时间：2023-06-16 16:06:57
摘要： 采用实验的方法，以空气和甲烷为反应气体，研究了活性物质分布对镍基载氧体固定床化学链燃烧的影响.实验结果表明：气体流量会同时对温升和反应速率产生影响，其中对反应速率影响更大，流量越大，反应速率越大，温升越大；半活性颗粒对应的反应器轴心处各点最大温升大于全活性颗粒对应的轴心处各点最大温升；相同条件下全活性颗粒的反应速率略大于半活性颗粒.研究结果表明，半活性颗粒更有利于活性物|反应完全，其反应特性更优.
关键词： 固定床； 化学链燃烧； 镍基载氧体； 活性物质分布
中图分类号： TQ 052.6文献标志码： A
Abstract： Influence of active substance distribution in structured particles for methane chemicallooping combustion in a packed bed reactor with nickel oxide as oxygen carrier was studied.Experimental results showed that the flow rate affected both temperature and reaction rate.Higher flow rate implies higher reaction rate and temperature.The highest temperature along the axis for half active substance coating structured particlesis higher than that for full active substance coating ones.The reaction rate of the latter ones is slightly higher than that of the former ones.The results showed that the structured particles with half coating active substances were helpful to reacting completely and thus better reaction characteristics could be achieved.
Keywords： packed bed； chemicallooping combustion； nickelbased oxygen carrier； active substance distribution
近几十年来，随着全球工业化程度的进一步加深，温室效应越来越严重.CO2是造成温室效应的主要气体之一，因此CO2的减排与回收成为了人们研究的热点.传统的燃烧方式中燃料与空气直接接触，生成物中的CO2被空气中的N2所稀释，后续的CO2分离和回收需要消耗额外的能量.化学链燃烧技术借助载氧剂将传统的燃料与空气直接接触的反应分解为两个气固反应，燃料与空气无需接触，载氧剂将空气中的氧传递给燃料.化学链燃烧作为一种新型的燃烧方式与传统的燃烧方式相比具有燃烧效率高、容易实现CO2的分离以及氮氧化物排放低等特点，引起了国内外学者的广泛关注.〖HJ1.8mm〗
从化学链燃烧概念提出至今，国内外科研人员对化学链燃烧技术进行了大量的理论和实验研究.Lyngfelt等[1]首次采用镍基载氧体进行了10 kW流化床化学链燃烧实验验证，燃料的转化率达到99.5%.GacíaLabiano等[2]设计并建立了10 kW化学链燃烧系统，采用氧化铜为载氧体，进行了超过200 h的连续试验.Leion等[3]使用石英流化床反应器以NiO/NiAl2O4为氧载体对墨西哥石油焦、印尼煤和南非煤进行了化学链燃烧实验研究.王逊[4]采用化学链燃烧技术提出了燃料电池联合循环系统.该系统以H2为燃料，燃烧器内高温区具有良好的工作特性，利用这一特性可以充分提高系统的压力和平均吸热温度，减少了传热的中间环节，大大简化了循环流程.金红光[5]提出了化学链燃烧与空气湿化燃气轮机联合循环系统，该热力循环系统在高温段采用化学链燃烧，在中、低温段采用高效的空气湿化方法，与先进的燃气蒸汽联合循环相比，热效率更高.恽松等[6]研究了直径为50 mm的冷模流化床/固定床耦合反应器中颗粒的受损情况，探究了活性炭圆柱状颗粒在不同气体流速下和130～150℃范围内的磨损情况，得到了在不同气速下固定床中颗粒的受损率随时间的变化.
目前，国内外学者对流化床化学链燃烧技术的研究相对较多，对固定床化学链燃烧技术的研究则很少.Noorman等[7]于2007年首次提出了将化学链燃烧技术应用于固定床中，并做了可行性分析，2010年采用铜基载氧体颗粒进行了固定床实验验证[8]，进一步证实了将化学链燃烧技术应用于固定床的可行性.2011年Noorman等提出了适用于固定床的颗粒模型[9]和反应器模型[10].Guo等[11]采用铜基载氧体对固定床化学链燃烧的瞬态温度变化进行了实验研究.
本文建立了固定床实验研究装置，以甲烷和空气作为反应气体，氧化镍作为载氧剂，对固定床化学链燃烧进行实验研究.实验采用活性物质分布方式不同的两种载氧剂颗粒，考察气体流量以及载氧剂活性物质分布方式对固定床反应器轴向和径向温升的影响，旨在为固定床化学链燃烧的工程应用提供必要的参数.
1实验装置及方法
实验选用两种不同的镍基载氧体颗粒，两种活性物质分布方式对比如图1所示，图中R为颗粒半径.颗粒是由NiO微粒镶嵌于多孔构架的Al2O3颗粒孔隙内，两种颗粒的活性物质质量分数均为20%.颗粒半径均为4.2 mm.图1（a）为全活性颗粒，内部均匀地布满了活性物质.图1（b）为半活性颗粒，只在颗粒外半球内分布有活性物质，内部的白色区域表示不含活性成分的多孔结构.
1.基本概念
（1）氧化还原反应与非氧化还原反应：有电子转移（得失或偏移）的化学反应叫做氧化还原反应.没有电子转移的化学反应叫做非氧化还原反应.氧化还原反应的本质是发生电子转移（得失或偏移）.氧化还原反应的特征是有元素的化合价发生变化.显然，凡是有元素化合价发生变化（升降）的化学反应就是氧化还原反应；而元素化合价没有发生变化的化学反应就是非氧化还原反应.
（2）氧化剂与还原剂：在氧化还原反应中，得到电子（或电子对偏向）的物质，即所含元素化合价降低的物质是氧化剂.失去电子（或电子对偏离）的物质，即所含元素化合价升高的物质是还原剂.氧化剂和还原剂（有时可能是同一物质）是对反应物而言，二者同时存在，且在反应中同时转化为产物.
（3）氧化性与还原性：在氧化还原反应中，氧化剂具有得到电子（或电子对偏向）的性质叫做氧化性.还原剂具有失去电子（或电子对偏离）的性质叫做还原性.氧化性与还原性是对反应物的性质而言，氧化剂具有氧化性，能将还原剂氧化成氧化产物；还原剂具有还原性，能将氧化剂还原成还原产物.
（4）被氧化与被还原：在氧化还原反应中，还原剂失去电子（或电子对偏离），所含元素的化合价升高，本身被氧化.氧化剂得到电子（或电子对偏向），所含元素的化合价降低，本身被还原.被氧化与被还原是对反应过程而言，二者同时发生，且存在于同一反应体系中.
（5）氧化反应与还原反应：物质失去电子（或电子对偏离）的反应，即物质所含元素化合价升高的反应叫做氧化反应.物质得到电子（或电子对偏向）的反应，即物质所含元素化合价降低的反应叫做还原反应.氧化反应和还原反应是对反应过程而言，二者同时发生，同时存在于同一反应体系中.在氧化还原反应中，氧化剂发生还原反应，还原剂发生氧化反应.
（6）氧化产物与还原产物：在氧化还原反应中，通过氧化反应得到的产物（还原剂被氧化所得到的产物）为氧化产物.通过还原反应得到的产物（氧化剂被还原所得到的产物）为还原产物.氧化产物与还原产物（有时可能是同一物质）是对生成物而言，二者同时产生，且存在于同一反应体系中.
2.相互联系
图1
二、高考题例析
1.考查氧化还原反应的判断
例1 （2012年广东化学卷）下列应用不涉及氧化还原反应的是（ ）
（A）Na2O2用作呼吸面具的供氧剂
（B）工业上电解熔融状态Al2O3制备Al
（C）工业上利用合成氨实现人工固氮
（D）实验室用NH4Cl 和Ca（OH）2制备NH3
解析：（A）、（B）、（C）和（D）涉及的化学方程式分别为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
、2Al2O3 电解冰晶石 4Al+3O2、N2+3H2
催化剂高温高压2NH3和NH4Cl+Ca（OH）2
2NH3+CaCl2
+2H2O；其中，（A）、（B）、（C）中的反应均有元素的化合价发生变化而属于氧化还原反应，（D）中的反应元素的化合价没有发生变化而不属于氧化还原反应.故答案为（D）.
2.考查氧化还原反应的有关概念
例2 （2011年上海化学卷）氧化还原反应中，水的作用可以是氧化剂、还原剂、既是氧化剂又是还原剂、既非氧化剂又非还原剂等.下列反应与Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr相比较，水的作用不相同的是（ ）
（A）2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
（B）4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
（C）2F2+2H2O=4HF+O2
（D）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2
解析：根据氧化剂和还原剂的概念可知，在反应Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr中，水既非氧化剂又非还原剂；而在反应（A）和（B）中，水既非氧化剂又非还原剂；在反应（C）中，水是还原剂；在反应（D）中，水是氧化剂.故答案为（C）、（D）.
例3 （2012年上海化学卷）火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为：2CuFeS2+O2Cu2S+
2FeS+SO2，下列说法正确的是（ ）
（A）SO2既是氧化产物又是还原产物
（B）CuFeS2仅作还原剂，硫元素被氧化
（C）每生成1 mol Cu2S，有4 mol硫被氧化
（D）每转移1.2 mol电子，有0.2 mol硫被氧化
解析：由反应方程式可知，在反应中CuFeS2中Cu的化合价降低被还原为Cu2S，CuFeS2中1/4的S化合价升高被氧化为SO2，O2在反应后化合价降低被还原为SO2；则SO2既是氧化产物又是还原产物，（A）正确；CuFeS2既是氧化剂又是还原剂，（B）错误；每生成1 mol Cu2S，有1 mol S被氧化，（C）错误；由反应可知每转移6 mol eˉ有1 mol S被氧化，则每转移1.2 mol电子有0.2 mol硫被氧化，（D）正确.故答案为（A）、（D）.
3.考查有关物质的氧化性或还原性
例4 （2008年上海化学卷）下列物质中，按只有氧化性，只有还原性，既有氧化性又有还原性的顺序排列的一组是（ ）
（A）F2、K、HCl （B）Cl2、Al、H2
（C）NO2、Na、Br2 （D）O2、SO2、H2O
解析：对于（A），F2只有氧化性，K只有还原性，HCl既有氧化性又有还原性；对于（B），Cl2既有氧化性又有还原性，Al只有还原性，H2既有氧化性（与活泼金属反应）又有还原性；对于（C），NO2既有氧化性又有还原性，Na只有还原性，Br2既有氧化性又有还原性；对于（D），O2只有氧化性，SO2既有氧化性又有还原性，H2O既有氧化性又有还原性.故答案为（A）.
例5 （2011年上海化学卷）高铁酸钾（K2FeO4）是一种新型的自来水处理剂，它的性质和作用是（ ）
（A）有强氧化性，可消毒杀菌，还原产物能吸附水中杂质
（B）有强还原性，可消毒杀菌，氧化产物能吸附水中杂质
（C）有强氧化性，能吸附水中杂质，还原产物能消毒杀菌
（D）有强还原性，能吸附水中杂质，氧化产物能消毒杀菌
解析：在高铁酸钾（K2FeO4）分子中，Fe为+6价（铁元素的最高价），则高铁酸钾有强氧化性，可消毒杀菌；其还原产物Fe（OH）3胶体具有吸附性，则能吸附水中杂质.故答案为（A）.
