化学中的数量级精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇化学中的数量级范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

1．在物理知识方面的要求：

（1）知道一般分子直径和质量的数量级；

（2）知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位；

（3）知道用单分子油膜方法估算分子的直径。

2．培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。

3．渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。

二、重点、难点分析

1．重点有两个，其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；其二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、分子数等）的方法。

2．尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。

三、教具

1．教学挂图或幻灯投影片：水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子分布的图样。

2．演示实验：演示单分子油膜：油酸酒精溶液（1∶200），滴管，直径约20cm圆形水槽，烧杯，画有方格线的透明塑料板。

四、主要教学过程

（一）热学内容简介

1．热现象：与温度有关的物理现象。如热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等都是热现象。

2．热学的主要内容：热传递、热膨胀、物态变化、固体、液体、气体的性质等。

3．热学的基本理论：由于热现象的本质是大量分子的无规则运动，因此研究热学的基本理论是分子动理论、能的转化和守恒规律。

（二）新课教学过程

1．分子的大小。分子是看不见的，怎样能知道分子的大小呢？

（1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。

介绍并定性地演示：如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。

提问：已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？

在学生回答的基础上，还要指出：

①介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，为了书写方便，习惯上用科学记数法写成10的乘方数，如3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级，那么1×10-10m和9×10-10m，数量级都是10-10m。

②如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V/S，根据估算得出分子直径的数量级为10-10m。

（2）利用离子显微镜测定分子的直径。

看物理课本上彩色插图，钨针的尖端原子分布的图样：插图的中心部分亮点直接反映钨原子排列情况。经过计算得出钨原子之间的距离是2×10-10m。如果设想钨原子是一个挨着一个排列的话，那么钨原子之间的距离L就等于钨原子的直径d，如图2所示。

（3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是10-10m。例如水分子直径是4×10-10m，氢分子直径是2.3×10-10m。

（4）指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。

2．阿伏伽德罗常数

向学生提问：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确1mol物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数……）都相同。此数叫阿伏伽德罗常数，可用符号NA表示此常数，NA=6.02×1023个/mol，粗略计算可用NA=6×1023个/mol。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法测量它，以期得到它精确的数值。）

再问学生，摩尔质量、摩尔体积的意义。

如果已经知道分子的大小，不难粗略算出阿伏伽德罗常数。例如，1mol水的质量是0.018kg，体积是1.8×10-5m3。每个水分子的直径是4

子是一个挨着一个排列的。

提问学生：如何算出1mol水中所含的水分子数？

3．微观物理量的估算

若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。

提问学生：1mol水的质量是M=18g，那么每个水分子质量如何求？

提问学生：若已知铁的原子量是56，铁的密度是7.8×103kg/m3，试求质量是1g的铁块中铁原子的数目（取1位有效数字）。又问：是否可以计算出铁原子的直径是多少来？

归纳总结：以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。

阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数（曾经学过的万有引力恒量也是一个重要常数）。物理常数是物理世界客观规律的反映。一百多年来，物理学家想出各种办法来测量它，不断地努力，使用一次比一次更精确的测量方法。现在测定它的精确值是NA=6.022045×1023/mol。

（三）课堂练习

1．体积是10-4cm3的油滴滴于水中，若展开成一单分子油膜，则油膜面积的数量级是[]

A．102cm2B．104cm2C．106cm2D．108cm2

答案：B

2．已知铜的密度是8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量是63.5×10-3kg/mol。体积是4.5cm3的铜块中，含有多少原子？并估算铜分子的大小。

答案：3.8×1023，3×10-10米。

（四）课堂小结

1．物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有10-10米的数量级。

2．阿伏伽德罗常数是物理学中的一个重要常数，它的意义和常数数值应该记住。

3．学会计算微观世界的物理量（如分子数目、分子质量、分子直径等）的一般方法。由于微观量是不能直接测量的，人们可以测定宏观物理量，用阿伏伽德罗常数作为桥梁，间接计算出微观量来。如分子质量m，可通过物质摩尔质量M和阿伏伽德罗常数NA，得到m=M/NA。通过物质摩尔质量M、密度ρ、阿伏伽德罗常数NA，计算出分子直径

（五）说明

篇(2)

1.引言

诸多化学教材在"物质的量"这一章开篇引言部分会提出：单个或数量非常有限的微观粒子在化学反应中容易计数，但质量太小难以称量；当质量大到可以称量时，其微观粒子数目则多到难以计数。之所以出现这种两难困境，是因为在研究物质间的化学反应时人们有两个需求：一是在研究反应过程或反应机理时，需要对参与反应物质的微粒进行计数，即需要知道物质微粒之间是按照什么样的数量关系进行化学反应的；显然，参加反应的物质微粒数量越少越便于计数。为此，人们希望参加反应的物质微粒数量尽可能地少。但是当微粒数量少到便于计数时，由于单个的原子、分子、离子的绝对质量数值太小（以千克为单位，其数量级为10-27），除造成反应现象难以观察的同时；还势必带来样品质量难以称量的实际困难；而如果满足可以称量，样品的质量就必须大到一定程度。但是，当样品质量大到可称量时，其中包含的微观粒子的数量必然是极其庞大、难以计数。

