化学元素的分类范文

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篇1

“化学元素观”是中学化学的核心观念之一，通过初中化学的学习，学生首先应当建立起“化学元素观”。然而，学生对“化学元素观”的认识是伴随相关具体知识的学习而逐渐发展的。要在相关具体知识的教学中发展学生对“化学元素观”的认识，需要立足学科整体的高度，以“化学元素观”为统领来组织教学，思考具体知识的教学对物质及其化学变化等学科基本问题的渗透、落实和具体化。为此，笔者以初中化学“水的组成”教学为例展开讨论。

1 对初中阶段“化学元素观”的理解

化学是研究物质及其变化的科学，“化学元素观”是从元素视角对物质及其化学变化本质的深层次理解。作为化学核心观念之一的“化学元素观”具有统摄性和持久的迁移价值，不仅能促进学生把握最有价值的化学知识，而且能为学生形成相应的认识思路提供思考框架，为学生形成化学认识指明思维方向。具体来说，物质的元素组成是化学观念的基础，依据物质的元素组成对纯净物进行分类，以元素为核心认识物质及其变化，能够为研究物质的性质和化学反应建立认识框架。因此，化学元素观包括3方面的含义：一是对元素本身的认识，包括什么是元素、元素的种类、元素的性质等；二是从元素角度看物质，即元素与物质有什么关系，具体包括元素组成与物质的分类、性质有什么关系等；三是从元素角度看化学反应，即元素与化学反应有什么关系，在化学反应中元素种类是否发生变化等。借鉴梁永平先生关于“化学元素观的基本内涵”的阐述，笔者认为，初中阶段“化学元素观”的基本理解如下，见表1。

学生“化学元素观”的形成和发展是一个循序渐进过程，在不同阶段，基于不同学习内容，学生需要发展的化学元素观不同，其认识层次也不同。如以电解水实验及生成物的检验等事实为支撑，“水的组成”的教学可以发展学生从元素的角度认识物质及其化学变化。从物质的元素组成来认识纯净物并将其分类、归纳，是“化学元素观”的主要内容之一，为此在“水的组成”教学中，可结合水电解前后各物质的元素组成特点，学习纯净物的分类，认识单质和化合物的概念、从水的元素组成特点认识氧化物概念，由此从物质分类的角度依次实现对水是纯净物、化合物、氧化物的认识。不仅如此，从物质的元素组成来认识物质的性质，也是初中阶段“化学元素观”的主要内容，在“水的组成”教学中还可以结合水电解前后各物质的元素组成与性质的差异，引导学生认识纯净物的性质要受到组成元素的影响，对于简单的化合物或单质，元素组成甚至起着决定性的作用。当然，物质的元素组成相同，其性质未必相同，这与物质的结构有关。因此，化学上还要依据物质的性质、结构对纯净物进行进一步的研究，这将是学生后续要学习的内容。

2 从化学元素观看“水的组成”及其教学价值

“水的组成”属于人教版教科书（2012版）第四单元课题3的内容。从“化学元素观”的角度看“水的组成”，就是把该部分内容放在物质及其化学变化等学科基本问题中去考量，思考“水的组成”与“化学元素观”的关系、“水的组成”处于什么位置，能起到什么作用，这样可以从对具体知识的理解上升到对学科基本问题的理解。

“水的组成”涉及较为丰富的事实性知识和概念性知识，这些知识与“化学元素观”之间存在的实质性联系可以用“水的组成”知识层级图来体现（见图1）。

“水的组成”这部分内容，借助电解水的实验及生成物的检验等知识，重在认识电解水实验的实质和水的组成，感悟通过化学实验研究物质元素组成的科学过程与方法，并从物质元素组成角度认识纯净物的分类。显然，这部分内容不仅能发展学生从化学的视角来认识水及其变化，而且能为学生“化学元素观”的认识发展提供有力的支撑：第一，根据电解水实验以及对生成的2种气体进行检验，证明水在通电后生成了氢气和氧气，可以揭示水在通电条件下发生了化学变化；第二，根据水在通电条件下生成氢气和氧气、氢气燃烧生成水的实验事实，依据化学反应中元素不变，认识水是由氢、氧2种元素组成的；第三，根据电解水实验，比较反应物（水）和生成物（氢气、氧气）的元素组成特点，认识纯净物可依据元素组成分为单质和化合物，依据水的元素组成特点认识氧化物，发展学生对物质分类的认识；第四，比较反应物（水）和生成物（氢气、氧气）的性质差异，认识物质的性质与其元素组成有关，组成元素不同，物质性质不同。第五，结合之前学生学习的分子和原子的知识，启发学生初步从微观角度认识化学反应的实质，即水在通电情况下发生化学反应，组成水的氢、氧元素的原子重新组合生成了新物质，加深对化学反应中原子种类不变、元素不变的认识；第六，利用电解水实验来研究水的组成，可以启发学生认识不断分解物质直至不能分解为更简单的成分为止，于是就得到了元素的游离态，即“单质”，这是人类研究和认识物质组成的经验方法，通过此实验人们进一步认识了水：水还可再分，即水不是元素；第七，通过对电解水实验中生成氢气和氧气的体积比为2：1的分析，为水的化学式——H2O提供了事实依据，这为学生后续学习本单元课题4化学式与化合价打下了铺垫。可见，“水的组成”是发展学生“化学元素观”认识的重要载体。

3 如何围绕“化学元素观”展开深入学习

“化学元素观”是学生需要形成的体现学科本质的深层次理解，围绕“化学元素观”来展开“水的组成”的学习，需要对学生知识学习与化学观念认识发展等有整体考虑，让具体知识的学习为学生化学观念的认识发展提供支撑，使学生化学观念的认识伴随具体知识的学习而逐渐发展。

3.1以“化学元素观”为统领构建教学内容主线

化学观念是指居于化学学科的核心，体现化学学科本质，对学科的性质、研究对象、研究方法和学科的价值等学科基本问题的深层次理解。要从知识教学转向化学观念教学，就需要站在学科整体的高度，思考具体知识的教学对学科基本问题的渗透与落实，将化学观念的教学具体化，与此同时，需要兼顾课程的要求和学生的实际发展需要。为此，在“水的组成”课堂教学内容主线的设计方面，根据学生的实际和发展需要，以“化学元素观”为统领来搭建学生知识学习和观念认识发展的整体框架，把指向主要教学目标和教学重点的、能体现“化学元素观”的关键性内容具体化为教学任务，以此构建课堂教学内容的主线索，明确教学的核心所在。

基于上述考虑，“水的组成”一课的教学整体思路设计见表2。

3.2围绕“化学元素观”的关键性内容设计引导性问题

教学的目的在于促进学生对知识的深层理解，发展对化学观念的认识。把教学任务转化为问题，用问题驱动学生思维，是通向理解、发展化学观念认识的重要途径之一。为此，有必要思考应该提出怎样的引导性问题。笔者认为，在化学观念教学中，引导性问题是能激发学生思维，对达成教学目标起决定作用的、能体现化学观念的关键性问题，是统领课堂、推进教学的主线索。为此，在“水的组成”教学中，针对学生学习的实际，把指向主要教学目标和教学重点、能体现“化学元素观”关键内容的教学任务转化为统领课堂教学的引导性问题（见表2），为学生的思维过程指引方向。在“水的组成”教学中，要利用引导性问题调动学生参与学习过程，激发学生通过问题的思考去理解所学知识，在问题分析和解决的过程中去反复认识、体验和感悟“元素与物质的分类”、“元素与物质的性质”、“元素与化学反应”等学科基本问题，从而为从元素视角认识物质及其化学变化奠定知识和方法基础。

3.3将学习任务和引导性问题转化为“手脑并重”的学习活动

学生的学习需要通过活动体验来完成。活动设计需要注意活动的内容、方式要与教学目标、教学任务、以及引导性问题相一致，要针对教学任务和引导性问题，设计相应的手、脑并重的多样化活动。围绕“化学元素观”展开深入学习的活动设计，有以下几点考虑：