4.考查有关物质氧化性或还原性强弱的比较
例6 （2012年上海化学卷）图2所示是验证氯气性质的微型实验，a、b、d、e是浸有相关溶液的滤纸.向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后，立即用另一培养皿扣在上面.
已知：2KMnO4+16HCl2KCl+5Cl2+2MnCl2+8H2O
图2
对实验现象的“解释或结论”正确的是（ ）
选项 实验现象 解释或结论
（A） a处变蓝，b处变红棕色 氧化性：Cl2>Br2>I2
（B） c处先变红，后褪色 氯气与水生成了酸性物质
（C） d处立即褪色 氯气与水生成了漂白性物质
（D） e处变红色 还原性：Fe2+>Clˉ
解析：a处变蓝、b处变红棕色，说明Cl2分别将KI、NaBr氧化生成I2、Br2，可证明氧化性：Cl2>I2、Cl2>Br2，但无法证明I2与Br2之间氧化性的强弱，（A）错误；c处先变红，说明氯气与水生成酸性物质，后褪色，则证明氯气与水生成具有漂白性物质，（B）错误；d处立即褪色，也可能是氯气与水反应生成的酸性物质中和了NaOH，（C）错误；e处变红说明Cl2将Fe2+氧化为Fe3+，证明还原性：Fe2+>Cl-，（D）正确.故答案为（D）.
5.考查氧化还原反应的先后顺序
例7 （2009年全国理综卷Ⅱ）含有a mol FeBr2的溶液中，通入x mol Cl2.下列各项为通Cl2过程中，溶液内发生反应的离子方程式，其中不正确的是（ ）
（A）x=0.4a，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
（B）x=0.6a，2Br-+Cl2=Br2+2Cl-
（C）x=a，2Fe2++2Br-+2Cl2=Br2+2Fe3++4Cl-
（D）x=1.5a，2Fe2++4Br-+3Cl2=2Br2+2Fe3++6Cl-
解析：因Fe2+的还原性比Br-强，则Cl2先氧化Fe2+，当Fe2+全部反应后，再氧化Br-：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Clˉ，2Br-+Cl2=Br2+2Clˉ；其总反应为2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2.当x/a≤0.5时，Cl2仅氧化Fe2+，（A）正确；当x/a≥1.5时，Fe2+和Br-全部被Cl2氧化，（D）正确；当0.5
0.5 mol Cl2氧化：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；剩余0.5 mol Cl2再将Br-氧化：2Br-+Cl2=Br2+2Clˉ；叠加得总离子方程式为2Fe2++2Br-+2Cl2=Br2+2Fe3++4Cl-，（C）正确.故答案为（B）.
例8 （2013年上海化学卷）已知氧化性Br2>Fe3+.FeBr2溶液中通入一定量的Cl2，发生反应的离子方程式为：aFe2++bBr-+cCl2dFe3++eBr2+fClˉ.下列选项中的数字与离子方程式中的a、b、c、d、e、f一一对应，其中不符合反应实际的是（ ）
（A）2 4 3 2 2 6 （B）0 2 1 0 1 2
（C）2 0 1 2 0 2 （D）2 2 2 2 1 4
解析：根据“反应先后规律”可知，FeBr2溶液中通入一定量的Cl2，Cl2首先氧化Fe2+；当Fe2+被氧化完后，再氧化Br-.对于（A），当a、b、c分别为2、4、3时，溶液中的Fe2+和Br-恰好均被完全氧化，根据原子守恒原则可知d、e、f分别为2、2、6，则符合反应实际；对于（B），当a、b分别为0、2时，说明先氧化Br-，则不符合反应实际；对于（C），当a、b、c分别为2、0、1时，溶液中的Fe2+恰好被完全氧化（而Br-没有被氧化），根据原子守恒原则可知d、e、f分别为2、0、2，则符合反应实际；对于（D），当a、b、c分别为2、2、2时，溶液中的Fe2+被完全氧化，溶液中的Br-刚好有一半被氧化，根据原子守恒原则可知d、e、f分别为2、1、4，则符合反应实际.故答案为（B）.
6.考查氧化还原反应方程式的配平
例9 （2008年全国理综卷Ⅱ）（NH4）2SO4在高温下分解，产物是SO2、H2O、N2和NH3，在该反应的化学方程式中，化学计量数由小到大的产物分子依次是（ ）
（A）SO2、H2O、N2、NH3 （B）N2、SO2、H2O、NH3
（C）N2、SO2、NH3、H2O （D）H2O、NH3、SO2、N2
解析：因为（NH4）2SO4SO2+H2O+N2+NH3，此反应是一个自身氧化还原反应，可从还原产物和氧化产物入手，找出元素化合价的变化值（“”表示元素化合价升高，“”表示元素化合价降低；下同），根据其最小公倍数使化合价升降值相等，先确定出还原产物和氧化产物的化学计量数，再确定出氧化剂和还原剂的化学计量数，最后配平其他物质的化学计量数.即：
（N-3H4）2S+6O4 ―― SO2
+4+N20+NH3+H2O
第一节氧气的性质和用途（第二课时）知识目标：1、举例说明氧气的用途并能说明用途与性质的关系2、进一步认识氧气的化学性质（能和哪些物质反应，记住产物、现象）3、复述氧化反应和化合反应的概念并会判断化合反应。技能目标：1、理论联系实际的能力2、利用所学知识解决问题的能力3、分析、表达自己观点的能力情感目标：通过所学知识与生活经验的联系认识到学习化学的重要性教学重点：氧气的化学性质教学方法：讲述、谈话法教学过程：教师活动学生活动设计意图[提问]1、请同学说明氧气的主要物理性质。2、请说出氧气的化学性质。3、说出氧气与碳、硫、磷、铁反应的现象。板书：一、物理性质：无色无味气体，不易溶于水。二、化学性质：1、碳+氧气——二氧化碳2、硫+氧气——二氧化硫3、磷+氧气——五氧化二磷4、铁+氧气——四氧化三铁学生回答：1、炭在氧气中燃烧现象：发出白光，放出大量的热，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊2、硫在氧气中燃烧现象：发出明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体。3、磷在氧气中燃烧现象：发出白光，产生大量白烟。4、铁在氧气中燃烧现象：剧烈燃烧，火星四射。巩固已学知识[提问]根据生活常识，你知道氧气还能与哪些物质反应吗？[小结]氧气能跟许多物质反应，如将铜丝放在火焰上灼烧会变黑，水煤气点燃产生火焰，木材及一些塑料也能在空气中燃烧，这些都说明了氧气是一种化学性质很活泼的物质。学生讨论，回答：培养学生联系生活的能力板书：5、铜+氧气——氧化铜6、甲烷+氧气——水+二氧化碳7、一氧化碳+氧气——二氧化碳&nbs
p;[提问]根据氧气的性质，我们可知氧气有哪些用途吗？学生回答：氧气主要用途：供动植物呼吸，支持燃烧，是人类和各种动植物生存不可缺少的物质板书：三、氧气用途：呼吸，支持燃烧，电割、电焊等。请同学们看书P然后思考问题：氧气的化学性质中哪些是化合反应？哪些是氧化反应？学生回答：1、2、3、4、5、7是化合反应1-7全是氧化反应提高知识的应用能力板书：化合反应：由两种或两种以上物质反应生成一种物质的化学反应。氧化反应：有氧参加的化学反应。作业讲评：1、作业本：2、自然科学同步练习：作业：1、订正2、记元素符号
根据理论推导可知，化学氧化反应通过氧化作用使苯系物质、大分子量物质中键能较弱的化合键断开，生成分子量较小的物质；进而改变难生物降解的有机物的结构，使其转化为易于生物降解的物质。臭氧在水中与污染物的反应方式可划分为臭氧分子直接氧化反应（D反应）与臭氧在水中经过系列反应后分解产生的羟基自由基（•OH）的间接氧化反应（R反应）。两种反应的氧化剂不同，前者是水溶液中的O3分子，其直接氧化去除污物；后者是由O3分子在水中产生的氧化能力更强的物质即羟基自由基，间接氧化去除有机物。臭氧氧化去除有机物的反应机理见表2。根据水中臭氧氧化有机物的动力学反应方程式可知，臭氧氧化降解有机物的过程中影响因素主要有物质的性质及浓度、臭氧浓度、羟基自由基浓度等。在处理废水应用中，应考虑经济成本，以注意控制臭氧反应的影响因素，使臭氧得以有效利用。
2臭氧氧化技术在水处理中的应用
2.1印染废水和造纸废水处理臭氧较强的氧化性使其能与发色基团发生反应，将有机物的化学键断开，由大分子转化为无色的小分子。因此臭氧在脱除染料废水、印染废水、造纸废水的色度方面具有很好的处理效果。国外学者S.Liakou等通过实验，阐述了臭氧可作为一种使有机染料转化为易降解有机酸的有效方法，并指出臭氧氧化印染废水的过程中，会产生草酸盐、苯磺酸、甲酸盐等中间产物。根据实验结果，他们建立了一种用来描述偶氮染料降解过程的数学模型，还研究了废水中COD和BOD5的变化规律等。国内学者卢宁川等［24］采用臭氧处理印染废水，结果发现臭氧对含有GBC枣红基染料的印染废水的色度和CODCr去除率分别达94%和72%，出水pH值趋于中性。
2.2炼油废水处理炼油厂废水中的污物多为石油裂解产物和烷烃类的衍生产物。此类物质可生化能力极弱，针对此特点，这类废水的常规处理法多为“隔油+气浮+生化”。目前国内已有学者采用臭氧深度处理该废水，以实现废水的循环使用。赵东风等学者以炼油企业二级处理达标排放的污水为研究对象，采用臭氧和生物活性炭联合工艺处理该污水。实验条件为进水水量0.5m3/h、HRT1.49h，COD44.07～102.13mg/L、氨氮28.37～50.01mg/L、石油类物质浓度4.10～6.77mg/L。经处理后COD、氨氮、石油类物质平均去除率分别达到94%、96.1%、91.9%，出水符合循环补充水的水质标准。
2.3农药废水处理利用臭氧可对农药废水进行处理。由于我国农药使用量在逐年增加，非点源污染对饮用水水质的影响逐渐增大，成为给水方面一个十分棘手的问题。农药虽然具有高度的稳定性，难于被生物降解和被药剂氧化，但用臭氧氧化或催化臭氧氧化法处理此类废水的效果却较好。罗东升对含有机氯及COD较高的燕麦畏农药进行催化臭氧化处理，COD去除率可达95%以上。喻旗等用臭氧氧化处理黄磷废水，去除率达到99%。
