稀土元素及其分析化学

稀土元素及其分析化学（精选12篇）

稀土元素及其分析化学 第1篇

稀土元素及其分析化学是一门稀土工程专业的专业基础必修课程。该课程的教学目标是理解并掌握稀土元素化学中17个稀土元素的基本原理和每一种稀土元素的特性,为稀土元素的矿物提取到稀土元素的应用确定正确的方法和方向;从原理上了解并掌握稀土元素的共性和个性。建设好“稀土元素及其分析化学”课程和传授扎实的理论知识,有利于保证学生学好专业选修课和看懂、读懂、学懂不断出现的稀土新知识、保证学生能够发挥主观能动性和创新思维去探讨学科前沿,而行之有效的教学手段能更好的帮助学生对该门课程的理解和掌握。

1 课堂教学的探讨

课堂教学是学生学习知识的主要途径,课堂也是学生最主要的学习场所。因此要充分利用课堂培养学生的创新能力。这就要求教学团队要不断改进课堂教学的方法和手段。

1.1 教学方法的改进

在“稀土元素及其分析化学”的教学过程中,按照“稀土矿物—稀土金属—稀土三价化合物及其分析—稀土变价化合物及其分析—稀土配合物—稀土仪器分析”和“稀土核外电子排布—稀土磁学、光学、电学性质—稀土功能材料”为横纵主线展开教学。由于理论性较强,为克服课堂教学理论部分抽象、难懂的缺点,我们主张教师在课堂教学中,应实行启发式教学,提倡互动式教学形式,为使学生学深,学透和学以致用,要注重把传授知识与培养兴趣结合起来,把传授知识与传授方法、培养能力结合起来,加强各相关课程间的渗透与交叉,引导学生开阔思路,综合运用知识解决实际问题的能力,授课中教师根据科研和工业生产实际提出一些实际科研或生产问题,让学生带着实际问题听课思考,进一步提高学生的综合实践能力和创新能力。

1.2 教学手段的改进

在“稀土元素及其分析化学”课程教学中,不仅稀土矿物的结构复杂,而且一些机理的表述也很繁杂,板书费时费力。仅靠“黑板与粉笔”的传统教学手段授课,教学效率较低。学生对于实际的生产过程不能很好的理解和掌握。因此,我院稀土元素及其分析化学教学团队充分利用现代教育技术,进行了多媒体教学软件和课件的制作与开发。用计算机多媒体来丰富课程内容和表现形式,把“黑板与粉笔”变为“黑板与多媒体”教学相结合,借助现代教学手段,可以把视频、动画、图片、图表和实物投影等有机地结合起来,比较形象生动,产生独特的教学效果。

2 实验教学和实践教学的探讨

2.1 实验教学

稀土元素及其分析化学化学是一门以实验为基础的自然科学,在稀土元素及其分析化学教学中,实验教学具有非常重要的地位。其主要目的是:(1)掌握稀土元素及其分析化学实验的基本研究方法,通过实验手段熟悉稀土化合物的合成和结构表征,理解稀土化学性质与结构之间的关系,学会重要的稀土元素分析化学实验技术和基本实验仪器的使用。(2)掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法,从而加深对稀土元素及其分析化学基础知识和基本原理的理解,增强解决实际化学问题的能力。(3)注重实验技能的培养和特殊实验操作的掌握,对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。通过严格的、定量的实验研究稀土化合物的合成和稀土元素之间的化学、物理性质,使学生既具有坚实的实验基础,又具有初步的科学研究能力,实现学生由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变。激发学生去了解、学习、探索稀土化学的学科领域及稀土材料的来源和机理,提高学生的动手能力、思维能力、求异能力、创新能力和科研能力。

2.2 实践教学

实践教学是根据一定的教学任务与目的,组织学生到相关的生产单位,通过听取讲解、观察、调查或实际操作进行学习的一种教学组织形式。实践教学对于加强学习与社会的联系,理论与实际的联系,扩大学生的信息来源等具有重要的意义;有利于学生把学到书本知识和社会生产联系起来,了解课堂所学知识与技能的运用情景,增加知识的智慧性;扩大了学生信息来源的渠道,改变了信息的性质(从实物、场景中获取信息),丰富了学生的经验与体验;有助于学生走出校门,开阔学生的眼界;可以激发学生的学习兴趣与好奇心,使学生了解知识的实际用途,增加学习的主动性与自觉性。比如我院和高新区的稀土厂联系定点去实践。这样为学生了解和服务社会创造更多的机会。

3 网络教学的探讨

网络课程是现代教学的重要组成部分,主要是通过综合教学设计,以互联网络为主要交流平台建设的教学科目内容及实施教学活动的总和。我校为了建设好教学任务,已建成了网上教学系统,通过网络进行课程教学和管理,将课程中相关的教学大纲、教案、课件、习题答案、实践或实验指导、教学录像、成绩考核和参考资料等在网站上免费开放。网络教学平台将教学过程中教师的主导性和学生的主体性相统一,并实现了对每名学生的因材施教,优化了教学环节。

总之,“稀土元素及其分析化学”是稀土工程的专业必修课,在稀土专业培养中处于核心地位,同时也是材料学科和化学学科的专业选修课,为将来从事稀土材料领域的研究和开发工作打好基础。因此,稀土元素及其分析化学的教学思想观念、教学方法、教学手段和教学管理,都要跟上时代的发展,向精品课程发展,将为我国的企业、高校和研究院所等进一步培育和输送大批稀土方面的优秀人才,也将为我国稀土行业的发展做出了重大贡献。

参考文献

[1]王家喜.高分子化学教学改革初探[J].化学试剂,2009,31,(4):307-309.

化学元素的发现及其名称符号的来历 第2篇

01 氢 H Hydrogenium(Hydrogen)早在16世纪就有人发现金属在酸中可以产生一种能燃烧的气体，但没有继续进行进一步的研究。最先把氢气收集起来并进行认真研究的是英国的卡文迪许，他在1781年发现锌和铁投到盐酸和稀硫酸中能够产生一种新气体，所产生的气体量是固定不变的，与所用酸的种类和酸的浓度都没有关系。可惜他受了虚假的“燃素说”的欺骗，坚持认为水是一种元素，错过了新元素的发现。后来拉瓦锡又重复了卡文迪许的实验，认为水不是一种元素而是氢和氧的化合物，并在1787年正式提出“氢”是一种元素，因为氢燃烧后的产物是水，便用拉丁文把它命名为“形成水的元素”。并且以此为突破口进行研究，最终戳穿了“燃素说”的谎言。现在日文里氢气的名称仍然是“水素”。中文意译：由于氢气是最轻的气体，因此得名，从“轻”字音。

02 氦 He Helium 1868年，让桑和洛基尔在观察日全食的时候，分别同时从日冕光谱内发现一条新的黄色谱线，确定了太阳中含有一种新的元素，即氦，并认为它是属于太阳上的某个未知元素。后来有人用无机酸处理沥青铀矿时得到一种不活泼气体，1895年英国科学家拉姆齐用光谱证明其就是氦。以后又陆续从其他矿石、空气和天然气中发现了氦。元素名来源于希腊文Helios，原意是“太阳”。

03 锂 Li Lithium 锂是继钾和钠后发现的又一碱金元素，但它在地壳中的含量比钾和钠少的多，而且化合物不多见，因此发现较晚。发现它的是瑞典化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特森。1817年，阿尔费特森在分析透锂长石时，最终发现一种新金属，贝齐里乌斯将这一新金属命名为Lithium，该词来自希腊文Lithos（石头）。

04 铍 Be Beryllium 含铍的矿石有许多透明的、色彩美丽的变种，自古以来就是最名贵的宝石。1798年，法国化学家沃克兰对绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现了铍，后来维勒把它命名为Beryllium，它来源于铍的主要矿石──绿柱石的英文名称Beryl。而单质铍在三十年后的1828年，才由德国化学家维勒用金属钾还原熔融的氯化铍而得到。

05 硼 B Boracium(Boron)1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂制得硼酸。1808年英国化学家戴维和法国化学家盖吕萨克、泰纳，用钾还原硼酸各自获得单质硼。硼的拉丁名称为Boracium，元素符号为B。这一词来自Borax（硼砂）。硼砂的拉丁语是Borax，因为它可以熔融金属，阿拉伯语Borax的意思是“焊接”。

06 碳 C Carbonium(Carbon)古代就已发现，拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。汉字原本写作“炭”，后来为了统一元素名称，将木炭的“炭”字加上石字旁，构成了作为化学元素的“碳”字。

07 氮 N Nitrogenium(Nitrogen)氮在1772年被人发现，由法国科学家拉瓦锡确定是一种元素。元素名称来源于希腊文Nitron，原意是“硝石”。

中文意译：由于人们发现氮气可以使空气的呼吸性、助燃性等变“淡”，因此得名，从“淡”字音。

08 氧 O Oxygenium(Oxygen)1774年英国科学家普利斯特里发现一种能强烈帮助燃烧的气体，即为氧气。元素名来源于希腊文Oxys（酸），原意为“形成酸的元素”。该名称是由法国化学家拉瓦锡所起，原因是拉瓦锡错误地认为，所有的酸都含有这种新气体。现在日文里氧气的名称仍然是“酸素”。而台语受到台湾日治时期的影响，也以“酸素”之日语发音称呼氧气。

中文意译：氧气的中文名称是清朝徐寿命名的。他认为人的生存离不开氧气，所以就命名为“养气”即“养气之质”，后来为了统一就用“氧”代替了“养”字，便叫作“氧气”。

09 氟 F Fluorum(Fluorine)早在16世纪前半叶，氟的天然化合物萤石（CaF2）就被记述于欧洲矿物学家的著作中。1771年瑞典化学家舍勒制得氢氟酸，但拉瓦锡却错误地将氢氟酸基当作是一种元素。戴维确定了氯气是一种元素之后，安培根据氢氟酸和盐酸的相似性质和相似组成，大胆推断氢氟酸中存在一种新元素。但由于氟的化学性质过于活泼，单质状态的氟迟迟未能制得。在此期间，戴维、盖·吕萨克、诺克斯兄弟等很多人为制取单质氟而中毒，鲁耶特、尼克雷因中毒太深而献出了自己的生命。1886年，法国的莫瓦桑（1906年诺贝尔化学奖得主）总结了前人的经验教训，采用低温电解的方法电解干燥的氟氢化钾和无水氟化氢混合物制得了游离态的氟。氟得名于Fluorite（萤石、氟化钙），而萤石的原名从Fluo（流动）而来。氖 Ne Neon 1898年，拉姆齐和特拉弗斯在发现了氪之后，又使用同样的方法在液态空气中发现了一种新的稀有气体，取名Neon，其含义是希腊文Neos（新奇）的意思。拉姆齐在发现氩和氦后，研究了它们的性质，测定了它们的原子量。接着他考虑它们在元素周期表中的位置，因为氦和氩的性质与已发现的其他元素都不相似，所以他提议在化学元素周期表中列入一族新的化学元素，暂时让氦和氩作为这一族的成员。他还根据门捷列夫的元素周期分类假说，推测出该族还应该有原子量为20、84、131的元素，即为后来发现的氖、氪和氙。钠 Na Natrium(Sodium)在19世纪初，伏特发明了电池后，各国化学家纷纷利用电池分解水成功。英国化学家戴维坚持不懈地从事于利用电池分解各种物质的实验研究。戴维在1807年分别电解苛性钾和苛性钠，获得了金属钾和钠。由于苛性钠是从天然碱——苏打（碳酸钠、英语Soda、拉丁语Natri）中得到的，因此英语和拉丁语分别命名为Sodium和Natrium。镁 Mg Magnesium 镁是在自然界中分布最广的元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。包括拉瓦锡在内的化学家们长时期里将从含碳酸镁的菱镁矿焙烧获得的白镁氧（亦称苦土、即氧化镁MgO）误当作是不可再分割的物质。1808年戴维在成功制得钙以后，使用同样的办法用钾还原白镁氧，又成功的制得了金属镁。Magnesium来自希腊城市Magnesia，因为在这个城市附近出产苦土。不过镁的名称Magnesium很容易和锰的名字Manganum混淆，虽然有人提出更改，却一直沿用下来。铝 Al Aluminium 铝是地壳中含量最丰富的金属元素，但由于铝的活泼性强，不易被还原，因而它被发现的较晚。戴维和贝齐里乌斯都曾试图通过电解的手段从铝钒土中分离出铝，但都没有成功。直到1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通入氯气后加热得到复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。该元素得名于明矾(英语Alum、拉丁语Aluminis，原意是“具有收敛性的矾”，化学成分是硫酸铝钾），在未被发现之前即已经被贝齐里乌斯所命名。过去的铝十分珍贵，价值甚至高过白银。直到1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。硅（矽）Si Silicium(Silicon)1823年，硅首次作为一种元素被贝采利乌斯发现，并于一年后提炼出了无定形硅。英文Silicon，来自拉丁文的Silex或Silicis，意思为燧石或石英。

中文意译(?)：民国初期，学者原将此元素译为“硅”而令其读为“xi（圭旁确可读xi音）”。然而当时由于拼音方案尚未推广普及，一般大众多误读为gui。由于化学元素译词除中国原有命名者，多用音译，化学学会注意到此问题，于是又创“矽”字避免误读。台湾沿用“矽”字至今。中国大陆在1953年2月，中国科学院召开了一次全国性的化学物质命名扩大座谈会，有学者以“矽”与另外的化学元素“锡”和“硒”同音易混淆为由，通过并公布改回原名字“硅”并读“gui”，但并未意识到其实“硅”字本亦应读xi音。有趣的是，矽肺病与矽钢片等词汇至今仍用矽字。在香港，两用法皆有，但“矽”较通用。如今“硅”字已然异化成为从“土”字旁的会意字。磷 P Phosphorus(Phosphorum)德国商人波兰特是一个相信炼金术的人，1669年，他在一次实验中，将砂、木炭、石灰等和尿液混合，加热蒸馏，虽没有得到黄金，而竟意外地得到一种十分美丽的物质，它色白质软，能在黑暗的地方放出闪烁的亮光，于是波兰特给它取了个名字，叫“冷光”，这就是今日称之为白磷的物质。磷的拉丁名称Phosphorum有希腊文Phos（光）和Phero（携带）组成，也就是“发光物”的意思。中文意译：在中文里，“磷”的本义是一种称为薄石的矿物。硫 S Sulphur(Sulfur)古代人类已经认识了天然硫，因其晶体呈黄色而得名（梵语Sulvere，意思是“鲜黄色”）。氯 Cl Chlorum(Chlorine)氯曾经长期被误认为是一种化合物。1774年舍勒将软锰矿（MnO2）与浓盐酸混合加热，获得一种黄绿色气体，但误以为得到了“氧化的盐酸”。1810年戴维因“电解氯气”实验失败，才确定了所谓“氧化的盐酸”其实是一种新元素，从希腊文Chloros（黄绿色）命名它为Chlorine。

