求一篇化学论文

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-06
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当今,化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种,是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”,20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。
1 化学所面临的挑战
1.1 化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没
化学是一门中心科学,化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学(central science)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaid science)而不受重视。
1.2 化学正被各种各样的环境污染问题所困扰
化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。这当然与化学没有树立好自己的品牌有关系,在最早的化学工艺流程里面,根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围,因此很多化学工艺都是会带来环境污染的。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。
2 绿色化学是应对挑战的必然
科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。
2.1 绿色化学的概念
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
2.2绿色化学的产生及其背景
当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。
2.3 绿色化学的核心内容
原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是:
原子利用率= (预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100%
如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法,即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成,2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%,体现了原子经济性,减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。
2.4 绿色化学的12项原则和5R原则
为了简述了绿色化学的主要观点,P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出绿色化学的12项原则,这12项原则对我们今后从事绿色化学的研究具有一定的指导作用。
Ⅰ.防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。
Ⅱ.讲原子经济——应该设计这样的合成程序,使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。
Ⅲ.较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法,使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。
Ⅳ.设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能,还应具有最小的毒性。
Ⅴ.溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料(如溶剂或析出剂)当不得已使用时,尽可能应是无害的。
Ⅵ.设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量,还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。
Ⅶ.用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的,原料应能回收而不是使之变坏。
Ⅷ.尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应(用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程),因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。
Ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能是具选择性的)比符合化学计量数的反应物更占优势。
Ⅹ.要设计降解——按设计生产的生成物,当其有效作用完成后,可以分解为无害的降解产物,在环境中不继续存在。
Ⅺ.防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法,在实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制上。
Ⅻ.特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中,反应物(包括其特定形态)的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。
为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求,人们又提出了5R理论:
Ⅰ.减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率、减少损失率。②减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。
Ⅱ.重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。
Ⅲ.回收——Recycling 回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。
Ⅵ.再生——Regeneration 再生是变废为宝,节省资源、能源,减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。
Ⅴ.拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。
3 绿色化学的发展前景
3.1反应原料的绿色化 即反应原料符合5R原则。
3.2原子经济性反应 在基本有机原料的生产中,已有一些原子经济性反应的典范,如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和从丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。
3.3高效合成法 不涉及分离高效的的多步合成无疑是洁净技术的重要组成部分。
3.4.提高反应的选择性———定向合成 如不对称合成。
3.5.环境友好催化剂 例如在正己烷的裂解反应中,固体酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的选择性,更小的腐蚀性。
3.6.物理方法促进化学反应 如微波引发和促进Diels Alder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。
3.7.酶促有机化学反应 酶促有机化学反应有高效性、选择性、反应条件温和和自身对环境友好等特点。
3.8溶剂 化学污染不仅来源于原料和产品,而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关,有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂等。
3.9.计算机辅助绿色化学设计和模拟 在化学化工领域,计算机已广泛用于构效分析、结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑,计算机在寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面推动了绿色化学的更快发展。
3.10环境友好产品 如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料和CFCs替代物等。
绿色化学为化学的发展注入了新的活力,在21世纪化学必将大有可为。

  盖斯定律
  1840年,瑞士籍俄国化学家盖斯(Hess)通过大量实验,总结出一条规律:一个化学反应不管是一步或分几步完成,这个反应的热效应总是相同的。盖斯定律是热力学第一定律在热化学中应用的必然结果。因为焓和内能等均为状态函数,只要化学反应的始态和终态一定,则△H(或△U)也一定是定值,与反应的途径无关。

  根据盖斯定律,这三个热效应的关系是:
  △rH总=△rH1+△rH2
  由于碳与氧化合生成一氧化碳的反应热是很难准确测定的,因为在反应中,不可避免地有少量二氧化碳生成。这个反应的反应热有没有办法确定?有!因为碳与氧化合生成二氧化碳,一氧化碳与氧化合生成二氧化碳这两个反应的热效应却是很容易测定的,因而可利用盖斯定律把碳与氧化合成一氧化碳的反应热间接地计算出来。
  △rH1=△rH总-△rH2
  = -393.5-(-283.0)
  = -110.5(kJ)
  实际上能够直接准确测定的化学反应的反应热为数不多(如有的反应进行得太慢,时间太长,量热计散失热量太多,误差太大)。而盖斯定律的重要意义在于能使热力学方程式象普通代数式一样进行加、减运算,从而利用一些准确测定的化学反应热来计算另一些反应的反应热。例2:魏祖期基础化学p96

