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关键词：二氧化硫；复习课；教学设计；问题解决
文章编号：1005?6629（2014）4?0041?03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 设计思路
本节课从葡萄酒中的二氧化硫引入，通过探讨葡萄酒中二氧化硫的作用、二氧化硫的定量检测和工业尾气中二氧化硫的定性吸收来复习回顾二氧化硫的化学性质。整个设计从生活走进化学、以问题解决为主线、以观念建构为先导，同时渗透学生科学探究能力的培养。课堂教学中将二氧化硫的化学性质、氧化还原反应、实验、计算等知识进行整合，培养学生解决综合问题的能力。同时让学生建构起物质的转化观、实验观、化学的价值观等基本的学科观念，领略化学在生活生产中的魅力。
2 教学内容分析
本节课是高三第一轮复习课。学生对氧化还原反应、电化学、离子反应的规律已有了积累；元素化合物知识板块中卤素的复习已经结束。卤素中的氯气和次氯酸及其盐是强氧化性物质的典范。与之相对的则是氧族中的二氧化硫，是典型的还原性物质。虽然高三化学课时少，任务重，但二氧化硫的复习仍然单独安排一节课的时间。一是为了构建物质的转化网络，二是为了巩固氧化还原反应的复习成果。
二氧化硫在近几年高考试题中主要以两种情景呈现：一是硫酸工业尾气的处理，如2010年江苏高考第17题和2013年上海高考第42题；二是二氧化硫或亚硫酸盐的定量检测，如2012年安徽高考第27题。本设计以二氧化硫的定量检测来复习其还原性、以硫酸工业尾气中二氧化硫的处理复习酸性氧化物通性。尝试让知识问题化，问题情景化。
3 教学目标
知识与技能：掌握二氧化硫的强还原性、弱氧化性、酸性氧化物通性、漂白性。掌握不同价态含硫物质的转化。
过程与方法：通过二氧化硫的检测和吸收，培养学生问题解决、信息解读、实验、计算等能力。学会在不同情景中进行检测和处理方法的遴选与评价。
情感态度与价值观：让学生感受到学习化学的乐趣、体验科学探究的艰辛和喜悦、体会化学对生活和社会发展的贡献、树立辩证看待事物的态度。让学生建立起物质的转化观、实验观、化学的价值观等基本的学科观念。
4 教学重点、难点
（1）教学重点：二氧化硫的性质。
（2）教学难点：相关实验方案的设计、知识的综合应用。
5 教学过程
[课前准备]（1）酿葡萄酒的原料为葡萄汁和SO2。请查阅资料分析葡萄酒中SO2的作用。
（2）硫酸工业尾气中SO2含量约为0.4%，通常采用碱液吸收至SO2含量≤0.05%才能达标排放。常用处理方法之一为氨酸法：氨水吸收尾气，然后加入硫酸；第二种为石灰～石膏法：石灰乳吸收尾气再转化为石膏。请用化学方程式表示两种方法的工作原理。并从吸收效率、成本、安全性、产品回收利用等角度评价这两种工艺。
小结：（1）不同价态含硫物质的转化可通过加合适的氧化剂或还原剂实现，同价态的含硫物质的转化可通过调节溶液的酸碱环境来实现。
（2）红葡萄酒中的SO2给我们启示：若要保护较强还原性的物质，可以加入还原性更强的物质。生活中相关的例子很多，如：牺牲阳极（Zn）的阴极保护（Fe）法、补血剂中牺牲Vc保护Fe2+、牺牲对苯二酚（对苯二胺）可以保护亚硫酸盐等。
[结语] SO2虽然有毒，但适度地控制用量可用作食物的杀菌剂和防腐剂。这说明物质具有两面性，有利有弊，我们要学会辩证看待、对待事物。工业尾气中的SO2若直接排放会造成诸多环境问题，但可用合理途径将其转化为有用的产品。恰当地利用化学转化，人们可以获得或消除某些物质，控制变化的条件，可使化学变化向着人们希望的方向进行，实现自然与社会的可持续发展。
参考文献：
关键词：阅读；探讨；应用；反思；教学模式
文章编号：1008-0546（2013）11-0005-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.11.002
一、教学模式的思想
教育家陶行知先生在倡导解放儿童的创造力时，提出著名的六大解放“解放双眼，解放大脑，解放双手，解放嘴，解放空间，解放时间”。新的课程标准强调转变学生的学习方式，倡导主动学习，探究学习，合作学习，也正是希望课堂教学中能解放教师和学生的头脑、手脚、时间和空间，让师生在教学交往互动中自主发展。基于此，我们提出“阅读-探讨-应用-反思”的课堂教学模式。
二、教学模式的建构
教学模式是指建立在一定的教学理论基础之上，为实现特定的教学目的而设计的一种教学模型。教学模式有相对稳定的结构和程序，包含有教学策略。作为结构框架，突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能；作为活动程序则突出了教学模式的有序性和可操作性。“阅读-探讨-应用-反思”的课堂教学模式构建如下图所示：
“阅读”是指“精读”，通常按通读材料、抓住要点、发现问题的步骤进行，在这个过程中，不仅要从书面材料（教材或教师提供材料）中获取主要信息，对知识进行梳理，还要发现自己要探究的问题或不懂的问题。这种阅读，综合运用了感知、记忆与思维的规律，能使阅读获得较好的效果。通过阅读，让学生学会梳理知识，学会在自己思考的基础上提出问题。
“探讨”是指探究和讨论。探究亦称发现学习，是指学生在课堂中对教师提出的问题或自己的发现问题进行证据的收集、分析、整理，找到解决问题的方法，并在研究、探索问题的过程中，积极主动地获取知识，学习认识和解决问题的方法。讨论是指学生在探究过程中，与他人交流思想、方法，相互合作，共同完成探究任务，体现为合作学习。
“应用”是指将所学习的知识用于新情境的过程，包括原则、方法、技巧、规律的拓展，应用不仅需要建立在对知识点掌握的基础上，也代表着较高水平的学习成果。
“反思”是指反省、回顾或带总结性的思考。反思的过程是一个同化知识的过程，是一个将知识方法系统化结构化的过程。通过反思还可以发现学习中存在的问题和不足，进一步推进下一个学习进程。
三、教学案例的分析
下面以高中化学苏教版专题四中的《二氧化硫的性质》为例，分析“阅读-探讨-应用-反思”教学模式。
1. 阅读
