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关键词： 热辐射器   钨   电化学抛光   工艺参数   正交试验  

摘要： 在热光伏系统中,钨因其熔点高、红外区发射率低、相较于其他难熔金属蒸汽压低等优点,可作为热辐射器材料。对热辐射器表面进行抛光处理有利于提高其辐射效率。电化学抛光是一种加工过程无接触、加工效率高的表面处理技术,能够适用于提升钨热辐射器的表面质量。 根据电化学抛光特点及工件形状,自主搭建了一套电化学抛光试验平台,主要包括电化学抛光工装、温控系统和电解液循环系统,其操作简单,便于使用。 基于搭建的电化学抛光试验平台开展单因素试验,探究了不同工艺参数对钨电化学抛光的影响规律。结果表明,表面粗糙度随着加工电压、加工时间、加工间隙和电解液温度的增加均呈现先减小后增大的趋势。其中,当加工电压为20V时,抛光后的表面粗糙度最低,为21nm;当加工时间为160s时,抛光效果最好,表面粗糙度为24nm;当加工间隙为5mm时,表面粗糙度最低,达到18nm;当电解液温度为25℃时最小,表面粗糙度为22nm,此时的抛光效果最佳。 通过开展正交试验对工艺参数进行了优选,分析试验结果后确定了加工参数对钨电化学抛光效果的影响程度。影响程度从大到小依次为加工电压、加工间隙、电解液温度、加工时间。同时得到电化学抛光最佳工艺参数组合为:加工电压20V、加工时间160s、加工间隙5mm和电解液温度30℃,在最佳工艺参数组合条件下抛光后的工件表面粗糙度值为13nm,表面平整且光亮。

关键词： 高中化学   有机化学   思维导图   教学实践  

摘要： 本文的研究背景是信息经济时代要求对知识结构进行重新认识,知识结构化是化学学科理解的重要组成部分,思维导图是中学生进行知识结构化的重要途径。本文的研究方法采用文献法、问卷调查法、访谈法、实验研究法,研究的理论基础为脑科学理论、信息加工学习理论、知识可视化理论、建构主义理论。本研究的创新点在于在高二有机化学新授课教学中应用思维导图可参考案例较少,所以通过实践研究新授课时使用思维导图进行教学对学生的学习是否有帮助。本研究的理论意义在于丰富有关化学教学的相关理论,丰富当前我国化学课堂教学方式;实践意义在于帮助教师掌握一种设计教学过程的新方法,帮助学生提高学习效率,有利于构建有机化学的知识体系。本文以高二有机化学教学为载体,将思维导图运用到化学课堂教学中,遵循思维导图的绘制原则和方法,明确思维导图在有机化学基础教学中的应用时机:在课前、课中、课后均可以应用;应用策略为可以通过教师培训示范、学生独立绘制、小组合作构建的方式形成思维导图。本文重点将思维导图应用于高二有机化学新授课时,要求学生当堂完成绘制本节课的思维导图。教学实践前后设计两份调查问卷,了解学生采用这种学习方式发生的变化,再通过实践前后两次测试成绩对比、个人访谈,发现思维导图对于学生的学习有十分明显的帮助,主要体现在以下三个方面:提高了学生的学习成绩、学生掌握了有机化合物的学习方法、提升了学生的逻辑思维能力。同时提供了高二有机化学新授课——《醇》《羧酸》的教学设计与思维导图,丰富结合思维导图进行高中化学教学的教学案例,为初高中一线化学教师提供借鉴与指导。

