无机化学在化工上的应用范文

无机化学在化工上的应用篇1

关键词：无机化学 卓越工程师 改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.17.041

2009年12月教育部正式启动了“卓越工程师培养计划”。该计划旨在培养造就具有创新能力、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国力。

《无机化学》是化学化工类卓越工程师教学的第一门专业基础课程，承载着服务后续基础和专业课程的功能，对化学化工专业骨干课程的学习起着至关重要的作用，在整个课程体系中具有重要地位。因此，《无机化学》课程的改革成功与否，极大地影响着后继课程的改革成败，对卓越工程师计划的顺利实施起着至关重要的作用。要想达到应用型卓越工程师的培养目标，我们还必须进一步深化本课程体系和教学改革，加大改革力度，力争为培养出创新和实践能力强的、满足现代化学化工行业需要的应用型工程人才起到应有的作用。

无机化学课程改革的深化必须从以下几个方面开展。

1 推进教学内容和教学方法改革

第一，加强与其他基础化学课程的联系和交叉：无机化学与有机化学、分析化学、物理化学并称为四大基础化学课程。无机化学是其他三门课程的奠基课程，教学中要与其他三门课程在教学内容、教学方法以及知识应用等方面进行很好的协调配合。第二，调整教学的重点，突出重点，化解难点：无机化学的教学内容非常丰富，主要包括化学基本理论和元素无机化学两大类。在教学中，我们要改变以往无的放矢，课时分配一刀切的状况，将重点放在化学基本理论的掌握上，使无机化学真正起到承载其他基础课程的奠基功能，更好的服务后继课程。对“原子和分子结构”等历来的教学难点，应多与学生讨论，在课时分配和授课深度上进行探索，予以更好的把握，改变以往对学生情况不甚了解，教师主导课程进度的状况。第三，革新无机化学教学方法：因“材”施教：根据不同的教学内容，采用不同的教学方法。改变以往呆板的教师填鸭式教学，根据教学内容，充分选用讲座，视频，讨论等新颖的授课方式，激发学生的学习兴趣;师生讲授结合。对于较为难以把握的化学理论知识，应主要由教师讲授和学生练习相结合;而对于内容较为易于掌握的元素无机化学部分，应采用学生讲授，教师点评，学生小论文和讲座等丰富多彩的教学方式，使学生充分参与到教学中来，体验到教学的乐趣。

2 深入实验教学方法改革

革新教学理念：在无机化学实验教学的改革中，将无机化学实验课从隶属于理论课，以验证理论和训练技能为主，忽视学生能力的培养的僵局中摆脱出来，要以“卓越工程师”为培养目标，强化实践能力、创新思维和意识的培养; 拓宽基础，淡化二级学科界限，突破原四大基础化学实验课程及化工多门实验单独设课的课程体系，按照制备、性能测试与表征、工程实践与应用这一主线，实行分阶段（培养基本实验能力阶段，培养研究和创新能力阶段）实验教学模式。开设计划学时外的开放实验，培养学生的创新能力：在基础化学实验课上，增设计划学时外的开放实验。主要包括学生补做或重做计划学时内的实验及进行公选题和自选题的实验。在施行的过程中坚持以学生为主的开放实验原则，保证学生能在课余时间进行开放实验的训练。以化学竞赛的形式吸引学生参加无机化学实验，激发学生学习兴趣：组织大学生基础化学技能赛，并在此基础上选拔优秀学生参加省大学生基础化学技能比赛。

3 完善课程考核机制

改变以往评价主体为单一教师的状况，吸引学生加入课程考核的主体中来。由师生共同根据评分标准对学生的平时成绩进行评分，发挥学生的主人翁意识，使考试不再神秘化，激发学生的教学参与热情;改变以往考核方式以闭卷为主的考核方式，加入课程小论文，平时测验等新的考核元素。同时，可将期末考核的闭卷笔试改为A4纸半开卷考试。即允许学生携带一张A4纸进入考场，学生可在复习时将认为与该门课程相关的重要内容书写在该A4纸（单面）上考试结束后，与试题卷、答题卷一并上交.避免考试死记硬背应考的情况，提高学生的应用能力;评分标准规范化。

这些改革措施的可行性在于，首先，改革侧重于教学方法和教学内容的变更，结合学校和教学实际，项目实施不需要高昂成本，运作简便，充分调动学生的学习积极性，在学生中推行容易被学生接受和认可，改革阻力较小;其次，高校教师可塑性强，改革阻力小，愿意为培养“卓越工程师”进行积极的探索和实践，能够接受新事物和新方法，对教学热情高涨，愿意为国家和社会培养合格人才贡献自己的力量。

总之，无机化学教师应该根据“卓越工程师教育培养计划”中对“卓越工程师”的要求，积极探索无机化学教学内容和教学方式的改革，更新教学理念，深入推进多方位、多层次、多模式的本课程的改革实践，寻找适合学校特色的无机化学教学之路，为后继课程的改革实践和学生能力的培养奠定基础，为国家和社会培养一批未来化学化工领域的卓越工程师做出应有的贡献。

参考文献：

[1]陈喜蓉，陈早明，李敏.基于“卓越工程师计划”创新型人才培养下的《化学反应工程》课程实践教学[J].广东化工，2014，41（5）：172-175.

[2]高建荣，刘化彦，韩亮.基于工程实践与创新的化工类人才培养体系构建与实施[J].高校经济，2012，45（4）：188-189.

作者简介：赵平，广东药学院医药化工学院，广东中山 528458

赵红，广东药学院医药化工学院，广东中山 528458

无机化学在化工上的应用篇2

1工程机械机电一体化、机器人化的发展现状

20世纪90年代，随着信息技术和机电技术的发展与进步，智能化工程机械技术逐渐应用到实践领域。在蒋新松的倡导和实施的“863计划”下，工程机器人化的研究工作逐渐开展，并且将机器人技术应用到挖掘机和推土机上，如图1所示，为机器人挖掘机。随着工程机械机器人化和机电一体化后，多所大学、科学院、企业先后加大了工程机械的研发力度，大大推动了其向智能化的发展。例如，清华大学与徐工集团在技术上进行合作，完成单级和集群自动化的课题研究；柳工与苏州大学、华中科技大学合作，成功完成了装载机远程服务专家系统与智能化挖掘机及企业信息化工程立项的工作，并将其逐渐应用到隧道施工等多个领域。随着科技的发展，近几年机器人和机电一体化研究有了突破性进展，在工程机械领域应用地越来越广。例如，通过无线电遥控器指挥装载机进入到危险地带作业，运用无人驾驶自卸车深入到1000m深坑中来进行多项施工工作。现阶段，在部分推土机上安装GPS对其进行导引，在密切观察地形坡度、施工环境的基础上，机械能够代替人工施工，从而更出色地完成任务。