此环节要求学生课前完成。由于教材对于SO2的性质介绍是要点式的，而二氧化硫与环境、生活息息相关，也与学生之前学习的物质分类、不同类别物质的通性、氧化还原反应等知识紧密关联。在教材的基础上，教师又提供三篇阅读材料：一是酸雨，文章介绍酸雨的形成、危害及我国的酸雨情况；二是医学报的报道，主要介绍二氧化硫作为食用添加剂的使用历史，以及过量食用的毒性；三是北京晨报的新闻稿《二氧化硫超标，北京31种食品全市下架》。材料后附有两个问题：（1）这三篇材料的主角是谁？它的分子组成与你学过的什么物质相似？（2）结合已有知识和所提供材料推测二氧化硫可能有的性质。
根据材料中“燃烧煤和石油的过程会向大气大量释放二氧化硫和氮化物，当这些物质达到一定的浓度以后，会与大气中的水蒸汽结合，形成硫酸和硝酸” “二氧化硫随着食品进入体内后生成亚硫酸盐，并由组织细胞中的亚硫酸氧化酶将其氧化为硫酸盐，通过正常解毒后最终由尿排出体外。” “二氧化硫可与有色物质作用对食品进行漂白，另有防腐、抗氧化作用”等关键性语句，学生可以得到二氧化硫相关性质的重要信息。
此环节要达成的教学目标是培养材料阅读时对有关化学信息的选择性注意习惯，培养学生的自学能力，使学生首先通过自己独立的智力活动，自行解决力所能及的问题。同时，由于提供了与我们现实生活密切相关的阅读材料，让学生深切体会生活中处处有化学，感受课本知识与生活实践的紧密联接，学习用化学的视角看待世界，同时强化合理使用化学品的环保意识。该环节的完成也使学生对SO2的性质有了初步和简单的了解，认为二氧化硫可能具有一定的溶解性，具有酸性氧化物的通性，具有还原性，具有漂白性。
2. 探讨
此环节是本堂课的重点，围绕“根据已有知识设计实验探究SO2的性质”这个核心问题展开探讨。全班分成四大组分别讨论二氧化硫的溶解、酸性氧化物通性、还原性、漂白性四个问题，每大组又以四人为一小组进行实验。此时，每组桌上准备的实验药品有：装有2mLSO2气体的注射器6支，蒸馏水，酚酞，石蕊，品红，NaOH溶液，Ca（OH）2溶液，Ba（OH）2溶液，碘水，氢硫酸，酸性KMnO4溶液，BaCl2溶液。具体要求：①每小组在交流实验设计方案的基础上完成实验，不要盲目实验。②每小组的实验结果要保留，实验结束派代表展示实验现象，说明实验设计，得出实验结论。
第一组
[代表甲]把试管倒置于水槽中，可以观察到水槽中的水进入试管并徐徐上升至试管的4/5左右。原因是，SO2易溶于水，使试管中的气压减小。
[代表乙]用收集有二氧化硫气体的针筒吸水槽中的水。气体量明显减少，针筒活塞会回落。原因是SO2的溶解使针筒中的气压减小。
[代表丙]在滴入少量紫色石蕊试液的水槽中注入二氧化硫气体。可观察到石蕊试液变红。由此证明，二氧化硫不是单纯的溶于水，而是与水反应生成了酸。
第二组
[代表甲]用收集有二氧化硫气体的针筒吸氢氧化钠溶液。气体的量明显减少。说明二氧化硫能与碱溶液反应，是酸性氧化物。
[质疑]能被碱溶液吸收就是酸性氧化物吗？氯气不是也能被碱溶液吸收吗？
[学生]在溶液中滴加氯化钡，通过生成白色沉淀以证明生成了亚硫酸钠。
[质疑]白色的钡盐沉淀有没有可能是硫酸钡呢？
[学生]再加盐酸看沉淀是否溶解。
[演示实验]白色沉淀溶于盐酸，说明它是亚硫酸钡，即二氧化硫是酸性氧化物。
[代表乙]用收集有二氧化硫气体的针筒吸氯化钡溶液，无明显现象。因为亚硫酸是弱酸，弱酸一般不能制强酸。
[质疑]二氧化硫能使氢氧化钡溶液出现浑浊，却不能使澄清石灰水浑浊？
[实验视频]在盛有用酚酞作指示剂的30mL饱和石灰水的大试管中，极其缓慢通入纯净SO2，当有30个左右SO2气泡通入时，酚酞红色立即消失，并有大量白色浑浊，继续通入气体，沉淀完全消失。
第三组
[代表甲]在高锰酸钾溶液中注入SO2，高锰酸钾溶液的紫色褪去。说明二氧化硫具有还原性。
[代表乙]在碘水中注入SO2，碘水的棕黄色褪去。以此证明还原性：SO2>I->Br-
[代表丙]在氢硫酸中通入二氧化硫，出现黄色浑浊。说明二氧化硫具有氧化性，能氧化H2S。还原性：H2S>SO2
第四组
[代表甲]用收集有二氧化硫气体的针筒吸品红溶液，品红褪色。说明二氧化硫具有漂白性，能使有机色素褪色
[质疑1]二氧化硫为什么不能漂白石蕊试液？
[展示]用二氧化硫漂白的旧书与新书的对照。
[质疑2]用二氧化硫漂白的物质为什么经历一段时间后会恢复颜色？
[教师演示实验]加热用二氧化硫漂白的品红溶液。
[教师解释]二氧化硫与品红常温时化合生成无色物质，该无色物质不稳定，受热易分解从而恢复原色。因为二氧化硫的漂白原理是化合而漂白，所以具有选择性和不稳定性的特点。
此环节要达成的教学目标之一是，教师通过有一定难度的明确任务的创设，引发学生强烈的探究欲望、激活学生的思维，从而实现创造性的解决问题。值得一提的是，在教学过程中每一组学生都设计多个方案，实验过程中不停质疑，学生激烈的相互争论，由此充分反映了学生思维的灵动和投入。由于新旧知识本身是有着关联性的，当教师将其有效组织，学生便很快进入迁移学习的状态，此时学生的思维对纳入新知识处于一种高效的准备状态，用不着教师去重复一个一个的知识点，通过学生的自主探究便发现和建构了知识链。而在合作学习中，通过小组讨论，同伴合作、生生互动，使得教学过程不再仅是一个认知过程，也是一个交往与审美的过程。
3. 应用
此环节的落实是利用二氧化硫的性质寻找减少环境污染的方法。要达成的教学目标：一，增强学生对“化学从生活中来，服务到生活中去”思想的认识，达到发现、分析、解决问题的统一。二，珍爱生命、善待地球是人们生命活动中的重要组成部分。学好化学、应用化学，才能更好地爱护我们的家园。
[师]根据今天对二氧化硫的性质讨论，并结合日常生活中的所闻所见，请你来对防治酸雨工程谈谈自己的想法和建议。
[讨论]SO2的来源有哪些？
[生]人为来源：化石燃料煤的燃烧，硫酸工业产生的尾气等。自然来源：火山爆发、动植物的腐烂等。
[师]据统计，全世界每年向大气中排放的SO2达到了三亿吨。你认为可以采取哪些措施减少SO2的人为排放呢？
[学生观点1]用氢氧化钠溶液吸收工厂尾气，碱性强，效果好。
[学生观点2]是否可以在煤炭中混入生石灰，二氧化硫直接被吸收？
[学生观点3]在烟囱内壁涂抹价格便宜的生石灰或石灰乳 。
[学生观点4]用氨水吸收工厂尾气，再氧化，可以得到硫铵化肥。
[阅读课本拓展视野]烟道气中二氧化硫的回收方法。
