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作者：范叶萌内蒙古师范大学

学位级别：硕士

全氟辛酸(PFOA)是一种典型的全氟羧酸(PFCAs)化合物,是环境水体中的一类新型持久性有机污染物,研究PFCAs的降解机理对实验探索其有效降解的技术和方法具有重要的理论指导意义。本论文采用量子化学计算方法,对PFOA气相热解机理,·OH进攻... 详细信息

全氟辛酸(PFOA)是一种典型的全氟羧酸(PFCAs)化合物,是环境水体中的一类新型持久性有机污染物,研究PFCAs的降解机理对实验探索其有效降解的技术和方法具有重要的理论指导意义。本论文采用量子化学计算方法,对PFOA气相热解机理,·OH进攻下金属催化全氟丙酸(PFPA)脱氟降解机理,以及全氟辛酸金属配合物的结构、电子性质、电子光谱进行了计算分析,希望能为全氟羧酸类物质的降解方法研究提供理论参考。(1)采用Gaussian09 ONIOM分层计算方法研究了全氟辛酸(CFCOOH)热分解消除HF的反应历程,在B3LYP/aug-cc-pvtz//B3LYP/6-31G(d,p)+ZPVE水平下,设计了七条热降解反应通道。计算结果表明,全氟辛酸的热降解反应可以通过六元环反应机理、五元环反应机理、直接脱CO、CO、CF反应机理平行进行得到产物;其中以五元环过渡态进行反应生成CO、CF(CF)CFO具有相对较低的活化能,为反应的主要通道,生成产物CO和CF(CF)CF=CF的产率较低;PFOA的H异构化后经过五元环过渡态消除HF分子并形成环氧中间体,此过程能垒高达183.4kJ/mol,相较于其它各步能垒最高,为反应通道的控速步骤,理论预测的主要产物与实验基本吻合。计算还表明,在强酸性条件下,PFOA更容易降解。(2)采用Gaussian09计算方法研究了·OH进攻下金属催化全氟丙酸(PFPA)脱氟降解机理,在B3LYP/aug-cc-pvtz//B3LYP/6-31G(d,p)+ZPVE水平下,得到了PFPA逐级降解的反应机理。计算结果表明,PFPA的降解反应通过H异构化、脱HF和CO、在﹒OH进攻下再脱HF反应途径进行;PFPA的H异构化后经过五元环过渡态消除HF并形成环氧中间体,此过程能垒高达194.2 kJ/mol,为整个反应的速控步骤;降解中间产物主要是F、短链全氟羧酸(PFCAs),最终降解产物为F、CO,PFPA的降解遵循逐级降解的规律。加入Fe后,活化了C-F键,降低了反应活化能,有效的促进了PFPA的降解,其他金属离子(如:Zn,Mg,Cu,Ni,Co)也不同程度地活化了C-F键,其中,Fe、Cu催化活性最好,在PFPA的降解脱氟方面效果显著,其次是Co、Ni,也能一定程度上提高PFPA的降解率,Mg、Zn效果较差。(3)采用DFT/TD-DFT方法,对全氟辛酸及金属配合物的光电性质进行了理论计算。分别计算了PFOA及[CFCOO-Fe]的静电势、前线分子轨道、能隙、电离能、电子亲和势、激发能和电子光谱。研究结果表明,在Fe的影响下,[CFCOO-Fe]的能隙明显减小,能隙从原先PFOA分子中7.08 eV降低至6.53eV,跃迁所需能量减小,使[CFCOO-Fe]较PFOA的吸收波长明显增大,产生286 nm的特征吸收峰。Fe光催化降解PFOA的效果显著,Cu、Co、Ni效果次之,Zn、Mg、Mn在200 nm附近也存在吸收峰,但降解效果不佳,Ti降解效果不明显。

关键词： PFOA 热解 PFPA 金属离子催化光电性质

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全氟羧酸降解机理的理论研究

全氟羧酸降解机理的理论研究

作者：吴静内蒙古师范大学

学位级别：硕士

全氟羧酸(PFCA)类化合物具有优良的热稳定性和化学稳定性，已被广泛应用于诸多民用和工业产品中，但随之带来的环境污染问题及对生物体造成毒害也引起人们的高度关注，寻找该类物质的有效降解办法也成为一个亟待解决的环境热点问题。目... 详细信息