2工程机械机电一体化、机器人化过程中存在的问题

2.1机械对工作对象的识别能力较差。工程在生产和建设过程中需要应用大量的机械设备。机械设备围绕工作内容而开展，并且跟随作业对象在移动。由于作业对象和作业环境会随着工作开展的程度而不断变化，且无规律可以遵循，如地下环境和地上的障碍物随时会发生变化，所以需要机械操作人员随时观察工程建设的现场施工情况，监测工程现场的作业情况，根据现有的作业环境对其做出准确判断，以更好地指挥机械设备，促使其顺利完成工作任务[1]。由于机械对作业对象的自我感应能力较弱，面对不确定的工作环境和工作内容无法找寻其工作规律，所以需要操作人员运用自身的技术对其进行操作，在不同环境下采用不同的工作方式。因此，现阶段所运用的工程机械无法满足实际应用的需求。后续的研究工作中，为了让工程机械更好地为施工现场服务，要不断提高工程机械的判断和识别能力，研发出适应作业环境变化的新型智能机械设备。2.2施工环境对工程机械机器人提出了较高要求。工程机械的作业场所主要在室外，施工环境多为40℃以上的高温或者是-30℃以下的低温，大风天气较多，且伴有暴雪、尘埃等，作业环境十分恶劣。除了天气对施工环境造成较大影响外，施工场所经常受到强烈的冲击和震动，甚至在某些作业环境下机械设备无法开展工作。例如，在-35℃的天气下，土壤受到寒冷天气的影响形成冻土层，无法开展挖掘工作，或者是挖掘速度较慢且对设备的损伤较大。所以，这对控制系统提出了更高要求，希望智能设备能够适应各种作业环境，并且保证其运行效率[2]。同时，施工过程中要采取相应的防护措施保护好传感器、微机系统等机械设备上的元件，避免其在恶劣环境下工作受到损伤。2.3工程机械机电一体化和机械人技术融合度较低。工程机械投入到实践应用领域，需要涉及到机电、光学、生物等多个学科中的内容，才能保证其满足智能化发展的需求。通过研究现阶段工程机械设备的智能化系统，结合实际工作情况，发现智能机械设备的信息处理能力较低，各种程序之间的协调能力较差。例如，内燃机的工作和排放过程中，需要运用超声波测距、调整刀板高度等多项工作内容对机械进行控制。再如，测绘超声波测距仪设计结构框图如图2所示，需要根据这一设计思路对机械进行控制，才能实现机械设备运行效率的高效化。但是，由于技术的融合水平较低，机械设备无法通过自控系统完成全部的操作内容，需要操作人员协助其开展工作[3]。可见，技术的发展水平和融合程度较低，亟待工程机械设备的技术研发人员加大研发力度，提高工程机械的智能化水平。

3实现工程机械机电一体化、机器人化的有效措施

3.1提高工程机械的识别能力。工程项目的施工环境较为复杂，作业条件经常变化。为了提高施工效率，减少操作人员的参与，需加大研发力度，提高工程机械的识别能力。首先，设备的研究部门要深入施工现场，了解不同作业环境对机械设备所提出的要求[4]。其次，与科研院校进行合作，提高工程机械设备的技术含量。通过提升智能化水平的方式，更好地感应作业环境的变化，让机械设备通过传感器所传输的数据调整其作业方式，适应作业环境的变化，满足作业对象提出的多种要求，从而提高工程的施工效率。3.2工程机械要满足作业环境的需求。通过分析施工现场工程机械的运行和发生的故障，受高温或者低温等自然因素的影响，电气、传感器等设备在正常温度下可以开展工作，但在施工现场却难以开展。因此，要调整工程机械设备上的元件。首先，机械设备研发人员研发出适应恶劣天气的设备元件，在各种环境下均可以保持良好的工作状态[5]。其次，施工人员要定期检修和维护设备，避免出现停工修理机械设备的现象。最后，保护好控制元件，对必要的设备做好隔离和反干扰措施，减少外界环境对机械设备的影响。3.3提高技术的融合度。工程项目的作业环境和工作内容，对工程机械设备提出了较高的技术要求。只有机械设备的技术水平高，才能最大限度地降低人工介入，进而提高施工速度和效率。例如，在地下穿孔作业中，需要工程机械沿着一定的轨迹工作，所以要融入激光技术并设置倾斜计、加速度计为其提供数据，保证其按照设计的轨迹工作。同时，为了了解工程机械的施工紧张情况，需要工程机械传输大量的图像资料，通过图像资料找出其所在的位置等。现阶段，智能化的应用水平较低，需要多种设备分散进行，才能完成工程建设的工作内容。因此，工程机械设备只有将光学、计算机、自动控制等多个领域的知识进行有效融合，并平行向前发展，才能加快机电一体化和机器人化建设的步伐。

4结语

随着工程项目的发展，应用设备机械化水平不断提高。受国家政策上的支持和大学、科研机构的参与，工程机械机电一体化和机械人化取得了较好发展。由于施工环境较为恶劣，技术发展不完善，它在实际应用中存在一定的不足。所以，要加大研发力度，不断改进设备工艺，进而更好地投入到实践工作领域，从而推动其更好地发展。

作者:卢浩飞 单位:绵阳职业技术学院

参考文献

[1]索小娟，陈光伟，王娜.工程机械机电一体化技术的应用与发展[J].科技传播，2013，（14）：157-158.

[2]王金玉，牛肖梅.工程机械机电一体化技术的应用与发展[J].科技创业家，2013，（18）：83.

[3]王振龙.机电一体化技术在工程机械中的应用[J].河南科技，2014，（4）：115-116.

[4]刘宗宝.机电一体化技术在工程机械中的应用[J].工业技术创新，2016，（4）：827-830.

无机化学在化工上的应用篇3

随着磁性材料磁性能进一步提高，为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。同时，随着双极晶体管的应用，以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合，能够制造出满足无轴承电机要求的新一代高性能功率放大器。大约在1985年，具有快速和负载能力的功率开关器件和数字信号处理器的出现，使得已经提出20多年的交流电机矢量控制技术才得以实际应用，这样解决了无轴承电机数字控制的难题。瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科技进步的基础上，于20世纪80年代后期才首次制造出无轴承电机。

几乎与比克尔同时，1990年日本A.Chiba首次实现磁阻电机的无轴承技术。

1993年，苏黎世联邦工学院的R.Schoeb首次实现交流电机的无轴承技术。无轴承电机取得实际应用，关键性突破是1998年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无轴承永磁同步薄片电机，电机结构简单，大大降低了控制系统费用，在很多领域具有很大应用价值。

2000年，苏黎世联邦工学院的S.Sliber研制出无轴承单相电机，再一次在无轴承电机研究历史上前进了一步，降低了控制系统的费用，使得无轴承电机实际应用不仅仅是可想的，而且是经济的。无轴承电机像机械轴承支承的电机一样简单，电气控制系统并不复杂，在很多领域采用无轴承电机也很经济。我们认为在不久的将来，这种技术在中国将取得广泛的应用。

无轴承电机特点及应用

无轴承电机是根据磁轴承与电机产生电磁力原理的相似性，把磁轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承所有优点，需要免维修、长寿命运行，无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合。目前得到了如下应用。

1.半导体工业

在蚀刻、制板、清洗或抛光等加工过程中需用腐蚀性化学液体，产品质量很大程度上取决于化学液体质量，液体输送泵是关键的一个环节。像酸液、有机溶剂等腐蚀的化学液体，泵必须无污染可靠传输，并且泵要具有抗腐蚀和耐一定温度的要求。传统气动和薄片泵寿命短，大多数耐温最高只有100℃左右，运动阀和薄片仍然会产生少量的微粒，液体传输也存在着不均匀的脉动，影响了工艺处理质量。采用无轴承电机密封泵能解决传统传输中存在的缺陷，大大满足精密半导体器件生产工艺要求。目前，功率为300W的无轴承电机密封泵已经在半导体工业得到应用。

2.化工领域放射性环境或高温辐射环境等恶劣条件下，用无轴承电机密封泵进行废料处理，能解决机械轴承磨损和维修的难题。在化学工业，对有效密封传输和生产系统的需求进一步提高，传统的转轴密封的密封泵，机械轴承需要，据报道80%的故障是由于密封失效引起的，20%是轴承、连接及其它故障。为了安全生产，免遭环境污染，使用无轴承电机密封泵是最佳选择。目前，苏黎世联邦工学院和Sulzer泵公司合作完成了功率为30kW的无轴承密封泵样机的研制和测试工作，进入了试运行阶段。

