时间：2022-03-25 00:53:15
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基于中国计量学院材料化学专业的教育实践，在分析目前及今后本专业的社会需求和用人单位对材料类专业学生素质、能力等人才规格要求的基础上，对照政府和社会加快教学改革、提高高等教育质量的迫切希望，我们充分认识到实践和创新是专业人才培养的核心，决定共同搭建分院专业培养学习能力的课程教学与培养实践能力的生产实验(校内综合性实验、自主创新型实验、模拟实验及校外实习等)两大平台，作为学生能力培养的有效载体。通过这两个平台的搭建，把材料专业学生培养为适应社会发展的应用型人才，提升学生的学习能力、适应能力、知识应用能力和专业发展能力。
2教学平台建设及管理体制
自主学习是新课程改革大力倡导的重要学习方式。学院以“厚基础、宽口径、重能力”的指导思想，遵循认知规律，遵照由提高动手能力到培养创新思维的宗旨，对原有教学课程体系进行了改革。除课堂正常教学外，搭建专业教学课程平台，实现教学课程资源网络化，促进学生独立自主学习习惯的养成和能力的提高。通过BB平台的课程建设，实现专业教学课程资源网络化。现在中国计量学院材料科学与工程学院推出了多门重点建设课程，例如《应用电化学》《材料表面处理》等，教师在充分掌握学生学习情况的基础上，针对大多数同学，课上按教学大纲讲授基本要求范围内的内容；对于能够进行更深度学习、对课程某方面需要进行知识面扩展的学生，在网络教学平台上呈现更多的学习资料、相关文献、实验视频、应用软件、学习网站等，方便他们自主学习、加深知识理解；最终针对学生个体差异，实现分层次教学，促进学生学习能力提高及知识的巩固。教学网络平台的所有课程，将对本专业所有学生公开，方便他们对教学资源的获取及问题反馈。
3实验平台建设及优化
大学本科教育中，实践科研反哺理论教学是重要研究课题之一。学生只有通过充分的实验及实践，才能更有效率地促进理论知识学习，提高教学改革效果。目前，主要在以下方面进行了实验平台的搭建及完善。
3.1实验内容的改革
首先，改变传统专业实验课程设置依附于理论课体系的横向模式，超越单门课程的范围，建立实验课程之间的系统联系，在原有实验课程的基础上设立相对独立的纵向联系的课程，形成纵横交叉的网状专业实验课课程体系，实现专业实验课程之间的纵向联系和贯通。其次，改变实验教学由单一课程和学生班级为单位的组织形式，形成交叉型的教学指导团队和兴趣型的学生学习团队。最后，根据实验教学内容，重新确定了基础实验、设计性实验、综合性实验、设计研究型实验4个层次结构。重点开发了几个培养学生综合设计能力和创新能力的实验，以及培养学生综合应用现论和方法的实验。在实验教学内容改革中，减少了验证性、分析性实验项目，增加了设计性、综合性、创新性实验项目。
3.2依据功能实验室条件，实现资源共享
高校科研平台往往拥有大量贵重实验设备，根据仪器属性，可巧妙设计实验教学内容，综合利用仪器，充分发挥仪器能效。部分科研设备课充当实验教学过程的资源。学生通过学会仪器操作，能掌握仪器基本原理和简单维护知识，进而提高学生动手能力，为以后从事相关专业工作打下坚实的基础。大部分从事教学科研的老师，课余时都有自己的研究课题。对于学生感兴趣的实验，学生可以积极参与教师的科研，甚至仪器设备熟练操作后，独立自主完成其中的一个实验环节，培养其科研的缜密思维及细致耐心、精确的实验操作能力等。目前，不少大三及大四的学生在指导教师的帮助下，承担了省级、校级、院级等科研项目，在综合利用实验室资源的条件下，获得了有效的实验成果，并在SCI收录的国际杂志及国内核心杂志发表数篇论文。
3.3实验管理网络实时化
实验管理过程中，可通过网络平台管理，实现学生与教师的实验前、后的部分互动。对于学生来说，可在网上自主选择时段并预约感兴趣的实验项目，通过实验网络平成预习、学习、复习、提问等各项学习任务；对于教师而言，可以对实验教学的全过程实时监控，实现诸如学生网上分组、网上考勤、数据整理及分析、网上答疑等功能，从而使学生实验在老师的指导下有效开展。
3.4建设产学研基地，促进学生社会实践综合能力培养