关键词： 气液平衡   离子液体   萃取精馏   Cosmo   Gaussian  

摘要： 甲醇、甲酸乙酯是一种应用广泛的化学原料。甲醇在工业生产中,有一种重要合成方法是通过一氧化碳的催化加氢合成,这种方法受到热力学平衡的限制,合成过程将产生副产物甲酸乙酯。然而,甲醇和甲酸乙酯在常温常压下会形成共沸物,要实现共沸分离,通常使用萃取蒸馏的方法,而常规的萃取剂存在高挥发性、高毒性等缺点。离子液体具有低毒性、低腐蚀性、常温常压下几乎没有挥发度等特性,在分离领域具有广阔的应用前景。因此,本文选用离子液体作为萃取剂,对甲醇-甲酸乙酯共沸体系进行萃取蒸馏。首先,本文使用基于COSMO-RS理论的COSMOTherm X软件由25个常见阳离子和25个阴离子组合的625种离子液体进行筛选。结合离子液体对于甲醇、甲酸乙酯的溶解度、选择性参数,以及离子液体的易获得性、制备可行性等因素,筛选出了四种萃取剂:(1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM][DEP])、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐[BMIM][DEP]、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][OAC])、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIM][OAC]))作为分离甲醇-甲酸乙酯共沸体系的萃取剂。分别采用分部合成法制备:[EMIM][DEP]、[EMIM][OAC]、[BMIM][OAC]三种离子液体。通过阿贝折光率以及C、N、H、S元素分析两种表征手段,表明制备和购买的离子液体纯度均达到气液相平衡实验需求。在101.33k Pa条件下,测量甲醇-甲酸乙酯二元体系的气液平衡数据,并通过面积积分法进行热力学一致性检验,得到气液相平衡装置符合实验条件。检验后的装置在标准大气压下测得甲醇-甲酸乙酯-离子液体([EMIM][DEP]、[BMIM][DEP]、[EMIM][OAC]、[BMIM][OAC])三元体系的气液相平衡数据。实验结果表明:四种离子液体的加入均能使气液平衡曲线向远离对角线方向移动,离子液体浓度越高,偏移越大;离子液体加入后,由于溶液的依数性,体系的平衡温度升高,并与离子液体的浓度呈正相关;离子液体的加入提高了甲酸乙酯的相对挥发度;四种离子液体的加入使甲酸乙酯更多的在气相聚集,产生了盐析效应,浓度越高盐析越明显。通过气液相平衡数据的比较,发现四种离子液体均具有打破共沸、分离共沸体系的能力,其中[EMIM][OAC]分离效果最优。从量子化学角度分析离子液体分离甲醇-甲酸乙酯的机理,采用COSMO-RS理论以及Gaussian09得到σ-profiles、结构优化频率计算、RDG可视化分析以及相互作用能。分析得到甲醇与甲酸乙酯的相互作用力远远小于四种离子液体对甲醇、甲酸乙酯的作用力,其中离子液体对任意组分的作用力均满足:[BMIM][D EP]<[EMIM][DEP]<[BMIM][OAC]<[EMIM][OAC]。离子液体通过和甲醇产生更强的氢键作用,降低了甲醇挥发度,使得甲酸乙酯更容易挥发,表现出甲酸乙酯相对甲醇的挥发度升高,从而打破共沸,实现各组分分离。