3.生命科学领域

心脏是生命的永动机，一旦发生故障难以修复。利用人工心脏部分或全部替代心脏功能成为心脏病患者生命延续的福音。利用机械轴承的血泵会产生摩擦和发热，使血细胞破损，引起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命。苏黎世联邦工学院和Levitronix公司研制成功的无轴承永磁电机驱动的血泵和可以移植到人体内的心脏左心室辅助装置已经在临床中应用。

研究和应用前景

我国开展磁悬浮列车和磁轴承研究多年，自20世纪90年代后期，江苏大学、沈阳工业大学和南京航空航天大学等先后得到了国家自然科学基金资助，开展了无轴承电机研究工作，在理论和实验方面取得了一些成绩。江苏大学电气信息工程学院朱？秋与瑞士苏黎世联邦工学院J.Hugel教授等共同开展了功率为4kW的无轴承永磁同步电机研究和应用工作，攻克了传感器检测、功率损耗等关键技术难题，成功研制出世界上第一台功率为4kW的无轴承永磁薄片电机，预计2004年将在化工工业、半导体工业等得到应用。

无机化学在化工上的应用篇4

目前，我国化学工业项目正在逐渐增多，为人们生产生活带来了极大的便利，食物包装、食用化学添加剂、航空航天等等，化学技术的社会性价值无可取代，但是，其产生的一系列环境问题也值得深思。其中，聚乙烯的应用带来的环境问题较为严重，由于塑料的化学分子非常的稳定，就导致其在地下会长久不腐化，产生了非常严重的白色污染问题。另外，化工工厂的废水废气也会对水体和大气产生非常巨大的影响，甚至会导致一些区域出现无生物死水现象，这些自然环境问题需要相关部门结合实际情况进行深度处理和综合性优化，积极建构更加有效的处理机制和控制体系，确保化学工业持续发展的同时，一定程度上保证环境问题得以有效解决[1]。

2化学反应应用中化工原料重要性

在我国化工工业发展进程中，将实验研究项目作为实际管理机制的基础，因此，要对研究阶段的化工应用结构进行综合分析，而对研究阶段影响最大的因素就是化学反应的基本原料，也就是说，若是想要得到一个化学物质，就要消耗其他的化工原料进行制备和化学处理，这个过程需要得到严格的审核和控制，并且将经济安全作为研究重点，提高实践基础的有效性和系统化处理效果，要从综合性管理机制出发，对相关项目进行统筹分析和综合性整理。第一，化学反应中，纳米材料在化工技术应用过程中具有非常关键的作用和价值。作为新型的高科技原料，纳米技术在微观技术结构应用机制中发挥了非常巨大的作用，纳米材料的应用范围也较为广泛。值得一提的是，纳米材料具有抗辐射作用，能一定程度上推进化工技术复合材料的实效性和应用价值[2]。第二，化学反应中的催化剂也具有非常重要的研究价值，特别是在一些大型化工企业的常规实验中，利用催化剂能有效提升整体化学实验的处理效果，确保处理结构和化学反应应用的稳定性。利用化学反应催化剂，不仅能提高化学反应的实际效率，也能有效升级其产物的应用价值，在实践中，只有保证催化剂的相关参数要求符合国际标准，才能有效提升化学反应的实际效果，并且一定程度上减少化工材料的浪费，规避化工污染的产生。正是基于此，在实际试验项目管理体系中，要结合实际需求和管理策略，高度重视化学反应催化剂的使用前景和使用效果。

3化学反应应用中废物处理反应重要性

近几年，关于化学反应和环境之间平衡关系的探讨持续升温，相关部门要结合实际需求和管理机制，建构更加系统化的处理措施，才能有效升级处理效果，正是基于此，在化工技术中，要对化学反应的废物处理项目进行全面分析和综合控制，提高整体处理效果和技术实效性。也就是说，在化学反应过程中，要对化工企业中技术结构的局限性和加工实效性进行综合性统计分析，确保废物处理效果符合预期，这也是化工企业环保项目中的关键性问题[3]。

3.1科学化综合处理

在化学反应操作过程中，要结合实验研究项目，建立健全更加系统化的综合性处理机制，由于废物环保处理过程较为复杂，需要相关人员结合实际需求对废物中的有害物质进行科学化的处理和整合，这些措施都要按照标准化流程有序推进。也就是说，只有提升科学化处理措施，才能从根本上对废物环保处理过程进行升级，从而减少有害物质的不良侵害。

3.2提高净化意识

在环保机制建立过程中，环保意识非常关键，社会大众对于自身环保意识的建设也缺乏认知，就会导致整体环保理念无法得以有效落实，相关管理控制措施也会受到影响。另外，一些化工企业为了节约成本，对环境污染问题视若无睹，也就导致有害物质和重金属随意的投放，缺乏必要的净化处理，会加深环境污染。因此，相关部门要对化工企业的环境保护意识进行统筹分析，积极建构更加系统化的处理机制，确保处理结构和污染项目符合标准。在对污染物进行综合性科学处理的过程中，提升整体环保效果[4]。值得一提的是，要想从根本上提高环保效果，相关部门也需要建立健全完整的净化处理措施，分析污染物的同时，针对实际问题采取有效措施。

4结语

总而言之，在化学化工技术管理模型中，要积极落实更加有效的处理机制，切实维护管控效果，提高对原料和化学催化剂管理效果的重视程度，寻找最优化发展路径，确保化工技术和化学工业项目的可持续发展。

作者:张伟云 单位:平顶山市工业学校

参考文献：

[1]崔国凯,钱晨阳,李浩然等.离子液体强化有机化学反应的研究进展[J].化学反应工程与工艺,2013,29(03):281-288.

[2]黄顺祥,郝荣章,刘峰等.涂层中伴有化学反应的传质动力学模型及解析解[J].兵工学报,2015,30(06):746-752.

[3]彭川.浅析微化工技术在化学反应中的应用进展[J].当代化工研究,2016,22(02):33-34.

无机化学在化工上的应用篇5

关键词：机械力化学；机械活化；纳米材料；高分子材料；环境保护

文章编号：1005－6629(2008)05－0050－04中图分类号：TQ170文献标识码：E

20世纪20年代~50年代，德国学者W.Osywald从分类学的角度提出了以机械方式诱发化学反应的学科―机械力化学（mechanochemisty）。1962年奥地利学者K.Peters在第一届欧洲粉碎会议上首次发表了题为《机械力化学反应》的论文，把机械力化学定义为：“物质受机械力的作用而发生化学变化或者物理化学变化的现象”。如今，机械力化学被认为是关于施加于固体、液体和气体物质上的各种形式的机械能―如压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲等引起的物质物理化学性质变化等一系列的化学现象。如研磨HgCl2时观察到少量Cl2逸出，粉碎碳酸盐时有二氧化碳气体产生，石膏细磨时脱水，石英受冲击后无定形化等，这些都是典型的机械力化学反应。

1 机械力化学效应

机械力化学效应是通过对物质施加机械力而引起物质发生结构及物理化学性质变化的过程。在机械力的不断作用下，起始阶段主要是物质颗粒尺寸的减小和比表面积的增大，但是达到一定程度后，由于小颗粒的聚集而出现粉磨平衡，但并不意味着粉磨过程中粉体的性质不变，事实上它会发生诸多的机械力化学效应。

1．1 晶体结构的变化

在超细粉碎过程中，随着机械力的持续作用，矿物的晶体结构和性质会发生多种变化，如颗粒表面层离子的极化变形与重排，使粉体表面结构产生晶格缺陷、晶格畸变、晶型转变、结晶程度降低甚至无定形化等。例如