中文意译：中国翻译家最初根据原意把它译成“绿气”，后来才将二字合为一字，即“氯”。氩 Ar Argon 氩是稀有气体中在空气中含量最多的一个，化学性极不活泼，不能燃烧，也不能助燃，由拉姆齐和特拉弗斯在1894年发现。他们主要是先从空气样本中去除氧、二氧化碳、水蒸气等后得到的氮气与从氨分解出的氮气比较，结果发现从氨里分解出的氮气比从空气中得到的氮气轻1.5%。虽然这个差异很小，但是已经大到误差的范围之外。所以他们认为空气中应该含以一种不为人知的新气体，而那个新气体就是氩气。其实1785年氩已经被卡文迪许分离出来，1882年也有人通过光谱发现了氩的特异性谱线，但这些发现却都遗憾地被错过。Argon的希腊文意思是“不工作”、“懒惰的”，稀有气体亦称惰性气体。钾 K Kalium(Potassium)具体见钠的发现。戴维电解熔融的苛性钾，在阴极上出现了具有金属光泽的、类似水银的小珠。他把这种小小的金属颗粒投入水中，即起火焰，在水面急速奔跃，发出刺刺的声音。就这样，戴维在1807年发现了金属钾，由于苛性钾是从木灰碱（碳酸钾、英语Potash、拉丁语Kali）中得到的，因此英语和拉丁语分别命名为Potassium和Kalium。中文意译：我国科学家在命名此元素时，因其活泼性在当时已知的金属中居首位，故用金字旁加上表示首位的“甲”字而造出“钾”这个字；其实也是一种音译。钙 Ca Calcium 1808年，戴维电解石灰与氧化汞的混合物，得到钙汞合金；将合金中的汞蒸馏后，就获得了银白色的金属钙。瑞典的贝采利乌斯、法国的蓬丁，分别使用汞阴极电解石灰，在阴极的汞齐中也提炼出了金属钙。钙元素得名于石灰（拉丁语Calx或Calse）。钪 Sc Scandium 在门捷列夫1869年给出的第一版元素周期表中，就赫然在钙的后面留有一个原子量45的空位，门捷列夫将钙之后的元素暂时命名为“类硼”，并给出了这个元素的一些物理化学性质。瑞典科学家尼尔森一直在研究稀土元素的物理与化学常数的精确测量，以期对元素周期律作出验证。1876年，尼尔森在测量铒和镱的原子量的过程中，发现样品中混杂有轻质的元素导致原子量测量数据减小。他通过在光谱中发现新的吸收线的方法发现了钪，用他的故乡斯堪的纳维亚半岛（Scandinavia）给钪命名为Scandium。钛 Ti Titanium 钛在地壳中的含量排在第十位，但由于钛的性质活泼，对冶炼工艺要求高，使得人们长期无法制得大量的钛。它是英国化学家格雷戈尔在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。四年后德国化学家克拉普罗特在分析红色金红石时也发现了这种元素。他主张采取为铀命名的方法，引用古希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。中文按其译音定名为钛。著名的“泰坦尼克号”是其同源词。钒 V Vanadium 1801年人们就在含有钒的铅试样中发现了钒，但是当时有人认为这是被污染的元素铬，所以没有被人们公认。后来到了1830年，瑞典化学家塞夫斯特伦在由瑞典铁矿石提炼出的铁中发现了这一新元素；用酸溶解铁矿石，在残渣中发现了钒。因为钒的化合物的颜色五颜六色，十分漂亮，所以就用北欧神话中一位叫凡娜迪丝“Vanadis”的美丽女神的名字给这种新元素起名叫“Vanadium”。中文按其译音定名为钒。铬 Cr Chromium 1797年法国化学家沃克兰在西伯利亚红铅矿（铬铅矿）中发现一种新物质（三氧化铬），次年用碳还原，得到金属铬。因为铬能够生成美丽多色的化合物，根据希腊语Chroma（颜色）将其命名为Chromium。染色体（Chromosome）是其同源词。然而，我国考古人员在秦陵挖掘的宝剑，其剑到现在还是锋利无比，原因是剑锋上面覆盖了一层铬。听起来不算神奇，但是可以证明几千年前我们就已经发现并使用铬了。锰 Mn Manganum(Manganese)18世纪后半叶，瑞典化学家柏格曼研究了软锰矿（二氧化锰），认为它是一种新的金属氧化物。他曾试图分离出这个金属，却没有成功。1774年，瑞典的甘恩用软锰矿和木炭在坩埚中共热，发现一纽扣大的锰粒。因该矿产的产地为Manganesia（位于土耳其），这一新元素被命名为Managnese，它的拉丁名称Manganum和元素符号Mn由此而来。铁 Fe Ferrum(Iron)地球上所含质量最多的元素，自从古代就已在世界各地被发现。英语虽然选用了Iron一词，但很多科技词语仍然延用这一拉丁语词根，例如Ferric（三价铁）和Ferrous（二价铁）。钴 Co Cobaltum(Cobalt)钴的英文名称Cobalt来自于德文的Kabalt，意为“地下小恶魔”、“坏精灵”。因为钴矿有毒，矿工、冶炼者常在工作时染病，钴还会污染别的金属，能使玻璃变成蓝色；这些不良效果过去都被看作精灵的恶作剧。数百年前，德国矿工们发现一种外表似银的矿石，并试验炼出有价金属，结果十分糟糕，不但未能提炼出值钱的金属，而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟。在教堂里诵读祈祷文，为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿（砷硫化钴）。1753年，瑞典化学家波朗特从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属，制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼确定钴为一种元素。镍 Ni Niccolum(Nickel)17世纪末，欧洲人开始注意镍砒（砷）矿。当时德国用它来制造青色玻璃，因为它和钴有类似的性质，能使玻璃变成绿色，因此采矿工人称它为Kupfernickel。“Kupfer”在德文中是“铜”；“Nickel”是骂人的话，大意是“骗人的小鬼”。因此这一词可以义译为“假铜”。当时人们认为它是铜和砷的混合物。瑞典化学家克隆斯特研究了这个矿物，他用红砷镍矿表面风化后的晶粒与木炭共热得到了少量与铜不同的金属。他在1751年发表研究报告，认为这是一种新金属，就称它为Nickel，这也就是镍的拉丁名称Niccolum和符号Ni的来源。铜 Cu Cuprum(Copper)古代就已发现。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一。因首次从以产铜闻名的塞浦路斯岛（古名即为Cuprum）获得该金属而得名。锌 Zn Zincum(Zinc)锌是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜。古代就已发现，名称起源尚不清楚，意思可能是“白色薄层”或“白色沉积物”；一说可能来自德语Zinke（穗状或锯齿状物）。

镓 Ga Gallium 在化学元素周期系建立的过程中，性质相似的元素成为一族已为化学家们接受。当时法国化学家布瓦邦德朗利用光谱分析发觉到，在铝族中，在铝和铟之间缺少一个元素。他用分光镜寻找这个元素，分析了许多矿物，最终在1875年证明了新元素的存在。当时布瓦邦德朗测定的新元素比重是4.7，而门捷列夫根据元素周期系推算出的这种“类铝”的比重应该是5.9～6。布瓦邦德朗又重新测定了这种新元素，证实了比重应该是5.96。他将此物质命名为Gallium，元素符号定为Ga。因其发现者是法国人，为纪念他的祖国（Gallo，高卢，法国）。

锗 Ge Germanium 门捷列夫曾预言了这一元素的存在，把它命名为“类硅”。直到1886年，锗终于被德国夫赖堡矿业学院分析化学教授文克勒发现。他是在分析弗赖堡附近发现到一种新的矿石辉银锗矿（4Ag2S·GeS2）的时候，发现有一未知的新元素并通过实验验证了自己的推断。因其发现者是德国人，为纪念他的祖国（German，日耳曼，一般就指德国）而得名。元素符号定为Ge。锗继镓和钪后被发现，巩固了化学元素周期系。

砷 As Arsenicum(Arsenic)砷是一个知名的化学元素，第一次有关砷的纪录是在1250年，由德国的马格耐斯在由雄黄与肥皂共热时得到砷。近年来中国学者通过研究发现，实际上，中国古代炼丹家才是砷的最早发现者。它是一种以有毒著名的类金属。关于它的词源，一种说法是出自Arsen（意思是“强烈”），因为砒霜（As2O3）是一种烈性毒药；另一种说法是由波斯语Az-Zarnikh(雌黄，Az是阴性冠词，Zar意思是黄金)演变而来。兵工厂阿森纳（Arsenal）是它的同源词。

硒 Se Selenium 1817年，瑞典的贝齐里乌斯从硫酸厂的铅室底部的红色粉状物物质中制得硒。他还发现到硒的同素异形体。他还原硒的氧化物，得到橙色无定形硒；缓慢冷却熔融的硒，得到灰色晶体硒；在空气中让硒化物自然分解，得到黑色晶体硒。Selenium的意思是“月亮的元素（Selene，希腊神话中的月亮女神）”。

溴 Br Bromum(Bromine)1824年，法国青年学生巴拉尔研究水样提取结晶盐后的母液。当通入氯气时，母液变成红棕色。最初，巴拉尔认为这是一种氯的碘化物溶液，希望找到这些废弃母液的组成元素。但他尝试了种种办法也没法将这种物质分解，所以他断定这是和氯以及碘相似的新元素。1826年法国科学院将这一新元素命名为Bromine，来自希腊文Bromos（恶臭，特指公山羊的恶臭），因为溴具有刺激性臭味，实际上所有卤素都具有类似臭味。事实上，在巴拉尔发现溴的前几年，有人曾把一瓶红棕色液体样品交给化学家李比希鉴定，李比希并没有进行细致的研究，就断定它是“氯化碘”，几年后，李比希得知溴的发现之时，立刻意识到自己的错误，把那瓶液体放进一个柜子，并在柜子上写上“耻辱柜”一警示自己，此事成为化学史上的一桩趣闻。

中文意译：因为溴是一种具有臭味的液体，因此用“臭”字加上三点水，组成了“溴”字。

钼 Mo Molybdenum 天然辉钼矿MoS是一种软的黑色矿物，外型和石墨相似。18世纪末以前，欧洲市场上两者都以“Molybdenite”名称出售，可能是一种根据人名命名的商品名。1779年，舍勒指出石墨与Molybdenite（辉钼矿）是两种完全不同的物质。他发现硝酸对石墨没有影响，而与辉钼矿反应，获得一种白垩状的白色粉末，将它与碱溶液共同煮沸，结晶析出一种盐。他认为这种白色粉末是一种金属氧化物。1782年，瑞典一家矿场主埃尔摩用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧，从辉钼矿中分离出一种金属，命名为Molybdenum，元素符号定为Mo，它得到贝齐里乌斯等人的承认。

银 Ag Argentum(Silver)在古代，人类就对银有了认识。银和黄金一样，是一种应用历史悠久的贵金属，至今已有4000多年的历史。由于银独有的优良特性，人们曾赋予它货币和装饰双重价值。纯银是一种美丽的白色金属，银的化学符号Ag，来自它的拉丁文名称Argentum，是“浅色、明亮”的意思；该词的起源是希腊语Argyros（词头Argos意思是光泽或白色）。阿根廷（Argentina）是其同源词。

镉 Cd Cadmium 镉与它的同族元素汞和锌相比，被发现得晚的多。它在地壳中含量比汞还多一些，但比锌少得多，常常以少量包含于锌矿中，很少单独成矿。金属镉比锌更易挥发，因此在用高温炼锌时，它比锌更早逸出，与锌相比更难被人们发现。首先发现镉的是德国哥廷根大学教授斯特罗迈尔。他在视察药商的过程中，观察到含锌药物中出现的问题，促使他在1817年发现了镉。由于发现的新金属存在于锌中，就以含锌的矿石菱锌矿的名称（德语Kadmia，“泥土”的意思；希腊语Cadmein，可能是以希腊神话人物Cadmus命名的）命名它为Cadmium，元素符号定为Cd。

锡 Sn Stannum(Tin)锡是大名鼎鼎的“五金”——金、银、铜、铁、锡之一。早在远古时代，中国和埃及的人类便发现并开始使用锡了。拉丁文原意是“坚硬”，因为铜被掺入锡后会得到更加坚硬的青铜。锡是会意兼形声字，字从金，从易，易亦声。易意为交换，金指金属，多指青铜。金与易联合起来表示“君臣之间用金属原料（如铜锭）和功劳政绩进行相互交换”。古文献屡见用“锡”为“赐”的文例。事实上，赐是赏贝币，锡是赏铜锭；锡作为一种特殊金属，是制造兵器的专用原配料，本身也常作为赏赐品，故有特指。53 碘 I Iodum（Iodine)1811年法国药剂师库尔图瓦利首次发现单质碘。他从海岸采集藻类植物并蒸馏提取药材，在蒸发母液过程中意外地发现母液中产生一种美丽的紫色蒸气，象彩云一样冉冉上升，在冷的物体上凝结成片状的暗黑色晶体，并具有金属光泽。这一现象其实是碘离子被浓硫酸氧化的过程。库尔图瓦利根据这一事实推想，它可能是一种新的元素。后来经过德索梅和克莱芒等化学家的研究，将这一元素被定名为碘，以碘的颜色紫色而得名，希腊语Iodhs意思是“紫色”。

钡 Ba Barium 碱土金属的硫化物具有磷光现象，即它们受到光的照射后在黑暗中会继续发光一段时间。钡的化合物正是因这一特性而开始被人们注意。1602年意大利博洛尼亚（Bologna）的一位工人将一种含硫酸钡的重晶石与可燃物质一起焙烧后发现它在黑暗中发光，引起了欧洲化学家分析研究的兴趣。1774年，舍勒认为这种石头是一种新土（氧化物）和硫酸反应成的。1776年他加热这一新土的硝酸盐，获得纯净的氧化物，称为Baryta（重土），来自希腊文Barys（重的）。1808年，戴维电解重晶石，获得金属钡，就命名为Barium，元素符号定为Ba，我们称为钡。74 钨 W Wolframium(Wolfram, Tungsten)1781年瑞典化学家舍耶尔发现白钨矿，并提取出钨酸；1783年西班牙人德普尔亚发现黑钨矿，也从中提取出钨酸；同年，用碳还原三氧化钨第一次得到了钨粉，并命名该元素。这一元素得名于德国的黑钨矿（Wolframite），所以德语称其为Wolfram。其英语名称Tungsten原意是重石，主要成分是钨酸钙。

铂 Pt Platinum 铂在地壳中的含量和金相近，化学惰性和金比较也不相上下，但是人们发现并使用铂却远在金后。它在自然界中的极度分散和高熔点，可能是造成这种状况的原因。由于铂在铂系矿物中的含量比其他元素的含量大的多，因而它是铂系元素中首先被发现的。南美洲古代印第安人早已经利用铂和金的合金制成装饰品。18世纪中叶，南美洲的铂矿传到欧洲一些学者手中，他们对铂进行了研究。1735年西班牙人希拉尔在金矿发现一块难以加工的金属，很像银，便取名为Platinum，该字来自西班牙文Platina，含义是“亚银”；当铂的价值未被发现时，它常被奸商掺在黄金或白银中。