中国计量学院材料科学与工程学院材料化学专业，主要以高性能磁功能材料与器件、先进炭材料、材料表面处理技术、化学电源等为研究对象，解决企业技术难题及生产中存在的各种关键性难题，满足区域经济发展需求，达到科研为地方经济服务的目的。我院与企业共建校内产学研平台3个、校外产学研基地21个，建立了材料类基础实验教学、专业实验教学、工程技术实践教学以及课外创新实验教学等课外实践教学平台。近期我院又与绍兴康健精密不锈钢有限公司全面开展产学研合作，共建“中国计量学院——绍兴康健精密不锈钢有限公司磁性材料研发中心”，在技术攻关、产品研发、平台搭建、奖学金资助等全方位的合作，支持和激励大学生开展科学研究和创新实践。在生产科研基地，要加强专业实践环节的组织和团队指导，让学生参与到协作单位实际的工程项目中，在教师和工程技术人员的指导下承担实际工程项目的设计和管理，让学生接触技术的核心，使学生通过实战锻炼掌握工艺创新技能。
4结语
论文关键词：材料化学专业实验，实验教学，探索
材料化学是一个理工结合、学科交叉的新兴学科，在信息、能源、环境、航天等前沿科学领域起到越来越重要的作用。目前, 许多高校设置了材料化学专业实验, 我们根据我校办学经验和实际条件,并结合苏州经济社会发展对人才的需求，建立了与之相适应的培养目标及专业实验内容。为了让学生了解先进的材料合成与制备方法，掌握高技术材料性能的最佳测试技术，具体设置了材料合成与加工和材料性能测试相结合的专业实验教学大纲[1-2]。本文结合我们的教学实践过程，谈一下材料化学专业实验教学过程中的一些做法和体会。
重视实验室建设，保证教学质量。实验室建设主要包括两个方面，硬件条件和软件条件。具体的说，硬件条件包括实验室基础设施建设，实验仪器和大型设备的购置等等；软件条件包括实验教学大纲制定优化，教师队伍思想道德素质，教育教学能力等方面的建设。具备优良的实验室硬件条件和优秀的教师队伍是保证教学质量的必要条件。
1．实验室硬件条件建设
必要的基础设施和优良的实验条件，是顺利开展实验课程，保障实验室安全的先决条件。我校材料化学专业的实验室面积达到500 m2，实验室分为材料合成实验室和材料性能测试实验室两部分，主要承担了材料化学专业的专业实验和本科毕业论文等教学任务。
随着现代化仪器技术的高速发展化学论文，培养掌握现代化测试技术的人才是社会发展的迫切需要。为此，我校花大力气引进了一大批与材料化学专业有关的先进测试仪器，并为材料化学专业开设了现代分析与测试实验课程，主要目的是引导学生全面熟悉和系统掌握测试材料的常规科研方法，包括红外光谱、紫外分光光度计、荧光分光光度计、热分析仪、比表面仪、纳米粒度仪、电化学分析仪等仪器多种测试方法的介绍和使用，这些仪器偏向于基础化学性质研究，它有助于学生掌握材料的各项微观性能。
同时，我们还开设了用于研究材料电学、硬度、力学等性质测试的实验。实验仪器包含了纳米Zeta电位测试仪、体积电阻测试仪、简支梁试验机、布氏硬度计、电热平板硫化机、单螺杆挤出机、桌型老化试验机、氧指数仪等大型仪器。学生在学校里熟悉了这些仪器的操作和使用以后，我们还会积极联系一些相关的单位，引导学生到企业进行相关的实习操作，使学生能够将学到的理论知识和具体实际相结合。
2．实验室软件条件建设
软件条件建设的主要摘要对教学内容深入了解，合理组织编排，采用合适的教育教学手段，与同学多做交流，不断总结教学过程中发现的优缺点，找到最佳的传授知识手段。
2.1 紧跟专业方向特色，制定实验教学大纲
材料化学专业实验从大三开始开设，此时学生以及通过前两年的基础实验课程的学习掌握了实验的基本操作技术，更容易接受一些较为专业，相对复杂的实验项目，同时也要紧跟材料化学专业的专业方向特色，这就成了我们在制定实验教学大纲时的宗旨。
我校的材料化学的专业实验分为高分子与无机两个方向论文格式。我们根据理论课与实验课相衔接的原则，通过开设一些与高分子物理，高分子化学，无机功能材料等课程相关的典型高分子和无机材料合成实验、性能表征及加工修饰实验，加大对学生动手能力的培养力度，使他们对高分子材料研究领域有更深一步的体会，对高分子材料制备工艺、组成、结构与性能之间的相互关系及其规律有更加明确和深刻的认识。
2.2 精心选择实验，合理编排顺序
