没湿。这表明白色垃圾的隔水性能极好，难被大自然降解。
实验二：把塑料袋、塑料快餐具粉碎后放入试管，倒入酸，碱溶液，无变化；倒入汽油、酒精等有机溶剂亦不溶解。这表明白色垃圾耐化学腐蚀，耐有机溶剂。
实验三：把塑料袋、塑料快餐具放在酒精灯上加热，发现其立刻变黑，变成黑色粘稠物体，且散发出刺鼻气味。这表明白色垃圾热稳定性差，受热易分解且放出有污染的气体。
(2)资料分析
资料显示，目前全球废弃塑料物每年总量达5000多万吨。中国自90年代以来，塑料废弃物“突飞猛进”，1995年达200万吨。白色污染物如此之多，而它们的降解周期需数百年，白色污染物的危害不容忽视。今年3月，北京市消费者协会公布的北京1号消费警示援引专家的研究成果指出，一次性发泡塑料餐具有四大特点：第一，不易回收，造成白色污染；第二，不可降解，即使深埋在土壤里上百年时间仍保持原状；第三，焚烧会产生大量有害气体；第四，当温度达到65℃以上，有害物质将渗入食品中，会对人的肝脏、肾脏、生殖系统、中枢神经系统造成损害。虽然目前人们对发泡餐具是否有毒还有诸多的争议，但一次性发泡餐具对环境的危害却是毫无疑问的。发泡塑料餐具的主要成分之一为高分子化合物聚苯乙烯。被遗弃后，这种高分子物质很难降解成自然界可以吸收转化的物质。一个一次性发泡塑料餐具在常温常湿的自然条件下降解，大约需要200年的时间。即使能达到部分降解，但降解后的长达1厘米左右的残留物进入土壤后对植物和土壤依然有很大的危害。首先，废塑料制品混在土壤中会阻碍农作物吸收养分和水分，导致农作物减产；其次，废塑料制品被动物吞入会导致其死亡；再次塑料制品很难处理。如果将其填埋会占用土地，且长时间不降解。如果这些白色垃圾被焚烧，也将产生大量二英等有害气体，严重污染大气。既然发泡餐具等塑料垃圾已成为健康公敌，为何屡禁不止?有资料表明，发泡塑料包装产品的生产蕴涵着丰厚的利润，一般生产厂家在3年至5年内即可步入高速生长期。我国国内90%以上的此种产品生产厂家是台湾、日本、韩国的企业，他们在国内的生产期限少则5年，多的长达10年。与我国内地每年两三百亿元的市场需求相对应，绝大多数发泡塑料包装企业目前处在利润高回报期。要从源头上遏制一次性发泡餐具流入市场还存在法律上的问题。按照国家经贸委”停止生产、销售、使用一次性发泡塑料餐具”的命令，涉及外商投资企业生产该产品的，要由国家经贸委会同国务院有关部门协同地方政府处理。然而，目前全国范围内，从事一次性发泡塑料餐具生产的企业绝大多数属外商投资企业。如北京的6家企业中，有5家属外商投资。据了解，北京市关于此项工作的请示已报国家主管部门。但至今没有得到具体答复，有关部门也无力制止一次性发泡塑料餐具的生产。可见，企业利益与社会利益的矛盾，短期利益与环境的长远利益的矛盾是解决这一问题的关键。
(三)问题解决——替代，还是回收?
