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化学反应工程绪论范文1
物理化学不仅是化学、化工专业学生的重要基础课,同时也是药学、食品科学、生物工程、建筑工程、材料工程等专业学生的理论基础课[1~4]。该文中,笔者将针对目前药学专业物理化学教学中存在的问题,提出了几点提高该课程教学效果的体会。
1 物理化学在药学专业的地位
药学是连接健康科学和化学科学的医疗保健行业,它承担着确保药品的安全和有效使用的职责。药学专业培养具备药学学科基本理论、基本知识和实验技能,能在药品生产、检验、流通、使用和研究与开发领域从事鉴定、药物设计、一般药物制剂及临床合理用药等方面工作的科学技术人才。
物理化学与药学密切相关。新药设计、药物合成路线的选择、工艺条件的确定、反应速率及机制的确定都需要化学热力学及化学动力学基础;药物剂型的设计及研制,药物的稳定性及其在体内的吸收、分布、代谢都与物理化学原理密切相关。近年来纳米材料在药学中受到广泛重视,微粒分散系统在实现定时、定量、定位给药中能够发挥独特的作用,表面化学、胶体化学是其重要基础。事实上,从药物的研发、生产、贮存到药物的使用和吸收直至发挥作用,都与物理化学有关。物理化学也与药学各专业课的学习密切相关,是前期化学课程的规律总结,也是后续药学课程的理论和实验基础。
2 物理化学课程的特点及在教学过程中普遍存在的问题
我校的物理化学课程是药学专业大二学生的专业基础了,根据大纲要求设置理论课72学时、实验课27学时,要求学生在一学期的时间内完成热力学、动力学、化学平衡、相平衡等十章学习内容,学生普遍反映物理化学课程是“难学”的专业基础课,究其原因,这与课程特点有关系。
(1)物理化学理论性强,内容抽象,概念多、公式多、计算多,学生在学习过程中往往感到内容繁杂,理解吃力。比如:热力学状态函数“熵S、吉布斯能G、亥姆霍兹能F”的导出及理解,学生普遍反映对于这类抽象的内容在课堂上似乎听懂了,但课后再看还是不理解。
(2)物理化学非常重视使用数学和物理方法,通过数学的严密推导得出系统各物理量间定量关系,进而获得过程变化的规律。学生往往被繁杂的公式推导过程所困扰,在讲授功W的计算时,系统变化过程不同(等温条件、等压条件、绝热条件),计算的公式也不同,对于高等数学基础薄弱的学生而言,往往纠结于公式推导中的积分、微分,而忘了推导公式的目的,导致盲目使用公式而得出错误的结论,久而久之,打击了学生学习的积极性。
(3)物理化学课程主要讲授基础知识,教材中涉及与药学专业应用的实例较少,所以学生一般很难将理论知识与药学实践联系在一起,缺乏了学习兴趣。
3 提高物理化学课程教学效果的几点体会
3.1 重视绪论课的讲授,激发学生学习兴趣
托尔斯泰说过“成功的教学所需要的不是强制,而是激发学生的兴趣。”只有当学生对问题有了强烈的兴趣,才可能对问题大胆的去探究。学生能否大胆思考,善于思考,决定着学生能否能对知识牢固掌握和灵活运用。绪论是每门学科教学的第一课,也是课程建设中的重要一环。上好绪论课对于物理化学课程而言显得尤为重要。该课程是一门专业基础必修课,通过绪论的讲授,应充分调动学生的学习兴趣,营造学生主动学习的学习氛围。
一般,绪论部分包含三方面的内容:物理化学的任务和内容、物理化学的发展及其与药学的关系、物理化学的学习方法。在讲授过程中,我们可以通过设疑、举例、讲解的方法凸显物理化学的重要性。通过课堂提问“金刚石可以变成石墨,石墨能不能变成金刚石呢?如果想让石墨变成金刚石,需要施加怎样的外界条件呢?”,告诉学生这个问题可以通过化学热力学的知识进行预测,从而引出化学热力学,告诉学生化学热力学可以解决药物合成工业中的能量衡算与能量的合理利用、设计新的反应路线的可能性和反应限度问题。通过提问“为什么有些药物要求病人一天吃一次,而有些要求一天吃三次”,告诉学生类似的问题可以运用化学动力学的知识解答,告诉学生药物生产工艺条件的优化和工艺流程的选择、药物制剂的稳定性和有效期预算、药物在体内的吸收、分布、代谢等过程都设计化学动力学知识,化学动力学是解决这些问题的理论基础。
3.2 根据专业课程的要求,调整教学内容,做到有所侧重,适当取舍
第一,根据专业特点选择教学内容。结构化学是物理化学的重要组成部分,对于综合性大学化学专业的学生,这是必修课,但对于药学专业,结构化学与后续课程及实际应用联系较少,所以药学专业重点讲授化学热力学、化学动力学、电化学、表面化学、胶体与大分子系统。同时,电化学知识已在无机化学课程学习中有所涉及,应避免重复讲解。
第二,要求学生弱化对公式推导过程的掌握,重点把握公式的物理意义和使用条件。强调公式推导过程是为了更好的理解公式的物理意义及使用条件,完全掌握固然好,但如果无法掌握也不用过于纠结,重点是要把握公式的物理意义和使用条件,掌握各个公式的使用条件。 第三,降低理论难度,重点教会学生物理化学的思维方法。物理化学的抽象化、理想化的思维方法是学生感到物理化学难学的原因之一,但这种思维方法是符合认知规律的,学生通过物理化学的学习,应了解和学会这种思维方法。比如:理想状态是比较简单、容易考察的状态,物理化学往往从理想状态入手,研究其内在规律,在此
规律的基础上加以修正,使其适合非理想即实际条件的使用。比如:在讲解化学反应等温方程式时,方程式的推导以理想气体作为考察对象,压力以PB表示,此公式可以推广到实际高压气体,处理方法为:给PB乘以校正因子γB得到表征真实气体压力的物理量逸度fB,用fB来代替PB。 3.3 注重课程内容的系统性和整体性讲授,强调知识的连续性和相关性