我校根据材料化学的专业背景和培养目标，对材料化学高分子方向的实验总共安排8个实验，其中6个为必修实验，2个选修实验从教学大纲中的14个实验中根据实验需要选取。8个实验中有材料的合成实验，也有材料性能加工测试实验化学论文，安排实验顺序时我们依据连贯性的原则，尽量使两个甚至三个实验能够串联起来，形成一条链，例如，我们通过“聚乙烯醇缩甲醛(PVF)胶黏剂的制备及性能测定”这个综合性实验，学生可以掌握聚乙烯醇与甲醛在酸性条件下发生缩合反应的基本原理，以及缩合反应的具体实验技术，最后收集到的产物我们可以作为下一个实验“GPC法测定聚合物分子量及分子量分布”的一个辅助测试原材料，学生可以进一步了解凝胶渗透色谱的基本原理，掌握GPC法测定聚合物分子量及分子量分布的实验技术及数据处理。这样的实验安排有利于将各自独立的单个实验有效的串联起来，增加实验的综合性，更加有利于学生以后从事科学研究思路的培养，提高学生分析、解决问题的能力。
2.3严格考核制度，提高学习效果
只有严格要求学生，规范考核制度，才能有效的提高学生的学习效果和学习积极性。我们的教学与考核方式采取实验预习报告、实验操作技能和实验报告综合评价的办法，即实验前，试验中，试验后这样一个办法。实验总成绩采用百分制记分，预习报告占总成绩的30 %，实验操作技能考核占总成绩的30 %，实验报告占总成绩的40 %。只有严格要求学生写实验预习报告，他们才会去查阅本实验相关的文献资料，对实验机理、实验步骤有相当程度的熟悉和了解，尤其对于一些设计性实验，会对实验的设计方案有更多更好的想法与思路，同时也增加了学生做实验的乐趣性。在实验的进行过程中，老师对实验的过程进行指导和监督，对学生提问，考核学生对实验的认识与理解程度，并予以打分。最后，实验报告综合反映了学生对实验的理解，数据处理等的完成情况化学论文，也是评价学生学习效果的一个重要因素。
2.4 加强师资队伍建设，提高教师素质
具备一只优秀的教师队伍是保障本科教学质量的基础和前提。我校材料化学专业实验指导教师和实验专职教师共计5人，其中教授2人，博士3人，硕士2人，已经形成了一支年龄、学历结构较为合理的实验教学队伍。实验专职教师实行坐班制，负责实验室相关仪器的日常管理和养护工作，根据实验教学大纲安排实验教学进程表。我们严格要求实验教师认真备课，每个实验项目开始前都要做预实验，对实验中可能出现的各种现象和各种注意点都记录下来，对于一些实际的样品，测出准确的数据，做到心中有数。实验教师在实验指导过程中要充分调动学生的积极性,激发学生的潜能。激发学生的潜能可以有很多方法,比如说改进实验方法,改变原料配比,改变模具形状,改变测量方式等等,都是很好的尝试[3]。教师的业务水平直接影响到实际的教学效果，所以教师在平时的教学过程中要注重积累，努力提高自身各方面素质。
3. 结语
通过材料化学专业实验的教学实践与探索，我们认识到只有努力加强实验室各方面条件的建设，在教学过程中不断培养学生的兴趣和分析、解决问题的能力，挖掘学生潜能，使学生的综合素质得到提高，从而发挥最佳的教学效果。
参考文献
[1]王秀华,刘莉,阙荣辉.材料化学专业实验教学中学生创新能力的培养.科技信息[J], 2010, 20: 443
[2]陈桂华,闫瑞强.材料化学专业实验教学研究.洛阳师范学院学报[J], 2009, 28(2): 150-151
[3]付一政,李迎春,刘亚清等.高分子材料与工程综合实验教学探索与实践[J ]. 太原科技, 2008 , (3) : 90-91
在无机化学实验教学考核的过程中，仅凭实验报告成绩和期末考试成绩，不能准确地衡量学生的实际实验能力。为了科学地评估学生的实验能力，需要优化传统的实验课程考核体系，建立全面的无机化学实验综合考核办法。将学生的课程成绩分为实验过程成绩、实验报告成绩、实验理论考试成绩，单项成绩不合格，则总成绩不合格。这种考核方式促使学生认真地对待每个实验环节，有效地提高了学生的综合实验素养。实验过程成绩是教师在指导学生实验过程中，根据学生实际操作情况给出的评价;实验报告成绩主要是根据学生的预习实验报告和实验报告书写、数据处理及分析等来评判;在实验理论考试中，除了常见考题外，还结合材料化学专业特点，增加了实验方案设计等考核内容，突出了综合实验能力和创新能力的考核，促进学生实验能力的全面发展。