关键词： 数值模拟   混合澄清槽   CFD-PBE   液-液萃取   传质系数   DSD  

摘要： 液-液萃取工艺,因其独特的分离性能被广泛应用于核工业乏燃料后处理过程中。乏燃料后处理PUREX工艺主要采用多级混合澄清槽完成铀钚分离操作。但由于核工业乏燃料的放射特性,采用逐级实验对液-液萃取设备—混合澄清槽的放大成本高,主要依靠经验性。本文采用计算流体力学（CFD）方法,结合液-液萃取多相混合的特点,以多相流模型耦合群体平衡模型对混合槽和澄清槽进行性能模拟计算,重点分析了单级混合澄清槽尺寸等设备结构参数对混合与澄清效果的影响,以及两级逆流混合澄清槽中的流体流动特性和液-液传质特性。为乏燃料后处理中液液萃取工艺设备的设计、优化、运行和放大提供基本依据。 首先,基于欧拉-欧拉两相流动体系选取k-ε模型描述湍流流动,以MRF模型处理叶轮旋转,对混合槽和澄清槽的结构参数、混合与澄清性能进行模拟计算。结果表明,在实验室设备规模下,桨叶型式和尺寸对两相混合效果影响与混合槽的高径比H/D相比更大,直桨优于斜叶,但叶片数量对混合贡献有限;双叶轮搅拌混合效果强,但抽吸能力较弱;叶轮离底间隙增大,抽吸能力降低。增大槽体总长度、减小挡板与入口间间距和增大挡板的相对宽度,澄清槽内液液两相分散带厚度减小,澄清效果改善。 其次,改变操作条件会对混合与澄清效果产生影响。增大进料流率和叶轮转速,及减小两相进料流比（水相/有机相）有利于混合作用,而不利于澄清分离。此外分散相液滴d32大小同样制约混合澄清效果,分散相液滴d32越小混合越趋近均匀,但不利于澄清分离。 最后,采用CFD-PBE模型描述液滴破裂和聚结现象,对两级逆流混合澄清槽进行数值模拟,并与冷模实验在线粒子成像分析仪（PVM）分析数据对比。结果表明,混合槽中φd和d32具有空间不均匀性;停留时间、进料流比和叶轮转速的增加,φd向第二级积累的趋势增强,而DSD主要受叶轮转速控制的湍流强度影响;液-液传质速率受湍流强度、DSD和φd的共同影响,提高叶轮转速可以提高k L和α,而停留时间和进料流比只能通过改变DSD和φd来影响α。

关键词： 离子液体   萃取精馏   相对挥发度   过程模拟   经济分析  

摘要： 在聚乙烯醇回收工艺中存在乙酸甲酯-甲醇-水混合物,其中乙酸甲酯-甲醇、乙酸甲酯-水会形成共沸。萃取精馏技术可实现乙酸甲酯-甲醇-水混合物的高效分离。然而基于有机溶剂的萃取精馏过程存在高物耗高能耗问题,这限制了精馏技术的进一步发展。离子液体具有高选择性、非挥发性和物性易调控等优点,其在分离共沸物方面得到了广泛关注。目前研究主要集中在离子液体分离的热力学相平衡性能比较上,而对不同离子液体分离的过程性能及不同维度的性能排序差异性的研究较为少见。因此,本研究以乙酸甲酯-甲醇和乙酸甲酯-甲醇-水两个共沸体系为对象,研究了不同离子液体萃取精馏分离共沸物的热力学效率、过程能耗、经济及环境性能,并对离子液体多维度性能排序的差异性进行了分析。 本文利用Wilson、UNIFAC-Lei和NRTL热力学模型计算了离子液体-乙酸甲酯-甲醇三元体系汽液相平衡数据,并与文献报道的实验数据进行了对比。根据预测的汽液相平衡数据的平均相对偏差,确定出更为准确的热力学模型。NRTL模型预测的汽液相平衡温度和组成的平均相对偏差分别为0.08%和0.78%,表明采用该方法进行过程模拟是可靠的。 针对乙酸甲酯-甲醇共沸物分离,探究了八种离子液体分离共沸物的相平衡、过程经济及环境性能。夹带剂包括:1-己基-3-甲基咪唑氯化盐（[HMIM][Cl]）、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（[EMIM][Ac]）、1-辛基-3-甲基咪唑氯化盐（[OMIM][C l]）、1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐（[EMIM][Me SO4]）、1-己基-3-甲基咪唑溴化盐（[HMIM][Br]）、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐（[EMIM][SCN]）、1-丁基-1-甲基吡咯烷二腈胺盐（[BMPYR][DCA]）和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（[BMIM][NTf2]）。研究通过sigma-profile图解释了离子液体分离共沸物的微观机理。探究了八种离子液体对乙酸甲酯-甲醇y-x相图的影响。研究了不同离子液体夹带剂与共沸混合物进料摩尔流量比以及不同共沸物进料组成对乙酸甲酯-甲醇相对挥发度的影响。对离子液体双塔萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇工艺进行了建模和模拟。根据全流程的能量成本和年度总成本（TAC）对夹带剂流量、理论板数、进料位置、回流比和离子液体回收温度进行了参数优化。离子液体分离乙酸甲酯-甲醇共沸物的工艺经济性能排序为:[HMIM][Cl]>[EMIM][Ac]>[E MIM][SCN]>[EMIM][Me SO4]>[BMPYR][DCA]>[OMIM][Cl]>[HMIM][Br]>[BMIM][NTf2],与后七种离子液体工艺相比,[HMIM][Cl]工艺可节约T AC约18.3%-82.3%。综合热力学效率、过程经济性能和CO2排放,确定出[HMI M][Cl]双塔萃取精馏工艺为分离乙酸甲酯-甲醇共沸物最适宜的技术。 针对乙酸甲酯-甲醇-水混合物分离,探究了上述八种离子液体和二甲基亚砜（DMSO）分离混合物的相平衡、过程经济及环境性能。基于TAC最小优化了流程操作参数。设计了热泵精馏及物流匹配换热节能萃取精馏工艺。探究了具有良好相平衡性能的离子液体是否在工艺水平上也具有经济优势。研究了有无节能两种情景对离子液体工艺经济性能的影响规律。研究表明:原始工艺和节能工艺两种情境下,离子液体的工艺经济性能排序相同,其为:[EMIM][Ac]>[HMI M][Cl]>[EMIM][SCN]>[EMIM][Me SO4]>[HMIM][Br]>[BMPYR][DCA]>[OMIM][Cl]>[BMIM][NTf2]。离子液体相应的热泵辅助工艺的TAC分别可节省18.7%、16.4%、14.6%、15.5%、16.1%、17.5%、18.8%和51.2%。与后七种离子液体和DMSO工艺相比,[EMIM][Ac]工艺的TAC可降低约3.4%-48.2%。综合热力学效率、工艺经济和环境性能,热泵辅助[EMIM][Ac]或[HMIM][Cl]工艺是分离乙酸甲酯-甲醇-水混合物有前景的技术。