物理化学的前后内容有非常紧密的联系,讲授过程中应强调知识的逻辑性和系统性,注重知识的归纳总结。教材中章节虽多,但主要内容只涉及两部分:化学热力学和化学动力学。除了化学动力学,其他章节均可理解为化学热力学相关内容:热力学第一规律和热力学第二规律是化学热力学的基本规律,其他章节均为这两个基本规律的应用,比如将基本规律应用于化学反应就衍生出化学平衡的知识,应用于多组分系统就衍生出多组分系统热力学和相平衡,应用于电化学反应就衍生出电化学知识等。
3.4 注重实验教学,培养学生运用理论知识分析问题、解决问题的能力
课程的理论教学和实验教学是相辅相成的,好的实验课将有助于更好的理解理论知识,通过实验操作学生也更能体会理论知识的作用。比如:通过“蔗糖水解”实验,利用旋光仪测定蔗糖在酸存在下的水解速度常数,可以让学生更好的理解一级反应(或准一级反应)。要让把实验课与理论课放在同等重要的地位,要求学生课前预习实验,课后对实验数据做认真处理,体会理论与实践的结合,培养学生实践能力和创新能力。
3.5 重视习题的重要性,通过学生课后练习,做到及时反馈对知识的理解程度
习题是学好物理化学的重要环节。虽然主张大学生的学习以自主安排为主,但对于物理化学课程的学习,我们提倡教师每节课都应根据所学知识挑选难度适中的习题作为课后练习布置给学生,通过习题强化对知识的巩固。同时,对于学生普遍感觉困惑的习题,应抽出时间讲解,及时帮助学生查漏补缺。
化学反应工程绪论范文2
兴趣是最好的老师，要学好无机及分析化学，首先要激发学生的兴趣。第一，在无机及分析化学这门课的绪论课上，主要介绍化学的作用及学习方法。第二，阐明化学与人类生活之间密切联系，激发学生的学习。第三，无机及分析化学是化学、化工类相关专业的基础课，其作用无论是对以后的专业课学习还是将来从事工作都具有重要的意义。第四，在平时的课堂教学中，可以多讲一些贴近生活的例子，激发学生学习的兴趣。例如，在介绍影响化学反应速率的因素时，举例说明，夏天食物容易变质，我们可以将食物放进冰箱中保存，以防止变质。这是通过降低温度，达到降低食物变质的速率。汽车尾气CO和NO是严重的环境污染物，从热力学的角度讲，CO+NON2+CO2可以发生，但是遗憾的是，在通常状况下，该反应进行的非常之慢，以致不能有效地去除车道内的CO和NO。因此，有必要对化学反应的速率问题进行研究，必须考虑外界因素对反应速率的影响，由此可引出本节课要学习的内容。第五，在教学过程中，穿插介绍一些与知识点相关的科技发展新动态及前沿知识，以此调动学生学习的积极性。
2综合利用各种教学方法
现阶段的教学方法多种多样，而在实际教学中，各种教学方式应该相互结合、取长补短。根据我校无机及分析化学教学团队多年来教学中的经验，可以概括为以下几点:第一，增加课堂讨论。针对一些在学习过程中遇到的问题，教师应该指导学生搜集资料，进行课堂讨论。在讨论的过程中培养学生分析和解决问题的能力;第二，让学生走上讲台。让学生走上讲台不仅可以体验教师备课的准备过程，还可以锻炼学生的能力;第三，运用多媒体教学，可以使微观概念及理论形象化。例如，在物质结构基础这一章，学生一般较难理解，如果用多媒体课件和化学软件以动画的形式去展现，课程内容会更加形象、生动。这样的教学不仅有利于学生理解、记忆，还可以活跃课堂气氛。第四，对于公式推导，应该板书推理过程引导学生理解。在教学中应避免盲目使用多媒体教学，要将多媒体与其他教学手段结合起来，才会使学生理解公式的推导过程，并能较好的应用公式。
3培养学生能力
为了调动能源化学工程专业学生对无机及分析化学基础课程的兴趣，可以积极组织各类化学竞赛活动。我省有各类化学竞赛，例如:化学视频大赛，化学实验竞赛和趣味化学竞赛等。近年来，教育部门坚持开展国家级、省部级大学生创新实验项目，有望培养大学生的创新能力，推动全民创新。此外，为了鼓励和培养大学生创新激情及能力，我们学校也开展了大学生创新实验项目。该项目均是由学生亲自撰写项目申请书，申请答辩ppt，中期考核表，结题报告和结题答辩ppt等资料。这不仅培养了学生创新能力，还为学生日后工作和学习培养科学合理的方法和实践能力提供了基础。
4适应专业要求
能源化学工程专业的技术性和实践性较强，在无机及分析化学的教学中，要把握专业的特殊要求，认真学习我校能源化学工程专业人才培养方案，深入研究教学大纲，充分了解无机及分析化学在整个专业课程体系中的作用，明确教学过程中的内容和重难点。例如，化学热力学和化学动力学章节的内容应该详细讲解。这部分内容对于能源化学工程专业的学生而言，可以更好地理解能源转化及利用过程中的一般规律，为高效、低碳环保使用能源奠定基础。
5结论
化学反应工程绪论范文3
化工原理具有内容抽象、工程概念强、公式多而复杂的特点，学生学起来难度较大、积极性普遍较差。相较于化学工程与工艺专业，生物工程专业化工原理课程的学时较少，因此如何在有限的学时内帮助学生建立工程观点，培养工程思维和解决工程实际问题的能力，满足高素质、创新型生物工程专业人才培养目标的要求，是该课程教学改革的关键。
一修订教学内容