一是关注新旧知识的联系，注意调用学生的已有知识经验来学习新知识。如任务1中的问题1的设计，学生已经学过利用过氧化氢分解制取氧气，利用学生已知的这个反应可以搭建学习新知识的桥梁，启发学生思考水是由什么元素组成的，以及如何推测水的元素组成等问题。还可以借助这个反应，引导学生思考可以由水分解的产物来推测水是由什么元素组成，这样把学生的思维引向深入。

二是充分发挥实验的作用，为学生的学习和理解提供事实证据。电解水实验是学生学习“水的组成”、理解“化学元素观”的重要手段和方式。在活动设计方面，一方面通过电解水实验、电解水生成的2种气体的检验等，为学生提供丰富的感性认识，另一方面以实验事实为证据，根据实验的观察，引导学生思考：你认为水电解发生了什么变化？根据水在通电条件下生成氢气和氧气、氢气在空气中燃烧生成水的实验事实，由反应前后各物质的元素组成，说明水是由什么元素组成的？为什么？由此引导学生基于实验事实进行分析、推理并获得相应的结论，使学生的认识从感性走向理性。

篇2

文章编号： 1005–6629(2012)5–0003–03 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 从化学元素观说起

古代哲学家们认为世间的万物都是由为数不多的元素组成的。虽然中外哲学家提出的元素并不相同，但是把复杂的物质归结为有限数目的元素，他们的哲学思想却是一致的，而且实践证明是正确的。尽管如此，古代哲学家们所提出的元素论并不能成为化学科学的基础，因为他们所提出的元素，不仅本身无法量化，而且在解释具体物质的性质及变化时，具有很大的随意性。化学元素则专指组成化学物质的基本单元，本身有着确定的物理意义。因为元素已经成为大众耳熟能详的名词，在学习初等化学时，应当有助于建立化学元素的概念。但是仅仅认识到化学元素是组成物质世界的基本单元是不够的，只有对化学元素的多种存在形式，如自由态―原子、离子态（包括不同价态）、结合态―单质，以及以化学元素在化学变化中的可迁移性、组合方式的可变性和化学元素本身的不变性有所认识，才算是对化学元素有了比较全面地认识。而这种认识，只有通过化学的学习才能形成。虽然初等化学涉及的化学元素不多，涉及的元素形态也不多，但是对于形成比较全面的化学元素概念，却是可以而且应该能够做到的。遗憾的是，我们并没有把握住这个最基本的学科基础。尤其值得反思的是，尽管我们也承认化学是一门实验性科学，化学实验教学是化学教学的重要组成部分，但是在实际教学中，化学实验的作用往往只体现在培养学生动手能力、学习几种简单仪器的基本操作、了解把仪器组合成能够完成某个化学过程的装置时的要点等有限的几个方面。当课时紧张时，实验现象的观察改为多媒体演示，仪器装置改为图示，化学过程被简化为相关的化学反应式等，就成为一种普遍采用的应对方法。考核方式则着重于背诵某些实验事实、名词定义、各式各样的化学计算题、脱离化学本身的推理题、和那些只适合化学专业学习阶段才能够正确回答的所谓探究性试题。

初等化学的任务，不仅在于学习一些基本的化学知识、以元素符号为基础的化学语言体系、以原子相对质量（分子相对质量）为基础的化学计量关系、以及化学常用仪器的使用方法和操作技术，作为化学学科的启蒙和以培育科学素养为首要任务的学段，更为重要的是通过学习，帮助学生把握住核心的化学基本观念，从而能够从化学视角来认识我们周围的物质世界，和恰如其分地评价化学对人类社会的发展与进步所起的作用。

化学元素观是化学学科的核心观念，即使在人们已经知道，于特定条件下，对于为数不多的放射性元素或放射性同位素而言，原子核是可以发生变化的，亦即在这类体系中，化学元素是可以发生变化的。这种认识并没有违背化学元素观，因为就所生成的化学物质而言，化学元素观仍然是认识其变化途径和确定产物的基础，而且都可以从元素周期表中找到它们的归宿。就一般情况而言，在化学变化中，反应体系内化学元素的存在形态和相互作用的方式可以变化，但是化学元素的种类不变（即原子核不变），以各种形态存在于物质体系中的（元素）微粒数量不变，却是经过大量实验证实了的事实，并已成为化学学科的基础。因为原子核不变，所以化学体系中物质总质量不变，化学反应体系必定遵守质量守恒定律，就是不言而喻的了。在这个前提下，化学反应式的完成和化学计量关系的建立，以及依据化学反应式进行化学计算的规则和方法，对于初中学生来说，难道会比一般的四则运算题更难吗？

2 实验体系的特点和应当可以学到的化学

为了便于讨论，先对氧气和二氧化碳的实验室制取与性质实验的原理和有关的化学概念分别加以介绍，然后再把它们整合起来，试图阐明通过这两个实验应当并能够学到什么。

2.1 氧气的实验室制取和性质实验

这是一个利用化学方法从含氧化合物中分离出氧元素并制备氧单质的实验。对大多数学生来说，利用化学变化以制取某种物质为目标的这类科学实验可能是第一次。实验所选择的化学体系和所用到的仪器及基本操都比较简单，但却是最能体现化学特色（可惜过去在这方面没有给以足够的关注）。

从含氧化合物中获取单质氧的实验，是对化学倚为基础的化学元素论的有力佐证。直接加热或同时加入某种催化剂的方法对于其他含氧化合物并非都可以奏效，表明在不同的含氧化合物中，氧所处化学环境不同（即结合的方式和强度不同），所以结果可以不同。它们之间的差别，包含在化学性质不同的含义之中。元素在化合物中存在形态（或环境）的差别，是引申到对化学结构理论的最好铺垫。所以仅仅关注排水集气法的装置原理和相关操作，对实验体系中所包含化学本身的思考和探究的缺失，是值得认真研究和改进的一个重要方面。

为了加深对上述论述的理解，选取一些不能用类似方法制取氧气的化学体系进行对比，这是通过实验学习化学的重要途径。有比较才能有鉴别，其间的相似及差异的发现和比较，是通过实验学习化学的有效方法。这种认知过程虽然偏于感性，但是却生动而具体，更容易引发学生的学习兴趣。最简单的选择莫过于参照实验中用于加热和作为反应容器之用的玻璃仪器，只要想到，以二氧化硅为主要组分的玻璃，其中也包含有氧，却能够经历整个反应过程而安全无恙！二者之间的差别所形成的鲜明对照，可以使得学生在物质性质取决于它的组成与结构，以及物质的变化可以用外界条件来控制这两个方面有了实际的体验，从而体现出初中化学的启蒙作用。如果把探究的视角扩展到水、石英砂和陶瓷，内涵就更丰富了。

在书写反应方程、绘制仪器装置简图、叙述所观察到的实验现象的同时，还可以引导学生思考和研讨以下的问题。

（1）在这个实验中，通过氧气的实验室制取和对氧气性质的探究，你对氧气的性质有了哪些认识？和你此前对氧气的认识相比，是否基本一致？又有了哪些新的认识？

（2）在这个实验中，我们有了把氧从含氧化合物中分离出来，和通过反应（如氧化、燃烧）使氧进入生成的含氧化合物两个方面的体验，你对化学元素论是否有了新的体会？

（3）如果有人说，只要化学物质的组成中含有氧元素，就一定可以从它制得氧气。你同意这种说法吗？为什么同意或不同意？如果不完全同意，请试着给出一个你认为更合理的说法。