金 Au Aurum(Gold)金，是人类最早发现的金属之一，比铜、锡、铅、铁、锌都早。金之所以很早被人们发现，主要是由于在大自然中金矿主要都是纯金，再加上金子金光灿烂，很容易被人们找到。在古代，欧洲的炼丹家们用太阳来表示金，因为金子象太阳一样，闪耀着金色的光辉，Aurum（太阳）一词由此而来。

汞 Hg Hydrargyrum(Mercury)汞是常温下唯一的液体金属，又称“水银”。汞在自然界中分布量很小，被认为是稀有金属，但由于其特殊性质，人们很早就发现了水银并加以应用。Hydrargyrum一词是由拉丁语Hydra（水）和Argyrum（银）组成的，参见氢和银的命名。英语为Mercury（水星），是罗马神话中众神的信使，说明该金属有流动性。

稀土元素及其分析化学 第3篇

关键词：高中化学；元素及其化合物；有效教学

元素及其化合物知识是化学学科的重要组成部分，它与理论知识相互配合，相辅相成，是学生在中学阶段形成化学的元素观、物质观、变化观等科学观点的关键所在，同时也是学习化学基本概念、基本理论的重要载体。然而，元素及其化合物知识内容多，涉及的化学现象和化学反应不容易记忆，学生在学习中感到知识杂乱，思维潜力没有得到发挥，导致在综合运用所学知识解决实际问题时感到束手无策。甚至有的学生死记硬背、孤立记忆化学反应，学习一段时间后，遗忘得多，又降低了学习兴趣，学习效果很差。本文主要针对这一现状，提出高中化学元素及其化合物教学的一些策略，以提高这部分知识教学的有效性。

一、设置合理的教学目标，准确把握知识的深广度

按照新课程标准对元素化合物知识的要求，新课程必修教材编排了相关元素及其化合物的知识，但教材并没有全面、系统编排元素化合物的知识，而是侧重于与生产、生活和科研相关的常见物质及其重要性质，且在教学课时数上减少了近一半。这就要求教师熟悉《普通高中化学课程标准》，在此基础上把握教材的难度和深广度。

例如，必修1的元素及其化合物的教学目标是知识的教学认知性，层次较低，在组织教学时，应从学校和学生的实际情况出发，设置合理且易于实现的教学目标，使学生明确学习目标，减少学习的盲目性，也便于教师评价学生的学习效果，适时调整教学过程和策略。在教学中让学生体会学习元素化合物知识的一般方法和思路，不必加深扩大教学内容，教学要求中没有列举教材中有的物质或性质，可作为知识性介绍，但不作考试要求。

二、充分利用实验探究活动，培养科学素养和方法

在元素及其化合物知识的教学中，要使学生形成物质的概念，必须从揭示物质的性质入手。而物质的性质，特别是化学性质，只有借助一定的化学实验才能被学生所感知。新课程理念要求在教学中，改变以课堂为中心、以教师为中心、以课本为中心的现状，帮助学生改变被动接受、机械训练的学习方式，形成一种对学习主动探求，能互相交流讨论、重视实际问题解决的积极学习方式。

实验探究无疑是元素及其化合物知识学习的一种有效策略。新课程设置了许多探究实验、活动实验，实验没有给出现象、解释、结论，而是以表格或问题的形式呈现。在教学设计时，可以通过整合实验教学资源，充分利用教材中“活动与探究”“观察与思考”等栏目，通过创设问题情境、设计学生探究实验等探究性学习活动，开展有序、高效的探究学习活动，让学生在“发现问题—提出假设—设计实验—实验验证—分析现象—形成结论”的过程中，获取对元素及其化合物知识的认识，体验科学的探究方法，培养学生的科学方法和科学素养。

例如，在探究氯水的成分时，通过以下问题引导：（1）新制的氯水什么颜色，说明有什么物质存在？（2）氯气溶于水，是否存在化学变化，如果存在，那么氯气与水发生反应，预测产物会是什么？（3）如何验证氯水中可能存在H+、Cl-？（4）做氯水与紫色石蕊试液实验时，是否发现什么不一般的现象？（5）氯水中具有漂白作用的成分是Cl2吗？还是其他的成分？如何验证？整个教学过程从提出问题、形成猜想、设计方案，在实验验证，实验中发现新问题，围绕新问题再形成猜想，设计方案，实验验证，最终得出结论，学生的学习兴趣浓厚，积极参与到科学探究活动中，对氯气的性质、氯水的成分都有很明确的认识。在实验中培养了学生仔细观察的能力和发现问题、提出问题的能力，在问题的思考过程中培养了学生的思维能力，在问题解决过程中，学生感受到了科学探究的一般方法，提高了科学素养和方法。

三、联系社会生活实际，设计真实情境

旧课程中物质性质的教学是直接介绍物质的性质，顺带介绍一些物质的用途，学生学习时感到枯燥无趣。新课程引导学生从已有的生活经验出发，学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。

教学设计时要有意识地将教材知识与学生的生活实际、社会生产、民生问题联系起来，激发学生产生积极的学习情感，形成把化学知识应用于实际生活、解决实际问题中，促进知识的有效迁移。例如“二氧化硫”的教学设计中可以从酸雨谈起，通过资料卡片让学生产生疑问：酸雨中的硫酸是如何通过二氧化硫形成的？从而认识SO2的还原性。又如“氮氧化物的产生及转化”的教学设计中可以从谚语“雷雨发庄稼”入手，很快就能激发学生浓厚的学习兴趣。

四、整合元素及其化合物知识，实现知识的系统化、网络化。

在元素及其化合物知识的学习中，有些学生的畏难情绪主要源于知识的“零乱分散”，不能找出它们之间的内在联系和变化规律。教学设计过程中要重视化学概念、理论对元素及其化合物知识学习的指导作用，必修内容的学习主要突出在物质分类思想、氧化还原反应、离子反应、电离理论的指导下，实现由感性到理性、由具体到抽象的认识，从本质上把握各种物质之间的相互转化关系。在学习元素及其化合物知识的每一专题以后，要引导学生将知识按照一定的关系进行归类、整理，使零散、孤立的知识变为彼此间相互联系的整体，形成一个系统化、结构化的知识网络，这样有利于学生清楚地把握知识之间的内在联系，减轻记忆负担，提高学习效率。

例如，可以引导学生通过自然界物质之间的转化、生活生产中物质之间的转化、实验室物质间的转化、相同价态之间的转化、不同价态之间的转化形成知识链；也可以利用金属元素及其化合物、非金属元素及其化合物性质存在的相似性和递变性，运用比较、分析、归纳、迁移等方法进行学习活动的设计，实现对元素及其化合物共性和个性的认识。

中国稀土出口管制及其效果分析 第4篇

随着对自然资源保护性开发认识的日益深入, 我国自1998年开始逐步运用一些外贸政策措施加强对稀土的出口管制。

1 中国稀土出口管制的具体措施

1.1 发放稀土出口配额

我国从1998年开始对稀土出口施行配额管理, 通常情况下, 我国稀土出口配额每年分两次下达。2007年之前我国的稀土出口配额高于国际市场需求, 2008年以后低于国际市场需求, 2006年以来, 发放的出口配额逐年降低。

商务部2012年12月28日公布了2013年稀土出口企业名单并下达第一批出口配额15501吨, 其中轻稀土为13563吨, 中重稀土为1938吨。

17种稀土元素的资源状况、开采和冶炼的方式、对环境的污染程度以及应用的领域等差异很大, 有的需要重点保护, 而有的并不很需要。世界上只有我国拥有较丰富的中重稀土资源, 为了更好地保护中重稀土资源, 商务部从2012年起按轻稀土和中重稀土分类对稀土出口配额实行管理。2012年第一批轻稀土出口配额为9095吨, 中重稀土出口配额为1451吨。如此分类出口管理, 有利于保护我国特有的中重稀土矿产资源。

1.2 禁止一些稀土初级制品出口

自2010年11月1日起, 我国进一步控制稀土初级制品的出口, 加工贸易禁止类目录中增加了44种稀土初级制品。其中, 禁止出口多晶硅、废碎玻璃等22种商品, 禁止进出口热压铁块、铸铁废碎料、废汽车压件等22种商品。这一措施针对稀土初级产品出口后再加工提炼出稀土、达到变相出口稀土的活动有较强的制约作用。

1.3 调整出口退税政策

19 85年至2 0 0 3年, 我国鼓励稀土产品出口, 实行出口退税政策。

2003年至2006年, 我国限制稀土原材料出口, 逐渐降低出口退税率, 最终取消出口退税政策。如, 稀土金属矿的出口退税率原来为13%, 2004年1月调整为0, 稀土金属出口退税率由17%减到13%, 稀土氧化物的出口退税由15%减到13%。2005年5月我国取消了对稀土金属、稀土氧化物、稀土盐类等产品的出口退税政策。

1.4 征收稀土出口关税

我国2006年11月开始对稀土矿产品和化合物征收10%的出口关税, 2007年6月从10%提高到15%。2008年1月, 将稀土产品出口税率上调, 最高税率调整为25%。2011年又提高了个别稀土产品的出口关税, 例如, 金属钕的出口税率由15%提高到了25%;对金属镧、金属铈和氯化镧开始征收25%的出口税, 对含稀土元素10%以上的铁合金开始征收25%的出口关税。

2 中国稀土出口管制的效果

2.1 稀土价格变化

中国作为居于垄断地位的稀土出口国, 实施稀土出口管制使得国际市场稀土的平均价格整体呈现上涨之势。

(美元/吨)

总体来说, 我国初步争取到了国际稀土价格的控制权, 出口实现了量减价增态势, 创汇金额上升。但是, 2011年出现了价格的较大波动。上半年, 由于供不应求和出口配额下降的影响, 稀土产品的价格出现快速上涨, 最高的上涨了10倍。一些没有出口配额的企业向有配额的企业购买稀土配额以获得出口的利益, 导致出现大量的稀土出口配额买卖, 出口配额的价格甚至涨到一吨40万~50万元。受稀土需求减少的影响, 稀土价格在下半年下跌, 3个月累计跌幅达到30%~50%, 在11月份, 引发了一股稀土企业的停产风潮。稀土出口配额也从“一吨难求”到无人问津, 2011全年配额为30184吨, 实际出口仅18600吨, 占配额总量的61.6%。2012年下半年, 稀土产品价格持续走低, 2012年的出口配额也没有用完。

2.2 国外相关方的反应

由于我国稀土出口管制从严, 以及2012年实行对轻稀土和中重稀土出口的分类管理, 国际市场稀土原料价格总体上涨, 国外相关方迅速做出了各种反应。

(1) 国外稀土应用企业进入中国寻求合作成为趋势, 通过在中国开厂, 这些制造商可在中国配额体系之外便宜买入稀土, 生产自己的产品销在中国或者出口。如日立金属考虑将钕磁铁生产转至中国与美国。

(2) 日美欧等国外需求方不断给我国施加压力, 指责中国限制稀土出口, 借机推高稀土价格, 影响了他们相关产业的发展, 要求我国资源性初级产品扩大出口, 放松限制。

(3) 美日欧等国多次向WTO就中国稀土出口管制提起诉讼。例如, 美国、欧盟和墨西哥在2009年初起诉中国对稀土矿产品实施出口限制, 使得中国国内的制造商和国外以稀土为原材料的制造商处于不平等的竞争地位。2012年3月, 美国、欧盟和日本又向WTO针对中国限制稀土出口问题提出诉讼。

(4) 加大力度多手段多渠道获得所需稀土资源。例如, 从中国进口做精密仪器剩下的碎玻璃等稀土初级制品, 然后运回本国重新提炼稀土元素。例如, 回收废节能家电、组装车的发动机磁铁等, 再利用稀土元素。

(5) 重新开采原有封存稀土矿。例如, 美国的芒廷帕斯稀土矿原是世界上重要的稀土生产地, 由于中国稀土的低价竞争, 在2003年关闭。在我国实施比较严格的稀土出口管制后, 决定重新开采。2012年第四季度第一期项目开始投产, 2013年底完成二期项目, 届时, 该公司每年可向市场供应4万吨的稀土氧化物。

(6) 新稀土矿的勘探和开发被激发。全球还有很多国家拥有稀土资源, 在稀土利益的吸引下, 很多稀土生产项目正在进行。据统计, 现在中国之外在建和规划建设的稀土项目共有429个, 涉及37个国家和地区的261家公司, 其中, 美国、澳大利亚、巴西等13个国家的38个项目进展较快。据估计, 2011~2016年, 中国以外的稀土氧化物产量将由每年6000吨提高至6万吨, 国际轻稀土价格可能会继续下跌, 但重稀土的供应仍是问题。

(7) 市场格局可能会有变化。目前, 我国依然是世界上最主要的稀土生产国和出口国, 主要的稀土进口国家是美国、日本、韩国、荷兰、德国等, 其中日本每年超过90%的稀土从我国进口。全球短期内对于中国稀土具有依赖性, 中国稀土具有较强的垄断势力。但随着国外开始加大稀土矿的勘探和开发, 产能有一部分在2013年集中释放, 稀土贸易格局可能会有较大变化, 不过, 重稀土由于资源分布以及稀少的原因, 我国的地位在一段时间内是难以撼动的。

(8) 加快替代材料的研发。稀土价格的上涨导致使用稀土原材料的企业成本上涨, 因而下游企业正在积极寻找新材料或进行技术革新以替代稀土。比如, 由于钕铁硼价格上涨, 使得风机生产企业使用稀土成本上涨, 因而企业可能会转而采用电励磁直驱路线。

2.3 国内产生的效果

我国稀土出口管制的实施, 一方面产生了政策措施所预期的效果, 一方面也导致一些不良现象的发生。

(1) 正面的效果。随着稀土出口管制的实施, 我国稀土出口数量减少, 稀土价格提高, 稀土价格的话语权初步获得, 经济效益提高, 稀土资源得以有序管理, 稀土资源环境破坏问题有一定程度的改善。保护了我国战略性资源的可持续发展, 抑制了国内稀土企业无序的价格竞争, 调整了稀土产品结构, 使生产要素向技术先进、资源综合利用率高的企业流动。

(2) 对国内稀土产业链造成一定的冲击。国内的稀土需求量约占中国稀土总产量的70%, 稀土价格的上涨, 也冲击了国内下游应用环节。例如, 2011年上半年, 生产节能灯所使用的稀土原材料价格上涨了将近10倍, 导致国内节能灯生产基地出现减产、限产甚至部分停产。例如, 稀土价格上涨也导致我国以稀土永磁为代表的四大应用行业日渐萎缩, 一些下游应用企业不得不开始寻求稀土材料的替代品。

(3) 稀土走私问题很突出。由于利益的驱动, 目前稀土走私已经形成了一条完整的“产业链”。除此之外, 变相走私也越发严重, 国外企业通过购买一些低端的钕、铁、硼、合金产品, 进行简单加工后便运到国外进行深加工或储备, 绕开出口配额的限制。据海关人员估计, 我国每年稀土走私数量超过2万吨。这意味着稀土出口配额遇到强力的挑战。