显然，如方便微观粒子计数，就需要粒子数目尽可能地少，但这样会出现物质质量或体积太小，使得称量难以进行，顾"此"失"彼"；如方便参加反应的物质称量，就需要质量或体积要大，但是又会引起其微观粒子数量巨大而难以计数，顾"彼"失"此"。

所以，为解决这种"两难"问题，就需要建立一个新的物理量，让它担负起"把微观粒子数目与宏观可称量的物质质量联系起来"的功能，这个新的物理量就是"物质的量"。

因此，引言的作用是告知学习者，在化学知识体系中引入"物质的量"的必要性-解决"两难"问题；另外的一个作用是引入课题。

对于引言部分的作用，不要以为，这不过是几句引言，并非重难点知识，就一带而过甚至放过。教师应该对此高度自觉，否则难以引起学生对"物质的量"学习的重视和学习兴趣。为了使学生能较好的理解这种"两难"，教学中可以打比方的方式给予说明，如：称2～3粒芝麻非常容易计数，因为数量少。但是，称其质量很困难，因为2～3粒芝麻的质量太小：好数不好称（一难）。一大堆的芝麻容易称重，因为它的质量已大到一定的程度；但是，对一大堆的芝麻计数困难，因为它的数量肯定很大（又一难）。最后设问："物质的量"系统的确可以把这个"两难"很好的解决，难道不应该重视去学习和掌握么？

2.物质的量的定义

"物质的量"的定义的表述在不同的教材中有多种方式，其一表述为：物质的量是表示某一特定数目的基本单元（粒子）为集体数及其倍数的物理量。

该定义中有以下四个要点：

①特定数目

②基本单元

③集体数

④物理量属性定位

表1 国际单位制(SI)基本单位

物理量名称 物理量符号 单位名称 单位符号

长度L 米 m

质量m 千克 kg

时间 t 秒 s

电流强度 I 安培 A

热力学温度T 开尔文 K

物质的量 n 摩尔 mol

发光强度I 坎德拉 cd

对于物质的量的定义教学，要统筹处置以上四个要点。在第一次讲解时，不可能都讲深讲透。对于①可后置，与"物质的量"的单位教学融合②可后置与"物质的量"计算融合，而后进行较为深入的阐述；这样学生更容易接受。否则，极易形成"夹生"现象。

对于③集体数的解释比较容易，可以利用学生已有的生活经验给予说明：如一包香烟、一箱水果、一袋米、一个班级，它们包含的都不是单个数，都是集体数，如一包烟里有20只烟卷；一个班级里肯定不会是一个学生等。最后给出结论，物质的量其中包含的微观粒子数象它们一样，也不是单个的，也是一个数量很大的集合体。

篇(3)

关键词：元素组合；地球化学分区；R型因子分析；1∶25万宣城幅

中图分类号：P591文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2016）02-0044-08

Abstract： For studying the element combination characteristics and geochemical zoning of the stream sediment in Xuancheng sheet（1∶250 000）， Anhui part， the paper puts forward 6 kinds of representative factor combination in this area by the principal component factor analysis ， i. e.， the R-type factor analysis， to analyze the stream sediment for 16 kinds of geochemical elements of Ag、As、Au、Cu、Mo、Bi、W、Pb、Zn、B、F、Hg、Sn、Sb、Th and U. There are 6 kinds of representative factor combinations were proposed. Combination of factor 1 is Mo、U、Ag、Zn、Sb and Cu. Combination of factor 2 is Hg、As、Sb and B. Combination of factor 3 is Pb and Sn. Combination of factor 4 is W and Bi. Combination of factor 5 is Au and Cu. Combination of factor 6 is Th and B. The paper has each mapped the scoring anomaly distributing of 6 kinds of factor combinations. Combining the regional geological features in this area， the paper has discussed the element composition and geochemical zoning represented by the 6 kinds of factors.

Key words：

element combination； geochemical zoning； R-type factor analysis； 1∶250 000 Xuancheng sheet

成矿过程具有多期性和多源性，那么成矿条件也应是多样性的[1]。每一次地质事件都会引起地质体中物质组分的活化和输运，建立新的物质组分分配关系，造成组分特定的赋存状态，表现出特定的地质体对元素的群体性控制的特征，亦即元素共生组合[2-4]。地球化学分布是在各种地质―地球化学作用中元素迁移演化的产物，由于各元素的地球化学性质不同，在各种地质―地球化学作用过程中的活动能力和特点各异，严格受地球化学环境的控制，从而造成元素组合各有特征，而元素组合是各种地球化学作用的具体表征，特定区域不同的元素组合特征能客观反映出该区域的地质信息[5-7]。

因子分析是指研究从变量群中提取共性因子的统计技术，最早由英国心理学家C.E.斯皮尔曼提出， 1957年美国地质学家卡伦宾首次在研究沉积学时，应用了因子分析法。近几十年来，因子分析不断完善和发展，地质研究中因子分析被广泛应用[8-12]。因子分析可以对大量的地质资料进行分析，寻找影响它们的共同因素和特征因素。在研究区域地球化学元素组合特征和地球化学分区，利用因子分析，可直观指示出地质上的元素共生组合和成因联系。

