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关键词： 化学教科书比较   化学反应原理   内容结构  

摘要： 教科书的内容结构不仅会影响教师的教学,也会影响学生的阅读和学习。本文以内容结构为切入点,通过分析和比较中美化学教科书中“化学反应原理”相关内容,为我国化学教科书的编写提供一些建议和参考。首先,通过对国内外文献进行梳理,本研究将“化学反应原理”内容划分为三个大专题,再将三大个专题细分为十个小节,构建中美教科书内容分布框架和内容结构分析框架,以“节”为基本单位进行内容结构图的构建。从宏观和微观两个层次对中美教科书的内容结构进行分析和比较,宏观结构将从建构思路和内容排序两个维度进行分析和比较,微观结构将从核心知识和微观知识两个维度进行分析和比较。其次,利用本研究所构建的化学教科书内容结构的整体性框架对中美两版教科书“化学反应原理”内容结构进行分析和比较,可得到如下结论:(1)两版教科书在建构思路上都重视实验的引入和学科思维的培养,中国版教科书在建构思路上兼顾了知识的横向和纵向发展,美国版教科书则是注重通过各种生活和生产中的例子进行介绍。(2)中国版教科书在内容排序上以递进主题和多主题排序为主,而美国版教科书在内容排序上多是单主题排序和递进主题排序,体现了两版教科书都重视内容的螺旋式编排。(3)中国版教科书的核心知识数量多于美国版教科书,两版教科书的核心知识以描述性知识为主,在核心知识的分布比例较为相似,呈现的是描述性核心知识>层次性核心知识>解释性核心知识的特征,体现了内容建构的科学性。(4)美国版教科书在知识的排序方面主要采用自上而下的编排方式,中国版教科书主要采用自下而上的编排方式,中国版教科书在知识的排序方面更具逻辑性。中国版教科书对于具体知识的阐述重视定性和定量的结合,美国版教科书多是停留在定性的角度。

关键词： F离子固态电解质   第一性原理计算   钙钛矿氟化物   空位缺陷  

摘要： ABF3型钙钛矿结构作为F离子电池固态电解质材料,因其独特的三维扩散通道和坚固的四边形空穴交错结构而备受研究者们的关注。然而,ABF3型钙钛矿结构作为电解质材料时,在室温下的离子电导率（CsPbF3为10-6 S/cm）远低于实际应用标准（10-3 S/cm）,从而限制了其在F离子电池中的应用。虽然引入A位阳离子空位缺陷是提高材料离子电导率的有效方法,但实验中存在着随机性和复杂性的问题。并且A位阳离子空位缺陷对于ABF3中F离子的传导影响也有待深入研究。因此,本文采用第一性原理计算方法,从原子尺度上对ABF3中A位阳离子空位缺陷的物理化学机制进行了系统研究,详细的内容如下: （1）Cs空位调控CsMF3（M=Pb,Sn）结构及其性能研究。首先,构建了 CS1-xMF3-x（x=0.0625,0.125,0.25,M=Pb,Sn）三种结构,并对 Cs1-xPbF3-x（x=0.0625,0.125,0.25）相稳定性进行了计算,可以得知Cs0.9375PbF2.9375和Cs0.875PbF2.875的凸包能都小于100 meV/atom,具有良好的相稳定性;同时根据形成能的大小确定发现贫铯条件为CS1-xSnF3-x（x=0.0625,0.125,0.25）提供最优形成条件。接着进一步采用分子动力学方法（AIMD）研究了 Cs1-xMF3-x（x=0,0.0625,0.125,0.25,M=Pb,Sn）的热稳定性和F离子在不同温度时的扩散动力学性质。结果表明Cs0.875PbF2.875不仅具有良好的热稳定性还具有最佳的室温F离子电导率（6.31× 10-2 S/cm）,远高于同体系固态电解质Cs0.875SnF2.875的室温F离子电导率（3.03 ×10-2 S/cm）。通过计算的F离子扩散势垒,发现Cs0.875MF2.875也具有极低的扩散势垒,表明其极佳的的氟离子扩散特性。此外我们还发现Cs0.875PbF2.875还具有比Cs0.875SnF2.875更为优异的韧性以及电化学稳定性。 （2）Rb空位调控RbMF3（M=Pb,Sn）结构及其性能研究。首先计算了Rb1xPbF3-x（x=0.0625,0.125,0.25）的凸包能,发现其值都小于100 meV/atom。接着,根据形成能的大小确定发现贫铷条件为Rb1-xSnF3-x（x=0.0625,0.125,0.25）提供最优形成条件;然后对 Rb1xMF3-x（x=0,0.0625,0.125,0.25,M=Pb,Sn）进行 AIMD 计算分析,发现当温度为300K时Rb0.875PbF2.875和Rb0.875SnF2.875都具有极佳的F离子电导率（6.16×10-2 S/cm vs 5.99×10-2 S/cm）;同时还计算了 Rb0.875PbF2.875 和Rb0.875SnF2.875 的扩散势垒（0.12eV vs 0.11eV）。此外,Rb0.875PbF2.875比Rb0.875SnF2.875具有更宽的电化学稳定窗口。