[师]要从根本上消除二氧化硫的污染，只有开发能替代化石燃料的新能源，这就需要我们科学家的不懈努力！也希望在座的同学们能对致力于造福人类的科学研究感兴趣！我们也呼吁政府部门加大管理力度，每个国民增加环保意识，节能意识。
4. 反思
本节课反思要达成的教学目标：一，培养学生使用类比方法学习元素化合物知识的能力。二，培养学生同中求异比较能力，准确把握元素化合物学习基本方法，防止记忆定势，类比定势及直觉定势，努力促进知识正迁移。
此环节设计了两个问题“请同学们比较二氧化硫和二氧化碳的化学性质”“请同学们比较二氧化硫和次氯酸、双氧水的漂白性”展开。在总结SO2和CO2性质的相似性和差异性基础上，从通性——酸性氧化物，个性——强还原剂，特性——漂白剂三个角度全面提升学生对二氧化硫的认识。在对比SO2与HClO、H2O2的漂白原理基础上，整合新旧知识，使之系统化、条理化，促进学生的有意义识记。
四、教学实施的注意点
1. 给学生自主学习的时间
课堂时间是有限的，教学中只有对有限的时间进行合理的分配，才能使学生好学、乐学、善学，达到高效。特别值得注意的是，一节课并不是老师讲得越多，学生就学得越多。因为任何学习都是学习者自主建构知识的过程，在这个过程中，学生需要联想和想像，需要对已有的知识经验进行回忆和重组，需要把新旧知识联系起来，需要意识知道了什么、不知道什么，需要提出新的问题，需要通过活动达到目的。因此在教学模式的建构和实践过程中，我们注意给学生时间阅读，给学生时间思考，给学生时间活动，使得这些需要得以实现。
2. 给学生自我展示的平台
“教学不仅仅是一种告诉，更多的是学生的一种体验、探究和感悟”。教师要激发学生的学习兴趣，通过创设符合教学内容要求的情境，让课堂成为他们求知、创造、展示自我、体验成功的平台。这就要求课堂教学中师生的角色进行调整。明确学生不是接受知识的“容器”，教师也不是知识的权威。师生不是对立的矛盾体，而是和谐促进的合作者，是平等相待的朋友。构建多向、立体的课堂互动，使得每位学生都能积极地思考、主动地参与、踊跃地展示。展示过程要允许学生从不同的角度认识问题，采用不同的方式表达自己的想法，用不同的知识与方法解决问题，鼓励解决问题策略的多样化，使不同的学生在不同程度上都得到相应地发展。
3. 给学生自己反思的动力
苏霍姆林斯基说：“只有促进自我教育的教育才是真正的教育。”无论何种教育必须通过学生的内化，才能产生教育的效果，达到预设的目标。所以我们应让学生对自己的困惑或错误进行自我反思，自我检验，只有看到庐山真面目，找出病因，才能真正得以内化。然而自我反思不是一个自发行为，教学中需要帮助学生获得反思的动力。首先，可以创设合适的情景，激发学生反思的兴趣；其次，要通过示范，帮助学生学会反思的方法；再次，是让学生体会反思的价值，激励学生养成反思习惯。
参考文献：
[1] 王愫懿. “问题探究三段式”教学模式的运用与学生问题探究能力的培养[J]. 中学化学教学参考，2011，（3）
【关键词】锅炉；烟气；湿法脱硫；干法脱硫
煤炭在我国一次能源消费结构中占70%以上，耗煤量约30亿t/a，由此导致大量的二氧化硫排放，对环境造成严重的污染。为了减轻污染，改善人类的生存环境，同时促进工业的发展，我国对烟气脱硫技术进行了大量的研究，有些由于其可行性和经济性等原因而未能得到推广使用。现阶段已大量应用于工业的主要烟气脱硫技术根据所用的吸收剂（反应剂）或吸附剂的不同，分为湿法脱硫和干法脱硫两种方式。
1 湿法脱硫
湿法脱硫是用液体作吸收剂吸收烟气中的二氧化硫的方法。该法所需设备小、投资低、操作方便、脱硫效率高。但烟气经过湿法脱硫后，温度低、湿度大，排出后会笼罩在烟囱周围地区，且难以扩散。根据所使用的吸收剂的不同，湿法脱硫主要分为氨法、钠法、钙法、双碱脱硫法等。
1.1 氨法
氨法是用氨水为吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，其吸收率达80%～90%，中间产物为亚硫酸铵和硫酸铵，该法适用于火电厂锅炉烟道气的处理和氨来源充沛的地区。采用不同的方法处理中间产物，回收硫酸铵、石膏和单体硫等副产物。
1.2 钠法
钠法是用氢氧化钠、碳酸钠或亚硫酸钠水溶液为吸收剂，吸收烟气中的二氧化硫。因为该法具有对二氧化硫吸收速度快，管路和设备不容易堵塞等优点，所以应用比较广泛，吸收液可经无害处理后弃去，或经适当方法处理后获得Na2SO4晶体、CaSO4・2H2O和S等副产物。
1.3 钙法
钙法又称石灰―石膏法，是用石灰石、生石灰或消石灰的浮浊液为吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，生成的亚硫酸钙经空气氧化后可得到石膏。该法所用的吸收剂价廉易得，回收的大量石膏可用作建筑材料，由此被国内、外广泛采用，特别是适用于电石法生产PVC的企业，可利用电石渣液作为吸收液，其脱硫率达75%左右。
1.4 双碱脱硫法
双碱脱硫法即用氢氧化钠作为脱硫剂，氢氧化钙作再生剂。其脱硫率达80%，反应产生的石膏可再利用，氢氧化钠可作为脱硫剂循环使用。对于氨法、钠法、钙法及双碱脱硫法，如果需要回收中间产物，必须先进行除尘再脱硫；如不回收中间产物，脱硫除尘可同时进行。如现普遍采用的脱硫除尘为一体的水膜除尘脱硫塔，旋流塔烟气脱硫除尘技术，还有花岗岩水膜旋流高效脱硫除尘技术。其主要的工艺流程为将含有二氧化硫的烟气送入吸收塔。吸收液由塔顶进入，使烟气与碱性水充分接触，生成物从吸收塔下部流出，上清液可重新自塔顶送入循环使用。当碱性水饱和后，要将其排出，并换入新的碱性水。由于碱性水与二氧化硫的反应产物易结晶析出而堵塞喷头，影响布水的均匀性。现开发的旋流塔烟气脱硫除尘技术，即烟气通过旋流板上一定角度的缝隙时所产生的旋流来切割连续送入的碱性水，使水分散成雾状液滴。液滴与烟气充分接触，液滴中的碱性水与烟气中的二氧化硫起化学反应，把二氧化硫生成物由气相移入液相。这种布水方式的优点是结构简单，对水质要求不高，避免了碱性物质结垢等原因导致进水管端与旋流板缝隙处结垢，不影响布水的均匀性，可供水量大，随水进入的脱硫成分有保证。但碱性水的腐蚀是推广湿法脱硫的主要障碍，有待解决。
2 干法脱硫