2创建适合材料化学专业发展需求的无机化学实验教学模式
进入21世纪以来，材料科学发展愈加迅速，新材料、新技术、新产品不断问世，与此相适应，对材料化学人才培养也提出了新的要求。材料化学专业无机化学实验授课模式必需紧跟时展步伐，及时调整课程结构与内容，引入学科发展的最新成果，介绍学科内容中的多种学术观点及学术背景和发展动态，开阔学生学术视野，提高学生的学习兴趣。教无定法，教要得法。要使课程教学生动活泼，教师必须不断更新教学内容，创新教学方法与手段，增强课程教学的趣味性，促使学生积极参与，在实验中勤于动手、动脑，实现教师教学方式和学生学习方法的转变。
2.1采用多媒体辅助教学和建设实验教学网络平台
多媒体教学是利用多媒体软件对文本、声音、图像、图形、动画等信息进行处理，教师配合多媒体放映进行讲解，将教学内容用特技方法显现出来，能充分创造一个有声有色、图文并茂、生动直观的教学环境，从视觉、听觉等多方面给学生留下深刻印象。无机化学实验教学可以采用多媒体(视频)教学，它不仅教学信息量大，而且可以非常直观地演示实验操作和过程。随着现代科学技术的发展，有些实验可以采用多媒体技术进行辅助教学，如基本操作单元、仪器的使用等。这些实验项目信息量大，操作细节多，仅靠教师在课堂教学有限的时间内进行演示和讲解往往是不够的，而且总有学生没有注意到一些具体操作细节，因此，可以将这些实验演示制成多媒体课件或视频资料，放在课程网络平台上，学生可以不受时间、空间的限制，反复观看，自主地开展预习、复习。这样不仅增强了课堂教学的可视性，而且增加了教师演示的可再现性，延长了学生的学习时间，从而有益于提高学生操作的规范性，使实验教学得到延伸。
2.2将生产生活实例和教师科研项目引入实验教学课堂
不同专业对无机化学实验教学的要求是不一样的。我院材料化学专业的培养目标是培养具备材料化学相关的基本理论知识和基本技能的应用型高级专门人才。因此，学生必须掌握物质的结构与性质、性能的关系，这需要在教学中注意教学内容的层次性。在无机化学实验教学中，我们尽可能选择与专业相关的真实实验课题和实验样品，将生产生活实例引入实验课堂，营造实战氛围，做到知识性、实用性、趣味性的统一。同时，我们还选取了一些与生活息息相关的实验，如锂离子电池正极材料的制备、胶囊壳中铬含量测定等，这样的实验学生感兴趣，实验热情高，有助于学生综合能力的培养。为了进一步提高实验课堂教学质量，我们还在课堂教学中引入教师最新科研课题成果，使实验教学更加贴近科研实际，既丰富了实验教学内容，又增加了实验教学的先进性、新颖性，在加深学生对所学知识的理解和实验技能的熟悉时，还能培养他们的科研兴趣，提高理论联系实际的能力，对科研工作产生感性认识。
2.3实施开放性实验教学
在传统的无机化学实验教学中，学生往往处于被动地位，教师处于主动地位。从实验项目选择、实验方案选择、实验仪器与试剂选择，都由实验老师预先完成。在这种照方抓药的实验教学模式中，学生往往兴趣不高，应付了事。在优化实验教学内容结构的前提下，实行开放式实验教学模式，可以提高学生实验兴趣，强化教学效果。在学生自主的基础上，利用学生课余自由时间开放实验室，对于实验技能较差的同学，让他加强基本操作单元和基本技能的练习。在学生较好地掌握实验基本操作技能后，可以让学生自主选择一些设计型、综合型、应用型实验。在教师的指导下，学生独立设计实验方案，独立完成实验，并认真进行总结，以全面锻炼学生的实验能力和提高综合素质。
3结语
与图1不同，铁有三种固态，分别是α-Fe、γ-Fe和δ-Fe，其中γ-Fe为密排面心立方结构，α-Fe和δ-Fe为体心立方结构。并且，图2中有三个三相点，分别为气-液-δ-Fe；气-γ-Fe-δ-Fe和气-γ-Fe-α-Fe。通常情况下，Fe是磁性的α-Fe，组织类型有铁素体、珠光体和贝氏体等；通过成分和工艺控制常温下可得到γ-Fe，如奥氏体不锈钢304、310等。Fe的p-T相图的讲解，增强学生识别单组分相图的能力。课堂上通过工业生产实例，加深了同学们对Fe的认识；并建立了物理化学相图知识与学生专业—金属材料之间的联系。解决学生“材料专业为什么学物理化学？”的困惑。
2两组分液态完全互溶系统的相图