2.4医院废水处理对医院废水的处理，臭氧浓度在0.4～4mg/m3时，对大肠杆菌、金色葡萄球菌、枯草杆菌牙胞、空气混合菌、乙肝病毒等灭菌率均达到95％～100%。章伟光对比分析了臭氧氧化处理与其它几种方法处理医院污水的优缺点，认为臭氧氧化处理有自动化程度高、操作简单、反应速度快、改善水质、无二次污染等优点。经臭氧处理后，总大肠菌群去除率接近100，细菌总数由1.7×105个/mL降为10个/mL，水质符合国家规定的排放标准。
2.5含酚废水处理对于含酚废水，阳立平利用臭氧氧化法处理自配的高浓度苯酚废水时认为臭氧氧化动力学可用宏观一级反应描述，效果很好。可处理废水中的苦味酸（pH值11.6～12），以及处理邻苯酚、1,2,3-苯三酚和含酚4～5mg/L的重油裂解废水。
2.6含氰废水处理用臭氧可处理含氰废水。含氰废水主要来源于矿物的开采和提炼、摄影冲印和电镀厂等，其中电镀是氰化物的主要来源之一。氰化物是剧毒物质，含CN的废水必须经处理后才可以排放。用臭氧处理此类废水具有臭氧可将氰化物氧化为氰酸盐，再氧化为二氧化碳和氮气，消除了CN的毒性且无二次污染等优点。臭氧是一种很活泼的氧化剂，反应快，比常用的氯氧化处理含CN废水所需费用低。
2.7垃圾渗滤液处理垃圾渗滤液中所含污物最为复杂，其中包括多种毒害程度不等的有机物、无机物。有研究表明，垃圾渗滤液中有机污物多达77种，且相当大的一部分物质都是难生物降解的。而腐殖质是渗滤液中最主要的难生物降解有机物［33-34］。如今已有不少学者将臭氧技术应用于垃圾渗滤液的处理中。冯旭东等采用生物+臭氧的工艺处理垃圾渗滤液。研究结果表明，在臭氧流量为0.4L/min的条件下，经处理后废水中COD去除效果明显，由初始的900mg/L降至550mg/L以下；且出水BOD5/COD在0.28左右，有效提高了废水被生化处理的能力。德国的Wenzel等，采用UV和O3联合法处理垃圾渗滤液，研究发现该法对渗滤液中的难降解有机物的降解去除具有显著效果，其中苯酚碳氢化合物、联苯的降解率分别达到了100%、96%，二氧（杂）芑和呋喃的降解率也在74%以上。
2.8焦化废水处理焦化废水是在煤的焦化、石油及天然气的裂解过程中产生的，随着工业的发展，此类废水的排放量日渐增加。焦化废水中多含有多环芳烃类物质、氨氮、吡啶、氰化物、煤焦油等，污染物多为难生物去除的有机物和毒性物质。有实验研究表明，臭氧技术处理焦化废水能明显提高出水水质。吴玲等通过实验，考察了臭氧对焦化废水的处理效果，并初步研究了臭氧降解酚的机理。研究发现，对于COD值小于1000mg/L、酚含量小于500mg/L的焦化废水，经臭氧技术处理后水质明显得以改善。COD去除率高达80%，酚的去除率在80%以上，硫氰化物或氰化物的去除率均接近100%，氨氮的去除率在35%左右。
3臭氧技术与其他技术的联合应用
自从臭氧在水处理中应用以来，由于臭氧处理技术的设备和运行费用较高，尽管进行了广泛的研究，但除了用于饮用水消毒外，其他的实际应用很少。近年来，由于在水处理实践中遇到了诸如氯消毒副产物、难生物降解或有毒有害有机废水的治理等缺乏有效的方法等困难，又随着臭氧发生设备性能的提高，臭氧技术才重新得到了重视，并且改进和发展了臭氧水处理技术。
3．1臭氧/活性炭技术活性炭在反应中，可能如同碱性溶液中•OH的作用一样，能引发臭氧基型链反应，加速臭氧分解生成•OH等自由基。作为催化剂，活性炭与臭氧共同作用降解微量有机污染物的反应与其他涉及臭氧生成•OH的反应。辐射）一样，属于高级氧化技术。此外，活性炭具有巨大表面积及方便使用的特点，是一种很有实际应用潜力的催化剂［38］。臭氧生物活性炭对有机物的去除包括臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解等3个过程。
3．2光催化臭氧氧化光催化臭氧氧化（O3/UV）是光催化的一种。即在投加臭氧的同时，伴以光（一般为紫外光）照射。这一方法不是利用臭氧直接与有机物反应，而是利用臭氧在紫外光的照射下分解产生的活泼的次生氧化剂来氧化有机物。臭氧能氧化水中许多有机物，但臭氧与有机物的反应是选择性的，而且不能将有机物彻底分解为CO2和H2O，臭氧化产物常常为羧酸类有机物。要提高臭氧的氧化速率和效率，必须采用其他措施促进臭氧的分解而产生活泼的•OH自由基。自从20世纪70年代初，人们发现O3/UV能有效处理氰化物废水以来，对O3/UV氧化方式进行了许多研究。研究证明，O3/UV比单独臭氧处理更有效，而且能氧化单纯用臭氧难以降解的有机物［39］。只有在酸性时，臭氧才是主要的氧化剂，中性及碱性时氧化是按自由基反应模式进行的；在O3/UV，O3情形下，酚及TOC的去除率随pH值升高而升高，在一定的pH值时，3种方法的处理效果为O3/UV>O3>UV。
3．3臭氧/絮凝处理工艺在臭氧氧化处理水中，很多研究者发现，臭氧能改变水中悬浮物的性质，从而改变絮凝操作单元的去除效果。实际效果主要表现在可以使水中悬浮颗粒变大；使处于溶解状态的有机物变成可絮凝的胶体颗粒；提高随后絮凝和过滤单元操作TOC和浊度的去除能力；可以减少絮凝剂的投加量，降低化学药品的耗用量以及改善絮体的沉降性能与减少污泥的产生量等方面。
3．4臭氧/膜处理工艺近年来，膜在水处理中的应用已越来越广泛，但在实际应用中也发现了一些问题。其中最为关键的是膜的污染问题，水中腐殖酸与多价金属阳离子的作用及胶粒在膜上的吸附被认为是膜污染的根本原因。而臭氧对腐殖酸的反应活性较高，能将其降解为低分子量的羧酸和一些有醇类物质。Lozier等利用臭氧与反渗透膜相结合的工艺处理腐殖酸水体，结果发现，预臭氧化后再经膜处理时，膜的回洗周期极大地延长，而且压力降也大大降低，这样就节省了很多能耗。Dunn等在利用此工艺处理河水时也发现，预臭氧化不但能使膜的压力降降低，而且出水的浊度也有所改善。
3．5金属催化臭氧氧化技术金属催化臭氧氧化是以固体状的金属（金属盐及其氧化物）为催化剂，从而加强臭氧氧化反应。金属催化臭氧氧化是近几年才发展起来的新型技术，从臭氧技术的发展来看，从一开始的碱催化剂到光催化、金属催化臭氧化，目的就是促进O3分解，以产生自由基等活性中间体来强化臭氧化。尽管这种方法还有很多问题有待解决，但这是臭氧氧化的一种较新颖的方法。
4结语
1.在全书中的地位
前一章向学生介绍了化学的研究内容、方法、与人类生活的关系。本章从学生非常熟悉的空气、氧气、二氧化碳、水四种物质入手，联系学生日常生活中的切身感受，从学生已经知道的小问题开始，围绕物质的组成、性质、用途、与生产、生活相关的方面，展开一系列的“活动与探究、交流与讨论、联想与启示、拓展视野”……激发学生学习兴趣的同时，培养学生运用知识解决身边实际问题的能力。本章是第一章内容的具体化，它也是迈入化学之门的第一步。从本章开始，学生真正接触到比较具体的宏观化学物质，为下一章学习物质的微观结构进行了铺垫。
2.知识结构
本章十分清晰地分为四个部分，围绕空气、氧气、二氧化碳、水四种物质进行教学。
本章起始提出四个问题：
（1）我们时刻都无法离开的空气和水由什么组成？
（2）氧气是一种什么样的气体？
（3）二氧化碳会发生哪些神奇的变化？
（4）空气、氧气、水、二氧化碳在生产、生活中起什么作用？
让学生在学习时紧紧以这四个问题为起点，展开一系列的探讨。
第一节主要介绍了空气的成分及其发现历史，加强氮气和稀有气体用途的内容，认识空气对人类生活的重要作用。增加了自然界十分重要的“生物固氮”的介绍，扩展了有关目前空气污染的篇幅，结合空气质量日报进一步培养学生的环保意识。
第二节从氧气的物理性质入手，通过“生命活动需要氧气”重要意义的提出，了解自然界的氧循环，引申出氧气的化学性质，认识氧气能跟许多物质发生氧化反应。各以一种非金属、金属、有机物与氧气的反应为例，说明氧化反应以及剧烈和缓慢两种状态的存在。以大量图片展示氧气的用途。对氧气的获得仍从工业制法和实验室制法两个方面介绍，初步学习实验室制取氧气。在练习与实践中还增加了“双氧水分解制取氧气”的方法。
第三节根据学生以往生活、学习中对二氧化碳在自然界的循环的了解，简介日益严重的“温室效应”，对二氧化碳作初步的认识。通过对二氧化碳的三态的描述，结合相关实验，学氧化碳与水的反应。由二氧化碳灭火器引出“二氧化碳的制取及性质实验”，初步学习在实验室制取二氧化碳。最后探讨二氧化碳对人体健康可能所造成的不良影响。
第四节中的“水”是日常生活中接触最多的物质，在“已经知道”中提出了四个问题用以提示在学习过程中应考虑的一些内容。通过“电解水的实验”认识水的组成，留下更多的篇幅用以介绍“水的净化、水污染与水资源的保护”，使学生知道纯水与矿泉水、硬水与软水等的区别，了解净化水的常用方法；了解造成污染的主要原因；知道为什么要防治污染，对人类有何意义；并能为保护环境提出合理化建议。
二、本章特点、重点、难点
1.特点：
（1）空气、氧气、二氧化碳、水是与人类生存密切相关的几种物质，容易引起学生的学习兴趣。通过这四种物质的学习，也即对最常见的混合物、纯净物；非金属单质、非金属化合物有了基本的认识。
（2）本章内容多、知识全面，按“物质名称 —— 组成成分 —— 主要性质 —— 主要用途 —— 主要制法 —— 污染及防治”的基本思路学习物质有关知识，为今后化学知识学习做好准备。
（3）已经涉及到简单的化学用语、文字表达式，最基本的质量守恒定律的运用。
（4）与生物学、物理知识结合紧密：植物固氮、温室效应、氧气、二氧化碳和水在自然界的循环、生命活动需氧、二氧化碳、饮用水与健康、植物的光合作用等：“空气中氧气含量的测定”实验、图 2——3 “捕捉”空气实验、氧气、二氧化碳、水的三态变化等。
（5）“活动与探究”之后往往根据实验结果的可能，提出实验结果误差的因素分析，或者由实验现象得到的结论。使学习的内容很有层次性、趣味性，并为后续的学习作了简单的铺垫。
2.重点
（1）空气的组成
（2）氧气的化学性质和实验室制法
（3）二氧化碳的化学性质和实验室制法
（4）水的组成、净化
3.难点