干法脱硫采用固体粉末或颗粒为吸附剂（或反应剂）。干法脱硫后，烟道气仍具有较高的温度 （100℃以上），排出后易扩散，但设备庞大、投资高、脱硫效率低、技术难度也较大。干法脱硫主要有活性炭法、活性氧化锰吸收法、催化氧化法以及还原法等。常用的有活性炭法和催化氧化法。
2.1 活性炭法
活性炭法是利用活性炭的活性与较大的比表面积使烟气中的SO2在活性炭表面上与氧及水蒸气反应生成硫酸而被吸附：2SO2+2H2O2H2SO4。在吸附设备中，由于活性炭的工作状态不同，可分为固定床、移动床和流动床活性炭脱硫法等。用水洗脱吸在活性炭表面上的硫酸，其吸收率达98%，回收产物为15%～17%的稀硫酸。水洗脱吸固定床活性炭脱硫设备主要为5个活性炭吸附器，其中4个吸附器进行通气吸附、1个进行脱吸处理，轮换使用，其流程见图1。
2.2 催化氧化法
2.2.1 以氧化铝为载体，氧化铀、硫酸钾或五氧化二钒等为催化剂，使二氧化硫氧化成无水或78%的硫酸。该法是在高温条件下进行的操作，所需费用较高。但是由于技术上比较成熟，目前国内外对高浓度二氧化硫的烟气治理多采用此法。
2.2.2 煤在炉内燃烧过程中进行脱硫，即在煤中加入固硫剂，使煤在燃烧过程中产生的硫氧化物立即与固硫剂结合，转化为硫酸盐类，固定在炉渣中而不以气态硫氧化物的形式排入大气。其原理是：在固硫添加剂中加入强氧化剂，使二氧化硫转化成三氧化硫，并借助添加剂中的催化剂的作用使三氧化硫生成硫酸盐而进入炉渣中。该种方法方便、经济、简单，固硫添加剂直接与原煤混合入炉，不需要另设脱硫装置就可达到环保的要求。如甘肃某公司生产的固硫添加剂，由60%～98%的固硫剂和2%～40%的固硫催化剂制成。实验证明，煤中的硫质量分数为3%时，尾气中的二氧化硫削减量为47%～57%；含硫质量分数低于1.5%时，该削减量可达65%。
以上所列举的锅炉烟气脱硫技术是现阶段普遍采用的脱硫技术。我国当前和今后一段时期的能源仍以煤为主，随着经济的发展，能源的消耗将有很大的增加。相应地，二氧化硫的排放量也将增加，企业应根据实际情况选择合理的脱硫技术，还应该积极开展从烟气中回收二氧化硫，特别是回收低浓度二氧化硫的科学研究工作，争取在较短的时间内控制和消除二氧化硫烟害，保护环境、造福人类。
【参考文献】
[1]都吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[S].北京：化学工业出版社，2001.
〖课堂梗概〗
资料一：
据报道，江苏镇江市谏壁镇（附近是索普集团新发展有限公司硫酸生产线）数十名村民出现如下症状：
村民：我在家睡觉，被呛醒了。刺鼻，喉咙也很难受，心里面发闷，想吐。
村民：眼睛就像小针往里面刺一样，气完全喘不过来。
思考：何种物质使村民出现此症状？蕴藏了该物质的哪些物理性质？
学生：二氧化硫。无色有刺激性气味气体，有毒、密度比空气大、能溶于水。
[教师投影]
1.二氧化硫的物理性质
无色、刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水（1∶40），易液化（-10℃），二氧化硫是形成酸雨的主要物质。
教师演示实验1：拿出事先制好的一瓶二氧化硫，把湿润的紫色石蕊试纸放入其中，同时让学生观察现象，并用化学知识作解释。
教师演示实验2：SO2加入品红溶液后再对溶液加热。该实验体现SO2何种性质？
学生：SO2的漂白性。且生成的无色物质不稳定，加热又分解成二氧化硫。
教师：为什么不能使紫色石蕊溶液退色？
学生：SO2只能选择性地使品红类的有色有机物质退色。
教师：Cl2可以使品红溶液和紫色石蕊溶液都退色，但将Cl2和SO2以体积比1∶1混合后通入紫色石蕊溶液中，为什么看不到现象？用方程式表示。
往盛有氯化钡稀溶液的试管中通入SO2至饱和，有什么现象发生？分别向试管中加入足量硝酸或加入足量氢氧化钠溶液，又有什么现象？为什么？
学生小组代表给出答案后教师投影：
教师演示实验2：教师将一定量的二氧化硫气体通入氯化钡溶液后出现白色沉淀。分析该白色沉淀为何物。
突然一位同学主动站起来说：老师二氧化硫与氯化钡溶液根本不反应啊！怎么会出现沉淀现象呢？教室里顿时热闹起来。
教师：化学学科是一门实验科学，请同学们尊重客观事实，运用化学知识，进行实验探究。
学生得出结论：氯化钡溶液中溶有空气，空气中氧气把亚硫酸钡氧化为硫酸钡，从而出现白色沉淀。
教师投影：
取白色沉淀加入盐酸后无明显现象。
[教师整理与归纳投影]
2.二氧化硫的化学性质
二氧化硫的特性：漂白性，由于SO2跟某些有色有机物质化合生成无色不稳定的物质，是非氧化还原的化合过程，所以漂白后的物质加热后又恢复原来的颜色。
二氧化硫的用途：制硫酸、防腐剂、漂白剂。
〖教学反思〗
1.注重情景的导入，提高学生的参与意识、环保意识
高中化学总复习时间紧、内容多、任务重，教师一般采取教师讲，学生练，很少有课堂导入环节。实践证明，根据教材内容，设计复习内容时结合学生熟悉的情境，采取旧课新上法，才是元素及其化合物的高效复习法。本节课我结合新闻报道引出SO2，提高了学生的参与意识和环保意识。
2.注重实验，提高学生的分析能力和学习热情
化学是一门以实验为基础的学科，化学实验最能体现化学学科自身的特点。本节课我将二氧化硫的酸性、还原性以及二氧化硫和氯气的漂白性作对比的实验，使枯燥的高三复习课变得生动有趣。利用真实的现象打开学生的思路，如一定量的二氧化硫气体通入氯化钡溶液，出现了白色沉淀，这刚好与现行的高考要求相吻合。
参考文献
知识：使学生了解氧气的物理性质(色、态、味、密度、熔点、沸点、水溶性等);使学生掌握氧气的化学性质(观察和描述木炭、硫、铁，红磷，蜡烛在氧气中燃烧的现象，从中归纳出氧气的化学性质);了解氧气的主要用途，氧气与人类的关系密切。
能力：培养学生观察和描述实验现象的能力，使他们学习通过实验来研究物质及其变化的科学方法。
过程与方法：体会实验中的观察、比较、分析和归纳的方法。
情感态度价值观：养成细致的观察习惯和严谨的工作作风。
二.重点难点：
氧气的化学性质及其现象的描述。
三.教学方法讲授法(实验演示)。
四.教学用具仪器：集气瓶(5个装有氧气)、燃烧匙、酒精灯等。
药品：木炭、硫粉、红磷、红铁丝、蜡烛，石灰水、氧气。
其它：火柴。
五.教学过程
【问题引入】空气的成分按体积算，最多的是()，其次是()，还有()，()和()，我们是怎样用实验来确定空气中氧气的含量的呢?