安徽省地质调查院于2010年开展的“1∶25万常州、金华、宣城幅区域化探”工作项目，总体目标为通过区域化探扫面，查明测区元素地球化学分布和浓集特征，为资源环境评价和基础地质研究提供依据。本文通过采用R型因子分析，对安徽1∶25万宣城幅（安徽部分）水系沉积物测量元素组合特征和地球化学分区研究，以阐明查区不同因子元素组合的特征和地质背景及成矿的作用关系。

1区域地质简况

研究区隶属于华南地层大区扬子地层区。以江南断裂为界，北西侧为下扬子地层分区芜湖-石台小区，寒武-奥陶纪时期总体为碳酸盐台地-斜坡沉积，志留纪时期为浅海碎屑岩沉积；南东侧为江南地层分区，寒武-奥陶纪时期总体为泥质碳酸盐-泥质岩的陆棚―盆地沉积。区内岩浆岩侵入活动主要发生在晋宁期和燕山期两个阶段。以燕山期最为强烈，晋宁期为少量小型变质变形片麻状花岗闪长质侵入体，出露于绩溪县三阳坑一带。燕山期侵入活动产物以中酸性花岗岩类为主，主要分布于绩溪县伏岭和旌德县及宣（城）郎（溪）广（德）三县交界的姚村、刘村一带。调查区位于扬子板块下扬子陆块的东南部，江南元古代造山带的北东端。自元古代以来，区内经历了多期构造活动，地质构造复杂，主要有晋宁运动、加里东运动、印支运动和燕山运动。其中，燕山运动开创了大陆边缘活动带陆内造山新阶段，以强烈的岩浆岩活动和大规模逆冲推覆、伸张滑脱、断陷断裂活动为特色，形成了查区现今复杂的构造景观，总体构造样式表现为北东-南西向平行条块、条带状构造（见图1-6）。

2数据处理

2.1变量的筛选

多源统计分析要想取得理想效果，必须对原始变量进行筛选[13]。对查区1 981个数据样本的40种化学分析指标（Au、As、Sb、Bi、Hg、Ag、B、Sn、W、Mo、F、Be、Cd、La、Li、U、Th、Co、Ni、SiO2、Al2O3、TFe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Ba、Cr、Cu、Mn、Nb、Rb、P、Pb、Sr、V、Ti、Y、Zn、Zr）进行变量选择。研究区以斑岩型多金属矿床（点）为主的热液矿床（点）的成矿晕地球化学机制和元素的共生组合规律，结合区内现有成矿区带划分，选取如下16种元素进行因子分析：Ag、As、Au、Cu、Mo、Bi、W、Pb、Zn、B、F、Hg、Sn、Th、Sb和U。

2.2数据检验

对变量数据进行抽样适度测定值检验（Kaise-Meyer-Olkin.KMO），以确定其进行因子分析的适宜性。KMO值越大，越适宜进行因子分析，反之，越不适宜因子分析。判断标准为：KMO0.90，非常适宜；0.9KMO0.8，适宜；0.8KMO0.7，适宜性一般；0.7KMO0.6，适宜性较差；0.6KMO，适宜性很差。

2.3原始数据标准化

原始数据标准化处理采用数据标准化方法即是Z得分法，通过SPSS软件来运行，这种方法基于原始数据的算术平均值和标准差进行数据的标准化用公式（1）。经过处理的数据符合标准正态分布，即均值为0，标准差为1。使其具有统一的量纲水平，而变量在变换前后的相关性保持不变。这种数据处理适合于量纲和数量级不同的连续性原始数据。原始数据经过数据标准化处理后，各指标即处于同一数量级，适合进行综合对比评价。

x′ij=xij-xjc（1）

式中：x′ij为标准化值；xij为原始观测值；xj为第j变量的算术平均值；Sj为第j变量的标准差；i为观测值序号；j为变量序号。

3因子分析

通过上述数据处理过程后，即可进行数据R型因子分析。根据全部样本数据求解因子载荷矩阵，进而确定因子组数及其对应的元素组合，其基本步骤可在SPSS和GeoIPASV3.0软件平台得以实现。

（1）求解标准化数据的相关矩阵。采用Pearson相关系数矩阵来描述数据间相关性、变量的共同度、特征值和特征向量，以及方差贡献率和累计方差贡献率。变量的共同度是因子载荷矩阵中第i行中元素之平方和，变量的共同度越大，大部分变量的共同度大于0.5，特征值≥1，且累计方差贡献率≥80%，说明因子分析效果较好。

（2）确定因子数并进行方差最大法正交旋转。设1～p为p个因子，其中，前m个因子所包含的数据信息总量（累积方差贡献率）80%时，取前m个因子来反映原始数据评价指标。由于所得的m个因子实际意义不明显，将因子进行方差最大正交旋转，从而获得实际涵义较为明显的因子。