全氟羧酸(PFCA)类化合物具有优良的热稳定性和化学稳定性，已被广泛应用于诸多民用和工业产品中，但随之带来的环境污染问题及对生物体造成毒害也引起人们的高度关注，寻找该类物质的有效降解办法也成为一个亟待解决的环境热点问题。目前实验降解PFCA的方法主要有高温热解、紫外光直接光解及紫外光催化降解。由于尚未明确降解机理，实验降解存在反应条件苛刻及降解率低等缺点。本论文采用量子化学计算方法,以全氟丁酸(PFBA)、全氟戊酸(PFPeA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟庚酸(PFHpA)及全氟辛酸(PFOA)为研究对象,对PFPeA热降解机理，及其他几种PFCA的紫外光降解进行了理论研究，以期为寻找更有效的实验降解方法提供理论依据。在CCSD(T)/6-31+G(d,p)//B3LYP/6-31+G(d,p)水平计算得到PFPeA分子热降解反应生成CFCFCFCF、CFCFCFCFO、CFCFCFCFH、CFCFCFCOOH四条通道。在B3LYP/6-31+G(d,p)水平利用过渡态理论分别计算了300-1900K温度范围内的反应平衡常数K及速率常数k。结果表明，PFPeA降解生成CFCFCFCFO的反应通道的反应势垒最低，为151.9kJ/mol，反应平衡常数K及速率常数k都随温度升高而增大，升高温度有利于反应的进行。采用B3LYP/6-31+G(d,p)方法得到了PFBA、PFPeA、PFHxA、PFHpA及PFOA在气相、水溶液及水溶液中加入Fe的三种反应条件下的优化结构，并采用TD-B3LYP/6-31+G(d,p)方法得到了相应优化结构的UV-VIS光谱。研究发现，同种物质的分子、负离子及络合离子三种优化结构的UV-VIS光谱强吸收峰对应的吸收光波长依次增大，吸收光能依次减小，吸收光强度依次明显降低，表明Fe可促进PFCA光催化降解。同时发现由PFBA到PFOA，Fe加入对碳原子数为奇数的PFCA影响大于对碳原子数为偶数的PFCA，而且随着碳原子数的增大促进影响效果更加显著。

关键词：全氟羧酸热解催化光解密度泛函理论 UV-VIS光谱

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基于化学史的高中化学案例教学研究

基于化学史的高中化学案例教学研究

作者：赵丽楠内蒙古师范大学

学位级别：硕士

普通高中化学新课程标准构建了发展学生化学学科核心素养的目标体系,化学史教育在培养学生搞清化学知识原理的演变过程、激发化学学习兴趣、学会科学思维方法、掌握化学探究的基本技能、激发学生创新意识等方面具有独特的优势,通过化学... 详细信息

普通高中化学新课程标准构建了发展学生化学学科核心素养的目标体系,化学史教育在培养学生搞清化学知识原理的演变过程、激发化学学习兴趣、学会科学思维方法、掌握化学探究的基本技能、激发学生创新意识等方面具有独特的优势,通过化学史案例教学可以培养高中学生“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”方面的化学核心素养。本文的研究方法主要有文献分析法、问卷调查法和案例研究法。首先对赤峰市宁城高级中学40名化学教师进行了有关化学史案例教学现状的问卷调查,发现高中化学教师存在对化学史案例教学认识不到位、重视程度不够、不会利用化学史进行案例教学等问题。在对国内外化学史案例教学的现状进行梳理的基础上,提出了开展高中化学史案例教学要遵循真实性、启发性、典型性、互动性的一般原则和“案例搜集和整理——展示案例——分析讨论——总结评价”的一般流程。针对苯的知识在高中化学有机部分内容中呈现着承上启下的重要作用,以及目前在高中化学有关苯教学中存在必修内容与选修内容分开讲、苯的结构相关解释不够全面等问题,选取“苯”这一主题为研究对象。整合了现行高中化学教材《化学2》和《化学选修5》中苯的相关内容,进行“苯的结构和性质”教学案例开发。按照苯的发现、物理性质、分子式的确定、结构探究和化学性质的发展线索,以化学史为载体,编制高中化学“苯的结构和性质”教学案例,并将所研制的教学案例在赤峰市宁城高级中学高一16班进行了教学实践,实践效果表明,苯的化学史案例教学对学生学习兴趣的提升、合作意识的加强、独立探究能力的提高等方面有显著性效果。