根据生物工程专业的人才培养计划及其专业特点，合理分配有限的教学课时，对课程中传统的单元操作进行内容精简与更新；紧跟生物工程产业的发展现状，在传统化工原理单元操作中，增加与生物工程密切相关的新技术的原理与应用，如膜分离、超临界流体萃取等。生物产品的分离纯化环节，与化工原理中的流体流动与输送、传热、蒸发、精馏、干燥、萃取等单元操作的内容与原理一脉相承，将涉及这些单元操作的章节作为授课的重点。在讲授这些单元操作时，简化公式推导，将复杂的问题简单化，强调如何应用理论结论解决实际问题。既要突出重点，又要避免造成学生的厌学情绪，并在教学中突出专业特点。例如，针对生物工程操作温度较低的情况，在传热单元精简热辐射的内容，但要求学生明白在高温条件下辐射传热才是控制传热的主要因素；生物制品的生产多为高附加值、高要求、小批量的操作过程，间歇操作较为常见，因此可适当强化间歇生产方式的介绍。
二优化理论教学
绪论课是学生接触一门新课程的第一课，绪论课的质量将直接影响学生对该课程的认识与学习兴趣[3]。生物工程专业学生在初次接触化工原理课程时，往往不了解课程内容与自身专业的关联性，这也是导致其学习积极性差的一个主要原因。因此，化工原理作为一门专业基础课程，其绪论课在提纲挈领地介绍课程内容的基础上，应强调课程在学科知识结构中的重要性，使学生明确化工原理课程“学什么”以及“为什么学”。可以结合化工产业的发展历程，介绍化工原理课程的诞生和发展历史，强调化工原理课程工程性的特点，处理的是一些物理过程，而与化学反应没有太大关联。另外，不妨结合生物工程实例，从特定的产品出发，介绍化工原理在生物工程中的作用。如以学生熟悉的啤酒生产为例，从原料到成品，除了发酵过程，包括流体输送、过滤、换热（干燥、加热、冷却）在内的物理加工过程，都属于化工原理研究的基于“三传”的单元操作。
在理论课教学过程中，多媒体技术的应用具有突出的辅助作用。利用多媒体器材，通过丰富的色彩、声音与形象向学生传递相关教学内容，有助于克服传统教学模式单一、平铺直说的缺点[4]。特别对于化工原理课程而言，其工程概念强，学生往往不具备相关的背景知识与经历，理解工程现象及其原理较为困难。利用多媒体技术，通过动画演示、设备照片与操作视频、图文结合等方式将抽象的问题具体化、形象化，可以吸引学生的注意力、调动学生的积极性与兴趣。例如，通过flash演示介绍不同类型换热器，将冷热流体的换热过程以动画的形式呈现在学生面前，使学生对工程设备的内部结构有直观的认识；在讲解精馏操作中五种原料液热状态及其热状况参数q时，利用图文结合的方式，描述精馏段与提馏段下降液相流量L与L’、上升气相流量V与V’的关系，将复杂的公式推导与线条清晰的图示结合，加深学生对知识点的理解与记忆；在讲授新章节时，播放生物工程产业生产线中相关单元操作的视频文件，有助于学生明确学习目的、激发学习兴趣。当然，在利用多媒体技术提高教学效果时要切忌喧宾夺主，要时刻关注学生在课堂上的学习状态，结合板书，确保学生对知识点的理解与掌握。
此外，习题课是化工原理课程教学的一个重要环节。在完成一个章节的教学任务后，安排一次习题课，利用讨论式、启发式的教学方法，通过例题演算与习题练习引导学生对重要知识点进行归纳总结。这有助于学生更好地消化重点知识，牢固掌握基本概念与原理，同时在习题演算过程中认识工程实际问题，形成正确的思维方式，培养其分析和解决工程实际问题的能力[5]。由于化工原理教材中的例题与习题具有鲜明的石油化工背景，与生物工程产业相去甚远，生物工程专业的学生在习题练习过程中往往又会陷入迷思，不能理解单元操作在生物工程产业中的应用。因此，结合学生专业背景更新习题的内容是非常必要的，有助于提高课程的专业针对性。例如，借鉴国内外生化分离工程的教材，收集以生物料液处理为背景的相关单元操作的例题和习题。
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针对临床医学专业教学目标和大纲的培养要求，我们选择人民卫生出版社供基础、临床、预防、口腔医学类专业的第八版《生物化学与分子生物学》作为教材使用，该书是在“5+3”一体化临床医学人才培养改革下经过重新修订和编写的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，内容上有大量的调整和更新，将生物化学基础内容与临床实际应用紧密衔接。在有限的教学学时内，我们在教学内容分配上，重点讲授生物分子的结构与功能、物质代谢及其调节、遗传信息的传递三篇内容，而第四篇分子医学专题因为学时有限，选择与临床密切相关的例如癌基因、肿瘤抑制基因、基因诊断、基因治疗等内容略讲，其他内容作为学生自学内容进行分配。
二、讲好绪论，激发学生学习兴趣，端正学习态度
以往学生上课都认为绪论没有那么重要，可以不听或者没必要认真去听，一些教师也认为还没有涉及到具体教学内容，不必要花大力气备课。其实绪论是一门课程的开篇，起着“统领全局，提纲挈领”的作用，精彩的绪论不但能够激发学习生物化学的兴趣，同时能让学生端正学习态度，让他们知道学习这门学科的目的，学习的方法，如何才能学好。讲解绪论过程中，除了介绍发展历史和主要内容，在讲解与医学联系方面，可以通过日常生活当中大家熟知的例子，比如为什么有些西红柿耐储存，食用油上面有转基因字样，这个就和重组DNA技术联系起来；举例讲一下干细胞技术利弊；不吃肥肉只吃馒头就能减肥吗？讲疯牛病，临床常见的疾病蚕豆病、镰刀状红细胞贫血都是怎么回事？这些同学们日常生活或者经常能听说的常见病例，虽然不能在短短的绪论讲授时间内把所有问题都能讲解清楚，但是其中与生物化学紧密衔接有一定的知识点，这些贴近生活、与实际联系的例子，让学生对学习该门课程产生兴趣，从内心上认为生物化学有用、有趣，产生主动学习的热情，变以往的被动学习为主动学习。