关键词： 二甲醚   湍流燃烧   直接数值模拟   化学反应机理   化学爆炸模式  

摘要： 燃烧是人类获取能量的主要途径,但同时也带来了环境污染。为了提高发动机的燃烧效率,需要深入了解燃料在湍流燃烧场中复杂的物理化学过程。本文采用直接数值模拟（direct numerical simulation,DNS）方法,研究了二甲醚（dimethyl ether,DME）在湍流场中的燃烧过程,包括预混和扩散燃烧。化学爆炸模式分析（chemical explosive mode analysis,CEMA）是一种数值诊断方法,通过特征分析燃烧控制方程中化学源项的雅可比矩阵,能够揭示出控制着火、熄火和火焰面传播等现象的反应动力学因素,具有系统、稳健、高效的优点。本文采用CEMA方法揭示了DME湍流燃烧场中着火特性、燃烧机理以及湍流/燃烧耦合作用机理。研究结果对于合理组织发动机燃烧过程,以及设计高效率和良好稳定性的新型发动机具有重要的意义。本文的研究内容及结论如下:（1）对均质压燃式发动机条件下DME/空气湍流分层预混气的燃烧过程进行了二维DNS模拟,探究了初始温度、浓度分层、温度分层和速度脉动对DME着火过程的影响。研究结果表明,在均质压燃式发动机中采用分层策略能够明显延缓燃烧过程。不同浓度分层对着火过程的影响可忽略,但第二阶段着火过程中最易着火混合物分数为0.087。随着温度脉动增加,燃烧场内出现了丰富的爆燃火焰锋面,使得着火过程更加平稳。随着速度脉动增加,标量耗散率逐渐增大,导致整体燃烧过程加快。在低温着火阶段,CH2O和CH3OCH2O2自由基对化学爆炸模式（chemical explosive mode,CEM）起主导作用,低温链分支反应CH3OCH2O2=CH2OCH2O2H（R156）对CEM模式的贡献最大。在高温着火阶段,温度对CEM模式起主导作用,反应CO+OH=CO2+H（R25）对CEM模式起关键作用。（2）基于DME湍流射流推举燃烧过程的DNS数据,分析了推举火焰结构、燃烧模式和推举稳定机理。结果表明:DME湍流射流推举火焰为部分预混燃烧,在射流核心区,存在一条低温放热分支和紧随其后的中温着火分支。DME湍流射流推举火焰有四种燃烧模式。在冷焰反应区与中温反应区,湍流混合占主导,并且会抑制低温放热;而在富燃高温区与贫燃高温区,化学反应占主导,但是湍流会增强混合物分数小于0.1的超贫燃区的高温释热率。富燃高温区和贫燃高温区的产热对总释热率起主要贡献,分别占37.3%和60.67%;而冷焰反应区和中温反应区对总体产热的贡献微乎其微,但是中低温组分加快了高温着火过程。DME湍流射流推举稳定性由贫燃侧的高温自着火反应机制所控制。