【回答】(氮气)，(氧气)，(稀有气体)，(二氧化碳)，(其他气体和杂质)
红磷的燃烧实验
【问题引入】为什么一定要通过实验才能知道空气中存在着氧气?(比如小白鼠的缺氧实验，可以放给学生看)而不是用肉眼去看?
氧气是无色、没有气味的气体，这是氧气的什么性质?
红磷能在氧气中燃烧，这又是氧气的什么性质?
【回答】物理性质
化学性质
【确认目标】我们这节课就来学习氧气的性质。要求：记住氧气的主要物理性质，掌握氧气的化学性质。
【板书】一.认识氧气的性质
【问题讨论】出示一瓶氧气请学生观察并描述其物理性质。想一想，氧气有味吗?氧气溶于水吗?
【回答】无色、气体，无味，可溶(不溶)两种答案均可能出现。
【提问】鱼在水中靠什么呼吸?它呼吸的氧气来自哪里?
【回答】靠腮呼吸。氧气来自水中。
【结论分析】由此可推知氧气的溶解性，氧气既不是可溶于水，也不是不溶于水，而是不易溶于水。
【板书】1、物理性质：
(1)无色、无味的气体。
(2)不易溶于水。
(3)密度比空气大(同一条件下)。
(4)液态(沸点—183°C)、固态均为淡蓝色。
【学生活动】看书、划重点(或记笔记。)
【问题讨论】氧气有哪些化学性质呢?
提问：什么叫化学性质?
【回答】物质在化学变化中表现出来的性质。
【教师】既然化学性质要在化学变化中方可表现出来，我们就来进行如下实验。
【板书】2、化学性质
【演示实验】木炭在氧气中燃烧
1.将木炭加热至红，放入集气瓶中。
剧烈燃烧、发白光
2.在集气瓶中加入少量澄清的石灰水、振荡。
石灰水变浑浊。
【提问】石灰水变浑浊说明瓶中产生了什么气体?
【回答】二氧化碳
【结论】碳在氧气中燃烧生成二氧化碳。请学生写出此反应的表达式。
【板书】(1)碳+氧气二氧化碳
(C)(O2)(CO2)
【演示实验】铁丝在氧气中燃烧
观察这瓶氧气与前几瓶有何不同?
瓶底铺少量的沙子(或少量水也可以)，思考为什么
将铁丝加热至红伸入集气瓶中。
描述实验现象：剧烈燃烧、火星四射、生成黑色固体。
【提问】为何集气瓶底要放少量的沙子(或水)?
生成黑色固体的温度很高，掉到集气瓶底会怎样?
【讨论】会引起集气瓶炸裂。
【回答】防止集气瓶炸裂。
【结论】此黑色固体的名称是四氧化三铁，而不是我们前面所说的铁缓慢氧化生成的红色的氧化铁。铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁。请学生写出此反应的表达式。
【板书】(2)铁+氧气四氧化三铁
(Fe)(O2)(Fe3O4)
【演示实验】硫在氧气中燃烧
1.将硫粉放在燃烧匙中加热至燃烧。
现象：发出淡蓝色火焰。
2.将燃着的硫粉伸入集气瓶中。
现象：剧烈燃烧。发出明亮的蓝紫色火焰，产生一种带刺激性气味的气体。
【提问】这种带刺激性气味是二氧化硫。二氧化硫对空气会造成严重污染。烟花、爆竹中的火药是由木炭、硫磺等物质组成的，为什么在市区禁止燃放烟花爆竹?
【回答】防止硫燃烧后生成的二氧化硫污染空气。
【结论】硫在氧气中燃烧生成二氧化硫。请学生写出此反应的表达式。
【板书】(3)硫+氧气二氧化硫
(S)(O2)(SO2)
【演示实验】蜡烛在氧气中燃烧
1.将小半截蜡烛放在燃烧匙中，在酒精灯中点燃
2.把燃烧匙伸入集气瓶中
现象：剧烈燃烧，蜡烛很快就燃烧完了。集气瓶内壁有小水珠。
3.在集气瓶中加入少量澄清的石灰水、振荡。
现象：石灰水变浑浊。
【提问】集气瓶内壁有水珠生成说明了什么?石灰水变浑浊说明瓶中产生了什么气体?
【回答】有水珠说明蜡烛燃烧有水生成，
能使石灰水变浑浊说明反应有二氧化碳生成。
【结论】蜡烛(石蜡)在氧气中燃烧生成水和二氧化碳。请学生写出此反应的表达式。
【板书】(4)石蜡+氧气水+二氧化碳
(混合物)(O2)(H2O)(CO2)
【问题讨论】通过上述实验，我们可知，物质在较纯的氧气中燃烧，比在空气中燃烧得()，由此可见：氧气的化学性质比较()。
【思考并回答】(更剧烈)，(活泼)
【演示实验】将带火星的木条伸入氧气瓶中。
观察现象：木条燃烧起来了。
【提问】为什么残存火星的木条会再次燃烧起来?
【思考并回答】因为氧气的化学性质比较活泼，它可助燃(支持燃烧)。
【问题讨论】如何证明一集气瓶中装的是氧气?