关键词：化学史案例教学苯高中化学

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高中化学学案教学法探究与实践

高中化学学案教学法探究与实践

作者：梁斌内蒙古师范大学

学位级别：硕士

随着知识更新的速度越来越快,社会的发展对人的学习能力的要求越来越高,而且我们对人才培养的目标也应该要求他们有终身学习的能力,这一趋势迫使我们必须对课堂教学进行思考和反省。化学新课程改革关注学生的发展,强调激发学生的学习习... 详细信息

随着知识更新的速度越来越快,社会的发展对人的学习能力的要求越来越高,而且我们对人才培养的目标也应该要求他们有终身学习的能力,这一趋势迫使我们必须对课堂教学进行思考和反省。化学新课程改革关注学生的发展,强调激发学生的学习习惯,这就需要一种新的课堂教学模式。以“学习案例指导”这种教学方法作为起点,能调动学生学习的主动性,提高学习效率,不失为一种很好的尝试。本论文以当代反思性教学理论、诱思探究学科教学论以及新课程理念为指导，以开展形式多样的“学案教学法”为突破口，对“学案教学”进行了探讨，依据理论归纳概括出“学案教学”方案设计的内容和原则，学案教学实践的结果统计及分析，同时开展了实践研究。选择巴彦淖尔市临河一中高一年级同一化学老师任教的两个班级学生为研究对象，其中高一（1）班为实验班，共58人，本组开展化学学案教学法;高一（2）班为对照班，共58人，只进行常规化学教学。从2012年9月至2012年1月，历时一个学期，实践研究化学学案教学法对学生学业成绩的影响。通过问卷调查、习题测试、考试成绩对比，重点研究了实验组学生对所学知识的兴趣、概念、知识点的掌握以及和生活实际相联系等方面是否有显著的变化。实践研究表明，通过开展“学案”教学，激发了学生学习兴趣与学习积极性;促进了学生对化学知识的理解;学生在感知、注意、认知策略以及记忆和表达方面有突出的表现。有助于学生将化学知识和生活紧密联系起来，在高中化学教学中开展“学案”教学，能够起到较好的教学效果。

关键词：高中化学学案教学探究和实践

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启发—探究式初中化学教学模式的实践研究

启发—探究式初中化学教学模式的实践研究

作者：王俊梅内蒙古师范大学

学位级别：硕士

本轮课程改革的最大亮点就是改革现有的教学方式,提倡实施探究性教学。为了了解偏远落后地区实施新课改后探究教学的现状及存在问题,本研究对包头市180名初中化学教师的教学状况进行了问卷调查,结果表明90%的初中化学教师虽然对探究式... 详细信息

本轮课程改革的最大亮点就是改革现有的教学方式,提倡实施探究性教学。为了了解偏远落后地区实施新课改后探究教学的现状及存在问题,本研究对包头市180名初中化学教师的教学状况进行了问卷调查,结果表明90%的初中化学教师虽然对探究式教学比较了解,但75%的教师不会用来指导具体的教学实践,仍延用着传统的讲授法和启发式进行新教材的教学。对包头市360名初中学生学习状况的问卷调查结果表明,该地区学生中普遍存在着学习的功利性较强、独立性较差、问题意识淡薄等问题。针对调查发现的问题,本研究以建构主义理论和问题教学理论为指导,提出一种既可满足探究教学基本要求,又考虑地区特点的“启发-探究”教学模式,该模式以化学问题为出发点,以化学实验为核心,以教师启发和学生探究为主要形式,把教师的“讲和做”与学生的“讲和做”进行有机融合;将启发式教学与探究式教学相互渗透,在实施探究式教学的同时突出启发式教学的必要性。为检验该模式的实践效果,研究选取包头市青山区一机二中2006级117名初三年级两个学习成绩相当的平行班学生进行了一个学期的教学模式的实验研究,研究中实验班采用启发-探究式教学,对照班采用传统的讲授法教学。实验结束时两个班级学生进行了探究试题的检测及探究性学习现状的问卷调查,并用SPSS统计软件对测验成绩进行了T检验处理和正确率比较,统计显示实验班学生成绩明显高于对照班学生成绩,且存在显著差异。研究结果表明,启发-探究式教学模式,可以充分调动学生学习的积极性,激发学生的学习兴趣,增强学生的合作意识;培养学生自主学习、多角度思考问题、创造性的解决问题的能力。