γ-Fe2O3α-Fe2O3

石英 硅石

晶型转变是压力和剪切力共同作用的结果。它使物质不断吸收和积累能量，提供了晶型转变所需的热力学条件，产生晶格形变和缺陷，使之向产物结构转变。

1．2 物质物理化学性质的变化

机械力作用引起物质颗粒细化、产生裂纹、比表面积增加等。这些变化最终会引起物质的分散度、溶解度、溶解速率、密度、吸附性、导电性、催化性、烧结性、离子交换能力和置换能力、表面自由能等理化性质的改变。如粘土矿物经过超细磨后，可产生具有非饱和剩余电荷的活性点，导致高岭土的离子交换容量、吸附量、膨胀指数、溶解度、反应能力等都发生了变化。

1．3 机械力化学反应

机械力的作用可引起物质化学键的断裂，生成不饱和基团、自由离子和电子，产生新的表面，造成晶格缺陷，使物质内能增高，处于一种不稳定的化学活性状态，并使许多在常压、室温条件下不能发生的反应成为可能。根据原料的状态可以将反应体系划分为固-固、固-液、固-气三大类。

1．3．1 固-固反应体系

固-固反应体系可以分为以下几种类型

（1）金属与金属氧化物、氯化物之间的固态化学反应。

Me+Me'O(Cl、S)MeO(Cl、S)+ Me'

已研究过的反应体系有：Ag2O/Al，Cr2O3/Zn，ZnS/Al，NiCl2/Mg等。

（2）金属与C、Si、B之间的化学反应，生成高温化合物相。

Me+XMeX

（3）金属与陶瓷之间的化学反应。

Me+X1X2MeX1+MeX2

如Ti+Si3N4TiN+TiSi2

（4）金属氧化物之间的化合反应。

MeO+Me'O MeMe'O

如Fe2O3+MeOMeFe2O3（Me=Zn、Ni、Cu、Mg等）

（5）纯金属间的放热化学反应。如Al/Ni、Al/Ti等反应体系。

（6）化合物之间的固态化学反应。如

ZrCl4+2CaOZrO2+2CaCl2

1．3．2 固-液反应体系

如NiS+H2O=NiO+H2S

固-液反应系统主要是金属与有机溶剂之间的化学反应。液相反应剂一般是含碳或含氮有机物，如庚烷、苯胺等，通过反应可以生成金属碳化物或氮化物粒子。

1．3．3 固-气反应体系

如3SiO2+4N22α-Si3N4+3O2

固-气反应仅适合于活性高、氮化或碳化反应焓很高的体系。一般可选择氮气、分解氨、氨气作为氮源。

2 机械力化学的作用机理

机械力化学反应历程可由图1表示

从图中可看到：无机械力作用时，反应只以很小的速度进行，引入机械作用后，反应迅速增强并随后达到稳态，停止机械作用后，反应速度迅速下降。影响机械力化学反应历程的因素很多，各种因素间的相互作用，加之研究手段不全面，关于机械力化学的机理尚没有一个统一的界定，目前主要有以下几种理论。

（1）等离子体模型。Thiessen等认为，机械力作用导致晶格松弛与结构裂解，激发出高能电子和等离子区。一般的热化学反应温度在高于1000℃时，电子能量也不会超过4eV，即使光化学的紫外电子的能量也不会超过6eV。而机械力作用下，高激发状态诱发的等离子体产生的电子能量可超过10eV，因此机械力化学有可能进行通常情况下热化学所不能进行的反应，使固体物质的热化学反应温度降低，反应速度加快。

（2）固态合成反应模型。席生岐等从扩散理论出发，分析了高能球磨过程中的扩散特点，提出了固态合成反应模型并进行分析计算，结果表明：高能球磨过程中固态反应能否进行，取决于体系在球磨过程中能量升高的程度，而反应完成与否受体系中的扩散过程控制，即受制于晶粒细化程度和粉末碰撞温度。一方面由于颗粒在超细磨过程中，被强烈塑性变形，产生应力和应变，颗粒内产生晶格缺陷和晶形转变、非晶化，能显著降低元素的扩散激活能, 使得组元间在室温下可显著进行原子或离子扩散，颗粒不断冷焊、断裂、组织细化，形成了无数的扩散-反应偶；另一方面，因颗粒表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子等原因，导致晶体内能增高，物质内部迅速发展的裂纹使其顶端温度和压力增高，最终导致物质反应的平衡常数和反应速度常数显著增大。应力、应变、缺陷和大量纳米晶界、相界的产生使系统储能很高，提高了粉末活性，从而有可能引起纳米尺寸下的固相反应，有时甚至可以诱发多相化学反应。

（3）热点理论。机械力作用在固体颗粒上造成的弹性应力是机械力化学效应的重要因素，弹性应力能引起原子水平的应力集中，一般由此而改变原子间的结合常数，从而改变它们本来的振动频率，也改变了原子间距和价键角度，结果改变了化学结合能，使反应能力增大。弹性应力还可引发驰豫，由此形成激化的振动状态可导致化学反应的发生，这种能量在应力点以“热点”的形式出现。虽然宏观温度一般不会超过60℃，但局部碰撞点的温度要远高于60℃，这样的温度将引起纳米尺寸的化学反应，在碰撞点处产生极高的碰撞力，高达3.30GPa~6.18GPa，如此高的碰撞力有助于晶体缺陷和畸变的扩散以及原子的重排，所以局部碰撞点的升温可能是导致机械力化学反应的一个促进因素。

3机械力化学效应的应用

3．1矿物活化与改性

矿物机械活化是指机械作用使矿物局部形成晶格畸变，发生位错，使晶格点阵中粒子排列部分失去周期性，形成晶格缺陷，导致晶格内能增高，表面改性、反应活性增强，以便于矿物浮选富集和提取，从而改善浸出过程。如细磨使铜、铅与锌的分选效率显著提高；氟磷灰石 Ca5F(PO4)3 经机械活化后，氟杂质与混入的SiO2发生机械力化学反应，约有80%的氟以 SiF4 的形式挥发掉，在柠檬酸溶液中的溶解率达到85%，这种脱氟的磷矿石可用作优质的化学肥料。球磨CuFeS2和CuO混合物可形成CuSO4，只要经过水洗，就可以将矿物中的纯铜分离出来。

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机械力化学改性则采用搅拌、冲击、研磨等机械作用使改性剂在被改性的颗粒表面均匀分布包覆，并使颗粒与改性剂之间发生化学作用，以增加它们之间的结合力，从而改变矿物粉体颗粒的表面状态，达到改性的目的。吴辉等以气流磨所产生的超音速气流作为机械力，对硅酸盐矿物硅灰石与硬脂酸进行超细粉碎表面改性。当硅灰石粉碎时,晶体裂开并发生如下变化

2Ca3[Si3O9] Ca3[Si3O9]++Ca3[Si3O9]-

而硬脂酸在粉碎过程中则发生如下变化

CH3(CH2)16COOHCH3(CH2)16COO-

+H+

由于硅灰石与硬脂酸的粉碎、断键是在同一时间同一粉碎腔内进行的，故可能发生如下反应

Ca3[Si3O9]++CH3(CH2)16COO-CH3(CH2)16COOCa3[Si3O9]

经改性后的硅灰石由亲水性变为疏水性，把它添加到高分子材料中，增加矿物与有机高分子材料的相容性，提高矿物粉料在高分子材料中的分散程度，改善工艺加工条件和制品的性能。

3．2 合成纳米材料

机械力化学法制备纳米材料可采用常用的化学原料，具有工艺简单、成本低、易于工业化等特点，是一种具有广阔应用前景的纳米材料制备方法。

如钛酸钡陶瓷具有良好的介电性能，是电子陶瓷领域应用最为广泛的材料之一。传统的钛酸钡合成方法是用BaO或BaCO3和TiO2经高温灼烧（≥900℃）而成， 粒度大、不均匀，难以制备纳米粉体材料。吴其胜等采用高能球磨BaO，锐钛矿型TiO2混合粉体（在氮气保护下），机械力化学法合成了纳米晶BaTiO3，反应式为