三、学习方法的介绍
1.抓住听课重点再看书。
真正抓住老师讲课的重点，具有事半功倍的作用。在听懂内容前要学会如何听课。要善于抓住重点、难点来听课，将自己注意力平均，做到有张有弛合理用脑，每节课都有侧重点，教师在讲课时不能面面俱到，必须要分清主次，学生听课也要听清主次，注意强调的关键词语，“这点很重要”，“要注意”，“要记住”，“要分清容易混淆”等等，教材每页都有留白部分，可以让学生在留白处记忆关键点，拓展知识，顺口溜等内容，不要盲目跟随听课记录笔记而忽视对讲授内容的理解。课堂听课再好课后不看书是不行的，要求学生听课后看书，把书看薄，也就是抓住内容的结构框架，再把书看厚，把各个知识点都丰富起来。
2.淡化相应知识点。
临床医学专业开设生物化学是在第三学期，虽然经过了大学一年基础化学，有机化学和无机化学的学习，但是随着知识的遗忘或者一部分同学知识掌握得不好，在学习物质代谢及其调节这篇内容当中，涉及大量的结构式和功能基团、化学反应、代谢路径，学生感觉记忆困难，无从学起，针对这一特点，介绍方法时要求学生淡化相应的基团转移过程，这部分只是帮助同学理解和记忆的，记住具体的名称和关键步骤即可，把握整体内容，这样学生在记忆知识点时没有畏惧感，学习兴趣浓厚。
3.多做习题。
考试是目前检验学习效果的一项评价体系。由于临床医学专业学生不仅面临期末考核，更重要的是面临国家临床执业医师资格考试和硕士研究生招生考试，其中的重要性不言而喻。本教研室教师结合执业医师考试大纲和硕士研究生招生考试大纲的要求，精编习题集，内容涵盖了基础知识点和根据各项大纲要求选择的习题和历年真题，让学生通过听课后做题，遇到问题再看书、再做题的方式，把各个知识点巩固强化。
四、教学方法的多样化
1.合理运用多媒体。
多媒体教学手段取代了传统的“一本教材，一支粉笔，一块黑板”的教学模式，实现了文字和图片的多样化，让抽象难懂理论和知识变得生动具体。由于生物化学从大分子的结构，物质代谢的反应，遗传信息的传递，都相对微观抽象，单凭借想象很难理解，运用多媒体教学，结合网络更新相关知识点完善课堂教学内容，如讲解核小体结构，将近2米长的DNA如何组装到只有数微米的细胞核中的，多次折叠是如何进行的，通过动画展示，让学生对这一过程有了深刻的认识，运用多媒体教学法获得了好的教学效果。
2.将临床实例与理论内容相结合，日常生活与理论内容相结合。
专业基础知识要服务于临床，与临床密切结合。如临床早期诊断心肌梗死的重要生化指标是对肌酸激酶2的分析，这与同工酶相联系；磺胺类药物为什么首次剂量要加倍呢？这与酶的竞争性抑制作用相联系；急性胰腺炎这一临床常见外科急腹症，就与酶原和酶原的激活知识点相联系；肝硬化肝性脑病为什么和氨的代谢相关，等等知识点，都能够将抽象难懂的生化理论与临床常见的知识联系起来，学生不再认为基础科目对于临床用处不大，他们主动去学习生物化学，认识到该科目是学好临床内容的基础。联系到日常生活的实例，学生学习的热情也增加了，知识点能够充分理解并牢固记忆。如只补充钙，而不补充维生素D3有用吗，为什么要晒太阳？这与维生素相联系；痛风的病人饮食要注意什么，这与核酸代谢有关；化妆品当中有SOD，有什么意义？这与正常机体中存在抗氧化酶有关；豆腐是怎么制作出来的？加入石膏什么作用？这与蛋白质变性有关？等等。这些临床和日常生活的实例，让学生体会到生物化学有用，没有那么抽象难懂，使学生能够带着热情、带着学习的兴趣主动去学习，去听课。
3.基于多问题教学模式。
基于问题式教学模式和多问题教学模式是近年来研究的热点。课前提出问题，在课堂讲授过程中，将问题的产生和解答融入到教学中，清晰透彻地进行讲解，课堂总结时再次回顾问题并把答案一一阐述，让学生在这样一个系统性的教学思路引导下，一步步跟随老师讲课的思路，提高学生学习兴趣和学习效果，加深对知识的理解和记忆。在讲到氨基酸代谢一章时，可以先提出几个问题作为学生上课之前的思考题，让学生可以自己查阅相关资料进行自学，如肝昏迷如何产生的？高血氨病人为什么不能用碱性肥皂水灌肠？肝硬化腹水病人为什么不能用碱性利尿药？给氨中毒病人为什么要服用谷氨酸盐？精氨酸？带着这些问题开始内容的讲授，课堂期间可以让学生展开自由讨论和交流，使学生成为真正“中心”，变被动学习为主动学习，学习的积极性得到提高，实现了教师和学生之间的良性互动模式。
五、结语
化学反应工程绪论范文5
［关键词］无机及分析化学；能源化学工程；模块化；教学改革
当前，大多数工科专业将无机化学和分析化学的课程内容进行重新组合，形成无机及分析化学。通过系统地学习和掌握化学的基本概念、基本理论以及化学基础知识，培养学生对化学的兴趣和解决化学问题的能力。无机及分析化学中的化学热力学、化学动力学、物质结构、四大平衡理论是要求必须掌握的。这些基本理论和知识在能源化学中的应用是很基础的东西，能为后续专业课程的学习奠定良好的化学基础。[1]我们所开设的新专业能源化学工程，主要研究方向为：能源清洁转化、煤化工、环境催化、绿色合成、环境化工。它以化工的理论与技术为应用基础，围绕新能源利用与化学转化，实现能源利用和可持续发展。重视与提高课堂教学质量和推动无机及分析化学实验在培养学生动手能力与实验创新能力方面起着重要作用，是无机及分析化学课程改革必须直面的棘手问题。因此，进行模块化优化无机及分析化学教学内容、多方面激发学生学习无机化学的兴趣、充分利用现代多媒体技术革新教学方法、培养学生的知识运用能力、有效提高无机及分析化学课程教学质量，可以满足社会及区域经济的发展对人才的需求和素质教育的要求。