（4）带火星的木条、细细的铁丝等在空气中和在纯氧中氧化（或燃烧）时，发生反应的物质相同（化学反应式也相同），为什么现象并不相同？

（5）类似于上面的事例，在日常生活中并不少见，你能够举出几个实例吗？

（6）综合（3）和（4）的事例，你能够得出一个具有普遍性的结论吗？试一试，好吗？

2.2 二氧化碳的实验室制取与性质实验

这是又一个用实验室方法制备气体物质的化学实验。因为气体性质不同，所以收集方法也有所不同。故尔在学习化学时，应当着重于发现和利用物质之间的差异，这种差异无论是基于物理性质或化学性质，都可以成为选取对化学物质进行制取、分离、提纯和鉴别方法的基础。二氧化碳的实验室制取，和氧气制备时相同之处，在于产物取自含有所需元素的反应物；它们之间的不同，则在于所用的大理石或石灰石来自自然界，而非化学试剂（可视为纯净物），组成比较复杂，通常含有钙、碳和氧三种元素（碳酸钙是主要成分）以外的其他元素（如硅、铝等）。如果以它们为原料直接制备二氧化碳气体，需要采用高温焙烧的方法，但是利用一般的化学方法则在常温下就可以制得。从而说明在实现物质转化时，化学可以提供更多的选择性。所用方法可以不同，但是依据的最基本原理却是相通的。因为化学元素在化学反应中不会改变，所以通过物质间元素的转移、交换、或重新组合，就有可能实现所期望的物质转化。如果把实验中二氧化碳的生成和二氧化碳与石灰水的反应，仅仅当成两个孤立的化学事例，而不是引导学生把它们看成是一个整体，体会其中包括的化学元素观和对化学元素观的运用，也就达不到通过实验学习化学的预期。二氧化碳和氧化钙之间的结合和分离，在实验室中用最简单的仪器和普通的试剂就可以实现，充分体现了科学技术的价值，化学难道不是非常有趣吗？

火山喷出的气体中含有大量的二氧化碳，动植物的代谢产物中也含有二氧化碳，但是依靠化石燃料作为动力的生产与生活过程是目前排向大气的二氧化碳的主体。由于二氧化碳是一种重要的温室气体，所以“减碳”成为环境保护的重要措施之一。在现有的措施中，减少化石燃料的使用量和增加地表植被面积已达成共识。因为气体物质在水中的溶解度正比于所承受的压力（你在生活中有此体验吗？），所以在高压下将二氧化碳溶入深层海水中；利用化学反应使二氧化碳转变为有机塑料；利用人工光合作用，使二氧化碳转化为糖类；利用太阳能使二氧化碳和水转化成有机化合物等方案，都成为化学家的热门研究课题。有些设想看来有点匪夷所思，其实它们都有相同的科学依据，那就是化学元素论和物质的性质决定于它们的组成和结构的基本化学原理。所以学了化学你便有了进入复杂的物质世界之门的钥匙，你的奇思妙想将有理可循也将更加符合实际，因而行动更为有效。

通过这个实验还可以引导学生思考或探究以下问题：

（1）实验证明，由石灰石得到的石灰，制成石灰水或石灰浆后，可以很好地吸收二氧化碳，并生成固态沉淀。这个方法可以用于环境保护吗？

（2）这个实验也可以成为由并不纯净的石灰石或大理石为原料，制备纯净的碳酸钙的一种方法。也就是一种可用以提纯碳酸钙的化学方法。从所依据的原理和化学基本概念着眼，和粗盐提纯相比，二者之间有什么差别，又各有什么特点？

（3）二氧化碳中含有氧，也含有碳，为什么反而可以用来灭火？可是镁条不仅能够在空气和氧气中燃烧，也能在二氧化碳中燃烧。从这两件看起来似乎互相矛盾的事实，你能够得出什么结论？

（4）有人建议利用太阳能来实现如下的反应：式中hν代表光子。

2CO2+4H2O+hν---2CH3OH+3O2

2CO2+3H2O+hν--- C2H5OH+3O2

CO2+2H2O+hν--- CH4+2O2

……等等。燃烧产物在吸收光子的能量之后，又可以转化成为燃料，这是多么有趣的设想！但是从原理上看，不过是植物光合作用的另一种模拟方案而已。这是化学家在了解自然现象的化学本质之后受到的启发，向大自然学习，也是一种有益的探究思维方式。

①你认为这些设想合理吗？符合质量守恒定律和能量守恒定律吗？为什么不同于永动机设计（后者被认为是违背科学原理的）？

②通过上面的这个设想，你对在可持续发展中能源的重要性和对科学技术的评价，有了哪些新的认识？

③这是一个利用化学反应式和化学计量关系进行方案可能性探究的例子。有人认为它体现了学习和运用化学语言的必要性和意义，你同意这种看法吗？

3 从这两个化学实验还可以学到什么

上述两个实验有助于初步认识四类基本反应，也有助于初步建立化学元素观和微粒观。这两个实验虽然比较简单，如果加上镁条在二氧化碳中可以燃烧生成碳和氧化镁的演示实验（或多媒体放映），已经涵盖了课标要求的分解、化合、置换和复分解四种基本类型的化学反应。在完成实验报告时，由学生自己分别指认，四类反应的特点和反应式前后有关元素的迁移（石灰石的热分解和加酸后的复分解反应，可以视为组成中CO2的整体迁移）、结合态和自由态的相互转化、镁对二氧化碳中碳的置换，可以使得学生通过化学式和化学反应方程式获得新的体验。因为以化学元素符号组合而成的化学式和化学反应式，可以帮助学生初步建立对物质及其变化的微观视角。只要把化学式中的每个符号视为某个元素的微粒，化学变化的过程与结果看成是有关微粒的迁移、交换、化合和分解，就可以形成这种认识。实验中观察到的反应物和生成物之间的差别（此外，还有严格的化学计量关系）、变化过程中的种种现象（例如气体的产生，发热发光、体系颜色的变化，固体反应物表面的变化等），都可以成为上述微观过程的生动而直接的证明，通过实验学习化学的预期目标由此可以落在实处。

四类基本反应大致概括了利用化学变化实现物质转化和元素迁移的具体思路。亦即利用原料物质制备简单的新物质这一化学合成途径的基本思路。

通过化学途径使氧和二氧化碳由结合态转化为自由态，再通过化学途径使它们由自由态转化为结合态，和学生已经知道的自然界的氧循环和碳循环过程很相似，可以看成体现后者基本特点的最简化学模型。从而更有力地证明了化学就在我们的身边的认识。初中化学的教育价值也由此得到体现。

由于在化学反应中元素保持不变（所以反应前后，化学体系的总质量保持恒定），由此可以想到，所有的化学物质，包括废弃物在内，都有可能视为通过化学转化获取新物质时的资源。虽然由可能性进而成为现实，不仅决定于化学，还要受到能源、环境、成本和技术等方面的制约，但是这种可能性的存在是确切无疑的（已成为纳米科技的理论依据）。这是化学为人们看待和解决环境问题和资源问题时提供的新视角，也是深入理解科学技术的进步和人类社会可持续发展之间关系的一个方面。

篇3

中图分类号：TQ54

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2013）04-153-01

地球上的山、水、空气、泥土都是由多种化学元素构成的。既然是多种元素构成的各种物质。用同样原理，也可以把各种物质的各种元素分离开来。这个原理解释下去，便产生了矿物分离理论，矿物分离理论：地球上的山、石、泥土，实际上统称为矿物质。矿物质的自身含有各种各样元素，含量高低不等，但都是化学元素，既是化学元素，便可根据其自身特点，把各个元素物质分离开来。制成各种产品，没有废渣存在。

化学矿物是天然给予的宝藏。如能充分利用，将会给人类带来无限的财富。地球上的矿物主要分为两大类：一类是硫化物矿；如：黄铁矿、铜矿、铅锌矿、锑矿等。另一类是氧化物矿：如：铝矿、钨矿、锡矿、锰矿、铁矿、钽铌矿等。当然，还有一些硅酸盐矿、碳酸盐矿等等广义上也属氧化物矿。不管是那类矿，都可以用化学新技术分离。提取有价值元素，制成人类所需的产品。为人类增加物质需要。

每个矿种均会含有多种元素伴生。如果生产上只提取单一产品的话。不但生产成本高，剩下的废渣还污染了环境。因此必须充分利用矿产资源，利用高新技术，分离提取多种元素。现以硅酸盐矿为例：硅酸盐在地球上的含量丰度为最大的。以二氧化硅化合物（SiO2）为主体，如果二氧化硅含量达到95%以上。可以直接生产工业产品水玻璃、白炭黑、陶瓷等原料，不会存在废渣污染环境。大部分的硅酸盐除了含二氧化硅化合物外，还含有：钾、铝、铪、铍、锆、铌、钽等元素，少部分还含有金、银和稀有元素。这些多元素含量的硅酸盐矿物，如果把各种元素分离提取并做成人们需要的物质产品，其经济价值就大了。而且既回收了资源又清理了大地污染。