关键词：初中化学教学模式启发-探究式教学

半三明治配合物芳香性及其与拉曼光谱相关性的理论研究

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半三明治配合物芳香性及其与拉曼光谱相关性的理论研究

作者：韩立楠内蒙古师范大学

学位级别：硕士

很多半三明治配合物已被合成,而关于其结构、键能、稳定性等却很少在理论上被系统研究,尤其是其所具有的芳香性很少被人关注。芳香性是直接影响其结构等特征的重要性质,但是直到目前为止还不能在实验上定量测量其大小,所以寻找实验上定... 详细信息

很多半三明治配合物已被合成,而关于其结构、键能、稳定性等却很少在理论上被系统研究,尤其是其所具有的芳香性很少被人关注。芳香性是直接影响其结构等特征的重要性质,但是直到目前为止还不能在实验上定量测量其大小,所以寻找实验上定量测定芳香性半三明治配合物芳香性大小的方法成为了科学家追求的又一新目标。从理论出发,研究发现芳香性分子之所以表现出芳香性是因为分子内部存在环状共轭键,诱导产生电子环流(π、σ),即分子芳香性与其内部的共轭作用力之间存在直接关系,而共轭作用力表现出的振动方式是一种环伸缩振动,所以分子的芳香性与分子的环伸缩振动存在一定的相关性。应用群论知识对六元环、五元环、四元环配体及其形成的半三明治配合物进行分析,发现配体均具有高对称性结构,属于Dnh点群,存在A/A’对称类型的简正振动模式,而半三明治配合物属于Cnv点群,存在A对称类型简正振动模式,根据光谱选律,发现配体及其形成的半三明治配合物的A/A’/A对称类型的环伸缩振动均具有拉曼活性,即物质的芳香性与其A/A’/A对称类型的环伸缩振动拉曼光谱频率(RSVRSF)之间是存在相关性的。采用Gaussian09量子化学计算程序中的密度泛函理论(DFT)B3LYP计算方法,对于有H原子的体系应用6-311++G(d,p)的基组,无H原子体系应用6-311+G(d)基组,对配体及其形成的半三明治配合物进行几何结构优化,优化到最高对称性的基础之上,计算其A/A’/A对称类型的RSVRSF,并采用B3LYP-GIAO方法计算其核独立化学位移(NICS),应用Gaussian NBO3.1程序进行电荷、轨道、成键情况分析,应用Gauss View5.0绘制分子的几何结构图、振动模式图和特征分子轨道图,采用社会科学软件包SPSS17.0计算目标分子的NICS与其A/A’/A对称类型的RSVRSF之间的相关性系数和线性回归方程,最后应用Origin8.0绘制不同体系分子的芳香性-拉曼光谱频率之间的相关性曲线。配体[η-CX]、[η-CX]-、[η-CX]2-(X=F、Cl、Br)均属于Dnh(n=4,5,6)点群,存在A/A’对称类型RSVRSF,除[η4-C4F4]2-的NICS(1.0)为正值,具有反芳香性以外,其他配体的NICS均为负值,具有芳香性。随取代原子F、Cl、Br的变化顺序,[η-CX]和[η-CX]-的NICS绝对值、A/A’对称类型RSVRSF均逐渐减小,即A/A’对称类型RSVRSF越大,分子的芳香性越大,而且相关性系数达到0.9以上,理论预测可通过实验测定其A/A’对称类型的RSVRSF值测定该类配体的芳香性大小。由配体与金属离子形成的半三明治配合物均存在A对称类型的RSVRSF,且强度均很高,所有设计、优化、计算的半三明治配合物中除[(η-CX)Zn]+是反芳香性的,其他半三明治配合物均是芳香性的。相同取代配体与不同金属离子形成的半三明治配合物相比较,其中Ti、V、Ni形成的半三明治配合物的芳香性比配体芳香性大,Cr、Mn、Cu、Zn形成的半三明治配合物的芳香性比配体小,碱金属、碱土金属离子形成的半三明治配合物的芳香性变化随金属变化的顺序是:Li>K>Na,Be>Ca>Mg;比较半三明治配合物与配体之间的频率,其中F原子取代的配体形成半三明治配合物后,其A对称类型的RSVRSF变大,而以Cl、Br原子取代的配体形成半三明治配合物后,其A对称类型的RSVRSF变小,但是变化幅度较小约在20cm-1左右;而相同金属离子与不同取代配体形成的半三明治配合物中,随着F、Cl、Br取代的顺序其NICS绝对值与A对称类型的RSVRSF值均逐渐减小,呈高度正相关,即A对称类型的RSVRSF值越大,半三明治配合物的芳香性越大,相关性系数达到0.9以上,与配体规律一致。理论预测也可通过实验测定其A对称类型的RSVRSF值测定该类半三明治配合物的芳香性大小。