关键词： 化学学科核心素养   高中化学   结构化教学  

摘要： 众所周知,学科核心素养的问世是教育变革的最佳产物之一。而关于如何在课堂上落实化学学科核心素养,到现在依然是很多一线教师的苦恼,作者自然也不例外。听了很多优秀课例和讲座,才发现落实学科核心素养的方法已经蕴含在课标中。2017版化学课程标准(2020年修订)中提出,教师应合理组织教学内容,促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化,内容的结构化是实现上述转化的关键。内容的结构化包括基于知识关联的结构化、基于认识思路的结构化、基于核心观念的结构化。基于课标上述内容,作者找到了结构化教学的灵感,查阅了大量文献,确定了结构化教学的国内外研究现状,再通过问卷调查、情境访谈等方式了解到贵州省安顺市城区高中化学结构化教学的实施现状,发现很多教师对结构化教学知之甚少,了解的老师大多也仅仅停留在理论层面,于是作者决定结合所学内容开展本研究,以安顺市第二高级中学高三年级两个同层次的班级分别为实验班和对照班,实验班实施“思维导图式辅助教学”“情境线式的主题式复习”“基于模型的建构、应用、优化的教学”“素养化的问题链式教学”“评价多元化式的教学”等的结构化教学,对照班实施传统教学,教学内容为《化学反应原理》的一轮复习。完成该部分内容之后,进行了学生的问卷调查、情境访谈和相应的纸笔测验,实验班的数据整体优于对照班。其中纸笔测验的总分维度上,实验班纸笔测验的各指标均高出对照班,总分平均分高出4.59分,高分率高出17.9%,优秀率高出16.54%,及格率高出7.76%,标准分高出0.21,说明在进入高三以后的一轮复习以后,实验班的知识结构化的水平高于对照班。在化学反应原理综合大题的维度上,和总分情况一致,实验班的28题得分的各项指标也均高于对照班,平均分高出1.3分,及格率高出28.81%,也说明实验班的《化学反应原理》部分的知识结构化水平要优于对照班。以上研究表明结构化教学有助于促进学生化学学习方式的转变,实现主动学习、深度学习,提升学生化学学科综合能力,也让学生对化学更自信、更向往,说明实施结构化教学对比传统教学更有利于学生的成长,也可以更好的落实立德树人的使命。故而作者认为新课标中倡导的结构化教学应该在高中化学教学中真正的发展起来,流行起来,这于教师本人的职业发展,学生的终身发展都有重大意义, 基于以上研究,对于和作者年龄相仿甚至更年轻的一线化学教师,作者建议多研读课程标准、课程标准解读、中国高考评价体系等书籍,除了线下集中学习以外,闲暇时间多学习国家云平台课程、“齐鲁高中化学”等线上优秀资源,让自己的教学语言“课标化”“素养化”“结构化”。做一名边学边教的老师,匹配教育发展的速度。

关键词： 高中化学   反应原理教学   创新策略  

摘要： 高中阶段的化学教学不仅要注重基础化学知识的讲授，还要将提升学生的动手实践能力、培养学生的学习兴趣作为教学重点，不仅要通过学生的化学成绩反映教学成果，更要保证学生能够得到全方面的综合提升。尤其是在化学实践课程的教学上，要重视教材中的反应原理教学，这不仅是重点内容也是整个高中化学学习的难点，更是影响高中阶段的学生化学学习成绩的主要原因。在教学过程中，教师应该通过创新教学方法，提升学生对化学反应原理的理解水平，保证高中化学的教学质量。本文将根据高中化学反应原理教学中存在的问题，分析化学反应原理教学应遵循的原则，并讨论反应原理教学的创新策略，以求利用新的教学资源提升教学水平。