  我们知道:H2+O2→H2O。这种书写方式缺乏很多信息。首先是上在什么状态(尤其是产物水的状态)下进行的?其次反应进行的温度、压力,该反应是吸热,还是放热反应?吸收或放出了多少热量?这些情况都不明确。而一个化学反应的热效应与反应条件(温度、压力等)以及反应物和生成物的状态,还有参与反应的反应物的数量(可以在方程式的系数上体现出来)有关。那么,所谓热化学方程式,就是在反应式中标明了参与反应的各物质状态、反应温度、压力和热效应的化学反应方程式。
  所以在书写热化学方程式时要注意以下几点:
  (1)注明反应物和产物的状态 在反应式中,各物质化学式的右侧括号内注明物质的状态,一般用小写英文字母s、l、g、aq分别表示固态、液态、气态、水溶液。如果固态物质存在不同的晶型,也要注明晶型。
  (2)注明反应的温度和压力。通常298K(或常温下)可以省略,其它温度则要注明。
  (3)注明化学反应的热效应。放热反应体系能量减少,△rHm为负值;△rHm为正值。有时还要注明其它热力学数据:如△rUm等。
  (4)在热化学方程式中,化学计量系数不同,反应热值也不同。(计量数可为分数)
  例如:2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) △rHqm(298.15K)= -483.6 kJ•mol-1
  H2(g)+1/2O2(g) = 2H2O(g) △rHqm(298.15K)= -241.8 kJ•mol-1

化学论文  三聚氰胺的假蛋白原理及鉴别
  摘要:
  通过查阅有关资料了解了三聚氰胺的有关性质,我深入探究了近日奶粉事件中所涉及的化学原理,并根据其性质探究出在家中即可鉴别三聚氰胺的方法。通过研究,使我更加深入的认识了三聚氰胺,也了解了生产奶制品的内幕。
  关键词:三聚氰胺、假蛋白原理、凯氏定氮法、溶解度。:
  正文:
  前言:近日的“三鹿奶粉”事件闹得沸沸扬扬,其根本原因就是奶粉中的添加剂“三聚氰胺”。
  奶粉中添加三聚氰胺究竟用意何在?如何利用简单的实验来鉴别三聚氰胺呢?这些都是人们关心的问题,这些知识对于作为消费者的我们都是有必要进行研究的。“奶粉事件”在国内外影响极大,导致了许多婴儿中毒并患有肾结石。通过查阅资料、理论分析和实验得出:1、添加三聚氰胺是利用了假蛋白原理,从而降低成本,欺骗消费者。2、家庭可用类似降温结晶的方法,检测出三聚氰胺,降低中毒的可能。
  主体与讨论:三聚氰胺,化学式C3H6N6,简称三胺,又叫2 ,4 ,6- 三氨基-1,3,5-三嗪、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺、2,4,6-三氨基脲、蜜胺、三聚氰酰胺、氰脲三酰胺、蛋白精。
  一、假蛋白原理:牛奶和奶粉添加三聚氰胺,主要是因为它能冒充蛋白质。
  食品都是要按规定检测蛋白质含量的。但商家为谋取暴利,给牛奶掺入大量的水,这样蛋白质含量就会降低。于是商家就利用了蛋白质监测方法上的漏洞,蒙混过关。
  蛋白质主要由氨基酸组成,平均含氮量为16%左右。由于直接对蛋白质进行检测太复杂,因此食品工业上检测牛奶蛋白质含量被定为国家标准的是凯氏定氮法。原理很简单:蛋白质含有氮元素,用强酸处理样品,让蛋白质中的氮元素释放出来,测定氮的含量,就可以算出蛋白质的含量。