(4) 出口配额制定及其分配方法有待完善。商务部发放配额的主要依据是企业前一年或前几年的出口业绩, 出口金额多的就会得到较多的配额。国际市场上, 出口稀土品种不同价格不同。稀缺稀土元素与一般稀土元素间的价格差别极大, 有些相差足足100倍。按照现行办法, 很容易导致企业逐渐偏向出口昂贵的、国家稀有的稀土元素, 从而造成国家要保护和限制的稀有稀土元素大量出口, 不必严格管制的一般稀土元素出口减少的现象。

目前实行的出口配额分配办法也有不科学的地方, 有些企业需要配额但是得不到, 有些企业不很需要配额但是有配额, 使得在企业间频繁出现稀土出口配额买卖, 同时也反映了出口配额监管机制的重大疏漏。

3 对策建议

(1) 将17种稀土元素不只按照轻重稀土元素分类, 而按照稀缺程度细化分成几个类, 根据不同的稀缺程度进行不同的出口配额制定, 更好地保证配额计算方式和实际保护意义相统一。同时, 应积极关注企业生产和出口的实际情况, 根据企业的实际情况调整出口配额, 将配额发放到真正需要的企业。

(2) 针对既定的出口配额一定要加强监管。出口配额的发放首先应考虑大型生产企业, 对于贸易型企业的发放应认真考察。配额发放后, 要加强监管, 对于企业间的配额的调剂要进行审核, 对于私自的配额买卖要进行严厉的惩罚。

(3) 做好贸易政策与产业政策的衔接。我国已经出台了一系列相关的稀土产业政策, 比如限制产量、行业准入、环保标准、行业整合等等, 要将贸易政策的实施与产业政策的实施衔接起来, 对于出口企业以及出口产品进行相关的审核。

(4) 加快稀土行业转型升级, 积极推进技术创新, 开发高端应用材料, 协调同步管理我国稀土的开采、冶炼、加工、应用与进出口贸易。

(5) 由于利益的驱动, 存在国内外相关各方的利益博弈是正常的, 为了全局的利益, 应该将对于稀土出口的管制继续坚持并不断完善。

(6) 政府应该确保政策实施的彻底性和真实性, 严厉打击投机倒把、走私与变相走私等配额以外的稀土出口活动, 使我国真实的出口量与配额量相吻合。

(7) 积极应对其他国家向WTO提起的对我国的诉讼, 深入分析WTO的有关规则, 做好充分的准备, 申明我国对于稀土的管制是符合WTO的有关规则的。

(8) 鼓励我国稀土相关企业走出去, 到境外参与稀土资源的勘探、开发和应用, 既可以减少在国内对于稀土资源的竞争, 也可以为我国稀土资源的大量应用提供保障。

参考文献

[1]金通.稀土出口管制和最优出口配额设计[J].浙江社会科学, 2011 (12) .

稀土元素及其分析化学 第5篇

文章采用火试金分离富集法和等离子发射光谱(ICP-MS)测定了东太平洋CC区多金属结核中PGE和Au元素的含量,结果显示:结核中PGE相对于洋壳明显富集,尤其是Pt含量较高,wPt平均值为100.90×10-9.各种类型的`多金属结核PGE和Au的球粒陨石配分曲线及有关参数非常一致,均表现为Pt正异常和Pd负异常,显示其中PGE和Au具有相似的来源.多金属结核与海底海山富钴结壳PGE配分模式及特征元素比值对比表明,两者PGE可能具有相同的来源,可能主要来源于海底玄武岩的水岩反应,部分来源于铁陨石,而并非主要来自海底热液及正常海水.

作 者：何高文 孙晓明 杨胜雄 薛婷 宋成兵 石贵勇 张美 韩喜球 HE GaoWen SUN XiaoMing YANG ShengXiong XUE Ting SONG ChengBing SHI GuiYong ZHANG Mei HAN XiQiu  作者单位：何高文,HE GaoWen(中山大学地球科学系,广东,广州,510275;国土资源部广州海洋地质调查局,广东,广州,510075)

孙晓明,SUN XiaoMing(中山大学地球科学系,广东,广州,510275;中国科学院广州地球化学研究所南海海洋研究所边缘海地质重点实验室,广东,广州,510640)

杨胜雄,宋成兵,YANG ShengXiong,SONG ChengBing(国土资源部广州海洋地质调查局,广东,广州,510075)

薛婷,石贵勇,张美,XUE Ting,SHI GuiYong,ZHANG Mei(中山大学地球科学系,广东,广州,510275)

专题十 金属元素及其化合物 第6篇

例1 等物质的量的钠、镁、铝分别与1 L 1 mol·L-1的盐酸作用产生氢气，三种金属反应生成氢气的物质的量之间的关系不可能为（ ）

A. Na

C. Na>Mg=Al D. Na>Mg>Al

[n(金属)][n(H2)][Al][Mg][Na][O] 解析 化学反应中，反应物与生成物的量通常成线性关系，作图时可利用特殊点（如刚开始反应，恰好完全反应等）画出投入金属的量与产生氢气的量的关系图，各种情况便一目了然。显然，当n＜[12]时，NaMg=Al。

答案 D

点拨 金属与水或非氧化性酸反应，都是金属失去电子，H+得到电子变成H2，解题时可根据电子得失守恒确定金属与H2的量的关系，然后，画出金属的量与产生氢气的量的关系图，这可使解题思路变得清晰。

考点2 金属活动顺序的判断

例2 某同学查阅相关资料知道，在金属活动顺序表中Mn位于Al和Zn之间，为了验证这一结论，他做了以下实验，其中现象不合理的是（ ）

A．常温下将Mn棒置于水中无明显现象

B．将Mn棒置于CuSO4溶液中片刻，Mn表面有红色固体析出

C．将Mn棒和Al棒用导线连接，置于NaOH溶液中，Al棒表面有气泡冒出

D．将Mn棒置于稀盐酸中，立即产生大量气泡

解析 将Mn棒和Al棒用导线连接，置于NaOH溶液中，形成原电池。Al失去电子作负极，Mn作正极，气体在正极生成。

答案 C

点拨 在掌握判断金属活动顺序的规律的同时，要注意一些金属的特殊性质。

考点3 金属单质及其化合物间的转化

例3 Na2O2、HCl、Al三种物质在水中完全反应后，溶液中只含有Na+、H+、Cl-、OH-，且溶液呈中性，则Na2O2、HCl、Al的物质的量之比可能是（ ）

A. 3∶2∶1 B. 2∶4∶1 C. 2∶3∶1 D. 4∶2∶1

解析 溶液中无Al元素且溶液呈中性，说明Na2O2、HCl、Al恰好能完全反应生成NaCl，Al全部变成Al(OH)3沉淀出来，故n(Na+)=n(Cl-)，即2n(HCl)=n（Na2O2）。

答案 B

点拨 注意元素守恒、质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒在题目中的灵活运用。

考点4 金属阳离子的检验

例4 下列实验现象能够证明溶液中一定有Fe3+的是（ ）

①加入少量淀粉碘化钾溶液，溶液变蓝色 ②加入NaOH溶液，产生红褐色沉淀 ③先加几滴氯水，再加几滴KSCN溶液，溶液呈血红色 ④加入几滴苯酚溶液，溶液变紫色 ⑤加入NaHCO3溶液，有气泡产生并生成红褐色沉淀

A. ②③④⑤ B. ①②④

C. ②④⑤ D. ①②③④⑤

解析 ①中溶液变蓝色，说明原溶液中有强氧化性物质，不一定是Fe3+；③中溶液变红色还可能是原溶液中有Fe2+。

答案 C

点拨 离子的鉴别和检验时，要熟悉该离子的特征反应或发生化学反应时的特殊现象，依据特殊现象确定该离子的存在情况。

[【练习】]

1. Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法，正确的是（ ）

A. 制备这三种金属均可采用热还原法冶炼

B. 三者对应的氧化物均为碱性氧化物

C. 制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法

D. 电解AlCl3、FeCl3、CuCl2溶液时阴极上分别析出Al、Fe、Cu

2. 下列事实不能用金属活动性解释的是（ ）

A．镀锌铁制品破损后，镀层仍能保护铁制品

B．可以用铁制容器储存浓硝酸

C．工业上常用电解法冶炼钠，用热还原法冶炼铁

D．电解法精炼铜时，粗铜含有的Ag、Au杂质沉积在电解槽的底部

3. 镁和铝分别与等浓度、等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积（V）与时间（t）关系如下 [Mg][V][t][Al][1 2 3 4][O] 图，反应中镁和铝的（ ）

A．物质的量之比为3∶2

B．质量之比为3∶2

C．摩尔质量之比为2∶3

D．反应速率之比为2∶3

4. 出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2（OH）3Cl覆盖在其表面。下列说法，正确的是（ ）

A．锡青铜的熔点比纯铜高

B．自然环境中，锡青铜中的铜对锡起保护作用

C．锡青铜在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快

D．生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程

5. 镁铝合金溶于适量盐酸后，再加入过量氢氧化钠溶液，能在该溶液中大量存在的一组离子是（ ）

A．K+、Fe3+、SO42-、Cl- B．Ba2+、NO3-、HCO3-、I-

C．Na+、K+、AlO2-、SO42- D．Na+、Al3+、NO3-、Cl-

6. 为了确定某物质是否变质，所选试剂不可行的是（ ）

A．K2SO3是否被氧化（BaCl2）

B．FeSO4是否被氧化（KSCN）

C．KI是否被氧化（淀粉溶液）

D．氢氧化钠是否变质（BaCl2）

7. 将一定量铁粉和铜粉的混合物加入由稀H2SO4和稀HNO3组成的混合溶液中，充分反应后金属粉末有剩余，下列有关推断正确的是（ ）

A．反应过程中不可能产生H2

B．剩余的金属粉末中一定有Fe

C．向反应后的溶液中加入KSCN溶液会变血红色

D．向反应后的溶液中加入足量的稀H2SO4，则金属粉末的质量不会减少

8.工业上制取冰晶石（Na3AlF6）的化学方程式如下：2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2↑+ 9H2O。根据题意完成下列填空：

（1）冰晶石（Na3AlF6）在冶炼铝的工业中有重要用途，请写出该反应方程式 ；

（2）反应物中有两种元素在元素周期表中位置相邻，下列能判断它们的金属性或非金属性强弱的是 （选填编号）；

a．气态氢化物的稳定性

b．最高价氧化物对应水化物的酸性

c．单质与氢气反应的难易

d．单质与同浓度酸发生反应的快慢

（3）反应物中某些元素处于同一周期。它们的最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的离子方程式为 ；

（4）Na2CO3俗称纯碱，属于 晶体。工业上制取小苏打的原料是氯化钠、二氧化碳和氨，该反应方程式为 。

10. 某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液100 mL，向其中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示。回答下列问题：

[m(铁粉)/g][n(气体)/mol][O][5.6 11.2 16.8 22.4] [A][B][C]

（1）在OA段、BC段产生的气体分别是： 和 ；

（2）整个过程中发生反应的离子方程式： ， ， 。

（3）原溶液中NO3-的物质的量为 ，H2SO4的浓度为 。

11. 某实验小组利用氮气和镁粉为原料制取少量氮化镁（Mg3N2），并探究其实验式。

（1）按图连接好实验装置。检查装置的气密性，方法是 。

[ 镁][干燥剂][水][A][活塞K][氮气]

（2）反应过程中末端导管必须始终插入试管A的水中。目的是 。

（3）制备氮化镁的操作步骤是：①打开活塞K， ；②点燃酒精灯，进行反应；③反应结束后， ；④拆除装置，取出产物。

（4）数据记录如下：空玻璃管质量14.80 g，玻璃管与Mg的质量15.04 g，玻璃管与产物的质量15.14 g 。

①计算得到实验式MgxN2，其中x= ；

②请比较x与3的大小，可能原因： ；

（5）已知Mg3N2遇水会水解，请设计一个实验，验证产物是氮化镁： 。

稀土元素及其分析化学 第7篇

元素及其化合物知识不仅是学生形成各种技能以及发展智力的前提和条件, 也是与现代人们生活和社会发展联系最紧密的知识, 通过该部分的学习, 学生真正认识了化学在促进社会发展、改善人类生活条件等方面所起到的重要作用。所以, 掌握好元素及其化合物的知识, 对于学好中学化学有着重要的意义。

一、高中元素及其化合物的教学现状

1. 教师教学方面的现状。

在新课程理念的感召下, 很多教师已投入到了教学改革的浪潮中, 然而面对高考的压力, 大多数教师仍然在按应试教育的方式教学, 在课堂教学中, 仍然是重教轻学、重结果轻过程, 把丰富复杂的教学活动简化为教师单一的讲授。由于教师认为这部分知识比较简单, 学生容易理解, 所以, 在教学策略上考虑得较少, 上课随意。在元素及其化合物教学中, 教师上课只是罗列化学反应实事, 要求学生死记硬背化学方程式, 为了追求课堂容量, 没有引导学生主动参与探究知识获得的过程, 体验探究知识的乐趣, 从而也不能使学生掌握元素及其化合物知识学习的科学方法和策略。

2. 学生学习方面的现状。

从现行中学化学教材来看, 学生普遍感到元素及其化合物知识“繁、乱、杂、难”, 不易记住, 即使当时努力记住了, 不久又会忘掉, 而且学的内容多了很容易混淆, 反应条件张冠李戴, 笔者通过问卷调查以及和学生谈话, 发现学生学习元素及其化合物方法单一, 没有掌握一定的规律, 学习元素及其化合物知识时和其它知识联系较少, 很孤立地学习。

二、元素及其化合物知识的特点

1. 与生产生活密切相关。

新课程提倡新的学习方式要求变过去的知识传授为学生自主探究, 变知识本位为能力本位。所以, 新教材的编写也相应作出改变, 不再像过去那样重知识体系而脱离学生生活实践。化学1 (必修) 所选元素及其化合物在自然界存在及其广泛。要么属于我们在日常生活中接触的最多、用途最多的元素, 要么就是关于人类社会生产的一些元素。教材选取了四种大家比较熟悉的金属:钠、铝、铁、铜;非金属选择了自然界存在比较广泛的四种元素:氯、氮、硫、硅元素。这些知识都与我们的生产生活息息相关。

2. 对实验的依赖性强。

元素及化合物知识对实验的依赖性强, 高中化学大部分实验都集中在元素及其化合物教学部分。很多物质的性质、物质之间的化学反应都需要通过实验来呈现。因为只有通过化学实验学生才能够有感性的认识, 只有这样学生才能接受得出的结论, 而不是老师强加给学生。

3. 内在联系紧密, 规律性较强。

元素及化合物知识的内在联系紧密, 规律性较强, 旧教材中知识系统都是从单质到化合物, 每一种具体的物质又按存在、性质、用途、制备的顺序进行展开。而对于具体的某种物质而言, 物质的存在、制备、用途都取决于物质的性质。因此, 学习中应紧紧抓住物质的性质去带动其余的知识。元素及化合物知识内容多, 既有共性又有个性。因此, 在学习中一定要全面分析问题, 既记通性又记特性。