关键词： 核心素养   化学反应原理综合题   山东高考   教学策略  

摘要： 普通高等院校招生全国统一性考试是受社会关注程度最高的选拔性考试,它是一种重要的教育制度。但随着科技的发展与社会的进步,传统的文理分科高考制度已无法适应现阶段社会对人才选拔的需求,因此从2017年起浙江和上海开始进行高考制度的改革,至今新高考制度已在全国大范围执行。国内外学者对于核心素养的研究和国内高考化学试题的研究虽然较多,但基于“核心素养”对山东卷,尤其是自新高考以来的试题研究明显不足。“化学反应原理”作为高中化学至关重要的组成部分,也是高考化学的“压轴题”。因此从化学学科核心素养的视角,对山东省2020-2023年四年的高考“化学反应原理综合试题”展开分析,对于推动化学学科核心素养的落地、优化化学反应原理内容的教学、提升教师自身专业能力、命制化学试题具有重要的理论意义和实践价值。 本研究采用文献研究法、比较研究法、调查研究法等研究方法,对2020-2023年山东卷中的化学反应原理综合题进行详细对比、统计、分析,总结出2020-2023年山东卷在试题容量、试题情境和信息呈现方式、试题考查知识、试题考查的学科能力和素养水平方面的规律和特点:第一、化学反应原理综合试题容量逐年递增,分值在11-12分之间、填空数在7-8个之间,均含有2个图表;第二、化学反应原理综合试题情境多以有机实验为主,以文字、化学用语、图像、表格等多种方式呈现信息;第三、化学反应原理综合题主要考查化学反应速率、化学平衡原理以及化学反应与能量变化的内容;第四、化学反应原理综合试题注重对学生“变化观念与平衡思想”及“证据推理与模型认知”的考查,注重考查学生的复杂推理能力及分析解释能力。 本论文基于对山东卷化学反应原理综合试题的分析,对高三结束一轮复习的学生进行了诊断性测验,以检测学生在解答这类试题时存在的问题,学生得分率较高的题目为利用盖斯定律进行反应焓变的计算、调控化学平衡(如何提高平衡转化率和平衡产率)、外界条件平衡移动的影响,但对于化学平衡计算题、图像题及文字叙述题得分率较低。在测验结束后为了更准确深入地把握学生在诊断性测验中存在的问题,对学生进行了学情调查问卷,对学生本次诊断性测验中的得分情况、能得分的知识点、审题时存在的问题、解题时存在的问题以及本次测验结束后学生针对错题的做法、教师讲题时学生听讲的做法、学生对于教师课堂的期望进行了调查,了解了学生的真实情况。 基于以上分析,结合校内其他经验丰富的老教师介绍的方法及自身的教学经验,提出了提高学生解决化学反应原理综合题能力的教学策略,并给出相应的案例分析,以期帮助教师在开展教学过程中提升学生的整合信息、分析问题、解决问题的能力,以提高学生的化学学科素养,最后对教学策略的实施进行了效果反馈。