一、模块化优化无机及分析化学教学内容
所谓课程模块，描述的是围绕特定主题或内容的教学活动的组合，或是一个内容上及时间上自成一体、带学分、可检测、具有限定内容的教学单元，它可以由不同的教学活动组合而成。模块化教学强调理论教学、实践、练习、研讨的同步式一体化的教与学，强调在专业教学过程中，把理论、实践等环节紧密结合。基于以上课程模块化的考虑，将无机化学和分析化学两门课程的教学内容进行模块化教学（见表1）。由于将无机化学和分析化学的课程内容打乱后进行重新组合，导致概念和知识点多，各章节之间存在较强的独立性。[2]因此，要合理安排大一第一学期的教学内容，这样有助于学生转变思维方式和学习方法。
二、多方面激发学生学习无机及分析化学的兴趣
兴趣是最好的老师，良好的学习兴趣是主动学习的原动力。要学好无机及分析化学，激发学生的兴趣至关重要。[3]在绪论教学过程中，要做好本课程的介绍及发展前景和学生学习心理方面的工作，在无机化学教学中建立好教师、学生和教材三者之间的相互关系。第一，在绪论课上介绍无机和分析化学发展过程及发展前景，让学生认识到学习本课程的重要性，以达到激发学生学习兴趣的目的；接着主要介绍无机及分析化学的作用及学习方法和相关考核办法。第二，阐明化学与人类生活密切相关的环境、能源、材料以及人类社会生活中的热点问题，以此为载体深入浅出地介绍化学与人类生活、社会发展的关系。第三，在专业导论课上强调无机及分析化学是能源化工类相关专业的基础课，能为以后的专业课学习和将来从事工作奠定基础。第四，通过新生认知见习，让学生在参观相关无机化工企业中获得感性认识；在平时的课堂教学中，利用一些贴近生活的例子解答知识疑惑，激发学生的学习兴趣。第五，建立合作学习小组，布置课后课题作业，利用网络资源学习无机及分析化学，查找相关资料完成课程论文作业。
三、充分利用现代多媒体技术革新教学方法
在无机及分析化学教学中，利用现代多媒体技术革新教学方法能提高教学效果。要面对的教学问题有：课前制作精美的多媒体课件，发挥多媒体课件的优势；主讲教师课堂讲授“动”与“静”结合，活跃课堂气氛；不可彻底忽略传统的板书；进行多媒体技术与传统教学技术相结合，有效提高课堂教学效果。[4]第一，使用多媒体技术教学可以模拟化学反应历程，让学生清晰地看到原子或分子的拆分及重新组合的过程，化抽象概念变为具体事物，这样可以加深学生对化学概念的理解。如，Flas制作了各种类型分子杂化轨道（sp，sp2，sp3，dsp2等）的形成过程。第二，采用多媒体教学手段展示教学重点、难点，实现人机对话，有助于学生理解和记忆课本内容。第三，进行多媒体教学时，应以学生为主体，但教师依然是教学活动的组织者和引导者。
四、培养学生知识的运用能力
通过学校组织学生参加各类化工学科竞赛活动是调动能源化学工程专业学生对无机及分析化学基础课程兴趣的重要举措。[5]第一，积极组织学生参加广西各类化学实验技能竞赛，坚持开展国家级、省部级大学生创新创业实验项目。第二，为了鼓励和培养大学生创新能力，学院组织学生参加化工年会化工论文竞赛。第三，开放实验室，鼓励学生积极参与到开放实验室的研究课题；设立创新实验基金，由学生自由申请，对实验取得阶段性成果的学生给予创新基金资助。此外，改革无机化学教学方法，必须将传统的验证性实验转变为新型的探究性实验，通过探究性实验培养学生的创新能力。在导师的指导下，学生在设计实验方案中能够开发智力、培养良好的实验素养，锻炼自学能力。
五、适应能源化工专业要求方面的改革
能源化学工程专业是一个综合性、实践性很强的专业，在理论教学上要求学生掌握能源化学工程基础理论和相关技能。在实践教学上，应明确教学过程中的内容重点和难点，尤其是热力学方面的内容应该重点详细讲解，使学生更好地理解能源转化及利用过程中的一般规律，为低碳环保使用能源奠定基础。我们针对实践性很强的能源化学工程专业，依据其专业的特点实施校内实训和校外实习相结合，使课程实验、课程设计、毕业设计、社会实践活动等环节能为培养具备高素质的能源化学工程专业人才服务。此外，我们还完善校内实验实训和校外实习基地的建设，向企业提供人才培养方案，共同建设与加强人才培养方案中的实践性教学环节。在实践评价体系的建设中，收集专家评价、教师评价、实习接收单位评价、系（分院）自评、学生评价等信息，做到以评促建。
六、结论
本文针对我校能源化学工程专业开设的无机及分析化学课程，在优化教学内容、激发学生兴趣、利用各种教学方法、培养学生能力以及适应专业要求方面对教学环节进行了总结和探究。加强基础理论知识教学使学生具备扎实的实践技能，进一步培养学生的创新能力，提高教学质量，能为培养能源化学工程专业创新型人才奠定基础。
［参考文献］
［1］韩洪晶，杨金保，刘淑，等.能源化学工程专业本科生创新能力培养体系的建立与实践［J］.教育教学论坛，2013（15）:228-229.
［2］孟广波，毕孝国，付洪亮.能源化学工程专业优化实践教学体系研究［J］.中国电力教育，2014（3）:145-146.
［3］朱清，李成胜，张征林．无机及分析化学教学改革初探［J］．化工时刊，2013（4）：49-50．
［4］芮光伟，蒋珍菊，岳松．无机及分析化学课程教学改革与实践［J］．高等教育研究，2007（3）:75-76.