关键词：密度泛函理论配体半三明治配合物芳香性拉曼光谱相关性

全氟磺酸结构、电子性质及降解机理的理论研究

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全氟磺酸结构、电子性质及降解机理的理论研究

作者：鲍玉峰内蒙古师范大学

学位级别：硕士

近年来，以全氟辛磺酸(PFOS)为代表的全氟化合物(PFCAs)，因其在环境介质中的稳定性、环境持久性和生物累积性正逐渐引起科学界的广泛关注。迄今为止，尚未发现其在自然环境中有效降解的途径，寻找该类物质的有效降解办法已成为一个亟... 详细信息

近年来，以全氟辛磺酸(PFOS)为代表的全氟化合物(PFCAs)，因其在环境介质中的稳定性、环境持久性和生物累积性正逐渐引起科学界的广泛关注。迄今为止，尚未发现其在自然环境中有效降解的途径，寻找该类物质的有效降解办法已成为一个亟待解决的环境热点问题。本论文采用量子化学计算方法，对全氟辛磺酸的结构、稳定性、电子性质、紫外光谱性质做了系统研究，以期为寻找该类物质降解机理的研究提供一些理论依据。主要研究结果如下： (1)应用Gaussian09程序，采用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d, p)方法，对89个全氟辛磺酸(CFSOH)异构体进行了结构优化、频率计算、吉布斯自由能计算及激发态计算。根据异构体的吉布斯自由能相对大小确定各物质的相对稳定性。研究结果表明，直链PFOS的稳定结构呈现螺旋状，氟原子紧密包裹在碳链外侧，C–F键键能很高使得PFOS的化学性质非常稳定。由于F原子间的空间位阻效应和电子效应使得89个PFOS异构体中含有端基三氟甲基(–CF3)的PFOS异构体具有较高的稳定性，而含有较多或较大取代基的多为不稳定异构体。PFOS在170nm附近有较强的吸收峰，电子跃迁时所需的激发能较大，在自然光照条件下不易降解。在PFOS各异构体中，支链PFOS异构体较直链异构体光稳定性差，光照条件下较直链异构体更易降解，使得PFOS直链异构体在自然环境中的相对含量占据主导。 (2)采用含时密度泛函理论理论DFT/TD-DFT，对气相中PFOS的电子性质，紫外吸收光谱进行了研究。主要就PFOS的静电势、能隙、电离能、电子亲和势、前线分子轨道、激发能和吸收光谱做了详细的分析。研究结果表明，中性PFOS接受电子的能力强于PFOS阴离子，PFOS阴离子比中性的PFOS分子在紫外光条件下易被激发到激发态。 (3)对零价金属(Al、Cu、Zn、Fe)活化全氟乙基磺酸(PFES)中C–F键的反应机理进行了理论研究。在B3LYP/6-31+G (d, p)计算水平上得到全氟乙基磺酸直接降解的理论结果。结果显示F原子以HF的形式被还原消除时，存在两种方式。在任一的方式中C–F的断裂都需要很高的活化能。不同金属对C–F活化反应的势能面在相同计算水平下获得，计算结果表明零价金属对C–F活化能力的顺序为：Al<无金属