虽然二组分系统的气—液平衡相图依据组分在液态的互溶情况各有其特点，但液态完全互溶系统构成了这部分内容的学习基础[4]。对于这种相图，我们除了让学生掌握相图中各相区的组成、相态和杠杆规则外，还注重让学生学习气相线和液相线的绘制方法和细节信息。其绘制过程如图3所示，先配制不同比例的二组分混合物，再升高温度测试混合物的熔点，通过描点—连线得到相图。从而培养学生设计实验绘制相图读取相图细节信息的全面能力。通过学习绘制相图，可使学生对相图的全部信息有较深刻的认识、理解及较好的运用。为了便于学生掌握此类相图及其应用，在教学中我们通过物相点随温度的变化的实例，讲解其液相与气相及组成在该过程的演变情况。重点分析了第一个气泡点产生的压力、组成及最后一滴混合液消失的压力、组成，以及其逆过程这一难点。并将相图理论与工业精馏装置联系起来，激发学生对该部分内容的学习兴趣。
3具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图
具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图，是学生学习中最难掌握的内容。我们通过讲解物相点的降温过程的物相变化和步冷曲线的绘制，并借助动画展示具体过程，使该部分内容更加形象和生动，便于理解和掌握。同时，提高了学生的学习兴趣和动手能力。
4相图在金属材料中的应用
4.1在金属材料设计中的应用在工业生产和科研实践涉及到的金属材料通常为多组分的平衡系统，所以其相图更为复杂。为了得到材料的拟服役性能，需要对材料进行设计和加工。相图在材料设计中起着至关重要的作用，例如，在设计奥氏体不锈钢时，为了得到单一奥氏体组织，需扩大相图中奥氏体区，使其在冷却过程中不发生γ-Feα-Fe的转变。根据相图，改变系统的组成，增加稳定奥氏体元素，如Ni、C等是最常用的方法。当然，为了系统的平衡，其他元素也需做相应的改变。应用相图时，为了提高设计组织的准确性，需要考虑平衡相图与实际相图的差别。
4.2在金属材料加工中的应用在金属材料的热加工过程中，随着加工温度的不同，其物相也发生相应的变化。可通过控制轧制参数和冷却过程，改变材料的相变温度和组织类型，得到高性能的金属材料。例如，在钢铁生产中，热轧钢板控制轧制与控制冷却(TMCP)工艺，通过加大压下量增加累积位错，为相变过程提供更多的高能量相变形核点，以得到细小晶粒组织，提高钢的强韧性。通过控制冷却速率，可改变相变后的组织形态，在650℃以上发生相变得到珠光体和铁素体组织，在450~600℃区间主要得到贝氏体组织的钢材，在更低温度下发生相变得到马氏体组织，不同的组织赋予材料的不同的性能[5]。4.3在金属热处理中的应用相图不仅在金属材料的设计和加工中具有指导下作用，而且在材料的热处理过程中也具有重要的应用价值。例如，在金属材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火过程主要是控制冷却速率，使相变温度发生在较低温度区，得到低温转变组织。正火温度需在γ-Fe相区，需要根据相图和化学成分判断其奥氏体化温度，从而确定正火的加热温度。严格的说，确定热处理的升温速率和降温速率也需要参考相应的相图。通过相图在金属材料领域的应用的介绍，学生对本专业和学习物理化学的重要性均有了清晰的认识，他们的学习积极性也显著提高。
5结语
材料化学工程是由化学工程学科和材料学科交叉渗透所形成的一门分支学科,其研究方向主要有两个：一是以新材料为基础，不断发展反应过程的反应技术，比如吸附过程、膜过程、催化过程等。该方向主要是通过材料的特征将其分离并进行反应，其目的是揭示材料微观结构中物质进行传递和反应机理，进而总结出适用于材料设计和反应过程优化的理论方法和工艺技术。二是在材料制备的过程中，用化学工程的理论方法解决所遇到的关键问题,比如如何运用微结构的性能关系来实现对材料微观结构和性能的控制,从而完成从材料制备到定向制备的转化。新材料的开发是材料化学工程发展的关键和先导，直接可以衡量出国家的材料化学发达与否，因此，开发新材料对于材料化学工程的发展至关重要。材料化学包括陶瓷材料、聚合物材料、磁性材料、化学传感材料、电子材料、超硬材料、无机非金属材料、催化和吸附材料和薄膜材料等，这些材料很大程度上丰富了材料化学工程的领域，对其发展做出重要贡献。