关键词： 离子液体   萃取精馏   过程强化   量化计算  

摘要： 氨苄西林钠的生产过程中会产生大量含有乙酸乙酯和异丙醇的工业废水,类似地,乙酸正丙酯的生产过程中会产生含有乙酸甲酯和甲醇的废液。乙酸乙酯、乙酸甲酯、异丙醇和甲醇是重要的化工产品和工业原料,被广泛应用于制药,涂料等领域。为避免环境污染和资源浪费,有必要对该类含有酯-醇的废液进行回收。然而,乙酸甲酯-甲醇属于二元共沸混合物,而乙酸乙酯-异丙醇-水属于三元多共沸混合物,传统的精馏方法很难将该类混合物分离。通常,工业中多采用特殊精馏法分离共沸混合物,包括萃取精馏、变压精馏、共沸精馏等。其中,萃取精馏法具有操作简单、处理量大、技术成熟等优点而被广泛用于共沸混合物的分离。而萃取剂的选择是萃取精馏中的关键环节,作为新一代萃取剂,离子液体(ILs)因可设计性强、易回收、难挥发、高热稳定性等优点而被广泛研究。虽然萃取精馏法是分离共沸混合物的有效方法,但仍存在能耗高的问题。因此,有必要设计节能、环保的工艺强化技术。鉴于上述问题,本研究决定采用ILs基夹带剂,以及过程强化技术实现上述共沸混合物的高效分离。首先,利用模型筛选法筛选出最优夹带剂;其次,采用多种量化计算方法从分子层面研究了分离机理;最后,在系统层面上对分离工艺进行了模拟及优化,旨在实现有效分离的同时达到节能减排的目的。具体工作如下:(1)利用Aspen研究了传统有机溶剂对乙酸乙酯/水、乙酸乙酯/异丙醇、异丙醇/水系统汽液平衡,筛选出效果较好的二甲基亚砜(DMSO)。利用COSMOtherm X软件基于COSMO-RS理论从225种ILs中筛选出溶解度和选择性高于DMSO,且熔点低、密度小和热稳定性好的溶剂[EMIM][AC]作为ILs夹带剂,用于乙酸乙酯-异丙醇-水和乙酸甲酯-甲醇体系的分离。(2)基于COSMO-RS理论、密度泛函理论(DFT)、可视化分析方法,利用COSMOtherm X、Gaussian09、Multiwfn和Visual Molecular Dynamics(VMD)等量化计算软件从表面电荷密度分布(σ-Profile)、静电势(ESP)、独立梯度模(IGM)和分子中的原子(AIM)等多个方面深入到分子层面对分离机理进行探索。证明萃取剂与分离物质乙酸乙酯-异丙醇-水体系(或乙酸甲酯-甲醇体系)间的相互作用类型及强度,有利于酯-醇的分离。(3)设计并优化了单一DMSO夹带剂、单一离子液体[EMIM][AC]夹带剂、离子液体[EMIM][AC]+有机溶剂DMSO混合夹带剂的常规分离流程和混合夹带剂隔壁精馏塔的分离流程。此外,对[EMIM][AC]作为夹带剂的酯交换反应萃取蒸馏(RED)工艺模拟及优化。最后,以二氧化碳(CO)排放量、热力学效率(η)、能耗和年度总费用(TAC)为评价标准对分离过程进行评估,为工业上的应用提供理论指导与借鉴。