  经计算得出,三聚氰胺的含氮量为66.7%,含氮量为蛋白质的四倍多,白色无味,是理想的蛋白质冒充物。鲜牛奶的国家标准是100毫升≥2.95克,各个品牌奶粉中蛋白质含量为15-20%,蛋白质中含氮量平均为16%。以某合格牛奶蛋白质含量为3%计算,含氮量为0.48%,某合格奶粉蛋白质含量为18%计算,含氮量为2.88%。而三聚氰胺含氮量是牛奶的139倍,是奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1克三聚氰胺,理论上就能提高0.625%蛋白质。有人估算在植物蛋白粉和饲料中使测试蛋白质含量增加一个百分点,用三聚氰胺的花费只有真实蛋白原料的1/5。三聚氰胺作为一种白色结晶粉末,没有什么气味和味道,所以掺杂后不易被发现。
  奶粉有毒是因为其中含有的三聚氰胺,可能是在奶粉中直接加入的,也可能是在原料奶中加入的。
  这就是所谓的“假蛋白原理”。
  二、家庭检测三聚氰胺的方法
  三聚氰胺溶于热水,微溶于冷水,因此可以利用三聚氰胺的溶解度随温度变化的规律,利用类似降温结晶的方法,对三聚氰胺进行粗略检测。
  实验报告:
  [实验名称] 家庭检测三聚氰胺的小实验
  [实验日期] 2008-12-2 [实验员] 刘琳
  [实验目的]通过不同奶粉的对照实验,确定出检测三聚氰胺的方法。
  [实验仪器和药品] 四个玻璃杯,两块黑布,筷子,冰箱,三鹿奶粉(找邻居家借的),红星奶粉,热水,清水,一杯冷水。
  [实验步骤及现象]
  1.取等量的红星奶粉和三鹿奶粉分别放入两个玻璃杯中,分别向两个杯中加入等量等温的沸水(比平常冲奶粉的水要少一些),用筷子充分搅拌两杯牛奶,使牛奶完全溶解。观察两杯牛奶无明显差别,红星奶粉的颜色略微深一点。分别给两杯牛奶的外壁贴上标签,以便辨认两杯牛奶。
  2.将两杯牛奶同时放入冰箱,待牛奶静置降温一小时。
  3.将两杯牛奶取出,仔细观察两杯牛奶,发现三鹿奶粉杯底有少量沉淀,红星牛奶无明显变化。
  4.准备好一个空杯,将一块黑布罩在其中一杯牛奶的杯口上,用手把布紧紧固定,将杯子倒置,让牛奶透过黑布过滤到空杯里。用同样的方法,使用另一块黑布对另一杯牛奶进行过滤。
  5.过滤完毕,将两块黑布进行对比。发现三鹿奶粉的黑布上有少量白色块状固体,红星奶粉的黑布上无明显固体出现。将黑布合上,用清水反复进行冲洗。打开,三鹿奶粉的黑布上仍存有少量白色晶体。将白色晶体倒入一杯冷水中,固体沉入水底。
  [实验解释及结论] 三聚氰胺溶于热水,微溶于冷水,在冷却热的三聚氰胺溶液后会有三聚氰胺的固体析出,为白色晶体,密度大于水。因此三鹿奶粉中过滤出的沉淀很可能是三聚氰胺。在家中可以用这种方法监测出三聚氰胺。
  [实验评价与讨论] 这是一个难度不大、不需要专业仪器、每个人都可以做的生活实验。它惟一需要的是平静的心态和仔细的观察,而不是很深的理论知识或者过硬的实验操作水平,而且有着广泛的应用前景。这种方法的缺点是还是无法排除其他物质的可能,不能有力地证明沉淀就是三聚氰胺。前景在于还是可以有效的防止饮用添加三聚氰胺的奶制品,使人们的生活多一份保障。
  通过研究三聚氰胺的有关性质,提高了我提取知识和分析问题的能力,使我对化学产生了更大的兴趣。