化学反应工程绪论范文6
中文摘要 I
英文摘要 II
目录 III
1. 绪论 1
1.1水性聚氨酯的特点 1
1.2 水性聚氨酯的发展历史 1
1.3 水性聚氨酯的应用 1
2. 实验部分 3
2.1 实验主要原料与试剂及实验仪器 3
2.2 合成工艺 5
2.3 分析测试 6
3. 结果与讨论 7
3.1实验基本化学反应过程 7
3.2不同扩链剂对乳液稳定性的影响 8
3.3 DMPA的含量对膜拉伸强度和断裂伸长率的影响 8
3.4扩链剂的含量对膜力学性能的影响 11
3.5 不同扩链剂对涂膜力学性能的影响 12
4．总结与展望 13
致谢 14
参考文献 15
1 绪论
1.1 水性聚氨酯的特点
聚氨酯涂料以其成膜强度高、弹性好、耐候性、耐磨性优良等特点，广泛应用于各个领域，受到用户的普遍重视。水性聚氨酯使用时无毒、无污染、不燃烧、价廉，还具有一般溶剂型聚氨酯的优点，是一种很有前途的“绿色材料”。 水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。
1.2 水性聚氨酯的发展历史
聚氨酯从上个世纪30年代开始发展，50年代就有少量水性聚氨酯的研究。水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系。由于当时环保意识比较薄弱，水性聚氨酯还未受到重视。到了60-70年代，对水性聚氨酯的研究开发才开始迅速发展，1967年首次出现于美国市场，1972年已能大批量生产。70~80年代，美、德、日等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为实际生产和应用。如德国Bayer公司的磺酸型阴离子聚氨酯乳液lmpranil和Dispercoll KA 等系列、Hoechst公司的Acrym系列、美国Wyandotte化学公司的x及E等系列，日本大日本油墨公司的HydranHW及AP系列、日本公司的聚氨酯乳液CVC3-6及水性乙烯基聚氨酯胶粘剂CU系列以及日本光洋产业公司的水性乙烯基聚氨酯胶粘剂KR系列等。
1.3 水性聚氨酯的应用
随着经济发展和人们生活水平提高，各国对挥发性有机物及有毒物的限制越来越严格，20世纪90年代，国际上兴起“绿色革命”，促进全球工业向“绿色”方向迈进。PUD的低VOC含量，符合发展绿色工业的“三前提”(资源、能源、无污染)及“四E原则”(经济ECONOMY、效率EFFICIENCY、生态ECOLOGY、活力ENERGY)。虽然聚氨酯具有天然的优良机械性能。然而水性聚氨酯在环保方面比它更有优势，而且随着人们对水性聚氨酯的研究，目前水性PU分散体已在通用溶剂型PU所覆盖的领域大量使用，成功地应用于轻纺、皮革加工、涂料、木材加工、建材、造纸和胶粘剂等行业。PU乳液涂饰后的皮革，具有光泽度高、手感好、耐磨耗、小易断裂、弹性好、耐低温性能和耐挠屈性能优良等特点。此外，在纺织品涂层整理中有广泛的应用。水性PU对纺织品的成膜性好、粘接强度高、能赋予织物柔软、丰满的手感，改善织物耐磨性、抗皱性、回弹性、通透性和耐热性等。
水性PU比有机溶剂型PU应用成本低、无公害、易处理、粘合效果好，在胶粘剂及涂料行业有很好的发展前景。PU离子聚合物对天然和合成橡胶表面均具有很好粘接性，应用于鞋类的制造。目前，水性PU主要用作家具漆、电泳漆、电沉积涂料、建筑涂料、纸张处理涂料、玻璃纤维涂料等。除此之外水性涂料还有一些特殊用途，如用作安全玻璃的中间涂膜，以制成不碎裂的安全玻璃，广泛用于汽车、飞机、轮船或航天仪器。水性分散体主要用作金属涂料，如阳离子型电沉积涂料被广泛用于汽车底漆，以提高车体的抗腐蚀性能。水性PU在纺织和印染助剂方面的应用越来越广泛。如用作染色助剂、涂料印花粘接剂、柔软与防皱整理剂、抗静电和亲水整理剂等，可提高其染色深度、牢度以及纺织物的其他性能。近年来，水性PU也广泛用于石油破乳剂，造价低、破乳效果好、速度快、无毒、使用方便。此外，在聚氨酯主链上接枝多氟烷基，即可制作优良的防水、防油、防污剂；在其主链上接枝卤素、磷等元素，也可制成优良的阻燃整理剂。聚氨酯水分散体目前有两种制备方法：强制乳化法和自乳化法。强制乳化法是将聚氨酯预聚物缓慢加入到含乳化剂的水中，形成粗粒乳液，再送入均化器形成粒径适当的乳液，但该法制备的聚氨酯乳液胶体稳定性较差。适用于材料的表面处理。应该说这种方法制备的水性聚氨酯没有多大应用空间。目前聚氨酯水分散体的制备多采用聚合物自乳化法，即在聚合物链上引入适量的亲水基团，在一定条件下自发分散形成乳液。由于自乳化法在聚氨酯大分予中引入亲水的羟基，由于这些亲水性基团的存在及聚氨酯树脂本身的一些不足之处，使水性聚氨酯产品在耐水、耐溶剂、耐候等方面表现较差，一定程度上限制了该类产品的使用范围。
因此，对水性聚氨酯进行改性成为近年来的研究热点。本文主要阐述关于提高水性聚氨酯性能方面的改性方法，以及研究影响膜力学性能的因素。
2 实验部分
2.1实验主要原料与试剂及实验仪器
1.活性氢组分的选择
合成水性聚氨酯分散体的活性氢组分常见的有聚醚、聚酯二元醇、聚酰胺、聚碳酸酯二醇，其中聚醚或聚酯二元醇合成的水性聚氨酯分散体具有优良的耐污、耐化学品性和优良的机械性能，优良的耐水解性，在工业上已大量使用。水性聚氨酯分散体配方中一般含有50％～70％(按质量计)多元醇，所以多元醇组分对其总成本有着至关重要的影响,本文将聚醚二元醇作为活性氢组分。