4. 与基本概念、基本理论相互渗透。

元素及化合物与基本概念、基本理论相互渗透关系密切, 必须把这两者结合好。如元素及其化合物知识中物质之间的相互转换和氧化还原反应, 酸碱盐、酸性氧化物、碱性氧化物密切联系, 元素及其化合物部分的计算题目和物质的量、离子反应密切相关, 所以必须把物质的性质与基本概念、基本理论联系起来。

三、教学策略

1. 贯穿STS教育思想, 激发学生兴趣、增进情感教育。

科学技术与社会的关系, 是当今世界科学教育的一大趋势, 也是当前课改的一个重点。化学新教材的编写也力图体现化学与生产生活和科技的关系。教学中教师若能引导学生从化学的角度分析和关注当前社会的热点问题、身边常见物质的组成和功能, 不光可以激发学生的学习兴趣, 而且可以使学生在学习的过程中关注民生、感受学习化学的意义、拓展学科视野, 优化思维品质, 培养学习热情, 提升生活品质, 最终也促进知识的有效迁移。如在进行氯气的教学时, 就可以联系起二次世界中的化学武器、氯气泄漏事件、以及家居生活中能用来吸收氯气的物质 (绿茶、苏打片、尿液等) , 在进行SO 2的教学时, 就可以联系起“酸雨”、“劣质雪耳”、“劣质湘莲”、“劣质霸王花”等物质, 在进行SiO 2的教学时就可以联系起光纤、石英、蓝宝石、红宝石等物质, 总之, 结合身边的现象、物质或事实, 让学生感到熟悉, 感到亲切, 最终达成“从社会走向化学, 从化学走向社会”的目标。

2. 通过实验加深学生对元素及其化合物知识的理解。

化学是一门以实验为基础的学科。高中化学新课程标准明确指出:“化学实验是学习化学知识、解决生产和生活中的实际问题的重要途径和方法”现象丰富的实验、富有创意的实验总能引起学生的认知冲突, 激发学生的好奇心和求知欲, 提高学生获得实验知识的可能。虽然教材已安排了相对较多的实验活动, 但有些实验的操作性、新奇程度均有限, 还可以调整和充实实验的内容, 突出实验的情境化以及提升新颖和巧妙程度。如在探究次氯酸的漂白性时, 可以结合氯气的溶解性实验来进行。氯气溶于水时已有部分氯气与水发生了反应, 但同时也有部分氯气溶于水了, 但加入CCl4后, 这些氯气被萃取到了CCl4中, 并以氯分子形式存在。这时先将混合液分液, 并将下层的CCl4与氯分子的混合液注入干燥大试管中, 再往试管内小心插入一张干燥的红纸, 再将原分液漏斗上层的混合液小心滴入试管中, 注意动作轻缓, 并用彩色笔标示二层液体的接触面。这样就巧妙地创设次氯酸与氯分子同时作用有色物质的情景:氯分子在下层的CCl 4层中, 次氯酸在上层的水相中, 减少了中间环节, 也不需额外制备氯气, 还和前面的实验有机结合起来, 给学生新奇、巧妙的印象。

3. 归类、对比记忆元素及其化合物知识。

通过初三化学学科的学习和第二章物质的分类的学习, 学生已经了解了金属活动性、酸碱盐反应规律、物质分类等知识, 也接触了一些生活中常见的物质, 如氧气、碳元素的单质与常见含碳化合物如CO、CO2、CH4、CaCO3等、铁和铜等金属单质的性质以及酸碱盐的反应规律等。学生头脑中已经贮存了一定的化学概念、元素及其化合物事实性知识和化学学习的策略性知识等, 具备了化学学科持续学习的能力和基础。因此, 化学1元素及其化合物的学习基本上就是一种“下位”学习。这样, 寻找新旧知识的同化点, 搭设新旧知识之间的“桥梁”, 是实施化学1 (必修) 元素及其化合物知识有效教学的关键。例如, 学习SO2、SiO 2的化学性质时, 可以引导学生回忆初中化学中对氧化物的分类, 如氧化物分为金属氧化物、非金属氧化物, 进一步介绍酸性氧化物、碱性氧化物的定义, 复习CO2与水反应、CO 2与NaOH的反应、介绍与CO 2氧化钙的反应, 然后让学生根据物质的分类, 尝试写出SO 2、SiO 2与碱、碱性氧化物反应的化学方程式。又如化学1 (必修) 中钠、铁、铝等几种重要的金属有着相近的化学性质, 其中钠和铁与氧气、与酸、与水的反应而不与碱发生反应。而Al就是一个例外, 除了和上述物质反应外, Al与NaOH反应生成偏铝酸钠和氢气。在教学中不但要强调这个特性, 还要引导学生分析物质的量相同的Al与NaOH反应和与HCl反应都生成了相同多的氢气, 从而帮助学生记忆这个反应的化学方程式。

4. 用元素及其化合物知识的内部逻辑关系指导学生记忆。

用逻辑关系组织元素及其化合物知识。世界上任何客观事物都不是孤立存在的, 元素及其化合物知识之间也存在着必然的联系。因此, 在学习元素及其化合物知识以后, 也可以将元素及其化合物知识按照一定的逻辑关系进行整理, 使零散、孤立的知识变为彼此间相互联系的整体, 形成一个系统化、结构化的知识网络。这种经过结构化组织的材料能给学生一种形象直观、简明扼要的感觉, 有利于他们一目了然地把握知识之间的复杂关系或内在联系, 从而减轻记忆负担, 提高学习效率。学习元素及其化合物知识有以下的逻辑结构:“结构-性质-制法-用途”。例如, 在进行氯的教学时可以不拘泥于教科书的编排顺序, 按该逻辑关系进行组织教学。可以先让学生画出氯原子的电子排布, 学生在教师的引导下很容易得出氯气具有强氧化性。那么, 理所当然它要和金属、具有还原性的非金属发生反应。然后再通过实验探究得出氯气和水的反应、进而引导学生让学生自己猜想氯气与碱溶液的反应并写出化学方程式。最后, 在学生对氯气的性质有所了解的基础上再讲解氯气的制备的方法, 这时由于学生有前面的知识基础, 可以让学生自己选择除杂装置、干燥剂和收集方法。这样的教学设计就把氯气各知识间联系紧密起来了, 关系清楚、层次分明。学生不但理解容易了, 也清楚地知道各个知识间的关系, 在储存知识时不再是杂乱的堆砌, 有利于他们以后知识的顺利提取。

5. 以氧化还原反应串联元素及其化合物知识。

在化学1 (必修) 第二章学习了氧化还原反应, 学生对氧化还原反应、氧化剂和还原剂等概念有了一定的了解。教师在板书出化学反应方程式后, 应让学生分析化学方程式中反应前后元素的化合价有没有发生变化, 如果有, 那么是哪种物质做氧化剂、哪种物质做还原剂。例如, 在金属的化学性质的学习时, 笔者刻意让学生去分析金属与氧气反应、与酸反应、与水反应按化合价来分类这些反应属于什么反应类型, 金属是氧化剂还是还原剂。通过学生的自主解答和讨论归纳得出:金属失去电子, 化合价升高了, 作还原剂。然后再进一步讲解金属的共同特点是最外层电子少于4、容易失去、显现出还原性, 能和具有氧化性的物质发生反应。金属被氧气氧化成氧化物、金属被氯气氧化成氯化物、金属被硫氧化成硫化物, 与酸 (非氧化性酸) 反应都是自身化合价升高被氧化成盐, 而酸中的氢元素被还原成氢气, 与水反应同样是金属作还原剂, 水中的氢还原成氢气, 金属自身大多变成了氢氧化物 (Na、Mg、Al) , 少数变成了氧化物 (Fe被氧化成了Fe 3O 4) 。通过这样的串联, 我们就直接记忆三个规律, 从而简化了学生的记忆。又如, 在进行二氧化硫化学性质的学习、二价铁和三价铁的学习时, 也可以让学生自己根据化合价去预测这些物质都有哪些化学性质, 再让学生去设计实验验证, 得出结论。通过这样的方式, 学生不再是被动的记忆, 通过自己的推测使学习的材料变得有意义, 更有利于知识网络的形成和记忆。

化学1 (必修) 通过两章介绍了几乎所有的无机元素及其化合物的代表物, 其内容对于新进高中的学生来说的确较多。因此, 必须在教学中改变传统的知识灌输模式, 利用上述教学策略帮助学生理解和记忆, 并在此过程中提高学生的能力。

摘要：元素及其化合物是中学化学中的重要部分。通过对目前教师教学过程中和学生学习过程中出现的问题进行简要分析, 对其知识的特点进行了归纳总结。最后结合教学经验, 对元素及其化合物教学策略进行分析总结, 旨在能为教师在进行这部分内容教学时提供参考。

关键词：元素,化合物,教学现状,教学策略

参考文献

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稀土元素及其分析化学 第8篇

关键词：沉积物,重金属,空间分布,白龟山湿地

1 引言

湿地是地球, 特别是地球陆地生态系统的重要组成部分, 它与海洋和森林称为全球三大生态系统, 对整个陆地生态系统具有不可替代的综合调节功能, 湿地研究已成为当前环境研究方面的热点之一。湿地不仅可以有效的缓解洪水压力, 更重要的是具有净化空气、净化环境的功能, 湿地对人类生存环境的优化具有重要意义。同时湿地又是一个复杂的生态系统, 大量的底栖生物、鱼类、水生和部分陆生植物在此繁殖, 构成一个复杂的食物链。重金属污染是当今环境污染的重要形式之一[1,2], 近几年我国重金属污染事故出现较多, 大多数与河流湿地有关。湿地相对水域较宽阔、水流速度较慢, 一般是河流的汇聚场所, 是河水中颗粒物的沉积场所, 也是河水中所携带的一些离子的地球化学障, 大多数颗粒沉积物和化学元素都会在此得以富集。而重金属元素富集到一定程度就会造成严重的环境污染, 它可以通过复杂的湿地食物链, 以及有机质的络合物、氧化还原反应等过程进入上覆水[3]等影响人们的健康, 威胁湿地生态系统。而且重金属一旦进入湿地, 它潜在的威胁将是长期的, 因此湿地重金属污染问题以及成为全球性的环境问题[4~7]。

重金属元素空间分布是研究重金属污染及其来源的重要基础, 也是重金属污染评价的依据, 历来是重金属污染研究的前沿和热点。常用的研究方法主要集中在地统计[8,9]、基于GIS的空间插值[10,11]和非线性理论[12,13]等, 从重金属元素的空间分布特征探讨重金属污染的来源, 以及进行重金属污染评价。白龟山湿地水环境研究前人做了一定的工作, 和书坤等[14]研究认为白龟山湿地水体富营养化程度已经达到中等偏上水平;于长立等[15]利用有机污染指标、氮磷和pH等数据, 分析了白龟山湿地水环境现状及水环境污染的原因。成刚等[16]根据白龟山湿地及其入库河流水体和沉积物中重金属元素的含量及分布特征, 利用地积累指数法和HANKANSON生态危害指数法对沉积物重金属的累积效应和潜在生态风险进行评价。本文利用白龟山湿地周围入库河流和湿地中沉积物样品的主要重金属含量, 分析该地区重金属空间分布特征, 并结合实际情况探讨该区重金属元素的来源及其分异富集规律, 为白龟山湿地的环境保护提供依据。

2 白龟山湿地概况

白龟山湿地的中心是白龟山水库, 白龟山水库位于淮河流域沙颍河水系沙河本干上, 大坝位于平顶山市新城区南部。因其拦河坝和顺河坝相接处有一白龟山而得名。水库始建于1958年, 1966年8月竣工。东西长15.5km, 南北宽4.2km, 占地近70km2, 库容量6.49亿m3。上游有昭平台水库, 下游有泥沙洼滞洪区, 左临颍河上有白沙水库, 是一座淮河流域上游重要的防洪水库, 也是综合治理沙颍河的水利枢纽工程。

水库控制流域面积2740km2, 其中昭平台、白龟山水库间流域面积1310km2, 水库年平均降雨量900mm, 年平均径流量4.23亿m3。水库工程按百年一遇洪水设计, 千年一遇洪水校核, 1998年10月进行了除险加固工程, 达到两千年一遇洪水校核, 总库容达到9.22亿m3, 目前已成为一座以防洪为主, 兼顾农业灌溉、工业和城市供水综合利用的大型调节半平原水库, 是平顶山市新老城区生活用水的来源地。同时, 近几年平顶山市在白龟山水库周边进行了大规模的开发建设, 现已建成为一个环境优美、空气清新的环湖湿地公园, 是平顶山市市民休闲健身的主要场所。

3 白龟山湿地重金属元素空间分布特征

成刚等[16]以白龟山水库为中心, 在白龟山水库库底及其上游河段进行了较为系统的沉积物取样分析, 样品点的分布如图1, 沉积物样品的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn、Ni等重金属元素的含量见表1。

表2是各重金属元素在沉积物中含量的相关系数矩阵, 从表中可以看出, 元素Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等五种重金属元素相互之间的相关系数较大, 特别是Cd和Pb、Cd和Cr以及Zn和Cu之间的相关系数均大于0.95, 而Mn和Ni元素和其它重金属元素含量之间几乎没有相关性。这可能反映出, 在白龟山湿地, 重金属元素Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等来源于同一个污染源, 而且它们的迁移聚集具有相同或相似的机制和过程;而Mn和Ni元素的来源具有各自的独立性, 和其它元素没有明显的关联。这进一步说明了, 在白龟山湿地, 重金属污染来源不是单一的, 而是具有多来源的特点。

图2是白龟山湿地沉积物中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn、Ni等重金属元素含量的空间分布图。从图中可以看出以下分布。

(1) Cd、Pb、Cr三种重金属含量分布图相似程度较高, 具有相似的空间分布特征, 它们含量在空间上的变化趋势也基本相同。含量的高值区在取样点C, 越往下游含量呈递减趋势, 在取样点E出现最低值;在水库的下游, 取样点H附近含量再一次升高。

mg/kg

(2) 重金属元素Cu和Zn的分布图相似程度相对来说最高, 这与Cu和Zn之间的相关系数最高相一致。其含量在空间上的分布总体与Cd、Pb、Cr相似, 都呈现在取样点C处含量高, 往下游有递减的趋势, 在取样点H附近含量升高。不同的是, 这两种重金属元素含量是在取样点F处出现最低值, 样品点E出的含量值也比较高。

(3) Mn元素的分布特征比较特殊, 在取样点A和G两个点上有高值区, 其中A点含量最高, 取样点C处含量却不是很高, 含量最低点为F点, 在H点也没出现含量升高的趋势, G点可以认为是Mn元素的一个聚集中心。

(4) 元素Ni的高值区在E点, 其次是A点和G点, 取样点C处的含量相对较低, 在取样点H处有升高的趋势。E点和G点以及G点和H点之间含量差别相对较低, 而E点和H点含量差别相对小得多。