篇4

一、问题的提出

培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标。新课标提出，化学课程的基本理念是 “立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养，构建‘知识和技能’、‘过程和方法’、‘情感态度和价值观’相融合的高中化学课程目标体系。” 新课标在教学建议别强调要重视引导学生形成基本的化学观念。使学生形成基本的化学观念是化学学科的一个重要教学目标，元素观是化学观念中的核心观念。

二、中学生元素观建构现状的调查

1、调查目的

为了了解中学生对元素观建构的情况及其存在的问题，本文以解释性问题为基本方式，通过调查问卷的方法进行研究。要求学生解释和回答的问题主要涉及与元素观相关的核心基本概念。

2、调查项目设计及评分标准

元素观调查问卷

1.谈谈你对元素的认识。

2.谈谈你对元素性质的认识。

3.从化学的角度谈谈你对物质的认识。

4.谈谈你对物质转化的认识。

5.结合碱金属的学习，谈谈你对金属性的认识。

6.结合卤素的学习，谈谈你对非金属性的认识。

研究者首先对学生进行编码，然后对每一个学生的每一项作答的关键性表述用红笔画出，根据评分标准打出分数。对元素的理解和元素性质的理解按照作答的错误性、朴素性和期望性水平进行编码，其中作答水平错误的定为水平1、朴素水平的定为水平2、理想水平的定为水平3。本研究对于作答者物质和物质转化的认识的分析，是根据他在项目中的作答情况进行的。其中作答为认识水平的定为水平1、知识的理解不全面定为水平2，知识的理解定为水平3。本研究对于作答者金属性和非金属性的认识的分析，也是根据他在项目中的作答情况进行的。其中作答为只说出知识是什么的定为水平1、还能用结构进行解释的定为水平2、能形成模型化理解的定为水平3。

3、调查方法

调查选取洪洞一中高一两个班399，400的学生。共发放问卷83份，收回有效问卷83份。其中，399班43份，400班40份。调查在2015年2月24日晚自习进行，测试时间45分钟。作答是在研究者的监控之下进行的，以保证作答的真实性。

4、结果分析

分析结果表明，高一学生对对元素的理解回答错误的达到了84.33%，处于朴素水平的有13.25%，处于理解水平的只有两个同学，对元素性质的理解回答不出来的就有68.67%，处于朴素水平的有24.10%，处于理解水平的只有三个同学，对物质的认识处于认识水平的学生有62.65%，处于理解水平的也只有三个同学，有33.73%的同学虽有了一定的理解，但还存在缺陷，只能在水平2。对物质转化的认识情况稍好一点，有89.16%的学生处于认识水平，对金属性和非金属性的调查显示，有60.24%的学生知道具体元素的金属性和非金属性是什么，但却不知道为什么，不能从结构方面去分析，仅有24.10%的学生能运用结构理论去分析为什么的问题，但还形不成性质研究模型，有3.16%的同学能运用模型去解决问题，说明他们已经具备了一定的化学观念。

以上分析可以看出，高一学生的元素观大多处于水平1程度，说明尽管经过了初中的学习和中考，但绝大多数学生元素观的意识和建构都处于较低的状态和水平。从调查结果看，尽管学生对元素的概念有一定的认识，但是，理解层次浅，水平低。

5、本次调查揭示的问题

学生形成和运用元素观的情况较差。这与目前教学中较重知识和技能的传授，而不重视学生科学观念的形成有关。

三、元素观建构的教学策略

根据化学元素观的内涵以及上述建构原则，结合教学实践，提出化学元素观建构的教学策略。

（1）在元素概念基础上形成物质的基本分类

元素概念是化学科学的一个基本概念，是中学生化学学习中的一个核心概念。通过元素概念的学习，使学生形成物质的元素性认识，认识到几千万种物质只是百十余种元素的基本组合。从元素组成的角度学习物质的分类，对物质世界形成有序的认识，纯净物可以分为单质和化合物，化合物可以分为氧化物，酸、碱、盐等。通过酸、碱、盐通性的学习，使学生认识到物质的性质与物质的组成有关，物质的组成的相似性可能导致物质的性质的相似性。通过单质、氧化物、酸、碱、盐之间关系的学习，使学生了解各类物质之间的转化关系，在此基础上进一步体会按照元素组成对物质进行分类的意义。

（2）在原子结构认识的基础上理解元素是如何形成物质的

在元素概念的基础上，形成了对元素与物质关系的基本了解，但要真正理解元素与物质的基本关系，必须理解元素是怎样组成物质的以及一种元素为什么能组成不同的物质。而要达到这样的理解，必须从原子结构的角度进行认识。元素的原子由原子核和核外电子构成，电子在原子核外很小的空间内作高速运动。在化学反应中，原子核没有变化，只是核外电子运动状态发生了变化，从而造成物质组成和性质的变化。

（3）在元素周期律学习的基础上形成元素性质研究的基本模型

元素周期律归纳了看似杂乱无章的化学元素之间的相互联系和内在变化规律，提示了元素周期律的实质是元素原子的结构呈周期性变化。元素在周期表中的位置反映了元素原子结构的特点以及由此决定的元素的性质，因此，可以根据某元素在元素周期表中的位置，推测它的原子结构和有关性质。元素的金属性和非金属性与元素的相关物质的性质存在着基本的关系。从元素的原子的结构或在周期表中的位置可以预测其金属性和非金属性，进一步预测相关物质的性质。

（4）在专题性学习中建构化学元素观

化学元素观的内涵极其丰富，其中涉及许多化学概念的学习和化学事实的学习，但是由概念和事实转化为观念并不是一个自动的过程，需要通过“观念为本”的专题性学习帮助核心观念的形成和建构。美国学者艾里克森提出了“观念为本的教学”设计方法：（1）把核心观念转化成一些基本理解；（2）把基本理解以“基本问题”的形式表达，以问题驱动教学和学习，促进学生的基本理解；（3）根据基本问题设计教学活动、学习活动和评价活动，让学生在参与基本问题的讨论和学习中达到基本理解，形成核心观念。

（5）在元素观指导下的应用性学习中丰富元素观

化学元素观建构的价值就在于形成化学的思维方法指导化学的学习和研究。因此，在学生的化学元素观达到一定水平的时候，就要充分利用已经形成的元素观指导新的相关内容的学习，通过应用性学习进一步丰富化学元素观。

参考文献：

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中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2012)-08-0174-01

《金属工艺学》是中等职业技术学校机械类专业的一门专业基础课,金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科。金属材料中的碳素钢和合金钢是制作机件的主要材料,由于金属材料的种类名称极其繁多复杂,为方便区分各种材料,就必须给每一种材料起一个名字,叫“牌号”。根据金属材料牌号,可了解到该材料的主要成分和各成分的含量,进而了解它的部分力学性能、热处理方法及主要用途。因此要求学生应该熟悉金属材料牌号,重点掌握碳素钢和合金钢牌号的表示方法及含义,为今后在的学习和工作打下良好的基础。

在《金属工艺学》教材中,碳素钢和合金钢因成分不同,分开两个不同章节来介绍,其中碳素钢和合金钢牌号也分别单独列出两节内容加以讲述,它们按用途又各自分成若干种不同类别的钢,每一种钢又有各自的牌号,且牌号表示方法及其含义也不同,种类繁多,对于技工学校学生来说是初次接触金属材料牌号,极易混淆牌号所表达的含义。为了便于学生学习掌握金属材料牌号这方面知识,理清学生思路,教学中我把两个章节内容融合在一起,总结归纳出几点教学方法。

一、明确钢材分类方法及类型

钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。钢材是国家建设和实现四化必不可少的重要物资,应用广泛、品种繁多。钢材分类方法很多,不同的分类方法得到不同的钢材种类,其牌号也有所区别。因此教学中,让学生明确钢材几种常用分类方法。

钢材按化学成分分类有碳素钢和合金钢;按质量等级分类有普通质量等级、优质钢和特殊质量钢三类;按用途可分为结构钢和工具钢。按化学成分分类是基础,“碳素钢”这三个字可以加在后两类中,普通质量等级碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢,如碳素结构钢和碳素工具钢;同理,“合金钢”这三个字也一样,如优质合金钢和特殊质量合金钢,如合金结构钢和合金工具钢。掌握了这种规律,使学生有了初步的条理性。