2.二异氰酸酯的选择
合成水性聚氨酯分散体的二异氰酸酯有TDl、MDI、HMDI、IPDI、HDI，其中，TDI、MDI为芳香族二异氰酸酯，涂膜有泛黄倾向。HDI涂膜性能相当优异，但成本相对较高。通常采用涂膜性能适宜，成本低廉的HMDI合成水性聚氨酯分散体。用IPDI代替HMDI可生产非常柔软、低硬度的漆膜。本文主要采用TDI做二异氰酸酯,但是IPDI价格高昂，从而限制了其应用范围。
3.羟基烷基酸的选择
合成水性聚氨酯的羟基烷基酸有二羟甲基乙酸和二羟甲基丙酸(DMPA)。二羟甲基乙酸与二羟甲基丙酸带有的伯羟基基团的二醇很容易与聚氨酯主链相接，但羟甲基丙酸其羧酸盐基团位于空间位阻的叔碳上，能降低与异氰酸酯的反应性，本实验2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)。
4. 溶剂的选择
用聚酯二元醇配制的异氰酸酯预聚物粘度相当高，必须添加部分有机溶剂降低预聚物粘度，以便进行扩链和分散 反应过程中一般采用沸点低于100℃的亲水性有机溶剂，如丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮，其中丙酮廉价 易得且无毒，这里我们选择丙酮作极性有机溶剂。
2.1.1主要原料和试剂
试剂名称 规格
TDI（2.4-甲苯二异氰酸酯）
E-210(聚醚二元醇)
HP-7010(聚醚二元醇)
丙酮(溶剂)
Cat（催化剂）
DMPA（亲水扩链剂）
G-18（交联剂）
BEG（扩链剂）
PNP（交联剂）
三乙胺（成盐剂）
蒸馏水(乳化剂)
甲基硅油(油浴加热) 分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
去离子
工业级
2.1.2 主要仪器
名称 规格 数量
四口烧瓶
冷凝管
恒压滴液漏斗
温度计
恒温加热器
真空泵
电动搅拌机
干燥箱
电子天平
旋转粘度计
焦利称
离心沉淀机 500ml
直型
100ml
0-100. C
2X2-1旋转式
D90
SZ101型鼓风数控恒温
2.2合成工艺
2.2.1 合成工艺流程
预聚—扩链—降黏—中和—水分散--脱溶剂
2.2.2工艺过程
在一装有搅拌器、回流冷凝器等的500ml四口烧瓶中，加入一定预定量聚醚(酯)二元醇和计量催化剂cat，油浴升温至120℃左右，控制烧瓶内温度至50~60℃，滴加计量的二异氰酸酯(TDI)，控制反应温度低于85℃ ，滴加完后维持80-85℃恒温反应2.5-3小时,使-NCO值接近于理论值，接着滴加一定量BEG和少量丙酮，80℃保温0.5h；接着加入一定量的DMPA和少量丙酮，82-850C保温1.5h；加入丙酮20g来降低反应液粘度，接着滴加定量的交联剂(G-18/PNP)，600C保温1h；最后加入定量的三乙胺和大量水进行成盐乳化，室温下高速搅拌乳化反应1h得到产品。
2.3分析测试
2.3.1乳液稳定性的测定
乳液稳定性的测定在室温下静置，观察是否有分层现象发生。以静置分层时间为稳定性测定的指标。
2.3.2 制膜
取各乳液约12.5ml分别置于四氟乙烯皿中。室温放置2天，再在60°C下烘1-2天至质量不再发生改变为止制得一定厚度的均匀薄膜，放入干燥器中待用。
2.3.3 膜固含量的测定
洗干净培养皿，恒温干燥三小时，使之恒重。然后称重，记为W1.称取乳液重W2。干燥直到重量恒定，取出称取膜+培养皿重，记为W3，计算固含量，公式：*100%
2.3.4 膜硬度的测定
测量膜硬度我们采用上海市六菱仪器厂LX-A型橡胶硬度计。
取干的各膜用橡胶硬度计分别在膜上取不同的三点，记为W1、W2、W3,然后取其平均值W=（W1+W2+W3)/3。
2.3.5 抗拉强度、扯断伸长率的测定
参照聚氨酯防水涂料JC500-92标准测定。
采用广州材料试验机厂XLW-200型微控电子式拉力试验机，拉伸速度为2000mm/min。
拉伸强度：T=P/S;
扯断伸长率：E=(L-25)mm/25mm*100%
其中T为拉伸强度（MPa），P为拉力（N），S为截面积（ ），E为扯断伸长率（%），L为断裂长度。
3 结果与讨论
3.1实验基本化学反应过程
异氰酸酯与活性氢化合物反应生成聚氨酯树脂是合成聚氨酯树脂的基本反应机理。因而阳离子水乳型聚氨酯皮革涂饰剂也是基于此反应原理而制备的。由聚醚二元醇与过量的异氰酸酯进行本体聚合生成端基为-NCO基的预聚体，然后加入扩链剂进行扩链，而后加入有机硅进行改性，再引入叔胺基团生成大分子中间体，最后与乙酸中和形成季胺盐并加水乳化生成稳定的乳白色溶液。
(1) 基本化学反应过程
3.2 不同扩链剂对乳液稳定性的影响
表1:BEG,乙二醇，GY-23三种扩链剂对聚氨酯乳液稳定性的影响
扩链剂 固含量 外观 耐热性 耐寒性
BEG 0.31 微带蓝光透明乳液 好 较好
乙二醇 0.29 微带蓝光白色乳液 一般 较好
GY-23 0.34 微带黄光透明乳液 较好 好
从表1可见由BEG和GY-23为扩链剂可制得微带蓝光和黄光透明乳液，而且乳液稳定性较好，室温下静置分层时间可以达到3个月以上。固含量控制在30.0%～37.0％之间．可以得到稳定性较好的乳液，室温下静置分层时间较长。如果固含量过高，超过40.0％时所得到的乳液静置稳定性较差，静置10d左右即有分层现象。这是因为亲水基团的含量决定了聚氨酯分子的亲水性，亲水基团含量一定，固含量增加即相当于水量减少，乳液的平均粒径增大，聚氨酯分子在水中分散性下降，此时乳液的稳定性变差。而固含量过低，当低于30.0％，体系粒径过小，得到类似凝胶状物质。因此，固含量最好控制在32.0％～37.0％之间。