（1）与“空气中氧气含量的测定”、图 2——3 “捕捉”空气实验实验有关的系列问题。
（2）初次接触纯净物、混合物，举例说明时可能混淆物质、物体两个概念。
一、掌握一个反应，氧化还原反应一般可以表示为下述形式
二、理解一片知识，主要从以下几个方面入手
（1）把握一个实质（或特征）
氧化还原反应的本质是反应过程中有电子的转移（得失或偏移），其表现特征是反应前后元素的化合价发生了变化（可作为判断氧化还原反应的方法）。
（2）明确两类概念
元素的化合价升高失去电子该元素被氧化、变化过程为氧化反应、得到的产物为氧化产物反应物为还原剂、具有还原性，概括为“高、失、氧、还”。
元素的化合价降低得到电子该元素被还原、变化过程为还原反应、得到的产物为还原产物反应物为氧化剂、具有氧化性，概括为“低、得、还、氧”。
（3）抓好三个判断
①判断反应是否为氧化还原反应，主要是根据元素化合价的变化情况判断。如置换反应、有单质出现的分解反应和化合反应，因组成单质的元素必定会出现在反应前或反应后的化合物中，其化合价自然会有变化，故均为氧化还原反应。
②氧化产物和还原产物根据上述概念关系判断。在具体应用过程中，还可能涉及判断氧化产物和还原产物的质量、比值大小等问题。
③氧化性和还原性强弱的判断，是氧化还原反应知识应用的一个重要内容。根据上述反应式，氧化性大小关系为：氧化剂＞氧化产物，还原性大小关系为：还原剂＞还原产物（规律为：左强右弱）。从化合价角度来看，高价态元素的化合价可以降低，因而具有氧化性；低价态元素的化合价可以升高，因而具有还原性（规律为：高氧低还）。其他规律可另行概括。
（4）解决四个问题
①熟悉常见的氧化剂和还原剂有哪些。常见的氧化剂:非金属单质（如Cl2、O2、Br2等），含有高价态元素的化合物（如浓H2SO4、HNO3、KMnO4、MnO2、KClO3等），某些金属性较弱的高价态离子（如Fe3+、Pb4+、Cu2+等），过氧化物等。常见的还原剂：活泼金属（如Na、Ma、Al等），非金属离子及低价态化合物（如S2–、I–、Na2SO3等），低价阳离子（如Fe2+、Cu+等），非金属单质及其氢化物（如H2、C、CO、NH3、H2S等）。
②掌握氧化还原反应电子转移的表示方法。有两种方法：一种是双线桥法，线连同种元素，且箭头由反应物指向产物，线上（下）书写内容有三项；另一种是单线桥法，箭头指向化合价降低的元素，线上书写内容只一项，为电子转移数目。
③懂得如何配平氧化还原反应，这是氧化还原反应知识学习的一个难点内容。配平原则为：质量守恒、电子守恒、电荷守恒（对离子方程式而言）。配平步骤为：一标（标出价态变化元素的化合价）、二等（化合价升降值相等）、三定（确定氧化剂及还原产物、还原剂及氧化产物的化学计量数）、四平（观察法配平其他物质的化学计量数）、五查（查各微粒数是否相等）。
④明了氧化还原反应的计算问题。计算依据：电子守恒；常见题型：部分氧化还原反应计算，推断产物的化合价或组成，求氧化剂、还原剂或氧化产物、还原产物的质量、质量比等。
三、例题分析
（1）判断氧化剂、还原剂等
例1 （2007年全国理综Ⅱ第11题）下列氧化还原反应中，水作为氧化剂的是（）
A．CO+H2O=CO2+H2
B．3NO2+H2O=2HNO3+NO
C．2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
D．2F2+2H2O=4HF+O2
分析：根据氧化剂概念可知，氧化剂中某元素的化合价在反应后要降低。H2O的两种元素中，只有氢元素的化合价能降低，变为0价，即出现H2OH2的情况就符合题意。答案为A。
点评：判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物等，是氧化还原反应分析中经常遇到的问题，解题时要抓住基本概念及元素化合价变化情况。
（2）书写氧化还原反应方程式
例2 （2007年上海化学第24题）氧化还原反应中，实际上包含氧化和还原两个过程。下面是一个还原过程的反应式：NO-3+4H++3e-NO+2H2O。
KMnO4、Na2CO3、Cu2O、Fe2(SO4)3四种物质中的一种物质(甲)能使上述还原过程发生。
（1）写出并配平该氧化还原反应方程式： 。
（2）反应中硝酸体现了、性质。
分析：本题看上去很陌生，但抓住氧化还原反应基本概念就容易突破了。还原过程是氧化剂变化的过程，显然，甲应为还原剂。从元素化合价情况来看，题给四种物质中可作还原剂的只有Cu2O，且Cu元素价态要升高到+2价，由此可写出反应方程式:14HNO3+3Cu2O=6Cu(NO3)2+2NO+7H2O。由写出的反应方程式可知，硝酸体现了酸性和氧化性。
一、化学1模块中的化学观念
高中化学1模块通过精选核心知识、设计丰富多彩的探究活动，引导学生进一步发展相关的化学观念。“元素观”“分类观”“转化观”这三大化学观念的发展是教师在进行化学1模块元素化合物知识教学时需要关注的。
元素观元素观建构的价值在于它可以帮助学生形成化学的思维方法，有序地认识物质，指导其化学的学习和研究。元素观的具体内容可以表述为：物质由元素组成、物质按照元素组成进行分类、化学式能表示物质的元素组成、物质间转化的本质是元素原子间的重新组合、元素是同一类原子的总称、元素化合价与元素原子的最外层电子数有关、元素性质呈周期性变化，等等。在化学1模块，积累钠、铝、铁、铜、硅、氯、硫、氮元素代表物质的相关知识，并使之有序化，是重要的教学目标之一。当学生对元素观的认识达到一定水平的时候，他们就能在具体元素的学习过程中运用元素的观点来寻找含该元素的物质、按元素组成对相关物质进行分类、按照物质间的关系整理物质的性质及其转化；他们就能在具体物质的学习和研究中运用元素的观点思考该物质的核心元素是什么、该元素可能具有哪些价态、物质的类别是什么、该类物质的通性和特性有哪些、该物质可能存在怎样的转化关系，等等。
分类观分类是_种_般科学方法，广泛应用于各个学科领域。通过分类，学习者可以更好地认识同类物质的本质。化学学科的研究对象是物质及其变化，分类标准是分类的核心，理解根据不同的分类标准对物质及其发生的变化进行不同角度、不同层次的分类；同类物质具有相似的性质，可以发生相似的化学变化，是学习者必须要掌握的科学方法。H人教版化学1教材按照金属及其化合物、非金属及其化合物将元素化合物内容分为两章，以物质分类思想整合众多的教学内容。学习者可以通过探究或阅读等丰富多彩的自主活动获取教材中的感性信息，采用分类、归纳的方法获得系统的化学知识。如，教材在第三章先对钠、铝、铁三种金属单质的通性与特性进行介绍，再介绍钠的氧化物与盐、铁的氢氧化物与盐、铝的氧化物与氢氧化物的性质，最后安排了金属材料的性质和用途内容。由此可见，以物质的组成和性质进行分类研究的方法必将成为贯穿元素化合物知识的学习主线，教师应引导学习者适时应用物质的通性、物质类别之间的反应规律、氧化还原反应理论、离子反应理论等工具进行元素化合物知识的自主学习。
转化观物质的存在不是静止和孤立的，物质总是在不断变化，当某种物质生成或消失时，一定会伴随着其他物质的消失或生成，所以不同物质间发生着有规律的转化。物质转化的本质是物质的化学变化，转化体现物质的化学性质。由于物质发生化学变化时元素种类不变，所以转化是以元素为核心的各种物质性质的知识结构的核心。元素化合物知识的教学应探究反应的内在规律、建立以元素为核心的物质转化观。以元素为核心的物质转化主要有两种形式：一是相同元素价态，不同物质类别间的转化，如氢氧化铝与氯化铝的转化；二是不同元素价态间的转化，如氯化铁与氯化亚铁的转化。第一种转化通过复分解反应就可达成，第二种转化必须通过氧化还原反应来实现。当学生能够把物质的类别与性质视为统一的整体，把物质的变化与转化视为统一的过程，利用规律性知识完成相关变化，实现相关转化时，就可以说学生对于转化观的认识达到了较高水平。
二、化学1模块元素化合物教学与化学观念的关系
化学1模块中的元素化合物知识与化学观念的关系可以概括为两个方面，一是元素化合物知识作为知识载体可以很好地承载“元素观”“分类观”“转化观”的发展任务；二是元素化合物内容的结构化需要以上三大化学观念的引领。
(一）元素化合物内容对化学观念发展的承载需要认识知识的价值并辅以活动落实
面对元素化合物内容，教师应着力于挖掘核心化学知识的教学价值，将教学目标从“学习物质性质”转向“形成研究物质性质的思想方法”和“发展对化学观念的认识”，将教学行为从“知识为本”转向“观念建构”。化学观念的形成需要学生在积极主动的探究活动中，深刻理解和掌握有关的化学知识，并在对知识的应用过程中概括提炼而成。因此，教师应深入分析具体知识对化学观念发展的支持度，并为核心知识的学习过程设计合理的探究活动，引导学生加深对核心知识的认识，促进其化学观念的发展。
例如，人教版化学1第三章第一节“金属的化学性质”内容，教材的编写注重学生已有的知识基础和学习习惯，教师教学应以分类观为具体金属性质学习的指导，探究金属与其他物质类别间的反应，同时注意物质特性的研究；学生通过钠与氧气反应、钠与水反应、铁与水反应、铝与氢氧化钠反应等新知识的获得，建立金属性质研究的新角度，或提升分类标准，构建更完善的金属性质的研究框架，发展物质分类观念。在学生充分认识到了“金属化学性质”对物质分类观发展价值的基础上，教师应通过一系列活动给予落实。例如，通过让学生回忆并举例说明金属的化学性质，初步建立金属性质分类研究的框架；通过完成钠与氧气反应、铝箔加热的探究实验获取的感性认识，对金属与氧气反应的知识进行补充，增加生成过氧化物的分类研究角度，增加致密氧化膜对于金属性质的影响这一分类研究角度；通过对铁与氯气、铁与硫反应的实验现象的观察，对钠与水、铁与水反应现象的观察解释及产物预测，将金属与氧气反应的分类角度提升为金属与非金属反应的知识规律总结，将金属与酸反应的分类角度提升为金属与酸或水反应的规律总结；通过铝与盐酸、与氢氧化钠反应的探究实验,认识到铝的特性，增加研究金属性质的新角度一特殊金属与碱的反应。教师只有认识到金属化学性质的具体知识点对于物质分类观的发展作用，并且在教学中通过认识建构活动和认识发展反思活动,才能使学生深刻理解分类观对于认识金属具体化学性质的指导作用，通过具体知识点的学习深刻理解物质分类观，特别是基于分类观的金属性质的认识角度得到丰富和发展。