关键词： 氢化非晶硅   电化学储氢   第一性原理计算   气体氢化处理   氢扩散机制   电化学行为  

摘要： 氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜在离子液体电解质中具有超高的电化学放电容量(3635m Ah g),使其在质子电池中极具研究和应用价值。最近研究表明,通过气体氢化处理可以极大地提升非晶硅(a-Si)薄膜电极的电化学容量。然而,由于硅材料电极应用于电化学储氢的研究时间较短,a-Si:H的结构又很难准确测定,使得氢化处理对其结构的影响以及其结构与电化学性能之间的关联机制尚不明确。本论文基于第一性原理预测了a-Si:H结构,分析了结构特征对其结构稳定性和电学性能的影响,进而在制备a-Si:H薄膜电极并测试其电化学储氢性能的基础上,采用预测得到的a-Si:H结构基于第一性原理计算深入研究了氢化处理对其结构和电学性能的影响,H原子在a-Si:H电极中的扩散机制,以及a-Si:H薄膜电极在电化学储/放氢过程中的物理化学性质和电化学行为。主要研究结果如下:1.基于第一性原理在不同环境氢浓度(预测结构时设置的氢浓度)条件下预测了具有不同氢含量(预测得到的结构中的氢浓度)的a-Si:H结构,分析了环境氢浓度对其结构特征以及结构特征对其结构稳定性和电学性能的影响。在低环境氢浓度条件(≤2.78 wt.%)下,生成的a-Si:H主要是三维(3D)块体结构;随着环境氢浓度的增加,结构维度逐步降低,在3.44～5.08 wt.%范围内,生成二维(2D)层状结构的概率超过55%;在6.66～9.67 wt.%范围内,生成一维(1D)纳米线结构的概率超过60%;当环境氢浓度增加至11.95 wt.%时,生成零维(0D)纳米团簇结构的概率高达90%。在环境氢浓度较高时,过量的氢以H分子的形式存储在3D结构空隙或2D、1D和0D结构间隙。以Si-H键、Si-H键和Si-H键为主的结构大多是结构稳定的,以Si-H-Si键为主的结构是不稳定的,存在于结构空隙或间隙的H分子会影响结构的稳定性。结构空隙尺寸增加,或结构中出现Si-H和Si-H键时,a-Si:H结构的带隙减小,以Si-H-Si键为主的过渡态结构具有良好的导电性,随着结构维度的降低,a-Si:H结构的带隙呈增加的趋势。2.采用先磁控溅射后气体氢化的方法制备了a-Si:H薄膜电极,研究了氢化条件对电极结构和电化学储氢性能的影响。气体氢化处理可以显著增加电极的氢含量,改善电解液4M CHCOOH/[EMIM][Ac]在电极表面的浸润性,增加电极的氧化还原反应活性,并大幅提升电极的电化学放电容量。在300 C/5 MPa和500 C/1MPa氢化2 h制得的a-Si:H薄膜电极的电化学容量比未氢化的a-Si薄膜电极(180m Ah g)提升了约7～9倍,分别达到了1433 m Ah g和1827 m Ah g。较高的电化学充电速率和较低的放电速率有助于提升电极的电化学放电容量,薄膜电极厚度的减小可以明显提升电极的电化学循环稳定性。随着氢化时间的增加,电极的活化性能和电化学容量保持率略有增加,但对提升电化学容量帮助不大;氢气压强的增加有助于改善电极的活化性能和电化学循环稳定性;氢化温度的增加有助于显著降低电极的活化次数并明显提升电极的电化学容量。3.采用第一性原理计算分析了气体氢化处理对a-Si:H结构和电学性能的影响。随着作用在a-Si:H上的压强增加,a-Si:H结构的平均原子体积和电子能量带隙均呈减小的趋势,且在高压条件下,a-Si:H有着良好的导电性。随着氢化温度的增加,a-Si:H结构中存储的H原子会使结构塌陷为更低维度的结构,且电极结构中的氢含量越高,结构塌陷所需温度越低。在氢化温度作用下演化生成的新结构大多具有导体特性,即氢化温度的增加同样有助于改善电极的导电性能,这在一定程度上很好的解释了氢化处理能够明显提升a-Si:H电极电化学容量的根本原因。在压强和温度协同作用时,压强的增加有助于缓解a-Si:H结构在氢化温度作用下向更低维度结构演化的概率。4.通过第一性原理计算预测了H原子在a-Si:H中的扩散机制。氢化处理显著降低了H原子从电极表面向体相以及从体相向表面的扩散势垒,即大幅提升了a-Si:H电极的储氢性能和储/放氢可逆性。当电极中氢含量较低(对应于电化学充电初期或电化学放电后期)时,H原子通过电极中空的悬挂键进行扩散,而当电极中氢含量较高(对应于电化学充放电中期)时,H原子则是通过硅氢键以跳跃机制进行传输的。H原子可以在两个距离较近的低维结构(如两个2D、1D或0D a-Si:H结构之间)之间进行传输,但随着结构间隙变大,其在两个低维结构间的扩散势垒快速增加,说明轻微的分层和粉化现象并不会影响H原子在a-Si:H电极中的扩散和存储,但较为严重的分层和粉化会极大的影响H原子在电极中的扩散性能。5.采用实验测试与理论计算相结合的方法系统分析了a-Si:H薄膜电极在电化学储/放氢过程中的物理化学性质