关键词：全氟辛磺酸相对稳定性紫外–可见光谱降解机理密度泛函理论

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核心素养观下初中化学实验深度教学研究

核心素养观下初中化学实验深度教学研究

作者：隋语内蒙古师范大学

学位级别：硕士

2022年颁布了《义务教育化学课程标准(2022版)》,提出重视和加强化学实验教学,逐步实现从“知识本位”到“科学素养立意”的转变。化学实验不仅是初中生学习的重要内容,还是初中生认识化学的重要途径,然而,很多教师教育观念落后,还没有... 详细信息

2022年颁布了《义务教育化学课程标准(2022版)》,提出重视和加强化学实验教学,逐步实现从“知识本位”到“科学素养立意”的转变。化学实验不仅是初中生学习的重要内容,还是初中生认识化学的重要途径,然而,很多教师教育观念落后,还没有达到深刻理解新课标在培养学生核心素养方面要求的高度和正确对待初中化学实验教学的重要价值。因此,如何利用不同类型的化学实验,采用何种有效的教学模式或者教学方法实现初中生化学核心素养的培养,是目前教学研究中需要解决的问题。本研究以建构主义学习理论和最近发展区理论为理论基础,采用文献研究法、问卷调查法和实验研究法,在深刻理解深度教学的基础上,调查了无锡市部分初中化学教师有关化学深度教学及深度实验教学方面的基本情况。整理统计了人教版九年级化学教材中涉及的化学实验内容、数量和类型,根据新课标中相关主题实验教学的学业要求和学业质量描述要求,优化实验教学过程,实施深度实验教学改革,培养学生的化学核心素养,构建了“前端分析→情境创设→实验探究→解释归纳→迁移应用→评价反思”实验深度教学的教学模型。依据所构建的教学模式,选取初中化学“物质的性质与组成的探究性实验”“演示实验”“概念原理的探究性实验”三个典型实验教学类型,进行深度实验教学设计,分别编制了初中化学“碳和碳的氧化物”“金刚石、石墨和C”“燃烧与灭火”三个典型深度实验教学案例,在无锡市某中学九年级的2个平行班,进行了教学实验研究,通过自制的素养化测试试题,诊断和测评学生的化学学科核心素养培养效果。研究结果表明,实验班学生在“化学观念”“科学思维”“科学探究与实践”“科学态度与责任”四个方面的核心素养比对照班学生进步明显、变化幅度更大,所构建的实验深度教学模式对学生化学核心素养的发展有明显的促进作用。针对实验研究结果,提出在应用实验深度教学模式时要“科学化制定教学目标”“真实情境中设疑,开展探究活动”“注重合作交流,发展探究能力”“发挥课后实验功能,创造动手实践机会”“创新课本实验,体现‘用中学’‘创中学’”五点教学建议。

关键词：实验深度教学化学核心素养教学模式教育实验

量子化学计算软件在高中化学物质结构教学中的应用

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量子化学计算软件在高中化学物质结构教学中的应用

作者：刘弋菲内蒙古师范大学

学位级别：硕士

基于《普通高中化学课程标准（2017年版）》所提出的发展学生微观探析、模型认知等学科核心素养的要求,以及高考改革逐步推进的趋势,物质结构类知识的教学方式以及教学程度应当被给予足够的重视,但与物质结构相关的知识理论性强且抽象,... 详细信息