解决“白色污染”问题目前主要有两种途径，一是寻找替代品，二是回收。目前，替代发泡塑料餐具的环保产品在我国已有多种，主要有纸浆模塑快餐具、纸板涂膜快餐具、植物纤维快餐具、食用淀粉模塑快餐具、光生物可降解塑料(非发泡型)快餐具等。存在问题：一些因素制约了这些环保产品的推广。(1)价格：一个容量为500-600毫升的一次性发泡塑料饭盒的市场批发价仅为0.1元左右，而环保饭盒如纸浆模塑快餐具约0.2元一个，纸板涂膜快餐具价格更高，约0.3-0.4元一个。偏高的价格使一些舍不得“绿色消费投资”的商家和个人冷落它们；(2)实用性：实用性不强也是环保餐具市场占有率不高的原因。比如，纸板涂膜型做杯子比较好，做餐盒、碗、托盘则不太理想；纸浆模塑型做碗较好，做餐盒、盘则因价格问题、易粘等不易推广；植物纤维模塑型还未找到特别理想的用途，颜色问题、脆性问题以及有害物质的控制等很难解决，发展空间有限。我们的观点：①植物纤维快餐具有较大的潜力。植物纤维快餐具是以草本植物秸秆纤维为原料，经特殊工艺压制而成，在形成过程和废弃后不会对环境造成污染，较节省资源，符合环保条件。②使用可降解塑料。可降解塑料是通过在塑料中加入一些促进其降解功能的淀粉、光敏剂、生物降解剂等，使其在一定周期内具有与传统塑料相同的功能。在完成其使用功能后，在自然条件下，其化学结构可发生重大变化，且能迅速降解，变为水、二氧化碳及其他物质，使其“来有影，去无踪”。这种方法虽然能在相对较短的时间内处理一定的白色污染，但是加入的降解剂又会产生新的污染，而且需要投入大量的资金。③以纸质餐具代替发泡餐具可以在一定程度上消除“白色污染”，但会对森林资源构成很大的威胁。另外，纸质环保餐具的降解性能并不好，而且由于掺加了防油防水剂，回收后再造纸需添加一些特殊的设备，经济上是否合算还需考虑。再者，从纸质环保餐具的整个加工过程看，其原材料消耗、能耗、水耗及固体、废气、废水的排放量都远远高于目前使用的一次性快餐盒。④我们认为，“白色污染”的罪魁祸首并不是餐盒本身，而是没能很好地回收再利用。用纸质餐具代替发泡餐具也必须走回收之路，否则同样会造成“白色污染”。⑤可以利用废弃的食品塑料袋制取乙烯、凡士林等产物，变废为宝。具体途径如下：(下转29页) 的影响；(5)环境化学：在中学和大学课程中的角色；(6)化学及生物技术向何处去；(7)设计新的分子和有用的材料；(8)评价学生的学习；(9)通过与工业联系的节目扩大学习的背景。大会通过扩大化学与科学及日常生活的各个方面的联系来说明化学的中心地位。与会者在增加对这些联系的理解方面受到挑战，而这些联系正是人们发展化学进行努力的整个前沿领域。2000年后，面向所有人的科学的化学教育的美好前景将使人们受到鼓舞。第十五届ICCE于1998年8月8—14日在埃及开罗举行，会议的主题是“化学与地球环境的变化”。大会的开幕式上特邀1981年诺贝尔奖获得者R·霍夫曼作大会报告，题目是“化学与文化”。霍夫曼本人从事研究分子轨道前沿理论，与日本福井谦一于1981年一起获得诺贝尔化学奖。在会上他精彩地阐明了从历史的长河到新一个世纪化学与文化的关系，如颜色、生命、叶绿素的光合作用等等，引起与会代表的强烈兴趣。AinShams大学教授A.F.M.Fahny在他的报告中提出了“绿色化学”的设想，将21世纪可持续发展的战略方案，贯彻到学科教学中，博得与会学者的高度重视。
第十六届ICCE于2000年8月5—10日在匈牙利首都布达佩斯召开，会议的主题是“为了一个更加健康的地球的化学”。有六位世界著名化学家和化学教育家作大会报告，这六个报告是：诺贝尔化学奖获得者，英国化学家Kvoto.H所作“处于圆栓方洞地位的科学”；匈牙利化学家Miklos.Zrinyi所作“材料科学与大学化学教育”；德国化学家Hans_Jurgen.schmidt所作“从研究学生错误概念中我们能学到点什么”；诺贝尔化学奖获得者德国化学家Gutzen.P.J所作“臭氧空洞：大气层中人为造成的化学不稳定性，我们应从中记取什么教训”；奥地利化学家ViktorObendrauf所作“涉及气体的微型化学实验”；日本化学家Miyamoto.D.J.所作“现代化学在可持续发展中的地位与作用”。另外还有分会报告，分别围绕一个专题，每个报告30分钟。这些专题报告有：绿色化学；满足世界需求的化学教育；微型实验技术的最新发展；化学教学中的多媒体技术；通过因特网的远程教育的国际化；环境化学教育；通过远程学习的在职教育；非化学专业学生的化学教育；教学方法研究以及各学科的教学研究等。
第十七届ICCE即将于2002年8月6日—15日在中国北京召开，这将是本世纪的首次国际化学教育大会，也是第一次在中国召开的大型综合性国际化学教育大会，这次会议的主题是“新世纪的化学教育新战略”。新世纪意味着新希望、新挑战和新机遇，这次会议将为我们提供一个“中国了解世界，世界了解中国”的极好机会。
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