(二）元素化合物内容的结构化需要化学观念的引领并辅以可操作的学习工具
对于元素化合物知识，很多学生头脑中都只是片段。学生缺乏一种工具，把知识整合起来，形成结构化的知识网络。化学观念具有促进元素化合物知识结构化的重要作用，出于可操作的需求，要把观念工具化，二维物质关系图就是一种体现“元素观”“分类观”“转化观”指导下实现元素化合物知识结构化的工具，如图1所示。在此工具化图示中,“元素观”“分类观”“转化观”是一体的，核心是元素，方法是分类，内涵是转化。此工具化图示是以元素为核心的、以价态和物质类别为坐标的二维物质关系图，应用于不同元素时，坐标可能出现变化，具体变化实例如图2、图3、图4。
在建构二维物质关系图的过程中，化学观念对学生的思维和行为起指导作用，并在学生深入思考、反复尝试的过程中得到应用和发展。如，在建立如图2所示的以钠元素为核心的二维物质关系图时，学生首先要寻找核心元素为钠的物质，然后按照钠元素的价态0价或+1价及物质类别把这些物质标识在图中合理的位置上。在此过程中，学生思维和行动的指导就是元素观，而元素观也在学生的自主活动中得到巩固和应用层面的发展。又如，图2、3、4都是以金属元素为核心构建的物质关系图，但盐类物质出现了物质和离子两种不同的呈现方式。为什么钠盐在关系图中没有呈现为“Na+”？碳酸钠可与多种物质发生符合盐类通性的复分解反应，但“Na+”并没有真正参与离子反应的过程。反观氯化铁，它与碱发生复分解反应、与铁发生氧化还原反应，“Fe3+”真正参与了离子反应过程。由此可见，在考虑物质呈现方式的过程中，学生需要综合利用各种化学分类知识，认识物质的组成与性质，分类观也在学生不断的思考和利用中得到巩固和发展。再如，图2、3、4的物质呈现顺序不同，其中蕴含的深层次原因为可溶的金属氧化物能与水反应生成碱，而不溶的金属氧化物不具此性质。通过建立适当的物质类别顺序、全面的物质间连线，学生就能够把物质的类别与性质视为统一的整体，把物质的变化与转化视为统一的过程，利用规律性知识完成相关转化，学生对于转化观的认识水平得以不断提升。
学生在学习建构二维物质关系图的过程中，配合自然现象、学习生活、工业生产、环境问题等多角度的应用活动也是必不可少的。在应用环节，学生需要从二维物质关系图中准确提取结构化的知识信息，即反应物性质知识及反应物和生成物在图中的结构关系信息。如“硫的化合物”的学习，要求学生设计火力发电厂将二氧化硫转化为石膏的过程，学生只有准确提取到二氧化硫的性质及其与硫酸钙的结构关系信息，才能清晰地表述：“二氧化硫-石膏的转化涉及化合价和物质类别转化，所以转化过程要用到氧化剂和碱……”。在应用环节中，学生逐渐理解二维物质关系图中代表物在图中所处位置所包含的知识信息，理解物质间连线的内涵，从而使零散的知识形成结构清晰的整体。
三、体现化学观念的“铝的化合物”的教学设计及其分析
化学观念具有体验性和内隐性，只能建立在对化学知识深层次挖掘的基础上，不能通过机械记忆获得。所以，基于化学观念的教学需要学习者亲历知识的探索发现过程，对具体知识进行深入理解，并在不断的应用与修改中获得逐渐接近学科本质的认识。教师如何通过课堂教学切实落实学生的化学观念的发展任务？笔者以“铝的化合物”的教学为例进行探讨。
依据化学观念的发展需求分析，铝的化合物教学中需要考虑：其一，应尽可能涉及各类核心元素为铝的物质，包括铝、氧化铝、氢氧化铝、偏铝酸钠、氯化铝；其二，两性氧化物、两性氢氧化物的概念，是物质分类的新知识，是教学重点，相关结论最好由学生思考得出；其三，氧化铝、氢氧化铝与碱反应生成偏铝酸钠这一物质转化关系是学生认同、理解上的难点，应设计探究活动让学生反复感受、解释、应用；其四，鉴于铝的化合物在物质分类角度上的特殊性，让学生“一步到位”地构建出如图3所示的铝元素的二维物质关系图有一定的困难，需要分阶段构建。基于以上分析，教师可在“铝的化合物”的教学中，以“如何从铝土矿冶炼得到金属铝”为问题主线，以解决实际问题为明线，通过逐步解决工业流程图中包含的物质性质、制备、转化等问题，实现对铝的氧化物、氢氧化物、盐的分类及性质问题的预测、探究、理解、应用，使学生形成以铝元素为核心的物质关系结构化知识。
环节1：基于事实发现问题，初步构建铝及其化合物的转化关系，形成引领学习过程的思维主线
问题1:生活中经常用到各种铝制品，自然界存在大量铝单质吗？金属铝是如何冶炼得到的？阅读资料，了解铝土矿的成分及金属铝的冶炼工艺，找到冶炼流程中所有含铝元素的物质，并将流程图简化。
学生活动：结果如图5所示。
设计意图：激发学生的探究热情，引出问题主线“如何从铝土矿冶炼得到金属铝”。这个问题指明了学生的思维方向为如何从铝土矿得到单质铝；包含了铝单质、氧化物、氢氧化物、盐之间转化关系的大量物质性质信息；也可分解为很多
生思维持续深入。通过简化工业流程图，构建物质关系图，为学生之后构建合理完善的二维物质关系图提供思维台阶；同时使学生感受到金属铝的冶炼过程，就是含铝元素物质发生反应、相互转化的过程，经此过程达到除杂、冶炼等目的，为学生的后续学习提供思维依据和方向。
环节2：基于推理和实验验证，实现铝及其化合物的转化，学习氧化铝与氢氧化铝的性质，发展元素观、分类观和转化观
问题2:如果你是工程师，你能实现流程图中的各步转化吗？预测发生的化学变化并写出化学方程式。
问题的分析与讨论：学生可应用物质分类观点，通过物质的通性预测氧化铝与盐酸反应生成氯化铝、氯化铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝、氢氧化铝受热分解生成氧化铝。学生在学习铝的性质时知道了氧化铝和铝一样能与酸或碱反应，学生提出假设：是不是氧化铝与氢氧化钠反应也生成偏铝酸钠。
问题3:观察氧化铝与酸与碱反应、氢氧化铝
(3)受热分解两个演示实验，你的预测准确吗？
问题4:从物质分类角度来看，氧化铝是否属于碱性氧化物？
问题的分析与讨论：学生很容易从氧化物的分类标准判断出氧化铝同时具有酸性氧化物和碱性氧化物的性质，所以它应该属于新的物质类别。由此，教师引出两性氧化物的概念。
学生实验1:氯化铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝的预测是否正确？
学生实验的分析与讨论：教师提供的药品为1mol/L氯化铝和6mol/L氢氧化钠，学生在交流实验操作和结果时，会意识到氢氧化钠的用量导致了不同实验现象的发生，氢氧化铝可能与氢氧化钠反应。
学生实验2:制取氢氧化铝并完成其与氢氧化钠、盐酸的反应。
问题5:从物质分类的角度来看，把氢氧化铝看成碱合适吗？
设计意图：在整个环节的起始部分，学生会觉得利用物质通性去推测一些化学反应是很容易操作且成功率很高的，氧化铝属于两性氧化物这一新知识的学习也水到渠成。直到探究进行到如何将氯化铝转化为氢氧化铝这一步，学生开始面临一连串的问题：为什么刚刚得到的氢氧化铝沉淀溶解了？为什么别的小组得到了沉淀，他们的实验怎么做的？操作有什么不同？氢氧化钠用量是实验失败的原因吗？铝和氧化铝都能和碱反应，氢氧化铝能和碱反应吗？……与熟悉的反应规律相矛盾的实验现象可以激发学生探究的热情，同时学生也可以体验到实验对于化学学习的重要作用。氢氧化铝的两性、铝盐与氢氧化钠反应时碱的用量影响实验现象这些教学中的重点和难点问题，不需要教师生硬地告诉学生，学生都可以自己思考分析得到。从铝和氧化铝的性质理解氢氧化铝的两性，是学生在元素观指导下进行学习活动的成果；铝元素的化合物在两性方面的性质可以丰富学生的元素观。这个环节学生以物质转化为目的进行探究活动，利用分类观自主学习并获得成功。
环节3：基于预测和实验验证，完善铝及其化合物转化关系，应用分类观对陌生物质的性质进行探究
问题6:实现图5中的Q和③转化要应用偏铝酸钠的性质，预测偏铝酸钠的性质？
问题的分析与讨论：对于偏铝酸钠，学生感到非常陌生，思维的方向只能是：偏铝酸钠属于盐，能发生复分解反应。
学生实验3：分别向偏铝酸钠溶液中滴加盐酸，或吹入二氧化碳。观察实验现象，推测生成物。
设计意图：学生通过物质通性进行预测，完成实验，根据复分解反应规律分析现象，推测产物。学生的思维内容包括：向偏铝酸钠溶液中滴加盐酸，先生成沉淀，然后沉淀溶解。盐与酸反应时离子互换生成新盐和新酸，新盐是氯化钠，新酸是含铝元素的不溶性酸，这种酸还能继续和盐酸反应而溶解，所以新的酸具有两性，可能是氢氧化铝；向偏铝酸钠溶液中吹入二氧化碳也生成沉淀，该沉淀为氢氧化铝，沉淀不能继续和二氧化碳反应。由此可见，偏铝酸钠这一新物质的学习，是学生较深入应用分类观和反应规律研究陌生物质性质的一次尝试，比环节2中利用分类观和反应规律学习氧化铝、氢氧化铝的性质在思维深度和应用水平上，高出一个档次。在教师的引导和提示下，学生深入思考相关问题，分类观得到进一步发展。
环节4：在更广阔的环境中应用元素观、分类观和转化观
问题7：回顾铝的工业冶炼流程，在铝的化合物发生转化的同时，氧化铁和二氧化硅也在发生转化。关注第一次过滤操作，预测氧化铁和二氧化硅的性质？
设计意图：经过前面的学习，学生很容易就能通过物质转化的结果，从酸性氧化物和碱性氧化物的角度对氧化铁和二氧化硅的性质进行预测。这一环节可向学生充分展现元素观、分类观、转化观超越具体元素化合物知识的广泛适应性和持久性价值。
四、体现化学观念的化学1模块元素化合物教学策略分析
基于化学观念发展的元素化合物教学要解决如何通过具体元素化合物知识的教学增进学生对化学核心知识和规律的认识，激发学生高水平的思维活动这一问题。教师在教学过程中采取的每项措施都要以此为目的。
(一建立具体知识与化学观念间的联系元素化合物内容是化学观念发展的载体，具体知识对“元素观”“分类观”“转化观”承载的契合度是不同的。合理地建立具体知识与化学观念间的联系，可以最大限度地发挥元素化合物知识的作用，也利于学生对核心知识的理解。由于学生化学观念的发展过程是循序渐进的，教师要考虑的问题是：不同教学阶段应该着重发展哪些化学观念？哪些具体知识能够承载该项发展任务？不同的具体知识分别承担化学观念巩固、深化、扩展的发展任务。如前文对“金属的化学性质”内容的分析，让学生掌握以分类观为指导的学习元素化合物知识的基本方法，形成具有化学学科特点的思维方式，是最重要的教学目标，因此分类观是整节课的统领。