关键词： 氨氮废水   pH限制   高级氧化   活性物种   光电催化   低耗高效  

摘要： 近年来,活性氮引发的环境问题愈演愈烈,而氨氮（NH-N）作为各类活性氮中危害最大的一种形态,受到各国政府以及管理部门的密切关注。我国NH-N排放总量远超受纳水体的环境容量,在“十一五”期间,NH-N已超过化学需氧量成为影响我国地表水环境质量的首要指标。在最新的“十四五”规划中,针对水环境防治进一步提出了将NH-N排放总量下降8%（比基准年）以上的削减目标。然而,由于废水中NH-N的高溶解度和稳定性,常规水处理工艺,如混凝、沉淀和过滤等难以有效地将其去除。相关研究人员针对废水中NH-N去除和转化开展了大量的研究和治理工作,开发了各种各样的处理技术。但是,目前大多数NH-N废水处置技术都有具有高pH依赖性。特别是在高酸性条件下,质子化的NH具有较为惰性的化学反应性质,传统生物或物化处理过程难以实现NH-N向氮气（N）的有效转化。因此,开发突破pH限制的NH-N废水处理处置技术,是目前水处理行业亟待解决的难题之一。相关研究表明,氯自由基物种对NH具有良好的反应选择性,而光电催化技术是调控自由基反应的有效手段。鉴于此,本研究旨在从动力学和热力学角度,揭示自由基物种(HO、Cl、Cl和ClO)在酸性溶液中介导NH-N转化的基本原理。基于光电催化技术的自由基调控策略,通过构建高效光、电催化体系,原位利用废水中自有物质（如Cl）,生成具有高NH-N反应活性的自由基物种,促进NH-N向N的定向转化。主要研究结果如下:通过动力学检测分析,在酸性环境中ClO和Cl与NH具有较高的反应速率(分别为k=5.3×10～7 M S和k=5.2×10～6 M S),而Cl2和HO与NH4反应速率低于仪器检出限,表明这两种自由基与NH之间的反应性较差。根据热力学的计算结果,NH与Cl反应的起始步骤是通过氢提取机制进行,而与ClO则涉及自由基加成反应。Cl和HO与NH反应性差的主要原因,可能是由于二者在酸性溶液中与HO的高反应性,导致它们难与NH进行有效接触,限制了反应的可能性。基于动力学及热力学上的研究,表明ClO和Cl是作用于废水NH-N高效降解的自由基物种。根据以上研究为指导,提出了一种利用氯氧化铋（BiOCl）原位光生氯自由基的新方法。成功地实现了酸性（pH 1.0～6.0）条件下,NH向N的高选择性转化。反应过程中,NH降解遵循伪零级动力学(速率常数在0.14～0.32 mg L min之间),表明反应速度取决于活性物种的生成速率。其原理是,BiOCl层间Cl极易被价带空穴（VB h）氧化,从而形成游离氯和相应的氯自由基物种。此外,在溶液中Cl可以迅速补偿BiOCl脱出的层间Cl,导电带电子（CB e）则还原HO或O。该过程阻止了BiOCl晶格中Bi的自氧化和自还原,抑制了催化剂失活,实现了酸性废水中NH的选择性氧化。应用BiOCl对溶液中Cl的特异性吸附原理,将其负载于商用混合金属氧化物电极（Mixed metal oxide,MMO）表面以改善阳极界面析氯（Chlorine evolution reaction,ClER）的选择性。经BiOCl负载的MMO阳极,NH-N降解过程的电流效率提升了～3-4倍,平均能耗下降了～70%。通过电子顺磁共振波谱和瞬态光谱等检测技术证实了BiOCl@MMO阳极在电化学氯自由基物种生成方面具有卓越的性能,且该体系下Cl在NH-N降解过程起关键性作用。物理化学表征手段结合理论计算,证实作为催化层的BiOCl（110）晶面具有氯的沟渠状结构,从而有利于Cl的迁移,使其ClER所需吉布斯自由能仅需1.48 e V,远低于MMO催化层的4.01 e V。差分电荷密度分析表明,电子可以有效地从BiOCl催化层,转移至作为欧姆接触层的MMO表面,实现了BiOCl催化层的高效电子转移以及ClER过程。构建了基于BiOCl@MMO阳极的连续流电化学反应装置,并建立了废水NH-N的去除模型,预测进水NH-N浓度与水力停留时间之间的关系,为真实的NH-N废水处理提供了长期、高效、稳定、连续流运行模式。结合光催化反应与电催化反应的优点,开发了一种高效稳定的光电催化（Photoelectrochemical,PEC）系统用于处理NH-N废水。系统丰富了反应体系中自由基的种类,提高了NH-N的去除效率。基于PEC系统对光强的依赖性,将其与太阳能追日系统进行集成,既提高了光电催化反应的效率（相比黑暗运行模式和固定式光照模式,NH-N去除效率分别提高了59.5%和22.8%）,又充分利用太阳能自给自足不间断的供能,使得NH-N废水零能耗处理成为可能。本研究通过光、电催化体系的构建,调控氯自由基物种的定向生成,以实现突破pH限制的NH-N废水高效处理。揭示了自由基种类与NH相互作用原理,并提出了多种自由基调控方法和工艺操作模式的处理策略,旨在为