BaO+TiO2BaTiO3

反应过程分三个阶段进行：粉磨初期为无定形形成期（0h~15h），混合物颗粒粒度减小，晶格畸变，转变为无定形，并可能形成BaTiO3晶核；粉磨中期为固相反应期（15h~30h）， BaO与TiO2在机械力作用下产生固相反应生成BaTiO3，同时BaTiO3晶粒长大；粉磨后期为动态平衡期（30h以后），此时，固相反应基本结束，晶粒成长与粉磨引起的晶粒减小处于动态平衡，由此得到颗粒尺寸为10nm~30nm的BaTiO3。

采用球磨金属氯化物和Na、Mg等还原剂的方法可制备纯金属纳米材料和合金纳米材料，已制得的体系有Fe、Ni、Co、Cu和Fe-Cu合金。

近几年来，把金属与陶瓷(如纳米氧化物、碳化物等)通过机械力复合在一起，已获得具有特殊性质的新型纳米复合材料。Nicholas 等采用机械力化学原理制备Al2O3基TiC、TiN等纳米复合材料，反应式分别如下

1.5TiO2+2Al+1.5C1.5TiC+Al2O3

1.5TiO2+2Al+0.75N21.5TiN+Al2O3

制得的复合粉末经1000℃退火1h、热压成型制备纳米复合材料，其硬度达19GPa~30GPa，Al2O3晶粒尺寸为30nm~50nm，钛相为25nm~50nm。

3．3 合成高分子材料

机械力化学在有机高分子合成中的应用主要有3个方面：高分子聚合、高分子缩合及无机材料表面接枝高分子聚合物。

（1）高分子聚合。机械力化学在高分子聚合中可代替引发剂引发聚合反应。一般的高分子聚合中往往要加入引发剂，作用是在外因作用下首先发生分解或氧化还原产生自由基或正负离子，引发单体聚合。Oprea等用实验证实不用任何引发剂或催化剂，就可以用振动磨将丙烯腈单体制得聚丙烯腈高聚物。主要原因是在机械力及单体的腐蚀作用下，设备表面的金属产生活化作用并产生金属细末，参与聚合物的合成；另一方面金属活化过程中产生激发电子，使得已被振动磨部分活化的聚丙烯腈生成自由基和负离子，可引发其他丙烯腈高分子的聚合。

（2）高分子缩合。高聚物在机械力作用下，键可发生断裂，生成大分子自由基，这时若遇合适的小分子，可发生高分子缩聚。Christofor Simionescu等用超声波使聚对苯二甲酸乙二酯和乙二胺通过机械力化学缩聚形成聚酯-聚酰胺碎片，然后与三价V3+作用，形成以三价钒为中心的复合物。

（3）高聚物接枝。现代新技术的发展对高分子材料提出了更高的要求，如耐高温、导热导电、防辐射、具有铁磁性等，解决这一问题的方法之一就是在高分子中引入无机物。把无机材料和高聚物一起研磨，通过机械力化学作用，高分子聚合物可发生裂解、环化、离子化、异构化等化学变化，无机材料表面产生晶格畸变和缺陷，表面自由能增大，引起化合键断裂和重组，可以在新鲜断裂表面出现不饱和键和带正电和负电的结构单元，这样聚合物链键断裂产生的游离基或正负离子遇到无机材料经机械力活化产生的新鲜表面，就可能形成接枝高聚物。

无机材料的高聚物接枝改性方法有两种：一种是将无机材料与聚苯乙烯、聚丙烯等高聚物一起研磨；一种是将无机材料与单体研磨共聚，如在苯乙烯单体中研磨碳酸钙。这两种方法都能得到疏水性极好的无机粉体，在涂料与塑料工业中得到广泛应用，效果良好。

3．4有毒废物降解

采用机械力化学方法处理有毒废物，有可能开发出在常温、常压下处理剧毒物的新方法，使有毒废弃物能就地得到及时有效处理，避免其长期堆放污染环境。如难处理的有机氯合物，如PVC、多氯联苯、DDT等。机械力化学法不仅可破坏它们的结构，还可诱发它们和CaO或其他合适的反应剂之间的化学反应，形成无毒的无机氯化物。许多塑料制品经机械力化学处理后，发生机械力化学分解，聚合度可下降80%。通过高能量机械力的作用还可破坏蛋白质的高分子结构，从而使它能从废液中较快地沉降下来，便于焚烧处理。用机械力化学法处理含镉废水可使镉的还原速率加快数倍。

4 展望

机械力化学理论的提出已有数十年时间了，但由于实验条件的不可比性，使得难以归纳总结上升到更高的理论层次；另外，人们的工作多限于针对某一现象或某一应用课题的研究，却少有关于各种机械力化学现象背后普遍规律的探讨；机械力化学法通常需要长时间的机械处理，能量消耗大，研磨介质的磨损，还会造成对物料的污染。因此，设计新的高效机械活化设备，以最小的能耗获得最大活化效果也是值得研究的课题。可以预见，随着研究的深入，机械力化学将具有广阔的工业应用前景。

参考文献：

[1]周琦，马勤，王翠霞．MoSi2粉末球磨过程中的机械力化学变化[J]．有色金属，2004，56（1）：17-20．

[2]杨南如．机械力化学过程及效应（I）――机械力化学效应[J]．建筑材料学报，2000，3（1）：19-26．

[3]罗驹华．非金属矿物粉体机械力化学研究进展[J]．化工矿物与加工，2004，（11）：5-8．

[4]陈鼎，严红革，黄培云．机械力化学技术研究进展[J]．稀有金属，2003，27（2）：293-298．

[5]荣伟，方莹．机械力化学研究进展[J]．广东化工，2006，33（10）：33-36．

[6]席生岐，屈晓燕．高能球磨固态扩散反应研究[J]．材料科学与工艺，2000，8（3）：88-91．

[7]帅英，张少明，路承杰．机械力化学研究进展及其展望[J]．新技术新工艺，2006，（11）：21-24．

[8]赵中伟，赵天从，李洪桂．固体机械力化学[J]．湖南有色金属，1995，11(2)：44-48．

[9]吴辉，吴伟端，赵煌，等．机械力化学改性硅酸盐矿物的FTIR研究[J]．光谱实验室，2002，19（5）：573-575．

[10]吴其胜，高树军，张少明，等．BaTiO3纳米晶机械力化学合成[J]．无机材料学报，2002，17（4）：719-724．

[11]吴其胜，张少明，刘建兰．机械力化学在纳米陶瓷材料中的应用[J]．硅酸盐通报，2002，（2）：32-37．

[12] 毋伟，邵磊，卢寿慈．机械力化学在高分子合成中的应用[J]．化工新型材料，28（2）：10-13．

[13]秦景燕，王传辉．超细粉碎中的机械力化学效应[J]．矿山机械，2005，33（10）：6-8．

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

无机化学在化工上的应用篇6

【关键词】现代工程化学特色教材建设研究

1 目的意义

《现代工程化学》课程，旨在使学生掌握现代化学的基本知识和理论，了解化学在社会发展和科技进步中的作用，了解化学在其发展过程中与其他学科相互渗透的特色，培养学生用现代化学的观点去观察和分析工程技术上可能遇到的化学问题，并能和化学工作者一起解决，为今后继续学习和工作打下必要的化学基础，也将培养跨世纪建设人才所必备的现代化学素养，所以编写一部适用于电气工程专业本科学生培养特点的《现代工程化学》教材，不仅可以改变学生教师无适用教材使用的困境，实现教与学的便利通畅，更可以完善基础化学教育体系，培养宽厚扎实基础理论的高级人才，尤其针对电力行业中化学知识的应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域提供理论学习平台[1]。