关键词： 思维导图   创造性思维   有机化学   实践研究  

摘要： 在当前国家迫切需要培养创新人才的形势下,对学生创造性思维的挖掘和培养,是具有非常重要意义和价值的工作。但是,当前学校中关于学生创造性思维的培养而言,还存在着一些问题,例如,缺乏相关的理论支持,缺乏相应的实践应用等。思维导图是把对文字资料的记忆转变为对图片的记忆,是通过左右脑的共同工作,从而产生出各种各样的想法。鉴于此,研究以高二学生为研究对象,尝试在有机化学的课堂中运用思维导图,从创造力倾向和创造性思维能力两个方面进行测评,探究思维导图的应用对学生创造性思维提升的有效性,为化学教学提供一定的参考。研究采用问卷调查法,首先基于相关文献,结合高中化学学科特点,再参考他人的相关研究,设计编制了《中学生创造力倾向测验题》、《中学生创造性思维能力测验题》对中学生创造性思维的发展现状进行调查,以所在实习学校180名学生为调查对象,在对学生创造性思维发展现状的调查结果进行统计分析发现,学生整体的创造性思维水平较好,在创造力倾向和创造性思维能力两个方面均表现良好。然后,采用准实验研究法,以实习学校高二5班为实验班,高二4班为对照班,在实验班的课堂教学中应用思维导图进行干预实践,时长两个月。具体过程如下:在教学实践前,对实验班和对照班学生的创造力倾向和创造性思维能力进行前测。在对实验班学生进行思维导图培训后,在实验班中对选择性必修3——有机化学基础的第二单元的新课、复习课和习题课实施思维导图教学干预。在新课教学中,由教师在课堂中演示本节内容的思维导图,加强学生对思维导图的认识与了解;在复习课的教学中,由学生自主绘制思维导图并在课堂中展示讲解,教师起指导作用;在习题课教学中,教师引导学生形成利用思维导图来梳理自己的思路的习惯,以促进学生解题能力的提高,培养学生的发散思维。在教学实践后,对实验班和对照班学生创造力倾向与创造性思维能力进行后测。数据分析采用SPSS26.0软件,分析在化学教学应用思维导图对学生创造性思维的影响作用,结合前后测数据的分析结果,发现在化学教学中应用思维导图能够提升学生的创造性思维。在创造力倾向上,思维导图的应用提升了学生的想象力与挑战性;在创造性思维能力上,在言语任务中对学生的流畅性与灵活性的提升具有显著效果,在图形任务中能够显著提高学生的流畅性、灵活性与精致性。综上所述,研究者得到了以下几点启发:第一,要全面开发思维导图的价值,采用科学合理的教学方法,并把它和实际教学相结合,以促进学生创造性思维的发展;其次,在应用思维导图的过程中,要注重与教学内容的适配性,从学生的角度出发,选择适当而有效的学习方法;最后,要不断挖掘思维导图的作用,从多角度、多学科培养和提升学生的创造性思维。