3.3 DMPA的含量对膜拉伸强度和断裂伸长率的影响
DMPA的用量影响聚氨酯体系中的硬段含量，DMPA的用量对膜拉伸强度和断裂伸长率的影响见表2
表2：DMPA用量对膜力学性能的影响
DMPA用量/g 断裂伸长率/% 拉伸强度/MPa 硬度/邵氏A
3.1 745.61 1.42 57.2
3.69 692.82 1.73 63
3.73 550.91 3.24 67.2
4.02 344.61 4.9 74.8
图1 DMPA含量和断裂伸长率的关系曲线
图2 DMPA含量和拉伸强度的关系曲线
图3 DMPA含量和硬度的关系曲线
从图1，2，3中可以看出，DMPA用量对产物的力学性能影响很大。当DMPA用量增大时，产物的拉伸强度和硬度均增大，而断裂伸长率随之减小。这是由于DMPA用量较高时，体系中的硬段含量也随之提高，羧基、氨酯键及脲键的浓度较高，产物的内聚能密度相应提高材料的变形与破坏就需要更大的外力．因而产物的模量和拉伸强度都较高。当DMPA用量较低时．体系中硬段含量减少．分子间作用力随之减小．导致产物的模量和拉伸强度相对较低，不过由于此时软段含量较高，产物的伸长率却有所增长。
3.4 扩链剂的含量对膜力学性能的影响
扩链剂的含量影响合成后聚氨酯结构，因此扩链剂的含量对膜力学性能有直接的影响，具体见表3
表3 GY-23的含量对膜力学性能的影响
GY-23/g 断裂伸长率/% 拉伸强度/MPa
8.0 794.21 1.8
7.0 808.9 1.93
6.0 520.93 1.79
5.5 946.61 1.73
5.0 873.95 1.4
4.8 963.61 0.66
4.6 782.27 0.62
从表3可以看出，改性后胶膜的拉伸强度和断裂伸长率均有不同程度的提高，可能是由于聚氨酯分子链上的侧氨基分布不均匀 ，有的分子链上的侧氨基数大于1，在反应中会部分发生复杂的支化和交联反应，使得拉伸强度提高，断裂伸长率的提高是由于聚氨酯中的硅氧键非常柔软，从而使胶膜的断裂伸长率提高．但随着聚氨酯含量增加到7．0时，拉伸强度和断裂伸长率都略为降低，这可能是由于此时材料中的聚氨酯的量相对较多，聚集成大的颗粒，相分离严重，影
响了材料的力学性能。
3.5 不同扩链剂对涂膜力学性能的影响
不同的扩链剂对膜的力学性能有重要的影响，通过下表 分析可知：
表4：BEG,GY-23,乙二醇三种扩链剂对膜力学性能的影响
扩链剂 断裂伸长率/% 拉伸强度/MPa 硬度/邵氏A
BEG 1224.94 0.36 57.2
GY-23 883.96 0.62 62.3
乙二醇 550.91 1.46 67.2
由于低分子扩链剂可以与过量异氰酸酯进行二次反应，生成氨基甲酸酯或缩二脲结构的刚性链段 (硬段)，而聚醚二元醇或聚酯二元醇则为聚氨酯结构的柔性链段(软段)。因此扩链剂的加入有助于形成聚氨酯的硬段结构，硬段部分对材料的力学性能贡献较大。对于所选用的三种不同的扩链剂而言，由于三种扩链剂本身结构不同，所以使得组成聚氨酯的硬段结构也不同。总体而言，在异氰酸指数R及扩链剂用量相同的条件下，由于加入的乙二醇分子链最短，所以整个体系中硬段的密度较大，涂膜的力学性能也最高。随着扩链剂分子C原子数目的不断增多，体系中硬段的密度不断变小，材料的拉伸强度也随之降低。表3的数据表明，乙二醇为扩链剂制备的聚氨酯涂膜具有较高的拉伸强度，而由BEG为扩链剂制备的聚氨酯涂膜的力学强度最低。同时，由于乙二醇中柔性链CH2一最短，材料的断裂伸长率较低。同理由于醚键的存在。所以BEG与GY-23材料具有较高的断裂伸长率，而以BEG结构中的柔性链最长，所得到的聚氨酯的断裂伸长率也应达
到最长。
4 总结与展望
1. 不同的扩链剂影响聚氨酯乳液的稳定性，BEG和GY-23做扩链剂时可得到较好的固含量（28.0％～37.0％）以及乳液的稳定性。
2. DMPA用量影响膜力学性能很大。当DMPA用量增大时，体系中的硬段含量也随之提高，产物的拉伸强度和硬度均增大，而断裂伸长率随之减小，当DMPA用量在3.73g时膜具有较好的断裂伸长率和拉伸强度。
3. GY-23的用量影响产物膜的力学性能，在一定范围内，增大GY-23的用力将提高膜的力学性能，在7g时达到最佳，有理想的断裂伸长率和拉伸强度。
4．不同的扩链剂能影响膜的力学性能，乙二醇分子链最短，所以整个体系中硬段的密度较大，涂膜的力学性能也最高。BEG为扩链剂制备的聚氨酯涂膜的力学强度最低。乙二醇断裂伸长率较
致谢
在此次的毕业论文过程中，得到指导老师朱春凤教授的大力帮助和悉心指导，做为生化学院领导,朱老师要处理许多公事还要上课，非常的忙,但依旧抽出大量宝贵的时间指导我们实验,并询问实验进程及遇到的困难,及时给我们解决困难,才使得我们实验能顺利开展。导师不断创新的学术思维、渊博的知识、严谨的治学态度、实事求是的科研精神、诲人不倦的敬业精神、都给我深刻的印象。同时在实验分析测试当中得到了物理实验室李老师的帮忙，在此，我对他们表示由衷的感谢！另外要感谢的是同组实验的徐航同学,在他的帮助下,才使得我们的实验能非常顺利的开展,实验过程配合的十分默契,使我在本次毕业论文收获丰富。
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