二、注重讲解钢材牌号的构成

现在我们国家钢材牌号一般采用汉语拼音字母,化学元素符号和阿拉伯数字相结合表示钢材产品名称、用途、特性和工艺的方法。可以是两种组合,也可以是单独组成。

掌握钢材牌号的组成之后,需要使学生记住一些字母和数字的含义,特殊字母有Q代表屈服点;T代表特殊质量碳素工具钢;G表示就是滚动轴承钢;A、B、C、D是质量等级的区别;脱氧方法符号:F表示沸腾钢,b表示半镇静钢,Z表示镇静钢,TZ表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号;还有一些常见的化学元素符号Cr、Si、Mn、Ti、Ni等。

在牌号首位的数字(包含在字母T后面的数字)通常都代表了钢材的含碳量,其中二位数字表示含碳量的万分数;一位数字表示含碳量的千分数;若首位没有数字则表示则表示含碳量大于等于1%。在Q后面的三位数字代表屈服点(σs)数值;在化学元素符号后面的数值通常代表该化学元素的平均含量,通常是百分数;而牌号中G开头且带Cr和其他元素的是滚动轴承钢,其元素Cr后面的数字表示Cr元素含量的千分数;若化学元素符号后面没有数字则表示该元素的平均含量小于1.5%。

三、注重牌号区分讲解

钢材按化学成分有碳素钢和合金钢之分,两者牌号的区别是碳素钢牌号简单,而合金钢牌号中带一堆元素符号,教学中注重归类以找出规律。

合金钢牌号可如下进行归类:

四、根据钢材牌号技巧地判别钢材种类

根据钢材牌号判别钢材种类有技巧性,首先,根据所给出的牌号区分大类别,即碳素钢和合金钢;其次,在一个类别中根据牌号特征区分小类,也就是具体的钢种。

钢材根据工艺不同可以有具体名称,如教学中可以归纳:低碳钢——渗碳钢——合金渗碳钢;中碳钢——调质钢——合金调质钢;高碳钢(含55钢)——弹簧钢——合金弹簧钢;这些合金钢都是合金结构钢。

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3、表示化学元素：O也可以作为化学元素符号，用来表示氧元素，位于元素周期表第二周期ⅥA族。氧是地壳中最丰富、分布最广的元素，也是构成生物界与非生物界最重要的元素，在地壳的含量为48.6%。单质氧在大气中占20.9%。

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中图分类号：TG25 文献标识码：A

某公司市场营销部的质量信息反馈：在烟厂发现灰口铸铁件在短期内有锈蚀现象，同时，在公司成品库和零件机加过程中发现灰口铸铁零件也存在锈蚀问题，如图1所示。根据调查结果，灰口铸铁件短期锈蚀率高达90%。如何改善灰口铸铁件的抗锈蚀性能，已成为公司的重点。

1 灰口铸铁件的锈蚀时间试验

公司做了三块长100mm、宽50mm、厚度25mm的长方形样块，浇注了两批次六组（每组3块）的试样，将表面加工后，在不同的条件下进行比对，结果见表1。

根据实验结果，灰口铸铁件延缓锈蚀最长的时间是5天，远达不到使用要求。

2 灰口铸铁件中加入微量Cr元素后的性能试验

经查询有关资料我们发现灰口铸铁添加铬元素，能够提高灰口铸铁件防锈性能，经过初步试验，我们将没有加铬的试棒与加铬的试棒加工后放在一起存放，发现加铬的试棒表面光亮，并且存放时间较长，取得了一定的效果，下一步将继续调整铬的准确加入量。

2.1加Cr元素后对铸件机械性能的影响实验

进行了五组添加合金与未添加合金的试验对比，进行了灰口铸铁的金相检验、硬度和抗拉强度实验工作，其数据统计见表2。

通过上表得出两种试验结果对比都符合铸铁件机械性能要求，因此加入提高强度和防锈蚀合金不影响技术要求。

2.2加Cr元素后对铸件化学元素的影响实验

进行了五组添加合金与未添加合金的试验对比，进行了灰口铸铁的化学元素实验工作，其数据统计见表3。

通过以上化学分析报告对比得出，灰口铸铁件加入提高强度和防锈蚀材料不影响其它原来技术要求的化学元素。

2.3加Cr元素后对铸件抗锈蚀性能的影响实验

为了验证在灰口铸铁中加Cr元素对铸件抗蚀性能的影响，同时找到最佳配比，我们进行了五组添加合金与未添加合金的试验对比，在室内进行了灰口铸铁的锈蚀实验工作，其数据统计见表4。

通过以上实验对比可以看出，第四组中灰口铸铁件，按0.1-1.2%加入微量Cr元素，最高可延缓其锈蚀时间到62天，试件存放62天后锈蚀情况如图2所示。

结语

经过反复试验，我们最终确定了合金终含量（铜）按不超过0.2-1.2%加入；铬在0.1-1.2%之间加入，铁水的含碳量控制在C=3.30（%）-3.37（%）之间，含硅量控制在Si=1.70（%）-2.0（%）之间，此时铸件的抗拉强度仍可达到250N/mm2以上，同时铁水的流动性好，铸件的各项性能指标都表现良好。当铁水保持高碳当量时，应有较高的碳量、较低的硅量，这样在添加合金后能获得最好的强度和断面均匀性并起到防止硅增加铁素体、粗化珠光体、中和合金元素的作用。

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中图分类号：N93 文献标识码：A 文章编号：

岩石矿物分析鉴定是地质工作的一个重要内容，它对整个地质工作起着基础性和指导性作用。我国幅员辽阔，拥有着极其丰富的矿产资源。这些矿产资源是实现我国国民经济飞速发展的雄厚物质基础，没有它们就无法建立完整的工业体系。

1、岩石矿物的种类和特征

岩石矿物是由地壳中的一种或是多种化学元素组成的自然聚合体，是地壳中各种地质作用的产物。岩石矿物种类是多种多样的，这主要是由于自然界中不同的化学元素以及它们多样的组合方式，同时复杂多变的地质作用也促使了岩矿的多样化。

1.1矿物的种类划分

矿物分为有机矿物和无机矿物两种：前者种类比较少，主要是碳氢氧化合物，如：琥珀等。后者在地球上数量众多，由于每年都有几十至几百种新矿物被发现，据统计，目前已有三四千种。许多种矿物是我们日常生活离不开的，可以说人类时时刻刻都离不开矿物。

有机矿物的化学成分是碳氢氧化合物，无机矿物的化学成分比较复杂，门捷列夫元素周期表中的一百多个化学元素，都可以组成无机矿物。既可以是由一个元素独立存在，也可以是多个元素的组合。一个元素独立存在的矿物较普遍，如：Fe（铁）元素可以形成自然铁矿物，Ag（银）元素可以形成自然银矿物，Au（金）元素可以形成自然金矿物等。两个以上的元素组合可以形成几千种矿物，最简单的如两个元素Si（硅）和O，可以组成SiO2，由这两个元素组成的矿物可以是石英、柯石英和鳞石英等。三个元素组成的矿物就更多了，例如：CusFeS4是斑铜矿、CuFeS2是黄铜矿、CoAsS是辉砷钴矿等。

1.2矿物的形成

形成矿物的途径，一条是通过岩浆的活动。在岩浆里有着地球上的各种元素。这些元素，在岩浆的高温熔融的条件下，发生化学变化，形成了多种化合物和一些单质。由于地下各处岩浆的化学成分不一样，岩浆在冷却时，温度、压力等条件都在发生变化，而一定环境只适于一定的矿物生成，因此，由于岩浆冷却形成的矿物，种类是很多的。

1.3矿物的物理性质与形状特征

各种矿物都具有一定的外表特征和物理性质，它可以用来作为识别矿物的依据。 矿物的形状是各种各样的。有些矿物能形成整齐的晶体，如食盐是立方体，水晶是六面体，云母是六边形的片状。有些矿物则呈不规则的葡萄状、粒状、纤维状、放射状等。