目前电气工程及其自动化学科[2]涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科，而化学学科在该专业中一直不受重视，因而导致适用于该专业的化学类教材匮乏。近年来，随着科技的发展，电气设备不断采用新材料，新技术，该专业发展受到化学新材料技术的影响很大，同时该专业学生在电气元件的选用、组装、设备防腐等方面由于化学知识缺乏往往造成制作的器件性能低下，腐蚀严重等情况。我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课《现代工程化学》目前处于无适合教材使用的状况，在整体教学过程及学生学习过程中引起诸多不便，经调研国内相关类型及层次的教材有《工程化学基础》和《工程化学》[3—4]，但理论内容相对单一，结构层次简单，与电力应用领域联结空白的现实状态，无法满足培养实验班学生的特点要求，而且在教学过程中要不断补充相关无机化学、有机化学、热力学及材料能源发展的知识内容，还要拓展前沿领域研究进展，所以建设适用于电力行业使用的《现代工程化学》特色教材具有迫切性及应用性需求。

2.鲜明特色

《现代工程化学》特色教材建设是针对我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课，是高等院校非化学化工类工科专业学生需要学习的一门重要基础课程，是培养全面发展的现代高级工程技术人员和相关管理人才知识结构和综合能力的重要组成部分。本教材从物质的化学组成、化学结构和化学反应基本规律出发，介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识，密切联系电力行业现代工程技术中遇到的诸如材料的加工与防护、能源的开发与利用、电厂环境保护有关化学问题，了解化学与其他学科间的交叉渗透，其目的主要是帮助学生建立物质变化的观点和能量变化的观点，提高学生的科学素质和创新能力，以利于学生在今后的工作中能有意识地运用化学知识去观察、分析和解决电力行业所涉及的化学问题。本教材将现代化学基本原理与当前迅速发展的材料、能源、环境科学密切联系，同时联结电力行业中化学知识的多方面应用，具有内容简明、联系实际、突出重点的特色，可作为工科高等学校非化工类专业的普通化学课程的教材，此外教材强调化学基础理论的系统性，强化基础结构理论，尤其突出前沿领域应用研究，在编写理念、章节结构和内容安排方面进行全新尝试。

3.具体方案

3.1精选化学基础理论

通过调研及汇总资料文献，项目负责人及项目组成员认真研究本项目，结合电气工程及自动化专业实验班培养方案，确定教材编写大纲，整合无机化学、有机化学、分析化学、物理化学四大基础化学经典理论，如无机化学中物质结构包括原子结构与分子结构理论，有机化学中与能源、材料相关的重要有机物化性理论，分析化学中表征物质材料结构的光谱学内容，物理化学中化学反应规律等，强化理论联系实际，突出工程应用。

3.2汇总电力行业中化学知识的多方面应用

整合电厂仪器分析、电厂化学仪表、电厂水处理、电力用油、电力用煤等多课程实例应用内容结合基础化学理论，通过广泛调研，收集材料，结合电力行业特点，介绍有关电厂水、煤、油、气、汽、废水、仪表、锅炉腐蚀与防护等与化学学科密切相关内容。

3.3化学前沿领域研究进展

以反映新知识、新技术、新工艺和新材料为指导，突出介绍电力行业中最新化学知识理论的应用与化学问题的解决。例如发展低碳智能电网指标体系、电厂化学绿色处理、超导材料应用和输变电系统中化学问题及对策等，同时补充国外电厂中与化学专业有关的技术问题。

3.4复习指导与课后练习

精心总结各章节复习指导纲要，挑选具有代表性习题，巩固理论内容，并配合编写习题答案。

4.创新性

突出联系电力行业中化学理论应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域的实际应用研究，化学前沿领域的精粹概述。针对实验班学生培养特点，完善基础化学理论学习体系，有助于引导学生在较高层面学习化学理论，为学好学活工程化学奠定基础。

5.学生受益情况分析

通过电力行业《现代工程化学》特色教材的编写与建设，首先将改变学生无固定教材上课的现状，利于学生系统学习、预习和复习，更利于教师授课及教学安排。通过对化学基础理论进行整合，添加与电力行业相关的设备、材料、能源、环境等化学知识的应用与联结，有利于培养学生的化学素养和工程意识，将更能够适应国内电力建设的发展需求，有利于学生毕业后参与更多的实际工程、建设项目合作，更好的应用化学理论并解决在电力系统中出现的化学问题，综合培养提高学生的学习视野、信息素养、创新思维和交叉学科融合应用能力。

6.致谢

本论文由东北电力大学 "电力行业《现代工程化学》特色教材建设" 教学改革项目支持，特此感谢。

参考文献

[1] 周立亚. 工程化学课程的性质和教学探讨[J]. 广西大学学报 No.1， 2002

[2] 李孜. 电气工程专业本科教育改革初探[J]. 中国电力教育 No.15 2012

[3] 李海艳. 工程化学课程的教学实践探讨 [J]. 产业与科技论坛 No.11，2011

[4] 樊华，邓健. 工程化学多媒体教学课件的研制与实践[J]. 【摘要】《现代工程化学》是针对我校电气工程专业实验班开设的本科必修课，是高等院校非化学化工类工科专业学生需要学习的一门重要基础课程，本文详尽阐述了《现代工程化学》教材建设的目的意义、鲜明特色、具体方案、创新性及学生受益情况分析。

【关键词】现代工程化学特色教材建设研究

1 目的意义

《现代工程化学》课程，旨在使学生掌握现代化学的基本知识和理论，了解化学在社会发展和科技进步中的作用，了解化学在其发展过程中与其他学科相互渗透的特色，培养学生用现代化学的观点去观察和分析工程技术上可能遇到的化学问题，并能和化学工作者一起解决，为今后继续学习和工作打下必要的化学基础，也将培养跨世纪建设人才所必备的现代化学素养，所以编写一部适用于电气工程专业本科学生培养特点的《现代工程化学》教材，不仅可以改变学生教师无适用教材使用的困境，实现教与学的便利通畅，更可以完善基础化学教育体系，培养宽厚扎实基础理论的高级人才，尤其针对电力行业中化学知识的应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域提供理论学习平台[1]。

目前电气工程及其自动化学科[2]涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科，而化学学科在该专业中一直不受重视，因而导致适用于该专业的化学类教材匮乏。近年来，随着科技的发展，电气设备不断采用新材料，新技术，该专业发展受到化学新材料技术的影响很大，同时该专业学生在电气元件的选用、组装、设备防腐等方面由于化学知识缺乏往往造成制作的器件性能低下，腐蚀严重等情况。我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课《现代工程化学》目前处于无适合教材使用的状况，在整体教学过程及学生学习过程中引起诸多不便，经调研国内相关类型及层次的教材有《工程化学基础》和《工程化学》[3—4]，但理论内容相对单一，结构层次简单，与电力应用领域联结空白的现实状态，无法满足培养实验班学生的特点要求，而且在教学过程中要不断补充相关无机化学、有机化学、热力学及材料能源发展的知识内容，还要拓展前沿领域研究进展，所以建设适用于电力行业使用的《现代工程化学》特色教材具有迫切性及应用性需求。

2.鲜明特色

《现代工程化学》特色教材建设是针对我校电气工程及自动化专业实验班开设的本科必修课，是高等院校非化学化工类工科专业学生需要学习的一门重要基础课程，是培养全面发展的现代高级工程技术人员和相关管理人才知识结构和综合能力的重要组成部分。本教材从物质的化学组成、化学结构和化学反应基本规律出发，介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识，密切联系电力行业现代工程技术中遇到的诸如材料的加工与防护、能源的开发与利用、电厂环境保护有关化学问题，了解化学与其他学科间的交叉渗透，其目的主要是帮助学生建立物质变化的观点和能量变化的观点，提高学生的科学素质和创新能力，以利于学生在今后的工作中能有意识地运用化学知识去观察、分析和解决电力行业所涉及的化学问题。本教材将现代化学基本原理与当前迅速发展的材料、能源、环境科学密切联系，同时联结电力行业中化学知识的多方面应用，具有内容简明、联系实际、突出重点的特色，可作为工科高等学校非化工类专业的普通化学课程的教材，此外教材强调化学基础理论的系统性，强化基础结构理论，尤其突出前沿领域应用研究，在编写理念、章节结构和内容安排方面进行全新尝试。