【回答】将带火星的木条抻入气体中，若木条燃烧复燃，则证明此气体为氧气。
【板书】氧气化学性质比较活泼，可以支持燃烧(助燃)
【教师讲述】我们说一种物质的性质决定了他的用途，我门来看一下氧气有哪些用途。
【板书】二.氧气的用途
1.供给呼吸
2.支持燃烧(助燃)
【课堂小结】这节课我们学习了氧气的物理性质和化学性质，以及木炭、硫、铁，蜡烛在氧气中燃烧的现象。
【随堂检测】
1.对氧气的物理性质，下列叙述中正确的是()
(A)极易溶于水(B)在标准状况下密度比空气大
(C)在变成无色液体(D)在变成白色固体
2.下列变化中属于物理变化的是()
(A)磷在氧气中燃烧(B)镁条在空气中燃烧
(C)氧气由气态变成液态(D)铁在潮湿的空气中生锈
3.下列物质在氧气中燃烧时，产生有刺激性气味的气体的是()
(A)镁带(B)红磷(C)硫粉(D)铁丝
4.铁丝在氧气中燃烧的生成物是()
(A)氧化铁(B)三氧化二铁(C)四氧化三铁(D)氧化亚铁
5.做细铁丝在氧气中燃烧的实验时，操作或现象不正确的是()
(A)先在酒精灯上加热细铁丝(B)盛氧气的集气瓶底没有水或沙子
(C)生成物为黑色固体(D)剧烈燃烧、火星四射、放出热量
6.检验氧气的方法是()
(A)用火柴去点燃(B)用带火星的木条去检验
(C)倒入澄清的石灰水(D)闻氧气的气味
7.要测定空气中氧气占的体积，最好在空气中燃烧()
(A)碳(B)硫(C)蜡烛(D)磷
8.下列物质在氧气中燃烧时发出明亮的蓝紫色火焰是()
(A)硫粉(B)铁丝(C)木炭(D)镁带
9.下列反应的特征现象分别是：铁丝在氧气中燃烧()，碳在氧气中燃烧()，硫在氧气中燃烧()。
(A)发出明亮的蓝紫色火焰(B)火星四射
1、一次污染物与二次污染物 一次污染物是从污染源直接排出的大气污染物，如颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等；二次污染物则是由污染源排出的一次污 染物与大气正常组分，或几种一次污染物之间，发生了一系列的化学或光化学反应而形成了与原污染物性质不同的新污染物。其毒性一般较一次污染物强。二、常见主要大气污染物简介
据不完全统计，目前被人们注意到或已经对环境和人类产生危害的大气污染物大约有100种左右。其中影响范围广、对人类环境威胁较大、具有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫 、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化含物及光化学氧化剂等。 三、大气污染的类型
大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，危害了人体的舒适、键康和福利或危害了环境的现象。
（1）根据污染物的化学性质及其存在的大气状况，可将大气污染分为还原型大气污染和氧化型大气污染。
（2）根据燃料性质和污染物的组成，可将大气污染分为煤炭型、石油型、混合型和特殊型四类。 四、中国大气污染的特征
中国是世界上大气污染最严重的国家之一，大气污染是我国环境问题中的一个主要问题。我国的经济发展、能源结构、地形及气候条件决定了我国大气污染具有以下特征：
①煤烟型污染是污染的普遍问题，主要污染物是烟尘和二氧化硫；
②汽车尾气污染明显增加，并逐渐上升为城市大气主要污染源，总悬浮颗粒物或可吸入颗粒是影响城市空气质量的主要污染物；
③酸雨分布区域性、季节性明显，污染物成分特点突出，多以硫酸酸雨为主；
④工业“三废”任意排放是目前大气污染的罪魁祸首，但农业引发的大气污染仍不容忽视。
关键词:大气环境;优化措施;火电厂;二氧化硫;氮氧化物
中图分类号:X511 文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)21-0100-02
目前在我国电力结构中,火电占75.6%,水电占23.5%,核电占0.9%,还有一部分风力、太阳能、地热和海洋能等新能源及可再生能源发电。由我国的资源基础决定的这种以燃煤发电为主的能源格局对环境造成了巨大压力,我国95%以上的火电厂是以燃煤为主,我国燃煤火电厂动力用煤的特点就是高灰分、高硫分,而且几乎不经任何洗选等预处理,这就造成了火电厂污染物排放总量大且集中。燃煤火电厂主要大气污染物有烟尘、SO2、NOx等,其中烟尘、S02、NOx等有害物质排入大气中,对大气造成了严重的污染,对环境造成的破坏影响是亟待解决的。
本文以下从火电厂大气污染物控制角度分别阐述大气环境质量的优化措施。
1烟尘控制措施
粉煤灰目前以灰场贮存为主,浪费土地资源,并随其扩散、迁移、积累而污染水、土壤环境。但粉煤灰可以用来填充山沟、低洼地和矿井等,在其上面覆盖土地造田可防治二次污染。另外,粉煤灰也是十分宝贵的资源,可以回收利用,可做建筑材料、筑路、肥料等,用途广泛。目前众多电厂专门建设有煤渣场,并成立了专门的公司经营粉煤灰,效益不错。
火电厂燃烧系统产生的飘尘的化学组成比较复杂,其中有镍、福、铬、铅、钒、砷等有毒化合物,特别是致癌物质苯并[b]芘、苯芘蒽等,通过呼吸道或皮肤进入人体,引起肺癌或皮肤癌。飘尘的危害程度与尘粒的大小及性质密切相关。粒径小于10微米的细颗粒物可长期漂浮在大气中,易进入人的呼吸系统,其中的有害物质会对人体组织造成伤害。大气中的烟尘等颗粒物的主要危害有:遮挡阳光,降低能见度,进而影响天气和交通。
要控制污染源排放颗粒物,主要利用除尘设备。根据除尘机理的不同,除尘器分为:利用颗粒自身的重力除尘的各种沉降室、各类旋风除尘器;利用水来除尘的各种湿式除尘器;利用各种过滤材料除尘的过滤式除尘器。无论从技术角度还是从经济角度来看,在采用大型布袋除尘器要比电除尘器更合理,能提高除尘效率,减少污染,烟尘排放浓度可小于50mg/m3。
2SO2控制措施
火电厂锅炉产生的SO2污染主要来自煤粉中硫的燃烧。煤粉中所含的硫分为可燃硫和不可燃硫两大类。可燃硫一般包括有机硫、硫化物硫以及元素硫,这类硫在煤质分析中称为硫分,在燃烧过程中生成S02或S03;不可燃硫则主要为硫酸盐硫,这类硫在煤质分析中被归于灰分中,因为它不会燃烧生成S02或S03,而产生灰分。可燃硫在燃烧过程中也不会全部转化为S02或S03,原因在于煤中一般含有一定量的CaCO3,它受热分解后形成的氧化钙和二氧化碳气体能将S02或S03固化到灰分中。
SO2在低浓度下主要影响呼吸系统,浓度较高时会造成支气管炎、哮喘病,对有呼吸系统和心脏疾病的人,将导致病情加剧,严重者有致命危险,SO2还是我国酸雨形成的最主要的酸性物质。S02和NOx还能形成无机盐的细颗粒物,加重空气中的细颗粒物污染。
目前火电厂应用较为广泛的烟气脱硫技术有以下几种:
2.1石灰石―石膏湿法烟气脱硫技术