1.4岩石与矿物的区别

岩石是由一种或多种矿物组成的固体，但它并不具备矿物的基本特性。岩石与矿物之间的区别就好像飞机模型和制造这些模型的材料之间的区别。正如岩石的构成要素是矿物一样，飞机模型的构成要素是轮胎、机翼、发动机和其他组成部分。岩石的基本特点是所有的岩石都是混合物。

2、岩矿分析鉴定的基本程序

2.1试样的加工

通常送到实验室进行鉴定的原始岩矿样品重量，以及矿物种类的不同，从几公斤到几十公斤不等，但是实际上用于分析的试样一般只是需要几克。所以，在岩矿鉴定工作中首先遇到的问题就是试样的加工获取。加工试样的目的，一方面是将岩矿粉碎到一定的细度，以便于分解；另一方面是用最有效、最经济的方法获得一定重量（一般为100g）的能代表原始样品组成的均匀的试样。

2.2进行定性和半定量分析

岩矿试样加工好后，必须先进行定性和半定量分析，主要是为了了解试样中含有哪些元素以及这些元素的大致含量和比率等。

2.3选择测定方法

对岩石矿物中的各种元素的测定均有多种测定方法可供选择。这就需要根据上面定性和半定量的分析结果，选择最合适的分析方法。一般从两个方面进行选择：一是根据待测定元素的含量进行选择；一般来说，对岩矿试样中含量较高（一般为1%以上）的待测元素，应采用容量法、重量法等方法进行测定，而对于含量相对较低（一般为1%以下）的待测元素，则使用比色法或是其他仪器分析方法进行测定。二是根据共存元素的情况进行选择。

2.4拟定鉴定分析方案

拟定鉴定分析方案是一个十分重要而又复杂的环节。它涉及到各个元素的测定方法和分离方法间的相互影响和配合的问题，需要较全面的岩矿鉴定理论知识和丰富的实践经验。因此，在拟定鉴定分析方案时，应同时考虑岩矿试样的分解方法、干扰元素的消除方法和具体的测定方法三个方面。

2.5分析鉴定

在具体的鉴定分析方案确定之后，就应当严格遵守有关的操作规程进行分析鉴定。

2.6审查分析结果

审查分析结果是整个岩矿分析鉴定工作的重要一环，它是在于进一步发现问题，以确保鉴定结果的准确性和正确性。这一环节也应严格遵照质量检查制度进行检查，分析结果必须符合国家规定的要求。

3、地质工作中对岩矿分析鉴定的评价

地质工作就是为矿产勘查开发规划和工程建设、以及相关的环境保护和地质灾害的预报防治工作提供基础的地质资料和信息。而岩矿分析鉴定被认为是地质工作中最基础的一项工作，它对查明认识全国的基本地质状况、获取相关地质数据信息具有基础性、超前性、公益性和指导性意义。

3.1矿物普查中对岩矿分析鉴定的评价

每种岩矿都是在一定的地质作用和物理化学条件性形成的，它们包含有一种或多种矿物，探明其中的化学元素，矿物种类，以确定岩矿的使用价值、经济价值，都需要基础的岩石矿物鉴定工作。岩石矿物分析鉴定特别是对开采和普查找矿有着极其重要意义。它能够确定岩矿的种类，分析矿床的开采量，以及开采的可能性与经济性，并能有效的提高地质勘探工作的效率。具体来说，就是在普查找矿阶段，需要进行大量的简项分析，以确定岩矿的有无和矿产的种类；在勘探阶段，更要求进行大量的简项分析和全分析，以便了解其共生元素的情况及其赋存状态，确定矿石品位以及开采的价值，从而为拟定相关的开采方案做准备。

3.2工程地质中对岩矿分析鉴定的评价

岩矿分析鉴定在工程地质勘查中也起着非常重要的作用，能够为工程建设的设计和施工，以及合理利用自然地质资源、正确改造不良地质、最大限度的避免自然灾害，提供基础的地质学资料。在工程地质中的岩矿鉴定包括对岩体的特征、化学元素和性质等进行分析，同时，水分析也是找矿工作的重要标志之一，也属于岩石矿物分析工作的一部分。

因此，岩石矿物分析鉴定工作在地质工作中占据十分重要的地位，对整个地质工作具有基础性和指导性意义。

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作者：郦桂芬 雷虎兰 徐淑荣

原始地球的物质组成和受到人类活动干予后的地球各要素的组成，是环境科学首先要研究的内容，也是认识地球环境质量的演化和人类活动对地球环境质量影响程度与范围的基础。而人类生产生活活动排放的各类污染物质的物理化学特性，进入环境(包括大气、水体、土壤、动植物、人体等)后的行为则是环境科学研究的核心。污染物的毒作用剂量标准、环境质量标准、排放标准以及污染控制技术和措施、人类活动对环境影响的预测等等，都要依据这一研究的结论。地球化学作为地球科学的一个分支，主要研究地球的化学组成、化学作用、化学演化及其控制因素。从它研究的内容可以看出，它和环境科学有很近的亲缘关系。至于它的分支学科如生物地球化学、区域地球化学、环境地球化学等，已经是环境科学的分支学科。随着环境科学研究范围的扩展和研究工作的深入，元素地球化学、同位素地球化学、有机地球化学、实验地球化学等也将加入环境科学的行列。

一个学科的形式和发展，一方面要在自身研究的领域内开拓，包括各项数据、资料的积累，理论体系的建立，研究手段和方法的充实与完善等，另一方面，要广泛吸取相邻学科的营养，有选择地继承和移植。只有使本学科深扎在由其他学科组成的肥沃土壤中，本学科才有可能得到丰富的供给而茁壮成长。地球化学与环境科学在研究对象和研究内容方面的某些共性决定了环境科学可以从地球化学中得到借鉴。从十七世纪中后期化学分析的出现开始，特别是十八世纪中期重量分析法的出现，许多化学家、矿物学家就曾对地壳某些部分的化学组成和有关问题从不同角度进行分析探索，并取得了部分矿物、岩石、水和陨石化学组成的定量资料。本世纪二十年代，以美国地球化学家克拉克为代表，广泛搜集了大量分析数据，得到了地壳中化学元素的平均百分含量，叫“克拉克”值。所有这些有关地球各层圈(大气圈、水圈、生物圈)及组成要素(岩石、土壤、空气、水等)的元素分布频率和相对丰度的结论，对闸明原始地球的化学组成，揭示环境背景值方面是有参考价值的。挪威地球化学家V、M戈尔德施密特从晶体化学入手，对化学元素在自然界分布的控制因素进行了长期深入的研究，并根据离子结构和与氧、硫元素的亲和性，对元素进行了地球化学分类，把元素分成亲铁、亲石、亲硫、穿气、亲生物等五类。苏联地球化学家费尔斯曼将元素分为惰性气体、贵金属元素、循环元素、分散元素、强放射性元素和稀土元素等6类。他们的工作和主要结论无疑对阐明污染物的环境行为和归宿具有指导意义。生物地球化学研究的各种生物对于地壳、生物圈中化学元素的迁移、富集和分散作用，对于我们研究污染物质的生物迁移和累积是有借鉴意义的。苏联地球化学家费尔斯曼和维尔纳茨基从物理化学原理研究了化学元素迁移的控制因素，并指出，元素迁移的因素可分为两类:与原子结构有关的内部因素和由环境条件决定的外部因素，提出了能量系数、价能量系数、共生序数等概念。他们的工作和有关结论，对于我们研究污染物质在环境中的迁移转化规律和控制因素是有一定指导意义的。环境地球化学研究人类环境中各种地质因素及其组合与人体健康的关系，人类活动对地表、水圈、大气圈中化学组成、化学作用、化学演化的影响及其与生命活动和人体健康的关系，这本身也就是环境科学研究的主要内容。地球化学研究的是有45亿年生命史的地球的化学组成、化学作用和化学演化，为了“浓缩”所要研究的作用的时间过程和空间范围，指示迁移转化的途径和机理，模拟实验和示踪试验是地球化学采用的主要试验研究方法。