关键词： 化学反应原理   试题难度   难度量化模型  

摘要： 近五年是高考改革的关键阶段。考试评价制度的改革,部分省市回归自主命题,对考试机构、一线教师的命题能力提出新要求。如何贴合学情进行试题命制,并根据考试的结果完善命制试题,是教师研究的方向之一,这就需要教师科学地把握试题的难度。“化学反应原理”模块是“变化观念与平衡思想”这一学科核心素养的重要知识载体,是高考的热点,但目前关于该模块高考试题难度的研究几乎没有。本研究运用文献分析法、调查法、层次分析法、定量分析法,旨在理清“化学反应原理”模块试题难度受哪些因素影响,各因素又应如何量化的问题。 本研究分为以下三个部分: 第一部分,通过搜集一线教学现状,发现教师和学生都是根据平均分得出试题的相对难度,对于如何把握试题的绝对难度并无方法。结合该现状,提出本研究的目的。 第二部分,通过访谈调查,结合《高考评价体系》《普通化学课程标准》开发并修正了包括“内容水平”、“运算水平”、“推理水平”、“知识综合水平”、“多重表征转换水平”、“情境陌生水平”、“情境与核心内容联系的紧密程度”、“开放水平”八个一级指标的高考化学反应原理大题难度量化模型,并解决了一级指标权重不同的问题。 第三部分,以此模型对近五年高考化学反应原理大题进行量化分析,以求进一步把握高考试题动向,对化学反应原理模块的教学提出建议。 研究发现,近五年高考化学反应原理难度总体呈上升趋势,不同省份之间化学反应原理试题难度具有较大差异,北京卷难度稳中有升,海南卷难度逐年走低,山东卷难度历年均处于高位;全国卷考点相对明晰,但在2023年出现较大变化。

关键词： 二次电池   二维材料   电催化   第一性原理计算  

摘要： 锂离子电池的出现极大地影响着人们的生活,发展至今,人们对其高效性,经济性,长续航的需求越来越大。钠和钾在地壳中的含量远大于锂,钠离子和钾离子电池作为锂离子电池的替代品,可以缓解当下对锂的需求过大的局势,同时也能降低成本。锂氧气电池、钠氧气电池和钾氧气电池拥有远超过锂离子电池的能量密度,被认为是新一代的储能设备。而正极催化剂的催化性能是影响碱金属氧气电池性能的关键因素,理想的正极材料的要求包括高导电性、高比表面积、高孔隙率等。在电极材料研究过程中,第一性原理计算可以从材料结构预测、反应电压、容量评估、电子结构、离子吸附和扩散等多个角度帮助研究人员理解新型材料的固有特性和电化学反应机理,这对于开发下一代高性能电池系统至关重要。本文通过结构预测和第一性原理计算得到了两种新型的二维Si2Se2和Si Se2结构,探究了这两种新材料在锂离子以及后锂离子电池电极上的应用前景,具体内容如下: 研究了新型二维材料Si2Se2和Si Se2的Li、Na和K离子存储性能。首先通过结构预测得到了两种新型的结构,并通过声子谱和分子动力学验证了它们的动力学和热力学稳定性。第一性原理计算结果表明Li/Na/K离子可以在Si2Se2和Si Se2表面稳定吸附,并且在Li/Na/K离子吸附前后,Si2Se2表现出良好的导电性;Si Se2在吸附了Li/Na/K离子后也呈现出金属性。三种碱金属离子在Si2Se2和Si Se2表面可以以较小的能量势垒扩散,这将有利于提高负极充放电过程的倍率性能。作为碱金属离子电池负极材料,Si2Se2和Si Se2展现出较高的理论容量和较低的开路电压,应用潜力很大。 研究了Si2Se2和Si Se2对Li-O2/Na-O2/K-O2电池正极反应的催化机理。Si2Se2和Si Se2表面Li-O/Na-O/K-O团簇的初始成核过程是Li/Na/K离子的稳定吸附。利用Si2Se2和Si Se2充当三种电池的正极催化剂时,对于Li-O2电池,Si2Se2的主要产物是Li O2,Li2O2和Li2O,而Si Se2的主要产物是Li O2和Li2O2,所有产物形成的充放电过电位均小于0.65 V。对于Na-O2电池,Si2Se2和Si Se2的主要产物都为Na O2和Na2O2,所有产物的充放电过电位均小于0.73 V。在K-O2电池中,Si2Se2和Si Se2的放电产物仅为KO2,前者的充放电过电位仅有0.31 V,而后者具有0.74 V的充电过电位和0.73 V的放电过电位。此外,反应过程中Si2Se2和Si Se2都具有良好导电性。300K温度下的DMSO电解质中,Si2Se2和Si Se2既未促进Li2CO3/Na2CO3的形成,也未引起DMSO电解质的分解。

