- 相關(guān)推薦
應用型新化學實驗的開發(fā)論文
0 引言
在大學化學的基礎教學中，實驗教學占有很重要的地位。化學實驗的主要任務是鞏固基礎理論知識，訓練實驗基本技能，培養(yǎng)學生的研究能力和創(chuàng)新意識。隨著教學改革的深入進行，很多高等學校已經(jīng)意識到實驗內(nèi)容僅僅停留在以演示型和驗證型實驗為主的教學模式，已經(jīng)不能滿足21世紀實驗教學的需要,越來越多的綜合性和設計性的實驗要充實到教學中。因此,如何選擇一些與生產(chǎn)實際結(jié)合緊密，并且具有研究應用性質(zhì)的課題引入實驗教學教學中，而且既要安全,簡便,易操作，又可以使學生在查閱資料的同時，鞏固基礎理論，運用理論知識分析實驗結(jié)果M,這是我們每個教學工作者需要思考的課題。
可膨脹石墨的生產(chǎn)至今已有30多年歷史，它是利用天然的鱗片石墨進行化學深加工后，獲得的一種優(yōu)良的工程材料。石墨本身是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，層面上的碳原子為sp2雜化,碳原子與碳原子之間為共價單鍵，同時層面上還有大T鍵；而層間為范德華力，結(jié)合力較弱。這樣層間可以通過化學反應插入或容納多種不同的物質(zhì),形成種類繁多、性質(zhì)奇異的插層化合物。石墨層間插入其他的物質(zhì)后，形成石墨插層復合材料，即可膨脹石墨。這時石墨層面及層間的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了很大的變化，其他的光、電、磁、催化以及機械等性能也十分誘人。石墨層間插入的物質(zhì)種類不同，所形成的可膨脹石墨的性能也有所不同。不同類型的可膨脹石墨可以加工作為高導電材料、發(fā)熱材料、密封材料、吸附材料、催化劑等，應用于食品、醫(yī)藥、電力、化工、冶金、機械甚至航空等領域�；诳膳蛎浭珣脧V泛，制備方法簡單，安全,制備過程中既涉及化學的基礎理論,又可訓練實驗基本操作。同時通過學生自己查閱資料，選擇不同的插層物質(zhì)，可以制備出不同性質(zhì)的產(chǎn)品，把可膨脹石墨的制備作為研究應用型實驗開設，可以激發(fā)學生的研究興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新意識。
1可膨脹石墨的實驗方法
1.1制備方法及工藝流程
將鱗片石墨加入濃硝酸浸泡10min,再加入高錳酸鉀混合均勻，選擇不同種類的插層物質(zhì)，在40°C下反應1h,洗滌至pH為5到6,100C以下干燥,得到可膨脹石墨。若將可膨脹石墨在900C時膨化30s,體積迅速增大100~320倍,就得到膨脹石墨。插入石墨層間的物質(zhì)不一樣，生產(chǎn)出的可膨脹石墨種類就不同，膨脹倍數(shù)不同，性質(zhì)也不同（見表1)。無機插層物質(zhì)可以是硫酸,磷酸,磷酸酐；有機插層物質(zhì)可以是乙酸，乙酸酐。工藝流程圖如圖1。
1.2合成機理
石墨屬于六方晶系，具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)。層面內(nèi)碳原子之間是共價鍵,具有極強的鍵合能,而層間的碳原子之間僅以微弱的范德華力相結(jié)合,氧化處理后，許多分子或原子及原子團能輕易地突破層間結(jié)合力而插入石墨層間，形成石墨層間化合物即可膨脹石墨。
1.3可膨脹石墨的性質(zhì)M
表1為學生實驗數(shù)據(jù)的平均值。根據(jù)國家標準GB10698-89中的測試方法，通過測其產(chǎn)品pH值、膨脹容積、水分、灰分和揮發(fā)分等性質(zhì)，可以評價可膨脹石墨的質(zhì)量。pH值:產(chǎn)品的酸堿性;膨脹容積:產(chǎn)品的回彈性;灰分和揮發(fā)分:產(chǎn)品的純度。從表1實驗數(shù)據(jù)分析,得出以下結(jié)論：
(1)石墨與硫酸合成的產(chǎn)品膨脹容積大，但硫酸作為插層物質(zhì),HSO4離子進入層間，腐蝕性強；
(2)石墨與硝酸合成的產(chǎn)品，由于不加入其他插層物質(zhì),硝酸既是介質(zhì)，又可作為插層物質(zhì)進入層間，使成本降低,但膨脹容積��；
(3)石墨與乙酸或乙酸酐合成的產(chǎn)品，由于有機物高溫易揮發(fā),所以灰分小,純度高,但膨脹容積也小,成本較高；
(4)石墨與磷酸或磷酸酐合成的產(chǎn)品膨脹容積大,但灰分大，純度低。
2實驗指導方法
將學生分成幾組,首先給出實驗提綱,包括實驗目的及意義、實驗基本要求、涉及的理論知識、思考題、參考書和文獻范圍等等。
(1)學生從查閱文獻開始,設計合成步驟,提交設計方案，由教師檢查是否合理。
(2)不同組別選擇不同的插層劑合成產(chǎn)品。在合成過程中，摸索實驗條件,如尋找酸性介質(zhì)與氧化劑和插層物質(zhì)的最佳配比,反應時間和溫度,膨化時間和溫度等等。
(3)進行產(chǎn)品性質(zhì)測試。測其產(chǎn)品pH值、膨脹容積、水分、灰分和揮發(fā)分等。
(4)幾組進行對比研究，并展開討論。各自評價自己合成產(chǎn)品的特點,給出其應用范圍。
(5)提交與論文相似的研究報告。
3實驗效果
通過開設應用型化學實驗,使學生學會查閱文獻資料,進一步了解石墨的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及經(jīng)過深加工后石墨產(chǎn)品的實際應用，完成一個將理論知識應用于實際的過程。整個實驗環(huán)節(jié)，由學生自主設計，獨立操作,貼近實際。這種訓練過程使學生鞏固基礎理論,強化實驗技能,提高觀察和分析問題、解決問題的能力。激發(fā)學習興趣，同時培養(yǎng)了科學研究意識。
4結(jié)語
科學研究、生產(chǎn)實際與教學相結(jié)合是大學實驗的發(fā)展趨勢,開設研究應用型實驗調(diào)動了學生的學習的積極性,拓寬了知識面,增強了創(chuàng)新意識。為優(yōu)秀本科生早期從事科學研究奠定基礎。教學科研化、實驗綜合化、基礎專業(yè)化是教學改革的方向。
【應用型新化學實驗的開發(fā)論文】相關(guān)文章：
淺析應用型材料化學專業(yè)實驗教學的新探討論文10-10
化學實驗教法論文10-11
研究開發(fā)化學蓄熱材料論文10-10
高中化學實驗論文08-27
應用型本科電路基礎實驗教學的探究教育論文10-12
化學實驗教學探討論文06-24
化學實驗儀器和操作論文10-10
工商管理應用型人才培養(yǎng)模式新構(gòu)建論文10-11
初中化學實驗教學初探的論文10-10