（3）用原指标的线性组合来求各因子的得分，可采用回归估计法计算因子得分，并以各个因子的方差贡献率为权重，由各因子的线性组合得到综合评价指标函数，即因子得分F（见公式（2））。

5元素组合类型的划分

依据表3得到的结果，测区6个因子所代表的6种因子组合。下面结合研究区区域地质特征，对各个因子分布特征进行阐述分析。

因子1：元素组合为Mo、U、Ag、Zn、Sb、Cu。该因子是测区内最重要的因子，共解释了原始数据信息的30.085%。从因子得分图图1上看，得分异常主要分布于寒武系地层，与区内黑色岩系有关，零星分布志留系地层中燕山期小岩体出露处，很可能代表了研究区内由热液作用引起的多金属元素组合。

因子2：元素组合为Hg、As、Sb、B中低温元素组合。组合元素都是迁移性较强的元素。从因子得分异常图图2来看，主要与区内燕山期小岩瘤（岩枝）出露有关。

因子3：元素组合为Pb、Sn。区内中-高温成矿元素组合，因子得分异常主要位于寒武纪地层与奥陶纪地层接触带，该因子元素由高背景寒武系地层中向地层发生迁移，从而在寒武系地层与奥陶系地层接触带及断层富集（见图3）。

因子4：元素组合为W、Bi。与花岗岩有关的热液矿床高温热液阶段的元素组合，因子得分异常主要分布于燕山晚期酸性岩伏岭岩体和姚家塔岩体，零星分布于寒武系和志留系地层（见图4）。

因子5：元素组合为Au、Cu金矿化组合。从因子得分异常图看（见图5），因子得分异常分布相对与其他因子得分异常分布较为零散，相对集中分布于石炭系、二叠系、泥盆系地层接触带及断层上。

因子6：元素组合为Th和B。该因子组合与岩体成矿作用关系密切，B作为矿化剂元素趋向于在燕山期富集成矿。该因子得分异常主要于志留纪地层中出露的小岩体周边及寒武纪地层与奥陶纪地层接触或带断层分布，其次与区内燕山早期酸性岩浆岩小岩体有关的元素组合（见图6）。

6结论

（1）利用SPSS软件对1∶25万幅宣城幅（安徽部分）水系沉积物测量16种元素数据进行R型因子分析，得出6个因子元素组合，代表原始数据80.347%的信息，各个因子所反映的元素组合分别为：Mo、U、Ag、Zn、Sb、Cu为测区主要与黑色岩系有关的元素组合；Hg、As、Sb、B为与区内燕山早期酸性岩浆岩小岩体有关的元素组合；Pb、Sn为区内中-高温成矿元素组合；W、Bi为高温热液阶段的元素组合；Au、Cu为金矿化组合；Th、B为与岩浆岩有关的元素组合。

（2）从6个因子得分异常图来看，测区内因子1、因子2、因子5和因子6得分异常与该区地层中志留系地层中出露的燕山期小岩体有关。

参考文献：

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篇(4)

一、微型化学实验的一些优势

1.减少开支，适合普及。由于微型化学实验是以尽量少的试样或试剂获取尽可能多的化学信息，实验试剂用量较常规实验试剂用量降低1～3个数量级，这就大大降低了实验试剂用量，节约了经费。微型化学实验由于药品用量减少，反应时间相应缩短，再加上微型实验仪器在设计时力求简单，装拆清洗比常规仪器省时，所以微型化学实验耗时相对少。从目前有关统计资料看，采用微型化学实验进行教学，操作和反应时间可节约1/4～1/2。使整个实验操作大为简化，时间缩短。如试剂的称量、仪器的拆装和清洗等都较常规方法省力省时。这样有利于学生接触更多的反应类型，便于学生加深课堂所授知识的理解，并有了更多的动手机会。实践证明，微型实验的经费约为常规实验经费的十分之一。由于微型实验节省试剂用量，我国广大农村中学就可以解决由于缺少实验经费而只能采取口授实验的问题，从而提高实验教学质量。

2.环境污染小，实验安全性大。微型化学实验主要特点是试剂用量少，仪器微型化，因此反应产生的废气、废液、废弃物的量就少，从而大幅度减少了化学实验对整个周围环境的污染。由于实验药品的用量减少，使得实验室储存的易燃、易爆、剧的总量明显减少，从而有利于实验药品库的储存安全。微型实验使操作的危险性和实验对环境污染等的危害性大为降低，不仅使学生可以在较安全的环境中进行实验，而且能够使环境污染和实验设施损耗等问题得到很好的解决，其社会效益是显著而长远的。

3.深化教学改革，提高教学质量。化学是一门以实验为基础的学科，在教学中，是否能亲自动手做实验很关键。开展微型化学实验使一些试剂昂贵或由于安全原因过去难以在常规实验里开出的实验，现在可以通过微型实验在学生中开出。通过教师边讲，学生边做、边观察、边思考可以增加学生感性认识，加深对理论课的理解与记忆，从而提高了教学质量，深化了教学改革。

