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应用型新化学实验的开发论文 0引言 在大学化学的基础教学中实验教学占有很重要的地位化学实验的主要任务是巩固基础理论知识训练实验基本技能培养学生的研究能力和创新意识随着教学改革的深入进行很多高等学校已经意识到实验内容仅仅停留在以演示型和验证型实验为主的教学模式已经不能满足21世纪实验教学的需要,越来越多的综合性和设计性的实验要充实到教学中因此,如何选择一些与生产实际结合紧密并且具有研究应用性质的课题引入实验教学教学中而且既要安全,简便,易操作又可以使学生在查阅资料的同时巩固基础理论运用理论知识分析实验结果M,这是我们每个教学工作者需要思考的课题 可膨胀石墨的生产至今已有30多年历史它是利用天然的鳞片石墨进行化学深加工后获得的一种优良的工程材料石墨本身是一种具有层状结构的物质层面上的碳原子为sp2杂化,碳原子与碳原子之间为共价单键同时层面上还有大T键；而层间为范德华力结合力较弱这样层间可以通过化学反应插入或容纳多种不同的物质,形成种类繁多、性质奇异的插层化合物石墨层间插入其他的物质后形成石墨插层复合材料即可膨胀石墨这时石墨层面及层间的一些结构参数发生了很大的变化其他的光、电、磁、催化以及机械等性能也十分诱人石墨层间插入的物质种类不同所形成的可膨胀石墨的性能也有所不同不同类型的可膨胀石墨可以加工作为高导电材料、发热材料、密封材料、吸附材料、催化剂等应用于食品、医药、电力、化工、冶金、机械甚至航空等领域基于可膨胀石墨应用广泛制备方法简单安全,制备过程中既涉及化学的基础理论,又可训练实验基本操作同时通过学生自己查阅资料选择不同的插层物质可以制备出不同性质的产品把可膨胀石墨的制备作为研究应用型实验开设可以激发学生的研究兴趣和培养创新意识 1可膨胀石墨的实验方法 1.1制备方法及工艺流程 将鳞片石墨加入浓硝酸浸泡10min,再加入高锰酸钾混合均匀选择不同种类的插层物质在40C下反应1h,洗涤至pH为5到6,100C以下干燥,得到可膨胀石墨若将可膨胀石墨在900C时膨化30s,体积迅速增大100320倍,就得到膨胀石墨插入石墨层间的物质不一样生产出的可膨胀石墨种类就不同膨胀倍数不同性质也不同（见表1)无机插层物质可以是硫酸,磷酸,磷酸酐；有机插层物质可以是乙酸乙酸酐工艺流程图如图1 1.2合成机理 石墨属于六方晶系具有特殊的层状结构层面内碳原子之间是共价键,具有极强的键合能,而层间的碳原子之间仅以微弱的范德华力相结合,氧化处理后许多分子或原子及原子团能轻易地突破层间结合力而插入石墨层间形成石墨层间化合物即可膨胀石墨 1.3可膨胀石墨的性质M 表1为学生实验数据的平均值根据国家标准GB1069889中的测试方法通过测其产品pH值、膨胀容积、水分、灰分和挥发分等性质可以评价可膨胀石墨的质量pH值:产品的酸碱性;膨胀容积:产品的回弹性;灰分和挥发分:产品的纯度从表1实验数据分析,得出以下结论： (1)石墨与硫酸合成的产品膨胀容积大但硫酸作为插层物质,HSO4离子进入层间腐蚀性强； (2)石墨与硝酸合成的产品由于不加入其他插层物质,硝酸既是介质又可作为插层物质进入层间使成本降低,但膨胀容积小； (3)石墨与乙酸或乙酸酐合成的产品由于有机物高温易挥发,所以灰分小,纯度高,但膨胀容积也小,成本较高； (4)石墨与磷酸或磷酸酐合成的产品膨胀容积大,但灰分大纯度低 2实验指导方法 将学生分成几组,首先给出实验提纲,包括实验目的及意义、实验基本要求、涉及的理论知识、思考题、参考书和文献范围等等 (1)学生从查阅文献开始,设计合成步骤,提交设计方案由教师检查是否合理 (2)不同组别选择不同的插层剂合成产品在合成过程中摸索实验条件,如寻找酸性介质与氧化剂和插层物质的最佳配比,反应时间和温度,膨化时间和温度等等 (3)进行产品性质测试测其产品pH值、膨胀容积、水分、灰分和挥发分等 (4)几组进行对比研究并展开讨论各自评价自己合成产品的特点,给出其应用范围 (5)提交与论文相似的研究报告 3实验效果 通过开设应用型化学实验,使学生学会查阅文献资料,进一步了解石墨的结构、性质以及经过深加工后石墨产品的实际应用完成一个将理论知识应用于实际的过程整个实验环节由学生自主设计独立操作,贴近实际这种训练过程使学生巩固基础理论,强化实验技能,提高观察和分析问题、解决问题的能力激发学习兴趣同时培养了科学研究意识 4结语 科学研究、生产实际与