2新材料的开发
我国在新材料的开发领域取得了很多亮点，这些新材料的开发成为分离和反应过程的重要基石。一些研究所和大学正在开发一种非晶态的金催化材料,这种材料很有发展前途，因为它具有非常明显的催化特性，而且其催化活性还具有特殊的选择性，具有显著的催化活性和特殊的选择性。对这种材料进行流程综合和技术集成，可以有助于我国新型石油化工技术的构建。石油化工科学研究院也开发出一种新型的钛硅分子筛催化材料，这种材料具有定向氧化催化作用，可以实现“原子经济”，使“零排放”工艺成为可能，而且也具备工业化生产的可能性。而在新材料的分离技术方面,我国也取得了很大的进步，其中南京工业大学发展了以陶瓷膜材料为原料的新单元技术,同时加强了对集成单元技术的开发,这些研究不仅使我国陶瓷技术更加趋于成熟，而且还形成了陶瓷膜新产业,为我国带来巨大的社会和经济效益。
3材料化学工程技术的进展
材料化学主要是对产品微结构进行调控，其主要手段是在加工材料时，将化学方法引入进去，这样我们就可以通过宏观条件来调控产品的微观结构，从而为材料的加工和制备提供理论和技术指导。因此，化学工程技术的改进将直接促进材料化学工程的发展。我国在化学工程技术改进方面已经取得了非常大的进展。清华大学在碳纳米粉体材料的制备过程中,引入了传统的流化床技术，大大降低了生产成本，从而使此生产技术可以用于工业化生产，带来巨大的经济效益。北京化工大学则用超重力场技术来放大纳米材料生产过程中的形貌控制问题,这样就可以通过调节超重力场的强度来调节和改变产品的粒径,。通过这种方法，我国已经成功制备出碳酸钡、碳酸、碳酸锂、氢氧化铝和碳酸锶等纳米粉体,并且形成了工业化生产的技术体系，为我国带来巨大的经济效益。
4展望
材料化学工程作为一门交叉学科，不仅促进了材料工业的发展，而且也丰富了传统化学工程学科的内容，因此，具有非常重大的研究意义。我国材料化学工程的研究已经取得很多可喜的成就，很多成果在世界上都位于领先水平。但是，材料化学工程中仍然有很多问题需要我们解决，因此，我们需要再接再厉，争取使材料化学工程的研究更加深入，使其更好地为人类服务。
5结语
（一）碳族元素在周期表中的位置
ⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA
BCNOF
AlSiPSCl
GaGeAsSeBr
InSnSbTeI
TlPbBiPoAt
（二）碳碳元素及其单质的性质变化规律
元素名称元素符号原子半径
（nm）主要
化合价单质的性质
颜色、状态密度
（g·cm—3）熔点
（℃)沸点
（℃）
碳C0.077+2，+4金刚石：无色固体
石墨：
灰黑色固体3.51
2.253550
3652
—3697
（升华）4827
4827
硅Si0．117+2，+4晶体硅：灰黑色固体2.32—2.3414102355
锗Ge0．122+2，+4银灰色固体5.35937.42830
锡Sn0．141+2，+4银白色固体7.28231.92260
铅Pb0．175+2，+4蓝白色固体11.34327.51740
碳族元素化合价主要有+4和+2，C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的，而Pb的+2价化合物是稳定的。
例PbO2有强氧化性
阅读下列材料，回答有关的问题
锡、铅两种元素的主要化合价+2价和+4价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如Sn2+还原性比Fe2+还原性强。PbO2的氧化性比Cl2氧化性强。
（1）写出下列反应的化学方程式
①氯气跟锡共热__________；②氯气跟铅共热__________；③二氧化铅跟浓盐酸共热__________；
（2）能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式______________。
答案：
（1）
①
②
③
（2）
二．碳族非金属氧化物比较
COCO2SiO2
类别
酸性
氧化还原性强还原性弱氧化性弱氧化性
毒性有毒无毒无毒
反应实例：