二、微型化学实验在化学教学中的作用

1.微型实验能激发学生学习兴趣，调动他们的学习积极性。上课时我们常常发现：当老师带着实验药品和仪器走进教室，学生们都很兴奋，力求很快观看到实验现象。演示时如果坐在教室后面的同学看不清，他们会站起来，甚至跑到讲台跟前，伸着脖子看，这样即使现象清楚，但不便于每个同学观察，且影响课堂纪律，如果利用微型实验教学，补充一些课本上没有规定的实验，现象明显，学生观察仔细，可以激发他们的学习兴趣，巩固深化化学知识。例如，讲到氢氧化钠固体溶于水放热时，可以让每个学生动手将水直接加到放有一小块氢氧化钠的表面皿上，可以直接摸摸表面皿的底下，可感觉到一定的热度，这样，学生很感兴趣，印象深刻。

2.有利于学生的动手实验能力。化学课中的演示实验在整个化学实验中占了很大的比例，将演示实验改为学生用微型仪器操作后，增加了每个学生的实验机会，改变过去那种“一人做、大家看”的局面；使学生由过去被动“等待”和“接受式“的学习方式，变为“主动”和“探索式”的学习方式。凡是微型实验能操作的演示实验都放手让学生去做，可培养学生的科学实验能力。

篇(5)

世界著名学术期刊Nature的顾问编委Philip Ball在对多位世界著名化学家就什么是化学学科的大问题进行专题访谈后，撰写了题为“化学家想知道什么(What chemists want to know)”的专论。设问的中心议题是：就绝大多数科学技术领域而言，化学已经成为具有关键作用的学科之一，是否意味着它仅仅是服务于一切需要借助于化学的科学技术的“工具”之一?学科本身是否还存在着某些重要问题有待于继续深入和突破?从而得出了公众对化学作为一门基础自然科学的认同程度和高校化学系生源质量下降均与此有关的结论。该文所论及的问题和学者们的真知灼见，对于新世纪化学学科的建设、发展以及化学教育的改革都有参考价值。

根据访谈，Ball归纳出化学应当面对的六个方面的大问题，它们分别是：

1、如何设计出具有特定功能和动态特性的分子?

2、什么是细胞的化学基础?

3、怎样制造未来在能源、空间或医药领域所需要的材料?

4、什么是思维和记忆的化学基础?

5、地球上的生命起源问题，以及在其他星球上出现生命的化学的前提条件。

6、怎样才能够查明化学元素间所有可能的组合?

2　对中学化学教育和教学改革的启示

Philip Ball在这篇专论中所提及的化学大问题，涉及化学学科的很多领域，参与访谈的化学家们针对化学学科发展提出的意见和设想，视野开阔，很有前瞻性，但是未必非常全面。由于提出的问题具体，学术观点也很明确，虽然未能涵盖整个化学学科，仍然有助于人们从现代化学的众多成就中。辨明学科的发展主线和前进的轨迹。在思考或研究近期和长期的教改课题时，可以起到示范和提供启示的作用。未尽之处，应当是留给我们深入思考和想象的空间。

2.1　今天的中学生在以独立公民的身份进入社会或从事专业工作时，他们面对的将是15～20年后的社会和科学技术环境。根据中学教育和教学的任务，以及对学科基础和适应可持续发展要求的认定，在研究和设计教育和教学改革方案时，15～20年后的社会和科学技术可能达到的高度应当成为主要依据之一。就化学而言，Ball从访谈中归纳而得的六个大问题，大致描绘出了今后20年左右化学学科的主要面貌，因而这些看法应当有助于加深对高中化学课程标准提出的基础性、时代性和选择性原则的理解(尤其是在基础性和时代性原则之间关系和分寸的把握方面)。亦即在制定教学改革方案的具体实施计划时，不仅需要从科学技术的近期成就和社会实际状况中汲取养分，而且应当尽可能地顾及今后几十年的发展前景。如果能够做到这样，课程就会变得有着虎虎的生气，情感态度价值观的教育也就包含在其中了。

2.2　散由于化学物质的性质决定于分子的组成和结构(有时还要考虑体系所处的环境)，分子的形成过程则取决于相应组分在给定反应体系中相互结合时的动态历程和作用机制。因此仅仅满足于经典的活化分子有效碰撞理论和依据缺乏结构‘柔性’的锁钥关系而做出的分子设计，显然是难以完成这个学科任务的。Lehn近年来提出的Constitutional Dynamic Chemistry(组分动态化学)或Adaptive Chemistry(适配化学)思想，以及在这个思想指导下完成的一系列组成和结构都相当复杂的化学合成研究，从中可以隐约地看到解决化学合成领域中大问题的一线曙光。他在这个领域中的工作，不仅为他上个世纪80年代提出的化学信息论提供了新的实验证明，而且大大拓宽了关于分子结构与性能关系的视野，恢复了分子中所有组成问的相互结合既具有必需的“稳定性”，同时也存在成为“独立而且自由”的新分子组分的“灵活性”的本来面目。不仅使得诸如分子重排和反应机制可以随溶剂及其他条件而变等过程的化学实质变得更加容易理解，而且预示着它可能是更加符合化学现象实质的一种认识。