湿法脱硫工艺的成熟、可靠。目前约占整个烟气脱硫市场的80%,而且其中的90%采用石灰石―石膏湿法烟气脱硫技术。该脱硫技术使机组容量约占电站脱硫装机总容量的80%以上。它不仅能处理大容量机组烟气脱硫,而且其脱硫效率可达95%,运行可靠性和脱硫剂利用率超过95%。
2.2海水脱硫技术
海水脱硫技术是利用海水的天然碱性来脱除烟气中的二氧化硫。吸收二氧化硫后的酸性海水与凝汽器排出的大量碱性海水混合后,经曝气池曝气处理,并使海水的pH值与COD达到排放标准后排入大海。该技术不产生废弃物,具有技术成熟、工艺简单、系统运行可靠、脱硫效率高和投资运行费用低等优点,在一些沿海国家和地区得到日益广泛的应用。
2.3喷雾干燥烟气脱硫技术
喷雾干燥烟气脱硫技术一般以石灰为脱硫吸收剂,在吸收塔内,被雾化成细小液滴的吸收剂和烟气充分接触,与烟气中的SO2发生化学反应生成固态产物,同时,吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥,烟气温度随之降低。喷雾干燥烟气脱硫技术具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点,脱硫效率可达85%以上。
2.4循环流化床烟气脱硫技术
该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入吸收塔底部为一个文丘里装置,烟气流经文丘里管后速度加快,在吸收塔内与很细的有吸收能力的粉末互相混合。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出,进入再循环分离器,在此烟气中大部分颗粒被分离出来,经过一个中间仓返回吸收塔,如此反复循环,故吸收剂利用率较高。它具有投资相对较低、脱硫效率高、运行可靠、占地面积较少、操作维护方便的优点。
2.5其他烟气脱硫技术
2.5.1炉内喷钙烟气脱硫技术炉内喷钙烟气脱硫技术是把吸收剂如石灰石粉、白云石粉等喷到炉膛燃烧室上部温度低于1200℃的区域,石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳,氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙或硫酸钙,并随飞灰在除尘器中收集。
2.5.2炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫技术该技术是在炉内喷钙脱硫技术的基础上发展起来的炉内喷钙后在锅炉尾部设增湿段,在尾部增湿活化反应器内,增湿水以雾状喷人,与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙,进而与烟气中的二氧化硫反应,以提高脱硫效率。
2.5.3双碱法烟气脱硫技术双碱法烟气脱硫工艺是在石灰石―石膏法的基础上发展起来的。它先用碱金属盐类如NaOH、Na2CO3、Na2SO3、NaHCO3等的水溶液吸收SO2,然后在另一石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收SO2后的溶液再生,再生后的吸收液再循环使用,最终产物以亚硫酸钙和石膏形式析出。
2.5.4氨水洗涤法烟气脱硫技术氨是一种良好的碱性吸收剂,用氨吸收烟气中的SO2反应速度快,吸收剂利用率高,脱硫产物为硫酸铵化肥。锅炉排出的烟气进入吸收塔,在吸收塔中烟气中的SO2被氨水洗涤吸收除去,烟气经塔顶的除雾器除去雾滴,再经烟气换热器加热后经烟囱释放。
3NOx控制措施
NOx包括氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、五氧化二氮等。通常所说的NO主要是一氧化氮、二氧化氮。在NOx中,一氧化氮约占90%以上,二氧化氮占5%～10%。NOx生成的最大特点就是与煤的燃烧方式及燃烧工况有关,即与燃烧温度、风煤比、传热及煤、空气和燃烧产物的混合程度有关。
一氧化氮和二氧化氮均为有毒气体。与一氧化碳类似,一氧化氮与血液中的血红蛋白的亲和力较高,可结合生成亚硝酸基血红蛋白或亚硝酸基铁血红蛋白。因而会使血液输氧能力降低,引起缺氧症状。若发生高浓度一氧化氮急性中毒,则会迅速产生肺水肿,甚至窒息导致死亡。而二氧化氮除了与碳氢化合物反应生成光化学烟雾外,还有致癌危害。二氧化氮还能与空气中的水汽或水滴及硫氧化物、氧等发生反应产生硝酸,从而对人体、植物和金属造成损害。
NOx是常见的大气污染物质,它能刺激呼吸器官,引起急性和慢性中毒,影响和危害人体健康,还可生成毒性更大的硝酸或硝酸盐气溶胶,是形成酸雨的主要酸性物质之一。降低NOX排放主要措施有两种:一是控制燃烧过程中NOX的生成,即低氮燃烧技术;二是对已生成的NOX进行处理,即烟气脱硝技术。
3.1低氮燃烧技术
为了控制燃烧过程中NOX的生成量所采取的措施原则为:降低过量空气系数和氧气浓度,使煤粉在缺氧条件下燃烧;降低燃烧温度,防止产生局部高温区;缩短烟气在高温区的停留时间等。主要有空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低氮燃烧器几个方法。
3.2烟气脱硝技术
烟气脱硝技术有气相反应法、液体吸收法、吸附法、液膜法、微生物法等。液体吸收法的脱硝效率低,净化效果差;吸附法虽然脱硝效率高,但吸附量小,设备过于庞大,再生频繁,应用也不广泛;液膜法和微生物法是两种新技术,还有待发展;脉冲电晕法可以同时脱硫脱硝,但如何实现高压脉冲电源的大功率、窄脉冲、长寿命等问题还有待解决;电子束法技术能耗高,并且有待实际工程应用检验;SNCR法氨的逃逸率高,影响锅炉运行的稳定性和安全性等;目前脱硝效率高,最为成熟的技术是SCR技术。
4结论
当发展核电,积极利用新能源和可再生能源发电,加大技术改造力度、节能降耗等内容之外,当前最紧迫的任务,就是要加强火电厂的污染物治理,最大限度地减少污染物排放,以保护生态环境。结合发电厂大气环境质量的主要污染物分析,分部从烟尘、二氧化硫、氮氧化物等三大类主要污染物。对以上三类主要大气污染物的控制优化措施进行了罗列与比较,以供同行参考。
进一步提高煤炭的利用率:提高煤炭等矿物燃料转换为电能的效率,加强电源结构调整,加大技术改造力度。重视再循环利用:回收利用煤燃烧后的副产物,变废为宝。可以将烟气中的二氧化硫回收进行加工,。进一步提高脱硫技术的水平:目前投入运行和在建的拥有脱硫设备的发电装机容量达到两千多万千瓦,脱硫设备已经迈出国产化步伐。
参考文献
[1] 周丽.循环流化床锅炉脱硫效率的控制[J].能源技术与管理,2006,(4).
[2] 万点.超临界煤粉蒸汽电厂与IGCC电厂的排放比较[J].燃气轮机技术,2006,19(1).
[3] 蒋德林,周其刚,冯华伟.燃煤电厂脱硫现状及展望[J].能源环境保护,2006,20(3).