(二构建对指导具体知识学习有作用的图示二维物质关系图是化学观念的工具化呈现方式，合理构建物质关系图是学生知识结构化及化学观念发展的具体表现，教师应预先设定物质关系图示构建目标。由于二维物质关系图是多种化学观念发展的集中体现，只能逐步构建以趋于完善，所以教师需要将物质关系图构建的目标拆解，通常分为建构图式、理解图式、应用图式、巩固图式四个环节。如前文对“铝的重要化合物”一节的物质关系图构建过程：教学起始环节，学生初步构建物质关系图；之后逐步实现物质间的转化，理解关系图中包含的氧化铝、氢氧化铝的性质和转化信息；之后学生应用图中信息推测陌生物质的化学性质；课后学生重构关系图，通过交流、对比得到最佳的关系图构建结果。
三转化为贯穿学习过程的驱动性问题线索
基于化学观念的元素化合物教学本身就是用观念解决问题的过程：问题线索的设计解答了“在什么情况下，遇到什么问题时需要用哪些知识”的问题，丰富了学生运用知识的经验；在运用观念解决问题的教学中，二维物质关系图将问题解决的思路和方法显性化，回答了学生“用什么方法解决，如何解决”的问题。驱动性问题要具有鲜明的指向性，使学生易于找到思维的起点和方向；驱动性问题要具有一定的思维深度和容量，使学生长久处于积极的深入思维的状态。比如，学习氮的氧化物相关内容时，可以设计“‘雷雨肥庄稼’这句农谚包含怎样的科学道理”这一问题线索，模拟雷电和降雨过程中发生的氮气与氧气、一氧化氮与氧气、二氧化氮与水的反应，使学生通过对实验现象的细致观察和分析，自主学习氮气和一氧化氮、二氧化氮的化学性质，了解氮气、一氧化氮、二氧化氮、硝酸几种物质间的转化关系，为构建氮元素的二维物质关系图打下良好的基础。
四依据二维物质关系图理顺教学单元内多课时的关系
二维物质关系图的构建往往需要几节课的教学时间，进行教学设计时，教师可以按照建构图式、理解图式、应用图式、巩固图式的顺序组织教学内容，对多课时的教学作出统筹安排。如“硫的转化”单元中，可以对三课时的教学作如下分析和安排。第一课时“自然界中的硫”要求学生掌握硫单质的物理性质、化学性质及用途；承担建构物质体系
教学目的
知识：使学生初步掌握碳的化学性质——稳定性、可燃性、还原性。
能力：进一步培养学生的观察能力和思维能力。
思想教育：通过碳与氧在不同条件下反应的产物不同，渗透物质所发生的化学反应既决定于物质本身的性质，又决定于反应条件的学习方法的指导。
重点难点
碳的可燃性和还原性；碳与氧化铜、二氧化碳发生的氧化、还原反应，以及分析。
教学方法
实验探讨法。
教学用品
仪器：大试管、铁架台、酒精灯、带导管的单孔塞、烧杯。药品：炭粉、氧化铜、澄清石灰水。
教学过程
附1：课堂练习一
1.碳原子的核电荷数是__，核外电子总数是__，最外层电子数是__。
2.常温下，碳的化学性质__，随着温度的升高，碳的活动性__。
3.碳燃烧可以生成两种氧化物，__和__，其中碳元素的化合价分别为__和__。
4.下列符号，既能表示一种元素，又能表示该元素的一个原子，还能表示一种单质的是[]
A．O2B．N
C．2HD．C
5.下列性质中，不属于碳的化学性质的是[]
A．稳定性B．吸附性C．可燃烧D．还原性
6.下列各组物质中，具有可燃性的一组物质是[]
A．H2和O2B．H2和CO2
C．C和H2D．C和O2
附2：课堂练
7.写出碳分别跟氧气和二氧化碳反应生成一氧化碳的两个反应的化学方程式：____、____，前者说明碳具有____性，后者说明碳具有____性。
8.已知碳的某种氧化物中，碳元素和氧元素的质量比为3∶8，该氧化物中碳原子和氧原子的个数比为____，该氧化物的化学式为____。
9.在C+CO22CO反应中，被氧化的物质是[]
A．CB．CO
C．CO2D．C和CO
10.试管中装有黑色粉末，加热后变成红色固体，同时有一种无色气体生成
，该气体能使澄清的石灰水变浑浊。根据上述现象判断该黑色粉末可能是[]
A．木炭粉B．氧化铜粉末
C．二氧化锰D．炭粉和氧化铜
附3：课堂练习答案
1.6642.稳定增强3.COCO2+2+44.D5.B6.C
7.2C＋O22COC＋CO22CO可燃还原
8.1∶2CO29.A10.D
附4：随堂检测
1.用墨书写和绘制的字画，年深日久也不易褪色，这是因为[]
A．墨是黑色的，颜色深，褪一点色不明显
B．墨跟纸张发生了化学反应
C．字画上的墨迹干后，不易起变化
D．常温下碳（墨的主要成分）的化学性质稳定，不易发生化学变化
2.碳在氧气中燃烧[]
A．只生成二氧化碳
B．只生成一氧化碳
C．既可能生成二氧化碳又可能生成一氧化碳
D．既不生成二氧化碳也不生成一氧化碳
3.在C＋2CuO2Cu＋CO2反应中，还原剂是[]
摘 要：氧化还原反应中对氧化性还原性的准确、正确理解是高中阶段培养学生科学观的重要一环，也是轻松学习化学的重要技巧。本文从不同角度阐述氧化性强弱的Q定因素，以帮助学生走出氧化还原反应的学习困境。
关键词：氧化性；还原性；富电子；缺电子
氧化性，是指物质的电子的能力，该能力是指物质的电子的难易而非多少，形象地说就是物质电子的倾向、欲望。还原性，是指物质失电子的难易，也就是说物质面对氧化剂，贡献出自己电子的欲望、倾向。所以，不论是氧化性还是还原性本质的要素是电子，若物质缺电子，电子失去的倾向很小，而得电子的倾向较大。可以说，缺电子物质的氧化性相对较强，而缺电子的物质的还原性较强。总之，物质缺电子程度越大，其氧化性也越强；相反，物质富电子程度越大，其还原性越强。
1.氢氧根离子和含氧酸根离子在阳极放电难易 负二价氧被氧化的难易的解析。
电解池中的阴离子在阳极放电顺序为：OH->SO2-4 >NO-3>F-，其实还原性：OH->SO2-4
OH-和SO2-4 的还原性就是负二价氧的还原性，因为OH-和SO2-4 中的氢和硫原子都是最高价，没有再失去电子的能力，由于正六价的硫吸电子能力比氢离子的吸电子能力强，所以同样的负二价的氧在不同的化学环境下表现出了不同的还原性，也就是原子团中心原子吸电子能力强，氧原子表现为缺电子，还原性就差一些。
2.氢离子和氢氧根离子氧化性的比较。氢离子和氢氧根离子中的氢都是正一价，都具有氧化性，但是氢氧根离子中的正一价的氢是与负二价氧原子（具有多余的电子，属富电子原子）结合，所以，氢氧根离子的氧化性远低于氢离子的氧化性。
3.苯环与苯酚的还原性的比较。苯酚的结构可以看成是在苯环的基础上在C-H之间插入了负二价的氧原子，且氧原子的SP3杂化轨道与苯环上的大∏键共轭效应，故相对于苯环，苯酚属于富电子分子，具有较强的还原性，容易被空气中的氧气氧化为粉红色。可以推测，苯胺等物质也应该具有较强的还原性，易被氧化。依此类推，当苯环上连接的羟基越多，其还原性也就越强。
4.NH+4、NH3还原性的比较，在这两个粒子中，N原子的化合价都处于最低价即-3价，都应该具有较强的还原性，但是由于铵根离子中的氮原子结合了正一价的氢太多，故，NH+4本来富电子的还原性体现不出来；NH3分子存在一孤电子对，其富电子的特性会充分地体现出来，所以NH+4的还原性比NH3的强。
总之，还原性的强弱取决于是否有能力把额外的电子给出去，也就是原子或原子团富于电子的时候，应该表现出一定的还原性。原子团缺电子的时候，应该表现出一定的氧化性。
（作者单位：山西省大同市第一中学校）
关键词：制药废水 废水处理 高级氧化
随着人们对水污染处理技术的深入研究，出现了一系列新技术。在这些技术中，对于那些难以生物降解或对生物有毒有害的物质处理，高级氧化技术显示出了它们独特的优势，它们能将有害的有机物转化成无害的且易于降解的物质。因此，高级氧化技术在处理难降解有机污染物的应用领域中具有巨大的发展前景。
1、高级氧化处理技术及研究进展
长期以来，有毒有害且难以生物降解的有机物污染着人类的生存环境，人们一直在研究经济有效且环保的新方法、新技术。目前处理有机污染物的方法各不同，常用的方法包括吸附法、气浮法、混凝沉淀法、蒸馏法、反渗法、活性污泥法、膜分离法等。
高级氧化技术又称深度氧化技术，是运用氧化剂、光照、电、催化剂生成的活性极强的自由基（如·OH等）来降解有机污染物的技术。·OH的氧化电位是2.8V，仅次于氟的2.87V，它可使难降解有机物发生开环、断键、加成、取代、电子转移等反应，使难降解的大分子有机物转变为易降解的小分子物质，反应最终产物基本上为CO2和H2O，并且无剩余污泥和浓缩物生成。高级氧化技术主要有Fenton 法、湿式氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、微波催化氧化法、超临界水氧化法、电化学法等。
1.1 Fenton 试剂法
Fenton 法是以铁盐（Fe3+或Fe2+）为催化剂，在H2O2存在的情况下会产生强氧化性的·OH，它能氧化许多有机分子物质，且反应过程不需要高温高压。 Fenton 法反应条件温和，设备也较为简单，适用范围比较广泛。该法的缺点是氧化能力相对较弱，出水含有大量的铁离子。
1.2 湿式氧化法
湿式氧化法（WAO）是在高温（125～320℃）、高压（0.5～10MPa）下用氧气或空气作为氧化剂，氧化水状态的有机物或还原态的无机物使之生成CO2和H2O的一种处理方法。如使用高效、稳定催化剂的催化湿式氧化技术（CWAO）以及使用过氧化氢作氧化剂的催化湿式过氧化物氧化技术（CW-PO）等。目前催化湿式氧化法的研究热点主要集中在高效、稳定的催化剂的制备上。
1.3光催化氧化法
光催化氧化法是一种简单、高效很有前途的技术。它在一定的时间里可以讲几乎所有的的还原性物质氧化，具有能量利用率高、脱色效果好，不产生剩余污泥，无二次污染等优点。光催化氧化法是以n型半导体（如TiO2，SrO2，WO3，SnO2等）作为催化剂的催化氧化过程。当这些催化剂受到近紫外光辐射时，会形成电子空穴对（h+__e-）。由于空穴有很强的氧化能力，当这些电子和空穴迁移到粒子表面后，使水在半导体表面形成氧化能力极强的羟基自由基，利用·OH便可氧化各种有机物并使之完全矿化。