4 讨论

土壤或岩石中化学元素的含量、空间分布和分配, 是地质历史长期演化的结果, 在地球表层的风化岩石和土壤中, 其含量和空间分布受第四纪地质作用的影响较深, 同时与人类活动关系密切。因此, 现今土壤中的重金属元素含量的空间分布特征, 不仅保留了原始的在地质作用过程中形成的重金属元素含量分布特点, 也记录着人类活动在重金属元素分异聚集过程中的作用。研究重金属元素空间分布规律, 是研究重金属元素演化分异机制的基础, 也可以揭示重金属元素空间分布与重金属元素的污染源、地形、气候等因素的关系, 以及重金属元素的迁移叠加机制。

据成刚等[16]研究, 白龟山湿地表层水体中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn、Ni等重金属元素含量均低于《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) 一七类水质标准, 而且各种重金属元素在各取样点地表水体中的含量基本相同。这可能说明了, 在白龟山湿地, Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Mn、Ni等重金属元素在水体中的迁移形式主要以机械搬运沉积作用为主, 化学搬运作用很少或没有。

再从白龟山湿地沉积物中各重金属元素的相关关系来看, Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等五种重金属元素相互之间的相关性较强, 这可能指示了这五种重金属元素具有相同的来源, 而Mn和Ni元素的独立性较强, 暗示着Mn和Ni元素的来源与Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等不一致。

根据沉积物中各重金属元素含量的空间分布特征可以认为, Cd、Pb、Cr三种重金属元素的污染源主要为取样点C处, 该处为鲁山县的一个污水处理厂出口, 这三种重金属迁移扩散途径主要以地表水的机械搬运为主, 而且搬运距离不远;H点的含量升高可能与H点接近姚孟火电厂有关。Cu和Zn之间的相关性较强, 空间分特征与Cd、Pb、Cr等略有差别, 它们在取样点F出现最低值, E点含量也不高, 可能说明了Cu和Zn的移动性比Cd、Pb、Cr等三种元素强, 它们的迁移影响了沙河以及白龟山水库, 在H点这两种重金属元素含量也有一定程度的升高。Mn的分布整体来看相对比较均衡, 不同的取样点有一些差别, 但是差别不是很大, 在A点, 也就是荡泽河在昭平台水库的出口处含量相对较高, 另外在G点, 即白龟山水库中间, Mn的含量呈现出一定的富集趋势, 在H点升高的趋势不是很明显, 这可能指示了, Mn元素主要来源于本地区原始岩石, 可能本区西部的Mn元素含量相对较高。Ni元素的分布规律基本和Mn相似, 在A点和G点含量相对较高, 各取样点差异性较Mn元素大, 所不同的是, Ni的含量最高值在E点, 即澎河在白龟山水库出口处, 而且E点含量比A点高出很多, 这可能也说明了Ni元素的来源有本地区的岩石, 在澎河上游也可能存在Ni元素富集的地质体或Ni元素人为污染源。

5 结论

综合上述对白龟山湿地重金属元素含量的相关性分析和空间分布特征的讨论, 可以得出以下的初步结论。

(1) 白龟山湿地重金属元素分布受天然的原始岩石含量和后期的人为因素污染两种因素的影响, 多数重金属元素含量受认为因素污染较为严重, 少数重金属元素人为影响作用不明显。

(2) Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等五种重金属元素含量相互之间的相关性较强, 说明它们的来源具有同一性;根据它们的空间分布特征, 可以认为, 这五种重金属元素来源贡献最大的是鲁山污水处理厂, 即取样点C处, 同时, 姚孟电厂对本区这五种重金属元素的含量也有明显的影响。

(3) Mn元素的空间分布相对较为均衡, 与其它重金属含量之间也没有明显的相关性, 说明Mn元素含量主要与本区背景值有关, 人为污染不明显。

稀土元素及其分析化学 第9篇

1 系统原理与试验装置

1.1 系统的组成与温度采集

系统主要由P89V51RD2单片机+CPLD构建平台, 使用CPLD作为IO口的扩展接口, 并利用CPLD高速、可靠的特性完成硬件超温保护和电机快速定位。

系统整体框图如图1。

系统中有燃烧炉、试剂炉、还原炉、集气室、分析室5路温度采集, 其中前三个为高温炉恒温点分别为950℃、950℃、700℃, 实验温度均小于1 000℃, 用K分度热电偶 (测温范围为-270~1 370℃) 经AD620放大后送到单片机, 放大倍数为43.006 8, 温度为1 000℃时放大后的电压为1 775.14 m V;另外两个为恒温室, 恒温点为48℃, 采用AD590测温 (测温范围为0~150℃) , 其25℃时为1 192.8 m V, 按4 m V/度的方式增减。其反映温度的电压经4051模拟开关切换后由ICL7135进行AD转换, 通过CPLD采集转换后的数字信号, 并通过并行总线送单片机使用。冷端温度的采集用温度传感器芯片LM75AD。

1.2 工作原理

称取一定量的实验样品, 在高纯度氧气流中及高温下燃烧, 燃烧产物中的硫氧化物和氯用炉内填充剂于高温下除去;水蒸气、二氧化碳和氮氧化物进入储气筒中混合均匀。定量抽取一份混匀后的气体送入红外测定室, 由一个组合红外传感器分别测出二氧化碳和水蒸气的含量, 用特定公式计算出C、H元素的含量[9,10]。

2 仪器的实验室测量

2.1 测试目的

(1) 验证标煤实验结果的精密度与准确度是否符合国标要求。

(2) 验证SDCH235碳氢元素分析的稳定性。

2.2 试验测试数据

2.3 数据分析

由数据可知SDCH235碳氢元素分析, 从早上的8∶00开始升温, 升温与恒温1.5h后, 开始实验直至晚上的7∶50, 共进行了30个试样的实验, 碳值极差为:0.87, 氢值极差为:0.20, 初始压力极差为:638, 目标控制压力极差为:122, 碳初始AD为:213, 氢初始AD为:468, 由此可知SDCH235碳氢元素分析系统在当天的早上9∶30至晚上7∶00, 该段时间内该系统相对稳定, 漂移量小。

3 仪器在重庆南桐矿务局的应用测试

3.1 实验条件

(1) 采用纯度为99.5%的医用氧气与纯度为99.5%的氮气。

(2) 称取样重约100 mg的01m、02j、07k、26a、EDTA及约50 mg的EDTA进行碳曲线的标定;称取样重约100 mg的01m、02j、26a、EDTA及约50 mg的EDTA进行氢曲线的标定。

(3) 试样燃烧时间约195 s, 其流量与时间参数为:20/120/15/18/304/2/4/3/2;打开SV1阀, 其实际流量为0.5 L;打开SV2阀, 其实际流量为1.0L;打开SV3阀, 其实际流量为3.8 L (SO2流量计) 。

(4) 碳标定公式为y=255.549 138x2-2.853698x+6.252 376;氢标定公式为:y=256.855 091x2+40.290 276x+0.196 367;标定压力为97 778。实验室未装空调, 环境温度10~15℃。

3.2 实验测试数据

试验测试数据如表4所示。

(1) 本次调试该设备总共测试了7种用户样、12种标煤和1种标准物质, 其碳氢实验结果的精密度均符合国标要求, 准确度也符合要求。

(2) 因该化验室的用户样含碳量在30%~85%, 而标煤的含碳量在60%~80.20%, 所以在标定曲线时采用了样重为50 mg的EDTA参入曲线的标定, 以保证标定曲线覆盖用户样测量范围。

4 结论

本设计装置严格按照GB/T 2142007《煤中全硫的测定方法》和ISO 19579:2006《固体矿物质燃料红外光谱法测定硫》进行测量, 分别在实验室条件下对仪器进行了精密度和准确度测量以及仪器的稳定性测量。经测量, 其精密度和准确度符合国家标准 (Cad%0.5%, Had%0.15%) , 稳定性好。在重庆楠硐矿务局煤炭研究中心对仪器进行了7种用户样、12种标煤和1种标准物质的现场试验, 其碳氢实验结果的精密度和准确度均符合国标要求。

摘要：介绍一种碳氢元素分析仪装置的设计, 在实验室条件下对仪器进行了精密度和准确度, 以及稳定性的测量。该设备精密度和准确度符合国家标准, 稳定性好。此外对仪器进行了现场工程应用, 在重庆楠硐矿务局煤炭研究中心对仪器进行了7种用户样、12种标煤和1种标准物质的现场试验。该化验室的用户样含碳量在30%85%, 而标煤的含碳量在60%80.20%, 在标定曲线时采用了样重为50 mg的EDTA参入曲线的标定, 以保证标定曲线覆盖用户样测量范围。其碳氢实验结果的精密度和准确度均符合国标要求。

关键词：碳氢元素分析仪,精密度,准确度,煤样

参考文献

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[6] 王志飞.浅谈控制煤质分析检测数据准确度的重要性.煤质技术, 2009; (6) :19—20

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[8] 王林红.煤质分析中的环境因素控制.煤质技术, 2005; (1) :59 —60

[9] 李英华.煤质分析应用技术指南.北京:北京标准出版社, 1999

稀土元素及其分析化学 第10篇

1 地质背景

香山岩体位于黄山-镜儿泉镁铁-超镁铁岩带的西部, 处于香山断裂 (F8) 与黄山断裂 (F9) 之间锐角处, 侵位于中石炭统梧桐窝子组中基性火山碎屑岩建造内 (图1) 。岩体总体走向58°, 长约10 km, 宽100~870 m, 地表出露面积约2.80 km2, 平面形态呈一个沿长轴具膨胀狭缩的藕节状岩体, 形成三个地表和深部形态各异的膨胀体, 前人分别称之为东段、中段和西段[1—7]。根据前人工作成果, 香山岩体是由三个侵入阶段形成的复式岩体。第一阶段侵位的辉长岩相由东至西构成香山岩体的主体;第二阶段侵位的辉橄岩相规模较小, 多呈透镜状侵入第一期辉长岩相内;第三侵入阶段形成细粒辉长岩和钛铁辉长岩, 多呈脉状分布于岩体西段[1—5, 7, 9—11]。

2 矿床地质概况

香山西岩体地表呈北东-南西向, 长4.25 km, 宽0.1~0.87 km, 面积约1.60 km2, 平面上呈中部膨大, 与围岩呈断层接触, 两端与围岩呈断层-侵入接触之不规则菱形。主要岩石类型有灰白色中细粒辉长岩、灰白色-灰绿色角闪辉长岩、蚀变辉长岩、角闪辉橄岩和钛铁辉长岩等 (图2) 铜镍矿体分布于香山西岩体狭缩部位69线以西, 目前已圈定4个隐伏矿体, 产于灰绿色角闪辉长岩中或其下盘与蚀变辉长岩接触带内。矿体空间形态呈北西倾斜的透镜状, 长一般100~200 m, 厚度2.38~5.52 m, 平均品位:Cu:0.34%~0.58%, Ni:0.37%~0.55%。

钛铁矿体分布于69线以东, 按Ti O2含量5%为边界品位, 共圈定7个钛铁矿 (化) 体。南部三个矿体规模相对较大, 地表呈脉状, 空间形态呈似层状, 长406~2 084 m, 厚度5~25 m, 延深超过300 m, 单个矿体平均品位Ti O2:5.03%~9.02%, TFe:8.95%~23.33%, 伴生V2O5:0.12%~0.34%。赋矿岩石为钛铁辉长岩, 围岩为灰绿色角闪辉长岩, 野外观察钛铁辉长岩与角闪辉长岩之间并无截然的界线, 也未显示出后期岩浆沿断裂侵位所形成的冷凝边或对围岩的烘烤等现象。推测钛铁辉长岩与角闪辉长岩之间应为渐变过渡关系。虽然钛铁辉长岩地表出露宽度不大, 但局部探槽内仍可见有韵律层, 单层厚约40~50 cm, 反映出就地结晶分异特征。铜镍矿体与钛铁矿体在69线附近相邻, 但并未见两者之间有明显接触或穿插关系[1,7]。因此, 香山西铜镍矿与钛铁矿在空间上是分离的, 似为独立成矿。

1为第四系;2为中石炭统梧桐窝子组地层;3为细粒闪长岩;4为钛铁辉长岩;5为灰白色中细粒辉长岩;6为灰白色角闪辉长岩;7为灰绿色角闪辉长岩;8为角闪辉橄岩;9为闪长玢岩;10为地质界线/逆断层;11为钛铁矿体及编号

香山西铜镍矿石一般为自形~半自形粒状结构、海绵陨铁结构, 稀疏浸染或细脉浸染状构造。主要金属矿物为黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿, 其次为紫硫镍矿、黄铁矿、方黄铜矿等。钛铁矿石一般为自形~半自形细粒结构, 稀疏浸染状分布, 钛铁矿颗粒形态变化较大, 长轴一般在0.1~0.8 mm之间, 多呈半自形-他形条状、近等轴粒状或不规则状分布于硅酸盐矿物间隙中, 边部普遍见榍石反应边[图3 (a) , 3 (b) ], 反映出钛铁矿结晶后与残余熔体发生过交代作用。

也有较自形的钛铁矿连生晶体, 晶体之间界面平直, 大致呈120°夹角[图3 (c) ]。磁铁矿呈不规则状或等轴粒状, 粒径在0.01~0.4 mm之间, 局部可见磁铁矿和钛铁矿平衡共生的现象, 两者之间或相互交切, 或相互连生包裹, 钛铁矿中可见磁铁矿出溶叶片[图3 (d) ]。

3 样品描述及分析测试结果

本次测试所有磁铁矿样品均采自香山西钛铁辉长岩及矿石, 共计8件, 样品均较新鲜, 没有明显的风化。将野外采集的样品粉碎至0.074 mm后挑选其中的磁铁矿单矿物, 称取磁铁矿粉末样品放入聚四氟乙烯瓶中, 加入HF-HNO3混合酸且用聚四氟乙烯封闭反应罐进行溶样, 溶解后的样品在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室TJA-PQ-Excell ICP-MS上进行稀土元素分析测试。用组合标准工作溶液对仪器进行标准化, 以含0.18 mol/L HNO3的高纯水得到的计数率与内标计数率的比值为低点, 以组合标准工作溶液中各元素的计数率与内标计数率的比值为高点, 得到各元素的两点标准化直线, 然后对样品溶样进行测定。微量元素含量大于10×10-6的样品分析误差小于5%, 含量小于10×10-6的样品分析误差小于10%。香山西岩体8个磁铁矿样品稀土元素分析结果见表1。

4 稀土元素地球化学特征

本次研究共取磁铁矿样品来自钛铁矿石及钛铁辉长岩, 其稀土元素分析结果见表1, 球粒陨石标准化稀土元素配分曲线见图4 (a) 。结合本次工作, 将测试所得数据与前人所测钛铁辉长岩稀土元素数据[1,7]进行对比可知, 不同的岩石和矿石磁铁矿的稀土元素组成具有不同的地球化学特征。将表1与前人数据进行分组并经标准化处理, 求得各样品的分布模式图4 (a) 、图4 (b) 。