其实在初等化学中也不乏这样的例子。例如H2SO4在酸碱中和反应、氧化还原反应、磺化反应中，和CH3COOH在酸碱中和反应及酯化反应中的不同表现，一直属于难以理解或解释的化学现象之一。依据组分动态化学的认识，当分子不再是“僵硬”的原子结合体，而是可以“任意”拆分的组分集合体时，问题也就迎刃而解了。这个概念的建立，深化了我们对分子的认识，化学结构式不仅是一种能够形象地表明原子在分子中的空间位置和结合方式的化学语言，还可以直观地提示分子拆分为组分时的多种可能性，从而为化学创新思维提供了比较符合实际的理论依据。这种类似于“变形金刚”的分子，应当比结构“僵硬”的分子更为中学生们所喜爱。

2.3　散虽然化学学科有着对大问题关注不够的倾向，但是在和其他学科或技术融合过程中所积累的大量研究成果，对扩展学科视野，促进研究手段和技术不断发展与完善等方面所起的作用。却是不容讳言的。例如生物体系所特有的精致而灵巧的制备与复制、信息传输、放大、存储和反馈等功能的实现，可视为具有特定功能的有序分子组合和对外来信号准确而实时的应答的原因。这就要求在传统的物质性质之外，赋予化学物质的分子(包括与分子同层次的其他物种，如离子、自由基、准分子等)以信息物质所特有的基本特性。随着相应的理论方法和实验技术的发展，用以表述有关过程的物理概念和化学语言体系，将进一步更新和充实。

正如RoMd Hoffmann所指出的那样，

“不能把宇宙还原为少数几种基本粒子或者是数以百计的元素，应当扩展到所有可能被合成出来的数量无限的分子。因此分子可能具有的结构和性能是难以穷尽的。”相对于数量级达到10量级的化学物质来说，经典的化学结构理论将无法满足对大多数新分子结构的推测和合理解释的要求，遑论准确地推测新分子的结构和主要性能了。稀有气体化合物家族的“繁衍”、C60发现时对其结构的难以认定、超分子化合物中底物和受体间作用力的本质(不仅具有方向性、饱和性，而且具有智能化的分子识别能力)等，不过是我们在20世纪化学发展过程中曾经感到困惑和“尴尬”的部分实例。重要的是，它反映了我们对于经典化学结构理论不完备性认识的不足。

2.4　虽然化学反应动力学和动态学在上个世纪后期得到了飞速的发展，研究手段和技术的更新更是令人目不暇拾。但是由于存在着对结果的重视程度经常高于过程的思维惯性，加上物质体系的化学变化细节间存在千差万别的客观现实，以及现有理论手段的不够得心应手等因素的制约等原因，反应动态学已经成为化学学科发展的瓶颈之一。这正是Ahmed Zewail把它列为化学大问题之一的缘起。遗憾的是，在现行化学本科教育中这个领域仍然是最薄弱的一环，理论教学和实验配置远远不能反映出这个最富有挑战性的领域的实际状况。

关于现有化学理论的不够成熟或不够完备。John Meufig Thomas以化学键的一般原理在特殊的分子中经常会遇到必须做出新的规定或修改的情况为例，进一步指出：“如果想找到一个能够普遍适用于酶、材料、

表面等等的催化理论是一件荒谬可笑的事情。”现状确实如此，目前对于绝大多数化学反应体系有关过程细节的了解，仍然处于推测多于实证的水平。飞秒化学和发光水母蛋白所以能够人选近期的诺贝尔化学奖，当与此有关。

基于初等化学教学的任务和要求，化学反应动态学在高中化学课程标准中几乎没有涉及，依然保持在经典化学动力学的水平上。这种处理在目前应当认为是合理的，但是形式动力学并不能反映化学体系内部的实际过程。反应速率和化学体系平衡态的理论，对于化学工艺(包括特定的分析检验规程)的制定和优化。是必要的，但是对于解决未知过程的预见性则几乎无能为力(属于化学学科中尚未解决的大问题之一)。目前在中学化学中涉及的化学反应主要是始态和终态都完全确定的体系，其理论基础为平衡态热力学。热力学判据的可靠性也只限于体系所处状态和最近邻平衡态之间的过程方向，亦即可以预见到体系将从哪个方向自发地趋向该平衡态(包括在反应条件变化时平衡状态的移动方向)。对于未知体系以及含有多个平衡态的体系，由于终态的不确定或无法确定，现有的热力学判据显然是无能为力的，何况它们原本只适用于无外场(引力场除外)作用下的体系。在适当的外场作用下(如光、超声、磁等)，化学体系将都能够被激活并发生化学变化。由于反应过程对条件非常敏感，反应产物将随条件而改变，因而理论预测几乎难以做到基本准确，再次表明了化学目前仍然是一门实验科学的实际情况。所以在充分肯定发展理论方法的重要性的同时，重视实验方法和技术的发展和改进仍然是化学学科的主要任务。当人们日益关注原子分子层次的化学现象，以及纳米技术逐渐在多个领域中崭露头角之时，这个趋势将会越来越明显。初等化学教学中的实验教学的重要性和着重点应当从中获得启示。简单仪器的使用和基本操作的训练仍然必要，但是更应该着重于科学精神和科学习惯的培养，没有必要过分追求操作技术的娴熟，何况大多数学生将来并不从事与化学实验室有关的职业。