酸性：H2CO3>H2SiO3
与碱反应：CO2+2OH—=CO32—+H2OCO2+H2O+CO32—=2HCO3—CO2+OH—=HCO3—
思考：CO2通入NaOH溶液中生成的盐是什么？
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
思考：盛放碱液的试剂瓶为什么不能用玻璃塞？
氧化还原性
三、Na2CO3与NaHCO3的比较
Na2CO3NaHCO3
俗称纯碱（苏打）小苏打
溶解性易溶易溶
溶液度Na2CO3>NaHCO3
稳定性稳定不稳定
与酸反应出CO2速率慢（分二步）
CO32—+H=HCO3—
HCO3—+H+=H2O+CO2快（一步）
HCO3—+H+=H2O+CO2
相互转化
方程式如下：
Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
四、知识网络
（一）碳及其化合物
（二）硅及其化合物
五．硅酸盐工业
水泥玻璃陶瓷
原料黏土（CaCO3）纯碱、石灰石、石英黏土
一、从天然树脂到合成树脂
一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。
早在1872年德国化学家拜耳（A．Bayer）首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物，但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后，苯酚已经能从煤焦油中大量获得，甲醛也作为防腐剂大量生产，因此二者的反应产物更加引人关注，希望开发出有用的产品，尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动，但都没有达到预期结果。1904年，贝克兰和他的助手也开展这项研究，最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆，经过三年的艰苦努力，终于在1907年的夏天，不仅制出了绝缘漆，而且还制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite，它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。
Bakelite一经问世，很快厂商发现，它不但可以制造多种电绝缘品，而且还能制日用品，爱迪生（T．Edison）用于制造唱片，不久又在广告中宣称：已经用Bakelite制出上千种产品，于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”。
以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。
二、从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年，但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求，从19世纪起，人们就为寻求新的纺织品原料而努力。
1846年制成硝化纤维；1857年制成铜氨纤维；1865年制成醋酸纤维；1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等，再加上制成的纤维性能好，以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。
尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命，但它仍意味着人只是用化学方法，对天然植物纤维的再加工，而通过化学方法，制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段，才迎来了第三次纺织革命。