1.4 臭氧氧化法
臭氧被认为是一种有效的氧化剂和消毒剂，具有很强的氧化能力，采用臭氧氧化技术处理有机废水，具有反应速度快、无二次污染等优点。在臭氧的氧化反应过程中，臭氧的氧化分解反应是一种自由基反应，其中O3与OH 经过一连串反应生成O2和自由基·OH，而·OH比O3的氧化能力更强，能氧化分解更多的有机物。
1.5 超声声化法
超声声化的原理是液体在超声波（15kHz～1MHz）辐射下产生空化气泡，这些空化气泡吸收声场能量，并在极短的时间内崩溃释能。在空化气泡崩溃的瞬间，会在其周围极小空间范围内产生高温高压（温度高达1900～2500k，压力超过50Mpa），并伴随有强冲击波和高速射流。进入空化泡中的水蒸气，在高温高压极端环境下发生离解，产生了强自由基如·OH，HOO·，·H等。水中的有机污染物就在超声产生的高温高压“空化泡”中分解，或者被自由基氧化。
1.6微波诱导催化氧化法
微波是指波长为1mm～1m、频率为300～300000MHz的一种电磁波。在液体中微波能使液体中的极性分子高速旋转碰撞而产生热效应。许多磁性物质，如过渡金属及其化合物、活性炭等对微波有很强的吸收能力，常作为诱导化学反应的催化剂，当受到微波辐射时不均匀的表面会产生许多“热点”，其能量比其它部位高得多，诱导产生高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光解和非平衡态等离子体等多种反应，可以产生高温并形成活性氧化物质，从而使有机物直接分解或将大分子有机物转变成小分子有机物。
1.7超临界水氧化法
超临界水氧化法（SCWO） 是目前研究比较活跃的废水处理技术之一。它是以水为介质，利用水在超临界状态下所具有的特殊溶解度、易改变的密度和介电常数、较低的黏度、较大的离子积、氢键几乎消失等特殊的性质，使它可与非极性物质以任意比例互溶，提高了反应速率，并可实现有机物的完全氧化。利用这种性质，将有机污染物与水混合，升温，加压到临界状态，通过改变反应的压力和温度等条件，汽液相界面消失，形成均相的氧化体系，有机污染物将被迅速氧化分解。但是由于该技术对反应条件要求较为苛刻（高温、高压）对设备要求较高，因此，还有一些实际的技术问题亟待解决。
1.8 电化学氧化法
电化学氧化法主要是通过电极材料的作用，产生超氧自由基（·O2）、羟基自由基（·OH）等来氧化水体中的有机物，但是传统电化学方法一直存在着能耗大、成本高、析氧和析氢等副反应的特点，于是在此基础上，便发展了三维电极和高压脉冲电凝技术。三维电极与原先的二维电极相比，面体比增大、离子间距离小、传质效果好；而高压脉冲电凝技术可以大大降低总电流强度和减少电解时间，从而提高电流效率，降低电耗、铁耗。
2、制药废水处理的新方法、新技术
2.1 新型三段序贯式水解------好氧为主体的工艺流程
高浓度制药工艺废水含有大量有机溶剂，目前仍按厂方现有装置回收，回收后的生产废水流入均质池，与其它生产废水混合，然后一起送入初沉池分离水中的SS杂质。经沉淀后生产废水与生活污水和稀释水（冷却水）在调节池中混合，使原水CODcr浓度控制在4000mg/L左右，由此废水提升至气浮池、然后进入三段序贯式H/O池及接触氧化池，并流入中间水池，再由此提升至二沉池后流入次氯酸钠氧化池，然后经监测并达标排放。
2.2 MBR处理制药废水
研究国内MBR应用于高浓度有机废水，特别是制药废水的处理研究尚处于实验室探索阶段。同济大学孙振龙等以上海市某制药厂抗生素发酵废水为现象，进一步做了一体式平面膜生物反应器处理抗生素废水研究，研究结果表明，膜的截留作用使反应器活性污泥的质量浓度达15g/L，在进水COD浓度为2500～4000mg/L的情况下，COD去除率达到86%。
3、结 语
目前，开发经济、有效的复合水处理单元是亟待解决的问题。同时，应加强清洁生产的研究，并在处理前期考虑废水是否有回收利用的价值和适当的途径， 以达到经济效益和环境效益的统一。
参考文献：
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作者简介
[关键词]炼油加工污水；高级氧化技术；可生化性；
中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0173-02
一、 炼油污水的特点及危害
炼油污水来自炼油加工的各个工艺过程，其中最主要的有常减压蒸馏、减粘裂化、延迟焦化等。出水来源主要包括：原油储罐脱水、原油电脱盐污水和各炼油加工装置的塔顶冷凝水等。
炼油污水污染物主要含有苯、醇、醚、醛、酮、有机磷、金属盐类等物质，还含有残留大量的破乳剂、脱钙剂和降粘剂等污染物，这些物质大部分都难生物降解并具有较强的生物毒性，因此，可生化降解性能极差，并极有可能使生物发生急性和慢性中毒[1]。由于炼油污水污染负荷较大、水质水量极不稳定，如果不采取合理的处理措施会对污水处理场形成冲击性负荷，导致污水处理场的物化及生化工段不能稳定运行，排水水质不能达到排放标准的原因。
近年，水环境保护已经成为当前社会广泛关注的一个重大问题，随着我国国民经济的快速发展，高浓度的有机废水对我国宝贵的水资源造成了威胁。然而利用现有的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，而高级氧化技术可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，降低污染物的毒性，保证生化处理系统的稳定运行。
二、 高级氧化技术现状与发展
1987年，Glaze等人提出了高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs），又称深度氧化技术，是指通过化学和物理化学的方法使污水中的污染物直接矿化为无机物，或将其转化为低毒、易生物降解的中间产物。AOPs通常被认为是一种基于羟基自由基（OH・）中间体的氧化过程，具有高效、彻底、适用范围广、无二次污染等优点，主要包括化学氧化法、电化学氧化法、光催化氧化、湿式氧化法和超临界水氧化法等。
2.1 高级氧化技术处理污水的现状
随着国内外对各种高级氧化技术研究的深入，高级氧化技术在处理工业、生活污水特别是炼化行业污水中已经起到了越来越重要的作用。
例如臭氧氧化处理技术已经成为生活污水深度处理，游泳池水杀菌处理的一个成熟工艺；Fenton法处理炼厂污水已经在很多化工厂中实现了生产应用；在美国和欧洲，越来越多的民用污水处理场开始引进超临界水氧化技术进行污水处理并获得了广泛的好评；光催化氧化技术目前也因为其较低的处理能耗受到了较大的关注，距离全面的工业化也越来越近。
对于传统方法难以处理的废水体系，高级氧化技术已成为一种具有很大潜在优势的环保新技术。
2.2 高级氧化技术处理污水的研究发展
高级氧化相比较普通处理技术而言，其显著特点是以羟基自由基等高活性物质为主要氧化剂，克服了普通氧化法存在的不足，因而在水处理研究中引起了广泛的关注和应用。应用在炼油加工污水处理中的高级氧化技术主要有以下几种：
（1）Fenton试剂法
1894年，法国科学家Fenton发现，酸性水溶液中当亚铁离子和过氧化氢共存条件下可以有效地将酒石酸氧化。后人为纪念这位伟大的科学家，将Fe2+/H2O2命名为Fenton试剂。其中Fe2+主要是作为反应的催化剂，而H2O2通过反应产生的OH・则起到氧化作用。1964年，Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯污水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例。
Marco Panizza等[2]用石墨作为电极电解酸性Fe2+溶液，处理含萘、蒽醌-磺酸的工业污水，通过外界提供的O2在阴极表面发生电化学反应生成的H2O2与Fe2+发生催化反应产生强氧化剂・OH。结果表明，在酸性条件下，Fe2+浓度为3mg/L时，阴电极法对COD的去除率为87%，对色度的去除率为89%，且COD的去除符合一级反应动力学方程。
（2）光催化氧化法
光催化氧化法是近20多年来迅速发展的一种高级氧化技术，其基本原理是：半导体材料受到能量大于其禁带的光照射时，发生电子跃迁，在半导体材料表面形成电子-空穴对。半导体粒子表面空穴可以氧化被吸附的水分子或氢氧根离子产生具有强氧化性羟基自由基，从而实现对水体中各有机物污染物的去除目的。
国外关于采用TiO2催化剂利用太阳能催化降解有机物的研究早已有报道。以日光能为驱动力的光氧化技术虽然大多处于实验室研究阶段，但是却具有良好的应用前景。将光催化氧化法与其它方法联用正成为研究推广的热点。
在国内，如何利用光催化氧化技术来处理化工污水也逐渐一个热点。祝万鹏等人[3]用TiO2光催化氧化H-酸初始质量浓度为50mg/L，催化剂投加量为3g/L，反应5h后H-酸分解率达到90%，采用中压汞灯为光源，在催化剂Fe2O3、CeO2存在下，研究α-萘酚的光催化氧化实验确认该反应为一级动力学反应。
光催化氧化法在实际应用中面临的主要问题是选择经济实用的催化剂和合适的光源、设计合理的反应器、降低运行费用。目前新的发展方向是利用太阳能来代替UV光源，王怡中等[4]成功地在此基础上将多相光催化氧化法与生物氧化法相结合，探讨两种组合方法对化工污水的降解。
（3）电催化氧化法
电化学氧化法基本原理是以活性炭、Ag、Pt、Ti等惰性金属或表面涂覆PbO2、SnO2、Sb2O5、BiO2等氧化膜的惰性金属为阳极，通过阳极产生具有较强氧化性的化学活性物质，如H2O2、HO・、HO2・等氧化有机物，达到净化水质的目的。
电化学氧化分为直接电化学氧化和间接电化学氧化两个过程。直接电化学氧化过程就是使难降解有机污染物在电极表面发生氧化还原反应。间接电化学氧化过程就是利用电化学反应所产生的氧化剂或还原剂的媒质使有机物降解而转化为无害物质。反应过程中的超高电势可以将有毒有机物阳极氧化，如先转化为脂肪醛、醇、酮等，最终生成H2O和CO2。