模拟试验就是设计出模仿自然过程或作用的研究实验体系，以便在人为的调节控制下进行观察研究。它可分为现场模拟和室内模拟。示踪试验是选择适宜的示踪物让它参与研究体系的作用过程，包括物理的、化学的和生物的过程等等，通过示踪，研究者就可以感知过程的路径和机制，为揭示过程的规律提供依据。示踪试验可分为放射性示踪和特殊示踪物的示踪。在绝大多数情况下，示踪私模拟往往是同时进行的，在设计模拟试验的同时也就考虑示踪，以便通过示踪清晰显示模拟实验的过程和机制。现在，这些试验研究方法已广泛用于各个学科和各种过程，如生物学、医学、水文学、气象学等等，用来研究生物直至人体的生理生化过程，水动力学及水化学过程，大气物理和大气化学过程等等。环境科学作为一门横断各自然科学和社会科学的学科体系，显然，地球化学的上述研究方法在环境科学研究中是有广泛的应用和发展前景的。到目前为止，环境科学研究中已有许多模拟和示踪试验的实例，如模拟水体输送和净化过程的示踪试验，模拟大气输送扩散过程的示踪试验;研究疏浚过程底泥的二次污染而采用的放射性示踪试验;研究地下水的动力学和化学过程的示踪模拟试验等等。此外，污染物质在环境不同介质中的迁移转化和分配，污染物在生物体及通过食物链的迁移累积效应等，均可通过示踪模拟试验来研究。环境科学在断承和开拓中形成与发展，广泛吸取各学科的基础理论和研究试验方法，特别是它的近亲—地球化学的理论和试验研究方法，无疑会大大加速环境科学的发展。

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0.前言

随着经济的发展和工业化进程的加快，生活、医疗和工业废物的产生大量增加，对于水质、土质和人体健康产生巨大危害的危险废物也随之增加。这个问题已经引起联合国有关方面的高度重视，而成为一个全球性的关键而重要的环境课题。这个议题如果没有很好的方式加以处理和解决，对于人类的生存和地球环境的可持续发展将是一个致命的挑战。在未来的生活中，这些危险废物将会导致疾病尤其是传染病的大量扩散、大面积的环境污染和危害以及人类和动植物的疾病和死亡。如何有效、彻底且以环保的方式对于这些危险废物进行适当的处理，成为当前环境学家研究的重点课题。

1.危险废物的概念及分类

1.1危险废物的概念

高危害物和有毒废物，是危险废物的另外几类称呼之一。西方发达国家对于危险废物已经建立了相应的法律法规制度来进行约束，但是国际间对于其定义，还没有统一的标准，因而各国对其定义都各为不同。我国对于危险废物的定义，主要是指各类含毒性、腐蚀性、传染和爆炸性、化学反应性和易燃性等为特征和特性的危险类废物，对于人体健康和环境具有严重的危害性，并且具备潜伏和长期等特征。

1.2危险废物的分类

国家环保总局对于危险废物的分类进行了公布，人们一般根据其化学元素、物理形态以及其他类型的危害来进行分类。在该领域，对于危险废物的分类则主要根据他们的各自特性和不同特征而展开。

1.2.1按化学元素含量

按照它所含的化学元素，一般以清洁的危险废物、会产生气态污染物的危险废物、含重金属的危险废物和含碱金属的危险废物为主要分类方式。

1.2.2按物理形态

对于不同的物理形态，一般把它们分为固态危险废物、液态危险废物、气态危险废物、泥浆状危险废物、污泥状危险废物和桶装危险废物几个类别。

1.2.3其他分类方式

对于危险废物的分类，还有按热能特性分类方式、按危险特性的分类方式、按危险废物的类似分子结构和类似反应特征进行的分类方式，是危险废物分类的比较普遍的其他划分方式。

2.重金属在危险废物中的存在及其危害程度

2.1危险废物中存在的重金属污染

对于金属密度的不同，人们通常把金属划分为重金属和轻金属两类。不同的金属和物理化学性质不但不同，而且还存在着巨大的差异。有些金属元素为人体必需元素，而有的金属不但不是必须元素，对于人体还有相当的毒害作用。

在矿山开采、金属冶炼、重油燃烧、燃煤和废物焚烧等过程中，在环境中产生了重金属，而两个主要的来源就是废物焚烧和燃煤，废物焚烧重金属的排放量最多，这样就造成和产生了重金属的危险废物，并且它们都是有污染的。重金属污染的特点很多，但是它能产生很强的毒性，并且对于人体和生物造成相当程度的污染和危险，这个特点却是很重要且需要引起高度重视的。

2.2重金属危险废物危险性分析

常见的重金属危险废物，以及类金属危险废物主要存在于各类化学元素中。其中铅、铜、锌、镉、铬、锰、汞、镍、钴、锡、钒等元素，很大一部既是人体微量元素所必须的，同时也要适当把握其量的变化，如果过量和过少，都能成为产生毒害作用的助推剂。

3.利用水泥工业处理含重金属的危险废物

3.1对于废物进行焚烧

把原燃料带到水泥窑的重金属废物中，分别以结合熟料、以气相形式伴随废弃排放、以固相形式随粉尘排放和沉积窑灰里四个形式分散。在对于重金属的危险废物处理的过程中，可以把垃圾焚烧对重金属的控制分成焚烧前控制、焚烧中控制和焚烧后控制三个阶段，可以根据不同的控制阶段，对于含重金属的危险垃圾进行不同程度和级别的控制焚烧。

3.2新型干法工艺

国际上对于水泥回转窑处理各类含重金属废物，通过下列步骤进行：把窑尾上升的烟道放到窑里、在窑尾加入废物并且预分解、从回转窑里直接加到窑中、把窑头罩放到窑里、把主燃烧器喷到窑里。同时，由于不同的处理方式，还有两个方式是作为干法窑焚烧废物的工艺，分别是以水泥原料方式处理垃圾采用的工艺过程和以水泥燃料方式处理垃圾采用的工艺过程。

4.新型干法窑焚烧含重金属危险废物的意义

利用炉渣、粉煤灰和各类尾矿，还有工业生产里排出的废渣来进行水泥的生产，并且已经普遍取代了天然原料，这样的经济效益和社会效益都是非常可观的。国际国内一系列的研究和实践证明，处理危险废弃物的焚烧炉，是水泥回转窑来处理危险废物最优越且可行的方式，它具有焚烧温度高、停留时间长、焚烧状态容易稳定、能够部分替代水泥的天然原料、能够对于重金属元素进行固化、有效避免大气污染、适应能力强而焚烧处置点比较多和成本低廉等多个优势特征，因而具有更高的稳定性和适应能力，对于及时处理废物非常有利。

5.结束语

利用水泥工业，对于含重金属的危险废物进行处理，当前还存在着缺乏理论性、缺乏重金属等无机组分在窑内的固化和迁移情况的研究分析以及对于水泥窑内的高温环境里的有机组分固化和分解机制研究的缺乏等诸多不利因素的制约。利用这个技术对于含重金属的危险废物进行处理，主要是消除重金属对于人体和环境的危险。相信通过更多的理论研究和实践，并且通过有关部门对于理论和标准体系的有效建设，对于我国高危害废弃物作无害化处理和环保领域一定能作出更多的贡献，真正实现资源化利用和无害化处置为一体的新型生产工艺研究和危险废物处理技术的双双丰收。

【参考文献】

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例1.感受化学与人体健康的密切关系。下列说法不正确的是()

A．食用鸡蛋可补充蛋白质

B．食用黄瓜可补充维生素C

C．缺铁会引起贫血

D．缺碘易导致骨质疏松

解析：本题主要考查了化学元素与人体健康的关系，一些化学元素与人体健康关系极为密切，摄入不足或摄入过量均不利于人体健康。人体缺碘易导致甲状腺肿大，而骨质疏松则是缺乏钙元素造成的，故D选项不正确。

二、碘元素的有关判断

例2.随着日本福岛核电站放射性碘泄漏，碘这种元素被人们所认知。下图是元素周期表中提供的碘元素的部分信息及碘原子的结构示意图。下列说法错误的是（ ）

A. 碘的相对原子质量为126.9，原子核内质子数为53

B. 碘原子核外共有53个电子，最外层有7个电子

C．碘元素属于非金属元素，碘原子在化学反应中容易得到电子

D. 碘盐中含有碘酸钾(KIO3)，KIO3中碘元素的化合价为-1价

解析：根据题中碘元素在周期表中的部分信息及碘原子的结构示意图可知，A、B选项均正确，由于在碘原子核外电子排布中，其最外层有7个电子，大于4，所以其属于非金属元素，且在化学反应中容易得到电子，从而使最外层达到稳定结构，即C正确；由K元素化合价为+1，O元素化合价为-2，运用化合价规则，很容易计算出KIO3中碘元素的化合价为+5价，因此D选项错误，选D。