1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯（W．H．Carothers）博士从大学岗位上应聘到杜邦公司，负责对不久前才兴起的高分子化学的基础研究，他们研究了多种脂肪族二元酸与二醇或二元胺的缩合反应，由于保证了反应物料的严格配比，从而获得分子量很高的缩聚物，但大多数产物的熔点偏低、不耐水，虽然有的可以抽丝，但不适于用做纺织纤维。反复不断地失败使卡罗塞斯在精神上受到很大打击，以至身上经常携带着一小瓶准备自杀的氰化钾。一直到工作6年后的1934年，终于在合成的数百种产品中，找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺－66，尼龙（Nylon）是它在投产时公司使用的商品名。
杜邦公司为了使它工业化，动员了230多名各方面专家，花费2200万美元，到1939年始正式投产。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大突破，也是高分子科学的重要进展。
尼龙投产后，杜邦公司马上宣布他们生产了比蜘蛛丝还细，比钢还结实的全新有机纤维。尽管当时第二次世界大战已经开始，仍然引起各方面关注。用它织成的女丝袜，销售第一天就卖出400万双，报纸上还报道了当时许多销售店曾引起“尼龙骚动”的场面，可惜的是卡罗塞斯本人却没有看到这种情况。41岁的他，虽然知道尼龙的研究已经取得突破性进展，但却总感到心力交瘁地被失败所缠绕，终于在1937年服毒自杀，留下深深的遗憾。
1938年德国研制出聚酰胺－6，即聚己内酰胺；1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶；1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维，但到1949年才在美国投产，商品名Orlon，我国称腈纶，此又出现多种新型合成纤维，满足了多种需要，但从应用范围和技术成熟等方面看，仍以上述几种为主，其产量约占总量的90％。
三、从天然橡胶到合成橡胶
自然界中虽然含有橡胶的植物很多，但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳，经过凝胶等工艺制成的生橡胶，最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等，但它受温度的影响很大，热时变粘，冷时变硬、变脆，因而用途很少。
1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易（Goodyear）经过反复摸索，发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体，这一发现推进了橡胶工业迅速发展。在这之前，橡胶的年产量只有388吨，但到1937年已增加到100万吨，即100年间增加了2000倍，这在天然物质利用史上是十分罕见的，尤其是1920年以后，由于汽车工业兴起，进一步扩大需求，以致世界各国开始把天然橡胶作为军用战略物资加以控制，这就迫使美、德等汽车大国，但却是天然橡胶的穷国开展合成橡胶的研究，这种研究是以制造与天然橡胶相同物质为目的开始的，因为人们已知它是由多个异戊二烯分子通过顺式加成形成的聚合体。
1914年爆发第一次世界大战，德国由于受到海上封锁，开展了强制性的合成橡胶研制和生产，终于实现了以电石为原料合成甲基橡胶的工作，到终战的1918年，共生产出2350吨。
战后，由于暂时性天然橡胶过剩，使合成橡胶的生产也告中止，但其研究工作仍在进行。先后研制成聚硫橡胶（1931年投产）、氯丁橡胶（1932年）、丁苯橡胶（1934年）、丁腈橡胶（1937年）等。
第二次世界大战期间，尤其是日本偷袭珍珠港、占领东南亚后，美国开始扩大合成橡胶生产，并纳入国防计划，1942年产量达84．5万吨，其中丁苯橡胶为70．5万吨。1950年以后，由于出现了齐格勒纳塔催化剂，在这种催化剂的作用下，生产出三种新型的定向聚合橡胶，其中的顺丁橡胶，由于它的优异性能，到20世纪80年代产量已上升到仅次于丁苯橡胶的第二位。此后又有热塑性橡胶、粉末橡胶和液体橡胶等问世，进一步满足了尖端科技发展的需要。
回顾过去，展望未来，在新世纪里新技术将更加迅猛发展，与此同时，作为技术革命物质基础的，以合成高分子为代表的新材料的研制和开发，也将越来越起着重要作用。
参考文献