关键词： 微课   变化观念与平衡思想   高中化学   化学教学  

摘要： 为了适应社会经济的快速发展,创新型全面发展的人才的培养是当今社会的焦点,其关键在于提升核心素养,而学科核心素养是核心素养在特定学科(或学习领域)的具体化,是学生学习一门学科(或特定学习领域)之后所形成的、具有学科特点的关键成就,是学科育人价值的集中表达。在课堂教学中落实学科核心素养是最终促成核心素养养成的重要手段之一。变化观念与平衡思想是化学学科核心素养的维度之一,有利于帮助变化观念的形成和平衡思想的建立。微课作为信息时代的产物,因其短小精悍的特点深受师生的喜爱,为当前的基础教育教学改革提供了丰富的资源保障。本研究以微课为核心素养落实载体,将微课融入到课堂教学各个环节中,拓展核心素养在课堂教学中落实的途径。本研究首先通过查阅文献,详细阐述了化学核心素养和微课的相关概念基础以及国内外研究现状,结合课程标准对“变化观念与平衡思想”进行解读,将其划分为变化的本质与特征、化学反应的能量转化、化学反应速率、化学平衡与限度和化学反应方向五个组成要素。在微课实施前,通过调查问卷了解学生对微课的喜爱情况以及“变化观念与平衡思想”水平发展情况;通过教师访谈了解中学教师对“变化观念与平衡思想”素养培养情况以及基于“变化观念与平衡思想”素养的微课实施可行性。结果表明,学生喜欢利用微课学习,且“变化观念与平衡思想”素养较为薄弱;多数教师对核心素养培养较少,实施素养为本的微课教学具有可行性。基于此,结合素养为本的微课设计原则,设计与制作了“影响化学反应速率的因素”、“盐类的水解”、“原电池”三个微课,以“课前-课中-课后”的方式穿插在课堂教学中辅助教学。之后,将素养为本的微课应用于教学实践中,对实验班采取“课前-课中-课后”辅助课堂教学模式,对照班采取传统的教学模式,并在实践过程中记录两个班级的课堂表现情况。通过两个班级前后测的化学成绩、素养水平和课堂表现等多渠道,对基于“变化观念与平衡思想”素养的微课辅助课堂教学效果进行评价。数据分析得出,实验班的后测化学成绩比对照班高,且两个班级之间存在显著性差异;在后测素养水平测评中,实验班在化学反应的能量转化、化学反应速率、化学平衡与限度三个组成要素中,水平四的平均分高于对照班,在化学反应的方向组成要素中,水平三和水平四的平均分均高于对照班,且两个班级之间存在显著性差异;在课堂观察过程中,实验班的课堂氛围更为活跃,课堂参与度更高。因此,本研究得出以下结论:借助微课辅助课堂教学能够提升学生课堂专注力,促进学生化学成绩和“变化观念与平衡思想”素养水平的提高。