关键词： 素养为本   高考化学试题   有机化学   备考策略  

摘要： 随着高中化学新课程标准的提出,近年来多省份实施新高考模式改革,化学核心素养成为高中化学教育研究和实践的重点。从当前的研究现状来看,“素养为本”的高中化学教育研究大多为单一的高考试题分析或课堂教学设计。本研究将“素养为本”的高考化学试题分析与教学实证研究相结合,以理论指导实践,通过教学前后的核心素养水平测评结果对比,验证教学效果,归纳总结教学建议和高考备考策略,对于培养学生的化学核心素养,提升科学能力,具有重要的参考价值和借鉴意义。本研究首先对于相关核心概念进行了理论界定,认为“素养为本”是一种更加注重学生关键能力培养的教育理念,不同于只注重知识与技能的“知识为本”教育理念。化学核心素养是结合化学学科特点凝练出的五大学科素养,即“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”。本研究搭建了“素养为本”的高考化学试题分析框架,运用分层抽样法,对七个新高考省市(北京市、山东省、辽宁省、湖北省、重庆市、广东省、甘肃省)2020-2022连续三年的高考化学试题中有机化学的题目进行文本比较分析。试题命制特点如下:1、情境化试题,紧密联系生产生活,体现有机化学对生命科学等发展的社会价值;2、强调必备知识的体系建构,重点是有机化学主题2“烃及其衍生物的性质与应用”的考查;3、注重化学学科核心素养1“宏观辨识与微观探析”和素养3“证据推理与模型认知”关键能力的培养。基于化学核心素养高考试题的特点,进行主题式大单元复习教学设计。在进行《乙酰水杨酸有机合成》的教学过程前,分析实验班和普通班的前测样本数据无显著性差异,历经一周的教学后实验班总体学生对于有机化合物主题的关键能力均值上高于普通班,说明有机化合物主题式大单元教学有助于促进学生学科能力的发展。“素养为本”的高中化学教育研究需要将教、学、评一体化结合,一线教师如何兼顾学业水平考试评价与高效课堂教学是一个需要不断探索的难题。本研究结合当前新高考改革的背景,选取“有机化学”版块较为系统的研究了核心素养视角下的近三年七个省市高考化学试题的命题特点,开展大单元教学《乙酰水杨酸有机合成》的实证研究,提出了“素养为本”的高中化学教学和备考策略:1、基于有机化合物主题内容,依据学情开展层次化的活动,进行大单元整体教学有助于发展学生的化学关键能力;2、针对有机化学版块的备考,可以基于高考有机推断题展开,深入挖掘试题特点。开展深度学习与合作学习,尽可能把课堂“还”给学生。本研究有助于一线教师理解化学学科核心素养的内涵,明晰高考试题的命题规律,落实化学素养教学模式的探索,对高中化学基于核心素养的“教、学、评”一体化有实践指导意义。

关键词： 醇酯分离   萃取精馏   COSMO-RS模型   气液相平衡   NRTL模型  

摘要： 甲酸乙酯是良好的溶剂,可作为药物有机合成的中间体,在工业上用于生产涂料和漆,在农业中作为熏蒸剂,在食品工业中作为食品核心成分和香料等。工业上常通过甲酸和乙醇酯化法生产甲酸乙酯,其过程为甲酸和乙醇在硫酸催化条件下发生酯化反应产生甲酸乙酯。在其生产过程中,产物甲酸乙酯和未反应完的乙醇在常压下会形成共沸物,普通的精馏方法难以分离。 基于COSMO-RS模型已被应用离子液体的物性预测,对于甲酸乙酯（1）-乙醇（2）共沸体系进行离子液体筛选,选用四乙基醋酸铵([N2,2,2,2][AC])、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯（[EMIM][DEP]）和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯（[BMIM][DEP]）作为萃取剂,通过COSMO软件预测了三种离子液体在不同温度下的比热、粘度和密度,并进行了相关分析。在常压下测定了甲酸乙酯（1）+乙醇（2）二元体系以及甲酸乙酯（1）+乙醇（2）+离子液体（3）三元体系的气液相平衡（VLE）数据,将实验数据进行了热力学一致性检测,并与NRTL模型进行了关联。 通过过量焓分析和σ-profile分析探究分离机理,研究结果表明,离子液体与乙醇分子之间形成氢键与范德华力,其相互作用较强,另外,随着离子液体浓度的增加,吸热、放热现象更加明显,说明其分子之间相互作用随之增强,促进甲酸乙酯与乙醇的分离,从而将甲酸乙酯分离出来。同时可以看出离子液体的阳离子碳链长度越短,分离效果越好。可见,[EMIM][DEP]的分离效果优于[BMIM][DEP]离子液体。最后,进行Aspen Plus萃取精馏工艺流程模拟,采用[EMIM][DEP]离子液体作为萃取剂,分离甲酸乙酯（1）-乙醇（2）共沸体系,模拟得出适宜的工艺参数,在共沸体系中具有良好的分离效果,为工业上萃取精馏分离甲酸乙酯（1）-乙醇（2）共沸体系提供数据基础。