2.5　从Ball的专论还可以想到，大学化学教学计划、内容和方法应当加快改革，实验条件和探究内容的更新也应当提上日程，使得化学专业毕业的新教师能够跟上学科发展的步伐。除此之外，中学化学师资的在岗培训，包括目标、内容和方法的改革，更是迫在眉睫。为了提高初等化学的教学质量和进一步落实三维教育目标，为了启发和培育青少年学生的创新意识和为他们的探究和创新活动提供必要的指导，应当适当地增加或加强对与化学相关领域的基本知识和实验方法的学习与培训，从而为初等化学教学改革的持续发展和实现师生在学习和探究活动中的互动准备必要的条件。

篇(6)

一、现行原始分算法的缺陷

下表是广东省2009年各专业总分高考状元对照表：

由上表可见，在2009年广东省高考中，报考不同专业的考生，就其最高分来说差别较大：在理科的考生中，物理科最高分比生物科最高分高出了32分。同是文科考生，历史最高分比地理最高分高出38分之多。在本地区的一所重点中学中，理科的前30名都是物理和化学专业考生，而文科的前25学生中，地理专业的考生与此无缘。为什么会出现以上的情况？究其原因，正是由于原始分各科题目难度及区分度不一致，而直接把原始分进行相加所导致的。我们再来看一个例子。例如，某年某省高考物理科平均分是95.5，化学科平均分91.1，张三物理考了93分，与李四化学考了93分对比，张三的成绩在物理科中比平均分低了2.5分，而李四的分数在其所考专业中却比平均分高出1.9分。虽然两位考生的成绩都是93分，但他们在学科中所处的位置却完全不同。由此可见，不同学科原始分数“1分”不等值，我们不能把分数直接进行相加。1元人民币+1美元+1日元=3元，这样的算式你会觉得十分谎谬，但我们目前高考的这种计算成绩的方法就是这种算法。

二、原标准分算法的优点与缺陷

1. 原标准分的计算原理

单科标准分的算法是：利用每一个分数Xi以下的考生数Ni除以总人数M，得该分数占考生总数的百分比Pi，即：Pi=Ni/M，通过查这个Pi对应于正态分布表中最接近的数值Zi，再代入公式：标准分=Zi*100+500算得的。标准分最低分是100分，最高分上限是900分。

标准总分的计算方法是：把每位考生各科的标准分相加求和，再用以上求单科标准分的方法，把各考生各科标准分求和的结果转化成标准分，这便是每位考生的标准总分。

2. 原标准分算法的优点

使用标准分后，各科原始分转换为具有共同参照点和相同的单位，统一到同一“量尺”上的分数。一方面，这样的各科标准分合成转换为综合分，保证了各科在总分中的权重。另一方面，考生的标准分数，可以根据正态分布表清楚地了解其所在的排位。

3. 原标准分算法的缺陷

原标准分的算法存在如下的两个缺点：

（1）原标准分算法中把最高分定为900分，这个上限太小。

根据标准分算法，考生人数是最高分决定的一个重要因素，如果考生人数小于30915人，这时最高分将达不到900分，而只有考生总人数大于或等于30915时，最高分才有达到900分的可能性。由于现行的统一招生考试人数越来越多（特别是高考，有的省份考试人数过百万人），而当考生人数是30915的n倍时，如果分数按降序排列后第n+1名考生的分数与第n名考生分数不同，这时，前n名考生不论分数高低，都得到最高分的900分。这是高考中一些省份出现多个并列高考状元的主要原因。由此可见，把标准分最高上限设定为900分的做法已不适应新形势的要求，我们有必要提高这个最高分上限，让“高考状元”是名副其实的“状元”。

（2） 原标准分算法对同分学生不合理。

我们从一个例子入手来说明其中的问题。例如在一次考试中，第一名是100分，接下来是五个99分的并列分数。在这种情况下，考得99分的学生按我们常理的说法，是并列第二名，然而我们取名次进行标准分转换时，实际上是把这五名并列第二名的学生当作并列第六名计算的，这当然是不合理的。

三、改进标准分算法，理性回归标准分

针对以上标准分的两个缺点，我提出如下的改进算法：

1.标准分最高分上限提高到1000分

以上的分析表明，标准分上限设为900分太小了，我们必须提高这个最高分上限。建议把这个上限提高到1000分，这样当考生人数是3399296（约340万）①人时，如果最高分一人独得，则可拿到幸运的1000分，当考生人数小于这个数字时，标准分不可能达到最高分1000分。这个数量级对于目前各省高考来说已足够。这是杜绝原标准分算法中排在前面的部分考生原始分不同，却都得最高分的不良后果的根本办法，也是让高考状元名副其实的有效方法。要实现这一改革，必须把原来的正态分布表进行适当的扩充，可用Excel 2003中的NORMSINV函数和NORMSDIST函数（两者互为反函数）来完成这一工作，具体的推导是：