目前，美、日等发达国家已经广泛应用电化学方法进行催化氧化处理有机污水。催化电极反应的必要条件是要有高的析氧超电势，该法的关键在于催化电极的选择和制备。Martinez-Huitle[5]研究证实Ti/O2，Pb/PbO2较其他的电极在处理含氯有机废水中有着较高的效率。除了在处理有机污染物方面有着较好的效果，电催化氧化技术在杀菌处理、处理回用上也表现不俗。
在国内，哈尔滨工业大学周定等设计的用涂膜活性炭提高电解槽的效率，在处理印染废水时脱色可达99%，BOD和CODcr的去除效果也可以达到80%以上。周明华等[6]已证实对氯苯酚、五氯酚均可在PbO2阳极上被彻底分解。此外，媒质是污染物与电极交换电子的中介体，其还原电势愈高或愈低，电流效率就愈高。利用Ag（Ⅰ/Ⅱ）氧化还原体系可使水中98%以上的有机物矿化。
（4）O3氧化法
臭氧是一种强氧化剂，主要用在难生物降解的有机废水中，作为生化反应前的预处理工艺，提高废水的可生化性，也用在一些色度较高的废水中起脱色作用。O3和H2O2联合时可形成氧化性更强的自由基。
目前在水处理中，臭氧主要用于废水的三级处理以及受有机物污染水源的给水处理。采用臭氧氧化法不仅可以有效地去除水中的有机物，而且反应速度快，设备体积小。尤其是水中含有酚类化合物时，臭氧处理可以去除酚所产生的恶臭。此外，臭氧还是一种有效的消毒剂。
在国外，在怎样提高臭氧的利用效率，更快进行氧化反应方面已经有详细的研究。在紫外强度为30W/m2时，20℃的脂肪羧酸等有机物的氧化速率得以大幅的提高。
国内关于臭氧处理含油污水的研究大多集中在对水质的改善等方面。臭氧氧化降解石油类污染物反应过程中，pH值、反应接触时间、臭氧浓度等因素对反应历程的影响，研究结果表明：经臭氧氧化深度处理后的含油废水，水质可以达到回用水标准；含油污水浓度在2mg/L以下时，臭氧浓度为2.88mg/L，接触时间10min后，去除率可达到95%以上；臭氧氧化处理含油污水，在碱性条件下，污水的处理效果好于酸性条件；臭氧对污水中油类污染物的去除作用受流速的影响，流速较大时，臭氧与污染物的接触时间相对较短，去除效果变差，因此利用臭氧进行含油污水深度处理时，一定要严格控制污水流速。
（5）超临界水氧化法
超临界水氧化法（SCWO）的基本原理是利用超临界水的特性，使有机废物和空气、氧气等氧化剂在超临界水中发生均相氧化反应，从而将有机废物去除。由于SCWO是在高温高压下进行的均相反应，反应速度很快（反应时间可小于lmin），处理彻底，有机物可以被完全氧化成CO2、H2O、N2以及盐类等无毒的小分子化合物。
在国外，Ding和shima等人研究了氨的催化超临界水氧化。在催化剂MnO2/CeO2存在下，在450℃和0.80s反应条件下，氨转化率在90%以上。Yu，Jianli等人[7]对典型的污染物苯酚进行了超临界水氧化研究，在380-440℃，219-300atm的条件下以TiO2为催化剂，在管式反应器中反应。苯酚的二聚物产生大大减少，苯酚的降解率呈幂指数变化，即苯酚为0.69级，O2为0.22级。
在我国，对超临界水氧化的研究处于刚刚起步阶段，且主要用于处理含酚废水。萘酚在超临界水中极易氧化分解，先后氧化分解为邻苯二甲酸、苯甲酸、乙酸，最后矿化 。
尽管超临界水氧化法有许多优点，但超临界水氧化法工业化过程仍存在一些技术难题。如反应条件较为苛刻（高温、高压）设备易腐蚀，固体颗粒特别是盐类物质在超临界条件下溶解度很低，容易堵塞反应器管路。如何解决好这些问题是超临界水氧化技术实现工业化应用的关键。
（6）湿式氧化法
湿式氧化法是在高温（150℃～350℃）、高压（0.5MPa～20MPa）操作条件下，在液相中用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中呈溶解态或悬浮态的有机物、还原态的无机物的一种处理方法，最终产物为二氧化碳和水。
国外在处理过程机理探索方面也有较多的研究，有报道指出在温度为150℃～230℃，氧分压为0～2.5MPa的条件下，WO技术处理酒精蒸馏废水的动力学反应式是分两步进行的，氧的反应指数为1。当氧分压
我国对WO技术处理废水方面也做了一定的的研究。但大多集中在农药等个别行业的污水处理。在研究H-酸的WO过程中所有的H-酸在5min内均被去除并形成乙酸等中间产物，而且投加催化剂后可以有效去除中间产物乙酸。王玲等人[9]采用两步法处理有机磷农药废水可以去除有机物，即首先采用WO技术降低废水的COD值，然后进一步用活性污泥传统曝气法处理。
三、 高级氧化处理技术小结
高级氧化技术经过几十年的研究发展和生产实际的应用，已经与污水处理紧密地联系在一起。高级氧化技术产生大量非常活泼的羟基自由基・HO，它作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应。・HO无法选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物，不会产生二次污染。由于高级氧化是一种物理化学过程，很容易加以控制，以满足处理需要，甚至可以降低10-9级的污染物。
虽然高级氧化技术在处理各种污水时有着自己独特的技术优势，但是如果将高级氧化技术直接应用到炼油污水的处理中会有着一定的局限，例如：炼油污水中含有较多的可浮油和乳化油，对于处理这部分污染物，直接采用高级氧化技术会比使用常规技术消耗更大的能耗。由此可见，将高级氧化技术和普通处理技术相结合具有十分重要的意义：一方面可以利用成熟的常规处理工艺控制处理成本，另一方面可以充分发挥高级氧化技术的优势，弥补常规处理技术处理炼油加工污水的不足。
参考文献
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[关键词]：设计方案 反应过程 实验探究
探究问题的提出：
高中《化学》(必修1)第三章――金属及其化合物，在“金属的化学性质”一节中，讲到过氧化钠与二氧化碳起反应，生成碳酸钠和氧气。化学方程式如下：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，从方程式中同学们看到了氧气的生成，教材中并给出演示实验，同学们容易错误认为干燥的二氧化碳与过氧化钠粉末是很容易就直接发生反应的。但实质上是否如此呢？可以让学生设计方案进行实验的探究。二氧化硫与过氧化钠是否发生同样的反应？
问题解决的设想：
二氧化碳与过氧化钠的反应无外乎就是两个条件：一是干燥的二氧化碳与过氧化钠的反应；二是干燥的二氧化碳与过氧化钠反应。要解决实质的问题，我们打算设计两组实验作对比实验，对比干燥二氧化碳、潮湿二氧化碳跟过氧化钠反应的不同，根据反应产物氧气的助燃性质，可以用带火星的木条检验反应是否有氧气的生成。这里还有一个问题就是干燥的二氧化碳如何制取，CO2是非还原性的酸性气体，一般可选用酸性的或中性的干燥剂对其干燥，为了尽量干燥CO2，也可采取重复干燥并用无水硫酸铜检验是否干燥彻底。
教学过程：
二氧化碳与过氧化钠反应的实质究竟是什么呢？学生共同探究设计了如下实验。
一、实验设计方案
（1）实验仪器与药品
仪器：分液漏斗、直型玻璃管、各种玻璃管、集气瓶、双孔橡皮塞、锥形瓶
药品：大理石、稀盐酸、饱和NaHCO3溶液、浓硫酸、无水硫酸铜粉末、Na2O2粉末
（2）实验设计思路
第一，制备潮湿的CO2。
二氧化碳的实验室制法一般选择用大理石和稀盐酸为原料，制出的二氧化碳气体中含有少量HCl、水蒸气杂质，可以用饱和NaHCO3溶液除去HCl杂质，可得潮湿的CO2。
第二，制备尽量干燥的CO2。
CO2是非还原性的酸性气体，一般可选用酸性的或中性的干燥剂对其干燥，实验中选用浓硫酸，为了尽量干燥CO2，也可采取重复干燥并用无水硫酸铜检验是否干燥彻底。
第三，干燥CO2、潮湿CO2与过氧化钠反应的探究。
分两组分别进行甲、乙两次实验：
实验甲：干燥的二氧化碳和过氧化钠的反应
在干燥的试管II中装入Na2O2，在通入CO2前，关闭K1和K2。在试管I内装入试剂浓硫酸后，打开K1和K2，通入CO2，几分钟后，将带火星的木条插入试管III液面上，观察实验现象并记录。
实验乙：潮湿的二氧化碳和过氧化钠的反应
在试管I内装入试剂饱和NaHCO3溶液，其他操作同实验甲一样，观察实验现象并记录。
（3）实验装置图
二、实验过程记录
该实验可知：Na2O2与CO2的反应过程是：
第一步：Na2O2与水先反应生成H2O2：
Na2O2+2H2O=2NaOH+ H2O2(非氧化还原反应)
第二步：H2O2不稳定随即发生分解：
2 H2O2=2H2O+O2(氧化还原反应)
第三步：CO2与第一步反应中生成的NaOH反应：
2NaOH +CO2=Na2CO3+H2O(非氧化还原反应)
三、学生猜想过氧化钠与二氧化硫可能发生的反应
有同学认为：Na2O2与CO2反应属Na2O2的自身氧化还原反应，CO2只是转化成对应的盐Na2CO3。故SO2对应的盐应为Na2SO2，既然反应“类似”，且题中有“木条复燃”的情景，产物必为Na2SO3和O2。
有同学认为产物为Na2SO4，Na2O2具有强氧化性，SO2具有还原剂。
于是学生采用以下装置进行实验。通入SO2气体，将SO2与过氧化钠充分反应。
学生推断试管中的固体物质可能的成分是什么？Na2SO3，Na2SO4，二者的混合物将反应后的物质配成溶液。
（1）检验Na2SO3存在的可能方法
（2）用上述同样的方法实验来验证产物的水溶液中是否存在硫酸钠？
（3）得出结论：生成物质是Na2SO3和Na2SO4的混合物。
课后反思：成功之处：通过化学课题研究教学，我们以兴趣为出发点，通过课题选择、设计、实验、讨论、展示和再讨论等过程，既巩固了理论知识，又锻炼了学生各方面的能力，真正地达到了“理论联系实际”，使学生真正明白理论在生活中的应用原理，把自己所学的理论知识与生活实践联系起来，加深了学生对理论知识的理解，并引起了学生对技术的进一步思考。
不足之处：学生在设计实验时思维不够严密，考虑问题不全面等方面还有待加强。
参考文献：
[1]邱化明．二氧化碳与过氧化钠反应的实验分析．中小学实验与装备．