4.1 磁铁矿

由表1及图4 (a) 可知, 香山西矿床磁铁矿单矿物样品∑REE= (0.90~27.38) ×106, 平均为6.29×10-6;∑LREE/∑HREE= (3.15~11.6) ×106, 平均为2.16×10-6;La/Yb=0.38~1.67, 平均为0.92;δEu=0.86~2.70, 平均为1.67;δCe=0.71~1.03, 平均为0.93。其中样品s7102—9、s4921—21的稀土分布曲线与部分钛铁辉长岩稀土分布曲线具有相似性, 均为右倾曲线, 轻稀土相对富集, 重稀土相对亏损, 轻、重稀土元素分馏程度较弱, Eu具有明显的正异常, Ce相对平缓。其余样品则存在“三重弯曲”或多重弯曲;例如样品s7102—11曲线呈“U”型, 中稀土亏损;样品s7102—4a重稀土富集, 曲线左倾。而且不同样品的稀土总量差10倍以上。

4.2 钛铁辉长岩

由图4 (b) 可知, 香山西矿床钛铁辉长岩样品的∑REE= (9.60~68.22) ×106, 平均36.73×10-6。∑LREE/∑HREE= (2.64~4.33) ×106, 平均为3.40×10-6;La/Yb=5.89~10.05, 平均为8.32。δEu=0.65~1.01, 平均为0.84;δCe=0.89~1.07, 平均为0.96。其稀土分布曲线亦为右倾曲线, 轻稀土富集而重稀土相对亏损, 轻、重稀土元素分馏程度较弱, Eu具有明显的正异常而Ce相对平缓。

5 讨论

在稀土元素球粒陨石标准化图解中可以看出, 香山西矿床磁铁矿中部分样品与钛铁辉长岩的稀土元素配分型式具有很好的一致性。其均为右倾曲线, 轻稀土富集而重稀土相对亏损, Eu具有明显的正异常而Ce相对平缓, 轻、重稀土元素分馏程度较弱。其余样品则存在“三重弯曲”或多重弯曲等现象。二者稀土元素总量及Eu异常变化范围较大, δEu在分别在0.86~2.70以及0.65~1.01之间, 且表现出富含钛铁氧化物的样品稀土总量偏低, 具相对较高的正Eu异常和相对富集重稀土, 而贫钛铁氧化物的样品稀土元素总量偏高, 正Eu异常相对偏低。正Eu异常与斜长石含量有关, 但斜长石中Eu的富集在一定程度上受熔体中氧逸度的影响, 在不同氧逸度条件下, Eu2+在斜长石和玄武质熔体间分配系数较高, 相对于其它稀土元素呈现较高的正异常;而在高氧逸度条件下Eu2+在斜长石中的分配系数明显降低。因此, 钛铁辉长岩中Eu异常变化, 暗示了钛铁氧化物结晶期间岩浆体系中氧逸度经历了由低到高较大幅度的变化[1]。

注:样品由中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室采用ICP-MS法分析。球粒陨石标准化数值据Sun and Mc Donough[15]。

Eu属于变价元素, 有Eu2+和Eu3+2种价态, 通常呈Eu3+出现。矿物和岩石的铕异常一般出现在两种情况下, 即矿物沉淀的水溶液具有铕的异常富集或者水溶液中有呈Eu2+的形式存在, 矿物发生化学沉淀时一般都是2价的铕比3价的铕优先进入矿物的晶格, 因此富Eu的水溶液中2价铕的出现是产生铕异常的主要控制因素[13]。氧逸度的增大有利于Eu2+转变Eu3+, 使进入矿物晶格中的Eu2+含量降低, 从而使Eu从正异常渐变到无异常甚至负异常。围岩和岩体均无铕异常说明成矿流体对铕具有富集作用, 从而在矿体中形成铕异常[14]。

赵劲松等[15]认为, Eu异常的大小可以反映氧化还原程度的强弱, Eu异常峰值越高, 表明氧化程度越强;相反, Eu异常谷值越深 (可能是缺少钙长石所致) , 表明还原程度越强。香山西钛铁辉长岩具有较高的正铕异常显然与香山西含钛铁矿化岩石中大量的斜长石堆晶有关[1,5,7]。由于镁铁-超镁铁岩不属于稀土元素的高丰度岩石, 它们均含有较低的稀土总量和较平滑的稀土配分曲线。然而, 由于含钒钛铁矿岩石多属偏碱性岩, 其稀土总量略高, 配分曲线也略陡些。同时, 含钒钛铁矿的岩石中多产出大量斜长石 (有时甚至出现斜长岩) , 因此其稀土元素中更多的出现正铕异常[5]。同理, 可推断香山西钛铁辉长岩及钛铁矿石中磁铁矿单矿物所呈现的正铕异常也与之相关。但由于磁铁矿样品稀土配分曲线也具有“三重弯曲”或多重弯曲, 有的甚至为左倾曲线。尚不能说明其成矿环境为氧化环境, 仍需进一步探讨。

6 结论

(1) 香山西矿床磁铁矿与钛铁辉长岩的稀土元素配分型式不具一致性。其中, 磁铁矿既有与钛铁辉长岩一致的配分形式, 也存在“三重弯曲”或多重弯曲现象。而且不同样品的稀土总量差10倍以上。

(2) 香山西矿床磁铁矿单矿物与钛铁辉长岩具有较高的正铕异常与岩石中大量的斜长石堆晶有关, 但成矿环境是否为氧化环境还需进一步讨论。

摘要：通过对香山西矿床辉长岩及钛铁矿石中磁铁矿单矿物的稀土元素配分分析, 发现磁铁矿既有与其钛铁辉长岩一致的稀土元素配分形式, 也存在“三重弯曲”或多重弯曲现象。而且不同辉长岩中磁铁矿的稀土总量差10倍以上。此外, 香山西矿床磁铁矿单矿物与钛铁辉长岩具有较高的正铕异常与岩石中大量的斜长石堆晶有关, 但成矿环境是否为氧化环境还需进一步讨论。

稀土元素及其分析化学 第11篇

服饰仿生设计的概念

仿生学作为一门专业学科虽然只是发展了短短几十年，但其实人类从远古时就已经开始向大自然学习并获得创造的灵感。在经过了亿万年的进化，“物竞天择”的生存规律使得保留下来的生物形态都是最佳的，有其自身独特的优势。而在这些形形色色的动植物和自然存在物中，有许多能为人类所用，为人类提供解决问题的方法，并从中学习并发展创造人类的物质文明。提倡仿生设计，实质上是给予了设计以生命的象征，同时表达了人类对精神生活的需求，也为人类社会的可持续发展提供了可行的方向，是服装设计发展中的一大亮点。

服饰仿生设计的设计来源

若从出土文物方面考察，中国服饰的源头可以上溯到原始社会旧石器时代晚期。在北京周口店山顶洞人遗址中，发现有与服饰关系密切的1枚骨针和141件钻孔的石、骨、贝、牙装饰品。骨针长约82毫米，通体磨光，针孔窄小，针尖尖锐，证实山顶洞人在距今大约2万，已能利用兽皮一类自然材料缝制简单的衣服，中华服饰文化史可以看做由此发端 。这些丰富古朴的装饰品从某种意义来说也反映了古代原始人的审美观和对美的追求。在黄河流域的半坡遗址中考古发现的“人面网纹盆”上的人面纹，人面的上额和下颌都纹饰，下颌以嘴角延伸出去的是鱼纹，就像是叼着两条鱼的形象。这就是将人面和自然界的鱼的形态向结合，加以抽象的鱼纹。这些图案是原始人在将他们熟悉的形态或动植物的特征的认知印象的概括，折射出他们与自然相互依存的状态。

中国传统服饰中仿生元素的文化内涵

1.“自然崇拜”情结

我国自然崇拜是延续时间最长、覆盖面最广的宗教信仰之一，并有着丰富的自然崇拜文化。在大自然面前人类显得渺小无力，自然界中不可预知的自然灾害和猛虎野兽的攻击都是人类所畏惧的，又因为我国是农业大国，气候情况对农业的收成有着决定性的作用。这使得人们开始崇拜自然界中某种神化的形象并希望以此帮助其抗衡灾害，比如旱灾、水灾、风灾都有其祭祀的自然神，在我国遇到天旱时会举行求雨的仪式以此表达精神上的慰藉。在服饰中，从统治阶级专用的十二章纹的纹饰中就能看出是自然崇拜的痕迹。作为中国帝制时代的服饰等级标志，十二章纹是指日、月、星辰、山、龙、华虫、宗彝、藻、火、粉米、黼、黻，几乎囊括了天地之间的一切有代表性的事物 。其题材源自于对自然、生态现象和社会的联系，是通过观察自然物预示气象的变化结合恶劣的生存环境而产生的。

2.“天人合一”哲学思想的体现

我国最早的一部工艺学著作《考工记》中记载：“天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者，然后可以为良 。”早在两千多年前的中国工匠就已经意识到，任何工艺设计的生产都不是孤立的行为，这种思想在服装中的所体现的是将服装造型、色彩、图案与人体等元素融为一个协调的整体，达到人与服饰的和谐统一。中国古人将“天人合一”作为服饰艺术的至美境界来追求主要表现在两方面：一是注重追求人和自然之间的和谐之美；二是注重追求人与社会之间的和谐之美 。在传统服饰中云肩是具有“天人合一”哲学内涵的典型代表，其平面图为外方内圆，象征着天圆地方。而柳叶云肩是云肩的另一种形式，是模仿自然界植物叶子柔美形态而成的，以柳叶为基本形变化，穿插小如意云纹和随意形进行饱满构图的创作。当柳叶云肩穿在身上，层层叠叠，配上生动鲜艳的花卉图案或劳动生活场景，达到了大自然柳叶的造型、鲜活的花卉彩、花草人物图案与人体融为一个协调有机体的效果。由此可见，服饰仿生所蕴涵的文化内涵与中国传统文化哲学思想是息息相关的。

总结

服装仿生设计从某种意义上来说是服装设计师从自然界中汲取经验，并经过艺术联想与创作的处理，使得自然界的造型、色彩、纹饰具有流畅的外形、和谐的搭配、符合人体工程学等服装设计的要求，呈现出时装变化多姿的美，塑造成了一个个视觉效果极佳的艺术品。中国作为“衣冠王国”，传统服饰中精美绝伦的仿生元素以其惊艳的视觉效果和深厚的服饰内涵带给后人美的享受。中国古代传统服饰以和谐为美，并以“天人合一”哲学内涵为基础，仿生元素的使用将中国古代服饰达到人与自然的高度统一，并且形成了融为一体的美学意境。现代服装设计若能在中国传统服饰的仿生元素中取其精华，将丰富设计的语言符号，增添设计的底蕴，并会推动服装“可持续设计”的发展。服装仿生设计定会给人们带来更美好且具有内涵的审美享受。

（作者单位：湖南工业大学）

金属元素及其化合物 第12篇

一、基础知识归纳

1.金属及其化合物的通性

(1) 金属单质的物理性质:具有金属光泽、导电性、导热性、延展性, 熔、沸点和硬度变化范围较大 (一般, 金属原子半径越小, 价电子越多, 金属键就越强, 熔、沸点便越高, 硬度越大) 。

(2) 金属原子价电子数较少, 故金属单质在化学反应中失去电子作还原剂 (Pt、Au很难失电子) , 失电子的能力强弱可以结合金属活动性顺序表来记忆:

(3) 金属的冶炼规律:

利用金属活泼性的不同, 可采用不同的冶炼方法:对于一些不活泼金属, 可以采用热分解法;对于一些非常活泼的金属, 可采用电解法;大部分金属的冶炼采用的是热还原法。

注意:①同种金属可能有多种冶炼方法, 例如, 镁的冶炼既可以采用电解法, 又可以采用热还原法:;冶炼铁既可以用CO作还原剂, 又可以用Al作还原剂;铜的冶炼有湿法炼铜、火法炼铜、电解精炼铜等。②冶炼铝时不用熔点较低的AlCl3作原料, 这是因为AlCl3是共价化合物, 在熔融状态下不导电。

2.金属及其化合物之间的相互转化

按照“金属单质→金属氧化物→金属氢氧化物→盐”的纵向知识结构来归纳, 可以得出如下转化关系图:

说明:①碱性氧化物+水→可溶性碱[NaOH、KOH、Ca (OH) 2、Ba (OH) 2等];。②Cl2与金属化合时生成高价金属氯化物 (FeCl3、CuCl2等) , S与金属化合时生成低价金属硫化物 (FeS、Cu2S等) 。③金属单质与非氧化性酸溶液反应的实质是M+H+→Mn++H2↑。金属单质与氧化性酸 (浓硫酸、硝酸) 反应时, 不再是H+作氧化剂, 故不产生H2 (产生SO2、NO2、NO等) 。Fe、Al遇冷的浓H2SO4或浓HNO3钝化, 钝化的过程包含化学变化。④金属单质间的置换反应规律为“前置换后”, 即金属活动性顺序表中排在前面的金属能将排在后面的金属从其盐溶液中置换出来, 但K、Ca、Na等活泼金属会先与水反应而不能置换。如将Na投入CuSO4溶液中, 发生以下反应:

3.金属及其化合物之间的具体转化关系图

4.金属及其化合物的知识要点

(1) 钠及其化合物。

①常用焰色反应来鉴别Na+ (黄色) 、K+ (紫色) , 焰色反应的原理是:金属及其盐在火焰上灼烧时, 原子中的电子吸收了能量, 从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道, 但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的, 很快跃迁回能量较低的轨道, 这时就将多余的能量以光的形式放出。

②Na2O2中阴、阳离子个数比为1∶2, Na2O2与水反应的实质是Na2O2+2H2O ——2NaOH+H2O2, 2H2O2——2H2O+O2↑。 因此向Na2O2中加入适量水后再滴加酚酞试液, 可看到溶液先变红, 后褪色。

③Na2CO3与NaHCO3的性质比较:

溶解度:前者>后者 (向饱和Na2CO3溶液中通入CO2, 会有晶体析出) ;相同浓度水溶液的碱性:前者>后者;热稳定性:

(2) 镁及其化合物。

①由MgCl2·6H2O制备MgCl2时, 应在HCl气体氛围下加热, 以防止其水解生成Mg (OH) Cl。

②Mg可以在O2、N2、CO2中燃烧, 反应方程式分别为:

(3) 铝及其化合物。

①既能与强酸溶液反应, 又能与强碱溶液反应的有Al、Al2O3、Al (OH) 3、HCO3-等。

②Al (OH) 3的电离:

③Al3+与CO32-、HCO3-、S2-、HS-、AlO2-等离子因发生双水解而不能大量共存;AlO2-与NH4+、Fe3+、Al3+等离子因发生双水解而不能大量共存, 如Fe3++3AlO2-+6H2O——Fe (OH) 3↓+3Al (OH) 3↓。