3.具体方案

3.1精选化学基础理论

通过调研及汇总资料文献，项目负责人及项目组成员认真研究本项目，结合电气工程及自动化专业实验班培养方案，确定教材编写大纲，整合无机化学、有机化学、分析化学、物理化学四大基础化学经典理论，如无机化学中物质结构包括原子结构与分子结构理论，有机化学中与能源、材料相关的重要有机物化性理论，分析化学中表征物质材料结构的光谱学内容，物理化学中化学反应规律等，强化理论联系实际，突出工程应用。

3.2汇总电力行业中化学知识的多方面应用

整合电厂仪器分析、电厂化学仪表、电厂水处理、电力用油、电力用煤等多课程实例应用内容结合基础化学理论，通过广泛调研，收集材料，结合电力行业特点，介绍有关电厂水、煤、油、气、汽、废水、仪表、锅炉腐蚀与防护等与化学学科密切相关内容。

3.3化学前沿领域研究进展

以反映新知识、新技术、新工艺和新材料为指导，突出介绍电力行业中最新化学知识理论的应用与化学问题的解决。例如发展低碳智能电网指标体系、电厂化学绿色处理、超导材料应用和输变电系统中化学问题及对策等，同时补充国外电厂中与化学专业有关的技术问题。

3.4复习指导与课后练习

精心总结各章节复习指导纲要，挑选具有代表性习题，巩固理论内容，并配合编写习题答案。

4.创新性

突出联系电力行业中化学理论应用与化学问题的解决，包括新材料、能源、环境保护等领域的实际应用研究，化学前沿领域的精粹概述。针对实验班学生培养特点，完善基础化学理论学习体系，有助于引导学生在较高层面学习化学理论，为学好学活工程化学奠定基础。

5.学生受益情况分析

通过电力行业《现代工程化学》特色教材的编写与建设，首先将改变学生无固定教材上课的现状，利于学生系统学习、预习和复习，更利于教师授课及教学安排。通过对化学基础理论进行整合，添加与电力行业相关的设备、材料、能源、环境等化学知识的应用与联结，有利于培养学生的化学素养和工程意识，将更能够适应国内电力建设的发展需求，有利于学生毕业后参与更多的实际工程、建设项目合作，更好的应用化学理论并解决在电力系统中出现的化学问题，综合培养提高学生的学习视野、信息素养、创新思维和交叉学科融合应用能力。

6.致谢

本论文由东北电力大学 "电力行业《现代工程化学》特色教材建设" 教学改革项目支持，特此感谢。

参考文献

[1] 周立亚. 工程化学课程的性质和教学探讨[J]. 广西大学学报 No.1， 2002

[2] 李孜. 电气工程专业本科教育改革初探[J]. 中国电力教育 No.15 2012

[3] 李海艳. 工程化学课程的教学实践探讨 [J]. 产业与科技论坛 No.11，2011

无机化学在化工上的应用篇7

关键词：数学；化学；应用

【中图分类号】 G718 【文献标识码】 B 【文章编号】 1671-1297（2013）03-0390-01

化学是一门很广泛的科学，按研究范围来分，包含无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、生物化学。这些科目都会用到数学。长期以来，人们一直以为只有在化学计算中要用到有关数学的知识，例如：一些算术、初等代数、求导、微分。其它数学反方面的知识在化学领域中基本用不到。其实不然，随着时代的进步，数学方法已深入到纯化学领域之中，数学不仅在语言上还在技术上应用于化学中，并在很多方面已有了令人意想不到的应用。化学的新发现和重要成果分析都离不开数学，数学的发展和深入的研究将在化学研究中占有重要的地位，数学是研究化学的一个工具，是研究化学的一个动力，所以数学广泛应用于化学领域。

一 数学在无机化学中的应用

无机化学是在原子和分子层次上研究无机物研究元素、单质和无机化合物的来组成、性质、结构和反应的科学。它是化学中最古老的分支学科。当前，无机化学正处在蓬勃发展的新时期，许多边缘领域迅速崛起，研究范围不断扩大。在无机化学领域拓展时数学是必不可找的关键学科。在无机化学计算中不仅要用到代数计算还会用到一些公式的推导，例如利用数学中“鸡兔同笼”一类问题的求解公式：n1=m-nM2M1-M2，n=n1+n2，解化学中的“两元体系混合物的计算”问题，听起来好象是牛马不相及，但却是客观存在，用起来非常简便，实际上是内在因素所致。

二 数学在有机化学中的应用

有机化学是与人们生活密切相关，有机化学是研究有机物的组成、结构、性质及其变化规律的科学。有机化合物在组成上都含有碳元素，此外，不同的物质还含有很多不同的元素，因此化学式也截然不同，因此引进了数学，数学知识里我们学过的数学代数，排列组合等就派上了用场。

早期，美国数学家凯莱对图论做出了很大贡献，有趣的是，吸引他到图论上来的不是数学，而是化学，他研究n个碳原子数的饱和烃CnH2n+1，同时他又特别注意一类称为树的特殊图，在这种图内边的线路是不允许封闭或循环的。而饱和烃分子内的原子间的联结恰好也是这样的。当数学家进一步研究时，却在研究中开创了现代化学，数学家们为化学家们所关心的关于其同分异构体的种种组成与数t的物质存在的问题赋予一种清晰的形式。他们必须制定一种规则，根据它每个所给的原子集合应能相应提供由它们组成的结构个数。如果此数为零，则不能由这些原子组成分子。如果为一，则可能且仅有一种形式。如果此数超过一，则可以存在由这些原子组成的分子-同分异构体。数学就这样应用到了无机化学中。

化学家在同分异构体研究中同样也用到了很多数学知识。数学家利用母函数解决化学中的排列问题，当从一系列自然数中的每一个要求相应一个定数时，数学家们就经常采取我们所使用的方法-力图借助于母函数求解。他们使该函数按变t幕展开为有穷或无穷数列（第二种情况数列就称为幕级数）给定某个自然数，他们就在数列中寻找相应的幕指数，而带这个幂的变且前的系数即为所求。巧妙而又有效的母函数方法常对从事数论或概率论的专家们有帮助，有时他们很快就可从中找到解答，而用其他办法却是不易奏效的。

在化学元素分子结构研究中，科学家利用欧拉公式对C60进行结构分析，发现C60分子结构有如足球的形状，这60个C原子分布在多面体的顶点上，连接C原子的化学键相当于多面体的棱，化学上把具有这样的分子结构的烯叫做“足球烯”. C60分子结构的发现，在化学发展史上具有划时代的意义。

三 数学在分析化学中的应用

分析化学是究物质化学的组成和表征和测量的科学。他要鉴定物质的组成，所以在分析物质的过程中数学的基本运算就十分重要了。同样现在的分析化学还将数学建模思想引入基础等等，随着科技的进步，在分析化学的教学中、以SCILAB数学软件提供的初等数学和绘图方法研究了随机误差的正态分布函数、多元酸的各形态分布函数以及络合滴定曲线的模拟、形象直观地展示了所描述过程的静态动态特性。分析化学的试验——分光光度法测平衡常数，在最后处理数据是就要用到计算机来制作表格和绘制图表，这些都需要数学的运算，包括代数和几何。