标准分=100×NORMSINV（Pi）+500［1］

根据上式得：NORMSINV（Pi）=（标准分-500）/100

所以，Pi= NORMSINV－1（（标准分-500）/100）

即：Pi= NORMSDIST（（标准分-500）/100）

例如我们要确定标准分是910相对的Pi的数值，根据以上的计算公式，

Pi= NORMSDIST（（910-500）/100）=0.999979342（在Excel 2003中进行计算）。

即在原正态分布表中，相对于Pi=0.999979342，的正态分布是Zi=4.1。

以上的操作在Excel 2003中很容易实现。

2.最低分Pi的计算方法

最低分算法与原来的算法相同。

3.其他考生Pi的计算方法

除了最低分以外的考生，设其分数是Xi，且有Yi名考生同得Xi这个相同的分数，考生总人数是M，则用Pi =（Ni+（Yi-1）/2）/M计算Pi。

把以上用改进的方法求得Pi的值，再按原来算标准分的方法求出Zi及考生的标准分。

在以上的改进的计算方法中，对于相同分数的考生，由于按相同分数接近于中间的位置计算其以下的考生数，因此分数有所增加。

以上改进的标准分算法虽然复杂了一些，但比原标准分算法科学多了。

近年来，原始分卷土重来，由此带来的问题更多，因此，有的地区中考在2009年又回归标准分算法。当然，在考生数不多的情况下，用原标准分进行标准分计算标准分并没有太大差别。但当考生人数较多时，使用本文论述的标准分的改进算法是较科学的方法。用改进的标准分算法进行分数计算，理性回归标准分，方能还学生考试一种较科学合理的评价方法。

注释：

①本文中有关标准分的一切分析数据都是在Excel 2003中利用公式：标准分=100×NORMSINV（Pi）+500求得的。

参考文献：

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关键词： 热管技术；工作原理 ；热能工程 ；应用

随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是与日俱进，热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非常高，是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术，热管的截面非常的小，并且不需要加入任何的动力就可以让巨大的热能，进行传输。因此，热管在热能工程的应用越来越广泛。

1.热管的组成和原理

1.1.热管的组成

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×（10负1---10负4）Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另―端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：

1.1.1.热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到（液---汽）分界面；

1.1.2.液体在蒸发段内的（液--汽）分界面上蒸发；

1.1.3.蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；

1.1.4.蒸汽在冷凝段内的汽.液分界面上凝结：

1.1.5.热量从（汽--液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源：

1.1.6.在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。

1.2.热管的原理

在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。

当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。热虹吸管结构简单，工程上广泛应用。

2.热管应用的技术关键

2.1.很高的导热性

热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。

2.2.优良的等温性

热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。

2.3.热流密度可变性

热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。

2.4.热流方向的可逆性

一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。

2.5.环境的适应性

热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。

3.热管技术在热能工程中的应用

3.1.炼焦炉余热回收工程中的应用 一般的情况下，从炼焦炉被释放出来的烟气，温度会非常的高，不进行回收利用，就会造成非常大的浪费。如果把热管技术运用到炼焦炉，并且安装到烟囱 内，这些大量的余热就可以回收利用。第一个步骤，在热管内，工作介质对于烟囱内的热量进行有效的吸收，并且蒸发成气体，这些气体会传送到凝结段，进行热量的释放后，开始凝结，当能量完全的释放之后，继续变成液态的介质，再一次的流回蒸发段，继续的循环。通过凝结段的使用，得到的热量，应该进行加热，除去盐水，因为热管传送的热量类型非常多。所以汽和谁的混合物就会大量的产生，并且沿着上升管在集箱的内部汇进行合，并且在最后都进入汽包实现分离。

3.2.热管用于传送和储存能量 用热管传送热量是利用汽化潜热或化学反应将热量从高温流体传向低温流体，这时热管相当于传送管道，但功能和功率都比一般传送管道多，而且不需要传送泵等设备?热管用于储存能量，并不是利用热管本身，因热管本身的储热能力很小，而是用热管结构简单的特点和容易设置蓄热材料，如可在热管外面设置蓄热材料，其工作原理为当高温热源充足时，蓄热材料储存一部分热量，而当高温热源不充足或间断时，蓄热材料将储存的热量通过热管传送给低温物体?

3.3.热管用于控制设备的温度

利用热管的控制性能进行控温的方式，具有结构简单?体积小?性能良好和工作可靠等优点?它的工作原理是利用变导热管的可调节性能，由于变导热管中的惰性气体随温度的膨胀而改变凝结段换热面积，因而可控制热管内温度，从而也就控制了加热段的温度?这项技术被广泛应用于卫星?宇宙飞船等设备上，它能使卫星?宇宙飞船各部件之间，甚至整个卫星结构等温化?

结论

随着传统能源变得越来越少，把热管技术成功的使用在热能工程，不仅仅可以完成热能的合理流动，同时还可以减少大量的能量损失，有效的实现节约资源和能源的目标。 总之，热管技术已深入人们生活的各个领域，从军工到民用，从空间到地面，处处可以见到它的应用，并且不同功能的热管也日趋向纵深方向发展?

参考文献：