(4) 铁及其化合物。

①中的铁元素既有+2价又有+3价, 可写成FeO·Fe2O3。

②Fe (OH) 2易被氧化, 故向Fe2+溶液中加入NaOH溶液可观察到的现象是:先生成白色絮状沉淀, 沉淀迅速变成灰绿色, 最终变为红褐色。

③因为还原性强弱顺序为I->Fe2+>Br-, 故Fe与I2反应只能生成FeI2, 溶液中Fe3+与I-不能大量共存。例如, 向含0.1mol FeBr2的溶液中通入0.1mol Cl2, 发生的反应为2Fe2++2Br-+2Cl2——2Fe3++Br2+4Cl-。

④高铁酸钾与锌可制成高性能电池:2K2FeO4+3Zn ——Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。

(5) 铜及其化合物。

①虽然Cu+的3d能级为全充满状态, 较Cu2+稳定, 但溶液中不存在Cu+:Cu2O+2H+——Cu2++Cu+H2O;新制Cu (OH) 2悬浊液被醛基还原可产生Cu2O, 该反应可用于检验醛基:

②CuS不能由Cu与S固体混合加热制得, 而是通过 “湿法”制得, 因为Ksp (CuS) Ksp[Cu (OH) 2], 故溶液中Cu2+与S2-不会发生双水解。而Al2S3却是由Al与S混合加热来制备, 因为溶液中Al3+与S2-会发生双水解。

③Cu (OH) 2可溶于氨水, 形成[Cu (NH3) 4]2+, 1mol[Cu (NH3) 4]2+中含有16 NA的共用电子对。

二、常考题型梳理

题型1 离子共存及推断

这类题目主要考查溶液中的复分解反应、氧化还原反应、双水解反应、络合反应等知识。解题时要特别注意题目的限定条件 (如“无色”“已含有某离子的溶液”等) 和隐含条件 (如“c (OH-) 水=10-13mol/L的溶液”pH可能是1或者13) 。解答离子推断题目时还要注意结合已知离子的浓度, 利用电荷守恒判断其他离子是否存在及浓度范围。

例1.下列说法不正确的是 ( )

A.中性溶液能大量共存的离子有Fe3+、K+、Cl-、SO42-

B.遇酚酞显红色的透明溶液中可能存在MnO4-

C.的溶液中Fe2+与NO-3因发生氧化还原反应而不能大量共存

D.某溶液中加入足量的NaOH溶液后, 再通入CO2产生白色沉淀, 则该溶液中可能含有Al3+

解析:A项, 已知Ksp[Fe (OH) 3]=4.0×10-38, 完全沉淀Fe3+ (浓度低于10-5mol/L) 需要的最低, 即当溶液pH≥3.1时, 不能存在Fe3+ (Fe3+不能在弱酸性、中性或碱性条件下大量存在) ;B项, 透明溶液也可以有颜色, MnO-4在碱性条件下能大量存在;C项, , 溶液的pH=1, 4H++3Fe2++NO-3——3Fe3++NO↑+2H2O;D项, Al3++4OH-AlO-2+2H2O, AlO-2+CO2+2H2O——Al (OH) 3↓+HCO-3。

答案:A

例2. (2015·上海卷) 某无色溶液含有下列离子中的若干种:H+、NH+4、Fe3+、Ba2+、Al3+、CO2-3、Cl-、OH-、NO-3。向该溶液中加入铝粉, 只放出H2, 则溶液中能大量存在的离子最多有 ()

A.3种B.4种C.5种D.6种

解析:含有Fe3+的溶液显黄色, 故该溶液中不含Fe3+。向该溶液中加入铝粉, 只放出H2, 说明溶液中一定含有H+或OH-。若含有H+, 则还能大量共存的离子是NH+4、Ba2+、Al3+、Cl- (H+、NO-3与Al反应会生成NO或NO2) ;若含有OH-, 则还能大量共存的离子是Ba2+、CO2-3、Cl-、NO-3。

答案:C

【知识拓展】离子共存及推断题的突破点:①离子颜色[容易忽视的有CrO2-4 (黄色) 和Cr2O2-7 (橙色) ]。②常见弱酸、弱碱、难溶性盐 (注意:AgF可溶于水) 。③常见的能发生双水解的离子:Fe3+、Al3+、AlO-2等。④常见的金属配合物或配离子:Fe (SCN) 3、[Ag (NH3) 2]+、[Cu (NH3) 4]2+等。⑤易发生氧化还原的离子组合:“Fe3++I-”“Fe2++H++NO-3”等。⑥有些离子的存在形式受pH影响, 如

题型2物质间的相互转化

这类题目主要考查物质间相互转化的方程式、反应条件等知识, 尤其要注意产物随着反应物量的不同而不同的转化关系。例如, Fe与HNO3, Al3+与OH-, AlO-2与H+, NaOH与CO2, Cu2+与NH3·H2O等。

例3.下列说法正确的是 ()

A.粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系

B.SO2和SO3混合气体通入Ba (NO3) 2溶液可得到BaSO3和BaSO4

C.从FeSO4溶液得到FeSO4·7H2O产品的过程中, 须控制条件防止其氧化和分解

D.AlCl3溶液中加入过量的稀氨水, 反应的离子方程式为Al3++4NH3·H2O——AlO-2+4NH+4+2H2O

解析:A项, 粗铜精炼时纯铜作阴极, 电极反应为Cu2++2e——-Cu, 故通过的电量与阴极析出铜的量有确定关系;B项, SO2在酸性环境中能被NO-3氧化成SO2-4, 故最终只能得到BaSO4沉淀;C项, 从FeSO4溶液得到FeSO4·7H2O产品要经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥几个步骤, 制备过程中既要防止Fe2+被氧化, 又要防止FeSO4·7H2O受热失去结晶水;D项, Al (OH) 3只能溶于强碱, 故向AlCl3溶液中加入过量的稀氨水反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O——Al (OH) 3↓+3NH+4。

答案:C

【知识拓展】①电极产物的判断要结合离子的放电顺序[如阳离子失电子的能力强弱顺序为:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+ (酸电离的) >Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+ (水电离的) >Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+], 用惰性电极电解盐溶液不可能得到Na、Mg、Al等活泼金属单质。②CaCO3和CaSO3都是白色沉淀, 故澄清的石灰水不能鉴别CO2和SO2两种气体。将CO2或SO2通入BaCl2溶液中也并不能得到白色沉淀, 但将通入Ba (NO3) 2溶液中可得到BaSO4沉淀。

题型3图像分析题

反应历程中沉淀或气体的量随着某种反应物的量的变化趋势图是题目中常见的一类图像, 这类图像常涉及氧化还原反应、离子反应的先后顺序问题, 有时还会考查结合化学反应中的三大守恒关系 (质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒) 的计算。解答这类题目时, 首先要弄清横、纵坐标的意义, 联系起点、交叉点、拐点、终点, 看清曲线的趋势;然后分析图像所代表的化学意义, 找出数据之间的关联;通过图像快速地分析其代表的化学过程, 将图像的走势转化为一个清晰的化学反应流程。

例4.向100 mL 0.1 mol/L硫酸铝铵[NH4Al (SO4) 2]溶液中逐滴滴入0.1mol/L Ba (OH) 2溶液。随着Ba (OH) 2溶液体积V的变化, 沉淀总物质的量n的变化如下图所示。则下列说法中正确的是 ()

A.a点发生反应的离子方程式是Al3++2SO2-4+2Ba2++3OH——-Al (OH) 3↓+2BaSO4↓

B.b点消耗Ba (OH) 2溶液体积为200mL

C.从a→b、b→c点过程中发生反应的离子方程式依次为:NH+4+OH——-NH3·H2O;Al (OH) 3+OH——-AlO-2+2H2O。

D.沉淀的质量:a点>c点

解析:向NH4Al (SO4) 2溶液中逐滴加入Ba (OH) 2溶液后发生两组反应, 一是SO2-4与Ba2+反应生成BaSO4沉淀, 二是Al3+、NH+4以及反应生成的Al (OH) 3与OH-的反应[先后顺序为:Al3+、NH+4、Al (OH) 3], 两组反应又通过NH+4、Al3+、SO2-4的物质的量之比为1∶1∶2联系在一起。因此图示中三个阶段发生的反应分别为 (以Al3+为1份来配平) :Oa段, Al3++1.5SO2-4+1.5Ba2++3OH——-Al (OH) 3↓+1.5BaSO4↓;ab段, NH+4+0.5SO2-4+0.5Ba2++OH——-NH3·H2O+0.5BaSO4↓;bc段, Al (OH) 3+OH——-AlO-2+2H2O。下面分析a、b、c三点的情况:

答案:B

【知识拓展】厘清反应的先后顺序是解答此类题目的关键, 下面列举三种常见模型, 学生可以结合图像自行分析。图1是氢氧化铝沉淀的相关图像;图2是向一定量的氢氧化钠溶液中通入一定量的CO2后再滴加稀盐酸, 产生的气体的物质的量与稀盐酸的用量关系图;图3是向含Fe2+、Br-、I-的溶液中通入Cl2, 离子的物质的量随Cl2的用量的变化关系图。

题型4物质性质及制备实验

高考主要从离子检验以及物质性质验证实验和制备实验中的实验原理、反应装置、实验操作、效果评价等角度命题。

例5. (2015·新课标全国卷Ⅰ) 下列实验中, 对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是 ()

解析:A项, 稀硝酸与过量的铁粉反应生成Fe2+, 故滴加KSCN溶液不会出现红色;B项, 铜粉与硫酸铁反应生成硫酸铜和硫酸亚铁, 无黑色固体出现;C项, 铝在空气中加热迅速生成一层高熔点的氧化铝, 所以内部熔化的铝不会滴落;D项, 硫酸镁与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁沉淀, 再加入硫酸铜, 则生成氢氧化铜蓝色沉淀, 沉淀的转化符合由溶解度小的向溶解度更小的沉淀转化。

答案:D

例6. (2015·新课标全国卷Ⅰ, 改编) 硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿 (主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4, 还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等) 为原料制备硼酸 (H3BO3) 的工艺流程如下图所示:

不同温度下硼酸的溶解度见下表:

回答下列问题:

(1) 写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式:____。为提高浸出速率, 除适当增加硫酸浓度外, 还可采取的措施有___ (写出两条) 。

(2) 利用___的磁性, 可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是___ (填化学式) 。

(3) “净化除杂”需先加H2O2溶液, 作用是___。然后再调节溶液的pH约为5, 目的是____。

(4) “粗硼酸”中的主要杂质是____ (填名称) 。“粗硼酸”过滤后要通过洗涤除去沉淀中附着的杂质, 如何检验沉淀是否洗净?____。

解析:铁硼矿粉经硫酸浸出发生反应, 硫酸液同时溶解了Fe2+、Fe3+、Al3+等杂质离子, 浸渣中含SiO2、CaSO4及Fe3O4 (体系中有磁性的只有此物质, 同时天然形成的Fe3O4的确很难溶于酸溶液) , 继续向浸出液中加入H2O2溶液将Fe2+氧化成Fe3+, 调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为沉淀, 过滤后溶液中主要含有H3BO3和MgSO4, 利用H3BO3溶解度随温度变化较大的特点, 通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法获得较为纯净的H3BO3。

答案:减小铁硼矿粉粒径, 提高反应温度 (2) Fe3O4SiO2和CaSO4 (3) 将Fe2+氧化成Fe3+使Al3+与Fe3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4) (七水) 硫酸镁取最后一次的洗涤液, 加入适量NaOH溶液, 若无沉淀产生, 表明沉淀已经洗涤干净

【知识拓展】常见金属阳离子的检验方法汇总:

三、专项训练

1.下列实验操作正确且能达到相应实验目的的是 ( )

2.下列说法不正确的是 ( )

A.向饱和碳酸溶液中通入CO2, 有晶体析出

B.等质量Al还原足量的Cr2O3、V2O5时转移的电子数相等

C.用水解法制备纳米二氧化钛时, 加入大量的水, 同时加热, 能促进水解趋于完全

D.等物质的量的Fe和Cu分别与足量氯气完全反应时消耗氯气的量相等

3.雾霾严重影响人们的生活与健康。某地区的雾霾中可能含有如下可溶性无机离子:Na+、NH4+、Mg2+、Al3+、SO42-、NO3-、Cl-。某同学收集了该地区的雾霾, 经必要的预处理后试样溶液, 设计并完成了如下的实验:

根据以上的实验操作与现象, 该同学得出的结论不正确的是 ( )

A.试样中肯定存在NH4+、Mg2+、SO42-和NO3-

B.试样中一定不含Al3+

C.试样中可能存在Na+、Cl-

D.该雾霾中可能存在NaNO3、NH4Cl和MgSO4

4.某汽车安全气囊的产气药剂主要含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物质。 当汽车发生碰撞时, 产气药剂产生大量气体使气囊迅速膨胀, 从而起到保护作用。

(1) NaN3是气体发生剂, 受热分解产生N2和Na, N2的电子式为___。

(2) Fe2O3是主氧化剂, 与Na反应生成的还原产物为___ (已知该反应为置换反应) 。

(3) KClO4是助氧化剂, 反应过程中与Na作用生成KCl和Na2O, KClO4含有化学键的类型为___, K的原子结构示意图为___。

(4) NaHCO3是冷却剂, 吸收产气过程中释放的热量而发生分解, 其化学方程式为___。

(5) 100g上述产气药剂产生的气体通过碱石灰后得到N233.6L (标准状况) 。

①用碱石灰除去的物质为___。

②该产气药剂中NaN3的质量分数为___。

5.磷酸铁 (FePO4·2H2O, 难溶于水的米白色固体) 可用于生成药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料, 实验室可通过下列实验制备磷酸铁。

(1) 称取一定量已除去油污的废铁屑, 加入稍过量的稀硫酸, 加热、搅拌, 反应一段时间后过滤, 反应加热的目的是____。

(2) 向滤液中加入一定量H2O2氧化Fe2+。为确定加入H2O2的量, 需先用K2Cr2O7标准溶液滴定滤液中的Fe2+, 离子方程式如下:Cr2O72-+6Fe2++14H+——2Cr3++6Fe3++7H2O。

①在向滴定管注入K2Cr2O7标准溶液前, 滴定管需要检漏、___和___。

②若滴定x mL滤液中的Fe2+, 消耗amol/L K2Cr2O7标准溶液b mL, 则滤液中c (Fe2+) =____mol/L。

③为使滤液中的Fe2+完全被H2O2氧化, 下列实验条件控制正确的是____ (填字母) 。

A.加入适当过量的H2O2溶液

B.缓慢滴加H2O2溶液并搅拌

C.加热, 使反应在较高温度下进行

D.用氨水调节pH=7

(3) 将一定量的Na2HPO4溶液 (溶液显碱性) 加入含有Fe3+的溶液中, 搅拌、过滤、洗涤、干燥得到FePO4·2H2O。 若反应得到的FePO4·2H2O固体呈棕黄色, 则磷酸铁中混有的杂质可能为___。

【参考答案】

1.C 2.D 3.B

4. (1) ∶NN∶ (2) Fe (3) 离子键和共价键