三、碘酸钾物质类别的考查

例3.“加碘盐”，一般是在食盐中加入一定量的碘酸钾(KI03)，碘酸钾属于（ ）

A．混合物 B．化合物

C．氧化物 D．单质

解析:根据物质分类的方法，结合题中给物质碘酸钾的化学式KI03，可知其化学式中含有三种元素，其中有一种是氧元素，所以属于化合物，而不是氧化物，也不是单质，故选B。

四、碘酸钾中碘元素化合价的确定

例4.“加碘食盐”是指在食盐中加入适量的碘酸钾(KIO3)，其中碘元素的化合价为

（ ）

A.+l价B．+3价 C．+5价D．+7价

解析：由题中碘酸钾的化学式KIO3，设碘元素的化合价为x，根据化合物中正负化合价的代数和为零可得：（+1）+ x+(-2) ×3=0,解之得：x=+5，选C。

五、碘及其化合物性质的考查

例5.下列关于某些营养物质的化学性质描述错误的是（ ）

A．淀粉遇加碘食盐溶液会变蓝

B．蛋白质遇重金属盐会失去原有的生理功能

C．油脂在人体内能消化，氧化分解，释放出热量

D．葡萄糖在植物体内可转化为蔗糖、淀粉或纤维素

解析：加碘食盐是指在食盐中加入碘酸钾，而不是碘单质，所以不能使淀粉变蓝，只有碘单质遇到淀粉溶液才变蓝，故选A。

六、碘酸钾的有关计算

例6.碘元素对青少年智力发育影响很大，加碘盐通常在食盐中加碘酸钾(KIO3)。右图是超市销售的一种加碘盐标签上的部分文字说明。请回答下列问题：

（1）碘酸钾中钾、碘、氧三种元素质量比为________。

（2）每袋该食盐中碘元素的质量为______mg。

（3）中国营养学会推荐：一个18岁的青年每天摄入碘元素的质量为0.15mg。假设碘的来源仅靠这种加碘食盐，该青年每天摄入这种食盐应为 ______ g。

解析：（1）由题中标签可知，碘酸钾的化学式为KIO3，因而碘酸钾中钾、碘、氧三种元素的质量比为39:127：（16×3）=39:127:48

（2）根据所给标签可知：1 kg食盐中含碘为20 mg，而每袋食盐的重量则为500g，故每袋该食盐中碘元素的质量为10mg。

（3）设该青年每天摄入这种食盐应为xg，根据（2）题有：

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“范例”一词的含义是“可作为模范的事例”，在范例教学理论中，克拉夫基指出“范例”一词的意思是“例子”，更确切、明白地说是“典型的例子”、，是那些“隐含着本质因素、根本因素、基础因素的典型事例”。也就是说具有代表性的重点和难点的知识，它们就是范例，每一个范例都是具有代表性的，是反映整体的一面镜子，而且范例之间有着相互的联系。“范例教学”可称为“案例性的教学”，范例教学理论认为“范例教学”就是根据好的、特别清楚的、典型的事例进行的教学与学习。从教学方法论上讲，要求教师在有限的教学时间内，启发、引导、辅助学生从典型的事例学习中积极主动地获得一般的、本质的、规律性的知识。可以发现在教学过程中，教师通过对范例的讲解，使学生掌握教材中关键性的问题，引导学生理解一般性的知识，帮助学生将这些知识应用到生活实际当中。可见，范例教学就是通过对化学中典型事例的教学，帮助学生认识化学现象的本质，同时使学生获得研究化学现象、化学规律和应用化学知识解决相关问题的方法，引导学生获得良好的学习态度和认识判断、解决问题及继续学习的能力。

2在化学元素化合物中应用范例教学

2.1范例教学归纳总结化学规律

高中化学是一门逻辑性较强的学科，但是它也是一门有规律的学科，通过对一些化学物质的分析和研究就可以了解同类物质的化学性质。所以，化学的学习并不是一项很艰巨的任务。学生可以利用这个特点对化学物质进行归类总结，研究其中具有代表性的物质。范例教学的应用可以提高学生的分析能力，进而掌握化学的学习规律。比如说，在高中一年级化学中，将“碱金属”和“卤素”这两章的知识放在了元素周期表之前进行学习，就是为了提高学生的归纳总结能力。通过掌握具有代表性物质的化学性质，就可以通过分析研究出其他他同类元素的化学性质，进而总结出化学的学习特点。例如，将氯气、钠的学习和初中学习过的氢气、氧气、碳等物质进行化学对比，从而归纳总结出金属单质的典型规律：第一，能够和非金属物质进行化学反应；第二，能可以让学生记够和酸或者是水进行化学反应，第三，能够和盐进行置换反应；非金属单质的化学性质为：第一，能够和金属发生化学反应；第二，能够和氢气等非金属发生化学反应；第三，能够和碱或者水发生反应；第四，能够和非金属进行行相关置换反应。这种元素性质的归纳总结能够减少学生的记忆难度，提高学生的学习效率。

2.2范例教学进行知识拓展

学生在对范例进行了学习之后，可以应用金属物质按照范例所示范的进行化学实验，学生在亲自实验后，可以加深学习印象，更好的掌握知识，继而了解元素的化学性质，明白法神化学反应的原因和过程，根据这个结果，就可以大致得出同类元素的基本性质，从而归纳总结学习成果。通过范例的示范学习，我们发现金属从钠到金属锶与水或者是酸反应效果逐渐剧烈，化学反应之后最高价氧化物形成的水化物碱性越来越强，证明它们的金属性是逐渐增强的，卤素非金属和氢气进行反应逐渐困难形成的氢化物的化学性质也很不稳定，非金属的活泼性降低，生成的最高价氧化的水化物酸性也是逐渐递减的趋势。学生通过这些范例的学习，可以推论出其他同类元素的化学反应和性质，化学元素周期表中同一种族的化学元素，依次是非金属性减弱、金属性增强。

2.3范例教学获取其他元素的学习方法

学生通过范例教学了解了同一种族中的一个元素性质之后，就可以推论出其他元素的化学性质，比如说元素的金属性、相似性、与其他元素混合后可能会发生的化学反应等多方面的结论。其次，在进行碳族和氧族的学习过程中，就可以结合之前的学习经验进行推论式的学习，不仅能提高学生的推理能力，还可以节约时间，提高学习效率。由此可见，范例教学在化学学习中的应用具有很大的优势，它能够提高学生的学习能力，对化学的学习有很大的帮助。

3根据范例构建小结构让化学知识结构化

高中化学的学习过程，通常都是通过理论进行物质的实验、计算和推理，进而得出元素的化学性质，所以高中化学的目的就是为了更好的了解物质的化学性质。在这些研究的过程中，由于知识的零散性，所以学生学习起来可能会感觉有难度，但是范例教学的应用可以在一定程度上有效的解决这一问题，通过将要学习的物质进行分类，然后研究具有代表性的物质，就可以大致得出其他元素的属性，从而更加完整的掌化学知识的学习特点，并提高学习效率，对学生化学成绩的提高有很大的促进作用。例如在进行化学氧化还原反应教学的时候，教师就可以让学生记住，氧化还原的本质其实是在化学反应中电子对进行偏移或者是电子得失而造成的，所以在进行化学反应的时候，参加化学反应的反应物和生成物的得电子数必须等于失电子数根据这条规律，学生就可以进行相关得失电子之间的计算。高中化学范例教学的应用可以帮助学生归纳总结出化学知识的结构与体系，让学生化学的学习在到大脑中形成完善的结构体系。学生通过具体的范例进行学习后，可以总结出学习规律，并在今后的学习中加以利用，加深印象，对知识充分掌握，不仅方便学生的学习，还减轻了学生的学习压力。