基于《普通高中化学课程标准（2017年版）》所提出的发展学生微观探析、模型认知等学科核心素养的要求,以及高考改革逐步推进的趋势,物质结构类知识的教学方式以及教学程度应当被给予足够的重视,但与物质结构相关的知识理论性强且抽象,对于空间想象能力和抽象思维尚未发展完全的高中生而言,仅通过观察教师绘制的平面构型以及个别的实物模型,没有实验过程的直观体验与现实生活经验的支持,很难对于物质微观结构与性质之间的联系产生感性认识和模型迁移;而量子化学计算软件能够在有限的时间内,通过呈现物质微观结构参数有效地揭示物质结构与性质之间的联系,在一定程度上降低物质结构类知识的教学难度,促进学生对于物质结构的深度学习,以及宏微结合思维、证据推理能力和模型认知等素养的发展。本研究在查阅相关文献的基础上,对内蒙古7个盟市的103名高中化学教师和385名高中学生关于物质结构类知识的教学和学习现状进行了问卷调查,其中教师问卷主要调查了化学教师对于物质结构类知识的教学程度;学生问卷主要调查了部分学校高三学生对于物质结构类知识的掌握情况,以及对于教师物质结构类知识教学情况的反馈。探索了以Gaussian、Materials Studio软件为代表的量子化学计算软件在表征物质稳定结构、分析化学性质、展示反应机理等方面的功能在高中物质结构教学中的应用方式,基于人教版高中化学教材,编写了“二氧化硅”和“醇的化学性质”两个教学设计,并在呼和浩特市某中学高一年级的两个平行班进行教学实践研究。调查结果表明,现阶段内蒙古地区的高中化学教师和学生存在对于物质结构类知识的关注度不够、教与学的程度较低、现有教具对物质结构类知识呈现不够直观、教师教育理念较为落后等限制师生物质结构类知识深度教学和学习的问题。基于以上问题,本研究提出了结合量子化学计算软件的物质结构模型教学策略,包括“对比结构,分析信息;模型论证,构建关联;类比推理,综合应用”三个教学环节,以促进高中化学物质结构教学对于学生宏微观结合思维、证据推理能力及模型认知素养的发展。教学实践结果表明,所提出的结合量子化学计算软件的物质结构模型教学策略,能够在一定程度上促进学生对于物质结构与性质的理解与掌握,对于学生微观探析、模型认知素养的发展具有明显的促进作用,在高中化学物质结构类知识的教学中具备一定的可行性。

关键词：量子化学计算软件高中化学物质结构教学

金团簇的结构与稳定性及其对甲醛吸附作用的理论研究

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金团簇的结构与稳定性及其对甲醛吸附作用的理论研究

作者：尹俊青内蒙古师范大学

学位级别：硕士

室内甲醛(HCHO)超标对人体健康的危害已引起广泛关注。研究表明,纳米金可以较好地催化氧化消除HCHO。然而,活性金的形态与价态一直倍具争议。本文使用密度泛函理论方法研究了金团簇的稳定性及其对HCHO吸附活性的形状效应与价态效应。首... 详细信息

室内甲醛(HCHO)超标对人体健康的危害已引起广泛关注。研究表明,纳米金可以较好地催化氧化消除HCHO。然而,活性金的形态与价态一直倍具争议。本文使用密度泛函理论方法研究了金团簇的稳定性及其对HCHO吸附活性的形状效应与价态效应。首先,分析最稳定金团簇Aunz(n=2～12;z=0/+1/-1)的稳定性。发现,不同电荷金团簇的2D―3D转折点各异,8个Au以上的金团簇呈现Cake型。电子派对效应是导致金团簇的热稳定性随尺寸增大表现奇偶振荡的主因。其次,研究了Planar型、Cake型与Serrate型Aun(n=8～10)金团簇活化HCHO的形状效应。发现,Au―O作用比Au―H作用更占优势;低配位Au吸附作用较强;Planar型结构因存在芳香性环流而呈平面型,且面内Au几乎不具有活化HCHO的作用;能对HCHO的C=O、C―H键较好活化的Au是Cake-Au10的中等吸附强度Au原子。最后,研究了Cake-Aunz(n=8～10;z=0/+1/-1)金团簇活化HCHO的价态效应。发现,Cake-Aun0/+1主要通过Au―O作用吸附HCHO而Cake-Aunˉ主要通过Au―H作用吸附HCHO。吸附较强的Au主要活化C=O键,而吸附较弱的Au主要活化C―H键。Cake-Au10+同时较好地活化C=O键与C―H键。

关键词：金团簇奇偶振荡形状效应价态效应吸附甲醛