四 数学在物理化学中的应用

物理化学是化学的理论基础，用物理的原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论，而物理跟数学却是密切联系的。在学习物理化学的过程中要熟练掌高等数学中的求导、微积分、偏分、极大值和极小值等等。在实验过程中，经常要利用实验数据绘制表格和图形，再利用推导出的公式进行计算求值。在动力化学的研究中也应用了微分等公式进行计算。数学这一有力的工具是化学的开拓和发展不可缺少的。

五 数学在生物化学中的应用

数学方法为生物化学的深入研究发展提供了强有力的工具。用高等数学基础知识解决生物化学工程中的一些实际问题的例子，旨在启发学生怎样正确理解和巩固加深所学的知识，并且强化应用数学解决实际问题的意识。例如： 化工生产过程中常于密闭管道内输送液体，使液体流动的主要因素有流体本身的位差，两截面间的压强差，输送机械向流体外作的外功。流动系统的能量衡量常用柏努利方程式.在生物细胞繁殖的研究中数学的应用显而易见，例如：随着细胞的生成繁殖，培养基中的营养物质被消耗，一些有害的代谢产物在培养液中累积起来，细胞的生长速度开始下降，最终细胞浓度不再增加，进入静止期，在静止期细胞的浓度达到最大值。

如果细胞的生长速率的下降是由于营养物质的消耗造成的，可以通过以下的分析来统计分批培 （下转第392页）（上接第390页）养可能达到的最大细胞浓度。设限制性基质为A，其浓度为a，且A的消耗速度与细胞浓度成正比：-dadt=KaX，由公式中Ka为常数，假定接种后培养液中细胞浓度为X0，且立即进入指数生长阶段，且一直保持到静止期，则Xm=X0exp（μmt），其中Xm为分批培养达到的最大细胞浓度，即A完全耗尽时细胞浓度，由两式可得Xm=X0+Kaμma0，也就是说分批培养过程中获得的最大细胞浓度与限制性基质的厨师浓度存在着线性关系。因此数学在生物研究中广泛使用，是不可缺少的工具之一。

参考文献

[1]杨宏孝，凌芝，颜秀茹修订.《我国无机化学发展概况》.高等教育出版社

[2]高鸿宾.《绪论》.高等教育出版社

[3]陈中乐.《数学与化学结合丰硕果——兼谈同分异构体个数的计算》

无机化学在化工上的应用篇8

关键词：无人机；土地综合整治；土地综合整治测量；土地综合整治监管

土地综合整治是国土资源工作的重要组成部分，是确保我国粮食安全、提高粮食综合生产能力的有力支撑，对保证国民经济和社会可持续发展，实现耕地总量动态平衡，加速农业、农村现代化有着不可替代的作用[1，2]。据初步了解，目前全国土地综合整治项目达到l万多个，国家、省、市、县投入土地综合整治项目资金每年达到1000亿元[3，4]。无人机低空遥感技术作为航空遥感中的一支新生力量，刚刚从军用领域扩展到民用产业，是一种新型的低空高分辨率遥感影像数据快速获取系统，具有高机动性、低成本、小型化、专用化、快速、实时对地观测众多的优点，可弥补卫星遥感受气候条件影响大、影像获取周期长、影像分辨率不够等弊端，有望进一步拓展应用到土地综合整治项目的各个环节[5，6，7]。本文立足无人机低空航摄技术的技术特点，结合土地综合整治项目的实际需求，就无人机低空航摄技术在土地综合整治项目中的一体化应用模式进行研究。

1 解决思路

按照项目的进程，土地综合整治项目可以分为选址、可行性研究、规划设计、工程施工、工程验收和工程监管6个工作环节[1]。根据土地综合整治项目的工作环节，无人机低空航摄技术可以按照如下解决思路一体化应用于土地综合整治项目的全过程[8，9，10]。

2 工程试验

2.1 实验区概况

为探索无人机低空航摄技术在土地综合整治项目中一体化应用的可行性，按照图1中提出的解决思路，选取了一土地综合整治项目区作为实验区。试验区内耕地分布集中、水资源丰富，地势平坦，平均海拔约30m，土地综合整治区域面积约35平方公里。

2.2 试验过程

按照土地综合整治项目的进程，整个试验分为以下三个阶段：

（1）土地综合整治规划用图测制阶段。

2011年10月，采用“两外两内”的技术路线应用无人机低空航摄技术获取了整治区内地面分辨率0.14米的航拍影像。在像控测量的基础上，进行空三加密，制作0.14米高分辨率正射影像（DOM）。在立体下采集35平方公里的1：2000地形图，并将内业采集的线划图叠加DOM作为外业调绘底图，按照边调绘边上图的流水化作业模式，完成了整个测区35平方公里1：2000DLG合格产品的生产，如期地移交规划设计部门开展土地综合整治设计。鉴于无人机姿态不是很稳，土地综合整治项目规划设计中对道路、沟渠的高程精度要求较高，为确保成图的精度，对区内道路、水沟等野外补充采集高程点。

（2）土地综合整治项目竣工测量阶段

2012年4月，在土地综合整治施工完毕后，采用无人机低空航摄技术，按照规划设计测量阶段航飞的技术参数，再次获取整治区相同分辨率的航摄影像，并成功地测制了35平方公里满足《湖南省土地综合整治项目竣工测量的要求》的1：2000地形图，制作了0.14米分辨率的DOM。

（3）土地综合整治项目工程量提取分析阶段

基于土地整治规划设计和竣工测量两个不同时相的DOM，采用面向对象的思想，在ERDAS Objective模块下分别设计了基本农田、水利设施、田间道路、防护树木种植等工程量的自动化提取方案，应用于本项目中各项工程量的提取，并采用目视解译方法对自动化提取的结果进行了少量的人机交互处理，得到最终的工程量。将最终提取的结果按类别逐层输出为.shp格式，并利用特征信息转换功能，将每个类别的属性参数写入所输出矢量文件的属性表中，在Arcgis软件中进行工程量统计分析。

2.3 试验结果分析

（1）测图效率分析

如表1所示，与传统全野外数字化测图模式相比，采用无人机低空航摄技术一体化模式大大提高了土地综合整治前期地形图测量和竣工图测量的效率。本文的方法缩短了成图的周期，降低了人工的劳动强度。

（2）设计效果分析

由于DOM影像数据应用到了规划设计中，一改以往单纯地基于地形图进行规划设计的弊端，向设计人员直观地再现土地综合整治区的原貌，降低了设计人员读图需要的时间，促使项目的设计更加地合理、客观、科学，进而提高设计的质量。

（3）竣工成果分析

与传统全野外方式相比，采用本文的工作模式进行竣工测量，除了能提供竣工测量图外，还将提供清晰的正射影像，进一步丰富了传统竣工测量的成果，为土地综合整治项目后期的科学管理提供数据基础。

（4）工程量提取精度分析

为验证工作量提取精度，在项目区内施工前后分别采用传统的方式进行实地调查、测量、记录，提取了基本农田、水利设施、田间道路、防护树木种植等工程量。结果表明，采用传统方法和采用无人机技术提取的工程量高度吻合，但采用无人机技术的工作效率，远远高于传统方法，解决传统方法定位难、丈量难、记录难和分析难的问题。因此，应用无人机低空技术辅助进行土地综合整治项目的工程监管在技术上和经济上是可行的。

3 结语

基于无人机低空航摄技术在土地综合整治项目中具有巨大的应用前景，能够提高规划设计测量和竣工测量中的测图效率，能够提高设计的质量，降低设计人员的工作强度，丰富竣工测量的成果；同时基于高分辨率的无人机影像能够快速提取土地综合整治工程量，用于辅助土地综合整治项目工程量监管，从而提供土地综合整治项目监管工作的水平，有效避免因监管不到位而导致的重大损失，促使土地综合整治项目的监管工作走向科学化、标准化、精细化的轨道。

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