浅谈化学与生活的联系

关键词:化学课程 社会生活
摘要:化学与生活互动能激发学习兴趣,激发求知欲,使化学教育富有生命力。
基础教育要由“应试教育”转向素质教育,这是我国教育的重大改革,它为中小学教育指明了正确的方向。而素质教育旨在把学生培养成有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义公民,使学生在德、智、体、美、劳诸方面得到全面发展。
在化学课堂教学中,教师在坚持教好化学知识的同时,应不断地把已有的或新接受的化学知识与日常社会实际相联系,给学生以“学习是为了更好地认识与改造社会”的认识,从而进一步激发他们的学习热情,调动他们的学习情趣,最终达到他们主动、深入地学习,提高自身综合素质。
中学化学课本中包含着丰富的社会生活常识的教育内容,对这些内容加入挖掘、整理、补充、丰富,然后生动地介绍给学生,不失时机地把社会生活研究与化学课堂教学融为一体。在课堂教学中充分地把基础理论、基本知识的教学与社会生活研究之间的关系处理好,对提高课堂效率,优化学生综合素质有着广泛而深远的意义。
在教学实践中应从以下五个方面入手。
一、以化学史内容的教学,培养学生的综合素质
在课堂讲授中增加一些化学史的内容,不仅仅使教师讲来娓娓动听和学生听宋津津有味,而且使学生对化学概念理论的来龙去脉更加清楚,易于理解,加强记忆。同时有利于培养他们的综合素质。如:逻辑思维和科学研究的热情,包括:求实、批判、创新等内涵。如:化学的发展史,尤其是我国的化学发展史,从拉瓦锡的燃烧学说到道尔顿的原子学说,从门捷列夫的元素周期表到我国的杰出制碱科学家候德榜,到诺贝尔化学奖的科学家李远哲。以伟人的事迹感染学生,培养他们的意志品质,鼓励他们求实创新。
二、以化学工业内容教学为基础,引导学生走出课本,接触社会
现行中学化学教材中有许多与化学工业有关系的内容,这些内容若不能很好地加以处理,而是简单地照本宣科,学生的学习就会很枯燥、乏味,也不能很好地把学生的学习引入广阔的社会生活实践中来,更不能由此激发他们的求知欲。
高中课本中的工业问题主要有:硫酸工业、硝酸工业、炼铁工业、炼钢工业、水泥工业、铝的冶炼、氯碱工业、石油产品概述、煤的综合利用等等。在课堂教学中应当尽可能地引导学生自己深入地去思考一些问题,尤其是偏远地区的学生,因为他们对工业生产了解很少(尤其对大型企业知之更少)。在进入工业内容学习时,先让学生在已有的对工厂的认识的基础上去预测所学内容中可能遇到的问题。如:生产规模、经济效益、原料及其处理、运输、厂址选择、副产品及其应用、环境污染及其应对措施等问题。这些问题虽然大而庞杂,但若能全面(即使是粗略的)考虑也能很好地培养他们的思维方式,从而激发他们的学习热情,鼓励他们更多地接触生活,了解社会。当然,教师还要给予适当的帮助,安排一些当地的化学工业考察或观看录像等手段。
三、把化学教学与社会生活常识相联系,着力提高学生化学兴趣
化学的实用性表现在它与人们的生活紧密联系。教学过程中应充分重视这一特点,使学生觉得学有所得、学有所用,从而引导学生学化学,用化学。如中学教材中《卤素》一章中讲到由氯气可以制漂白自来水的漂白粉、碘的酒精溶液可以用以消毒、氢
氟酸可用于雕刻玻璃、氟化钠可以用来杀灭地下害虫、溴化银可应用行照相技术、碘化笋可用于人工降雨等,这些内容在课堂教学过程中还可以展开来,介绍它们的其他用途。
在介绍与社会生活内容相关联的化学知识时,还应适当地去启发学生,诱导学生用化学科学的眼光去观察生活,甚至结合其他学科知识来思考现实中的问题,如中学课本中讲到硫酸钡可用于钡餐,可以问学生钡餐喝卞去在医院里是如何检查的,为什么可以在X光下检查胃及消化道是否发生病变,硫酸钡对人体是否有毒,硫酸钡最后怎样排出体外的等,从而激发他们去观察去思想去调查。
四、以环境保护知识教育为契机,使学生逐步养成关注生活、关注社会意识,增强他们的社会责任感
环境保护作为一个严重社会问题,已迫切地摆在了我们每一个人的面前,也成了“十五”国家发展计划讨论中极为重视的一个话题。虽然中学生尚不能去全面理解臭苎空洞的变大会有什么危害,长江三峡建设会有什么负面影响,内陆学生也无法真正懂得赤潮的形成及其后果。但是我们通过可以接触到的一些化学知识来丰富他们的思路,增强他们的意识,引导学生善于发现,善于利用。如在讲到化肥知识时可以从已有的知识设问他们;为什么农田不能多依赖无机肥、土壤改良的措施,在硫酸及硝酸工业教学中可以问他们何为酸雨,酸雨的危害有哪些,从而进一步阐述人为什么要进行尾气吸收,为什么尾气处理在解决了环境问题的同时可以提高原料的利用率等。在有机化学教学中此类问题更丰富,与生活更贴近,如白色污染问题、毒品问题、无铅汽油问题,以及近年来发现的英国的疯牛病问题,比利时的二恶英问题等。这些问题教师可以适时地与课本知识相联系,引导学生关注社会、社会生活,增强他们的社会贡任感。
五、结合课本,介绍高新科技的发展,激励学生为社会发展人类进步作贡献
化学与其他理工科一样,作为自然科学,教学内容具有较大的稳定性。但社会却又是瞬息万变的。这就要求我们教师有具有时代气息,能结合时代要求。在生活中我们常可以接触到一些新产品和新材料,我们可以适时地鼓励学生去了解这些产品或材料的组成部分、合成、制造方法、主要用途以及它们的副作用。比如日常生活中塑料包装代最初生产出来时,以它方便、快捷的作用深得人们的青睐,而目前其降解难的问题却深深困扰着人们,多鼓励学生去作一些深层次的探讨。
结合社会生活的化学教学,才不致于脱离生活,不致于培养出只会读书的“人才”。我们在教学中应适时地适当地启发学生去关心身边的事,关心他们生活生存的空间,提高综合素质,使其成长为真正有益于社会的入。

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