关键词：污泥固化；污泥处理；重金属稳定
中图分类号：S141文献标识码： A
一、引言
污泥处理技术处理后的污泥中有机物含量高，易腐烂，有恶臭，并含有寄生虫卵、病原微生物、重金属和多种化合物质，特别是重金属的处理，无法达到卫生填埋标准，重金属通常具有急性或慢性毒性，会以各种方式毒害人体，已经造成了环境污染等一系列严重的后果。因此解决好污泥处理处置问题已成为一项非常紧迫的任务。
二、污泥中重金属的存在形式
污泥组份分为四类：颗粒物、可溶态、胶体态、生物团(细菌碎屑)。在消化污泥中，在上述各组份之间铜、锌和镍等重金属的分配为：附着于生物团上约80％以上；在矿物颗粒和有机碎屑颗粒物上约5％～13％；存在于可溶态和胶状的有机物质中不到3％。颗粒物约占污泥总质量的2％，但它的重金属浓度极高。氧化物、不可溶盐、硅酸盐、氢氧化物或有机络合物是污泥中的重金属主要的存在形式，其次为硫化物，而很少以自由离子的形式存在。重金属最重要的载体是有机质和硫化物，超过50％以上的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr以有机态或硫化物的形式存在。
不同金属元素以及不同类型的污泥中的同一金属元素，其主要存在形式可能有所不同。由于厌氧消化环境处于还原状态，因而较多的金属硫化物形成。研究发现，厌氧消化污泥中以不溶的硫化物形式存在的大约占40％～65％，其它部分则主要与细胞内物质结合了，即与污泥中有机物相结合。
三、固化技术对污泥化学条件的改变及对重金属稳定的影响
与污泥中重金属的稳定性密切相关的是其所处的化学条件，在水处理当中，将污泥中重金属沥滤出往往通过调节污泥的pH值和Eh值的方法，降低污泥的危害。
1、用1：1盐酸和硫酸的淋滤液改变污泥的pH值，以将污泥中的重金属去除。分别测定重金属在不同pH值、酸化时间、污泥固体浓度等条件下的去除效率，除了元素Cr的去除率小于50％以外，其他元素的去除率均在50％以上，有的元素甚至达100％。
2、用0．5mol／L硫酸处理固体质量分数为50～45g／kg的污泥，当pH值达到1.5时，Zn的去除效果为75％～83％，Cu为51％～84％；Pb为46％～80％，当pH值为2.0时，Zn去除效果为56％～90％，Cu为43％----50％，Pb为45％～52％。
3、当固体质量分数和pH值相同时，重金属元素的溶出率大小顺序为：Zn>Cu>Pb。用EDTA对污泥进行处，24h后Cu和Pb的去除率最高，Cd和Mn次之，Cr、Fe和Ni去除率最低。若进行重金属沥滤时采用柠檬酸，随着温度和柠檬酸浓度的升高沥滤效率增大。在pH3～4的酸性条件下，Cu沥滤率为55％～65％，而Zn则达到85％～95％。
金属淋溶效果也受到污泥所处的氧化还原条件的重要影响。还原相物理化学性质的变化主要决定着污泥中重金属的归宿，金属的主要载体可能是还原相。重金属在高Eh值和低pH值时淋溶量最大。因为污泥中金属在高pH值和低Eh值条件下，再沉淀和有机物的再络合得到促进。改变污泥的化学条件能够通过掺入水泥等固化材料，最重要的表现是污泥的pH值因水化产物的产生而提高了。
固化技术改变了固化体的化学条件，从而对重金属起到化学稳定作用，同时当外界化学环境发生变化时，这种化学稳定具有一定的缓冲能力。有研究发现以水泥为固化材料对废物进行固化处理，其滴定曲线存在明显的一个或者多个平台，这是因为固化污泥的pH值降低，首先需要逐级消耗具有不同pH值的水化产物，同时随着pH值降低重金属的浸出增大。
四、固化技术对重金属的生物稳定作用
污泥中会有一群嗜酸性的无机化能自养菌普遍存在，通过其直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、吸附、络合或溶解作用，分离浸提出固相中某些不溶性成分，如重金属、硫及其它金属。
这些细菌主要有以下几种：铁氧化钩端螺旋菌、酸菌属(Acidianus)、硫杆菌属(Thiobacillus)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、嗜酸菌属(Acidiphillium)以及其它兼性嗜酸异养菌。其中氧化亚铁硫杆菌对在污泥中的重金属沥滤作用最为明显，其次为铁氧化钩端螺旋菌和氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)。氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌是实际应用于污泥中重金属生物沥滤最多的菌种，尽管作用机理不同，但重金属去除效果都非常好。在pH≥4.0条件下氧化亚铁硫杆菌不能生存，需加入无机酸进行预酸化后才能进行重金属的生物沥滤，并要求投加FeS04作为基质。其生物沥滤机制可分为两类：直接机制和间接机制。以二价重金属为例，直接机制是氧化亚铁硫杆菌直接把硫化物氧化成硫酸盐(有氧的条件下)而达到沥出重金属的目的。
MS+2O2MSO4
间接机制包括四步反应，Fe2+首先被氧化成Fe3+；
2FeSO4 + 0.5O2 + H2SO4 Fe2(SO4)3+ H2O
Fe3+再将重金属硫化物氧化为重金属硫酸盐，并生成硫酸；
4Fe2(SO4)3+ 2MS+2O2+4H2O 2MSO4+8FeSO4+4H2SO4
硫酸进而与重金属硫化物反应，生成重金属硫化物和单质硫；
MS+ 0.5O2+ H2SO4MSO4+S+ H2O
最后单质硫被氧化成硫酸，pH值进一步降低，重金属沥出，如此循环进行。
S+1.5O2+ H2OH2SO4
以二价金属为例，氧化硫硫杆菌对重金属的生物沥滤也可分直接和间接两种机制。直接机制为：有氧条件下，氧化硫硫杆菌直接将硫化物氧化成硫酸盐而沥出重金属。
MS+2O2 M2+ +SO42―
间接机制为：在有氧的条件下，氧化硫硫杆菌首先将单质硫氧化成硫酸，然后与硫酸反应，使污泥中的重金属溶出。
S+1.5O2+ H2OH2SO4
H2SO4 + sludge―M sludge―2H +M2++ SO42―
五、固化技术对重金属的物理封闭作用
固化剂水化反应形成的体系呈碱性，所以难溶性的金属氧化物、碳酸盐类化合物或氢氧化物，可以由一些重金属离子形成，在水化产物钙矾石表面或孔隙中发生沉降。而水化产物C―S―H凝胶比表面积很大，能够将重金属离子包缚起来或吸附到带电表面，称为物理包裹。Pb通常在水泥熟料颗粒的表面存在，抑制水泥的水化，这主要是因为如碳酸盐、硫酸盐等Pb的化合产物都是不溶性的，表面能不高。通常在水泥颗粒表面Cu会形成不溶性的沉积物，从而水泥的水化被延缓。CuO在C2S水化体系中，CuO被C2S通过物理作用结合了一部分，另一部分则被用于合成一种含Cu―Ca―Si的化合物。水化产物中吸收进了Cr，尤其是C―S―H凝胶中。而Cd离子沉淀并被结合进了Ca(OH)2中。
六、总结
污泥经过固化处理后，其中含有的重金属、有机污染物及病原菌等有毒有害物质能被固化和稳定化于固化污泥中，进而降低其对环境的危害。
参考文献
一、新课程高中化学探究教学设计的内涵
探究性学习是通过学生的学习自主地获取知识，达到某种技能，体验和了解科学探究过程和方法，充当新知识的探索者和发现者的过程。化学是以实验为基础的自然科学。化学实验的功能和探究性学习的特征，决定了化学实验必然是探究性学习的重要途径和方法。
二、新课程高中化学课堂探究教学的展开
1.高中化学探究过程缺乏科学方法论的指导。这就需要教师通过对一系列教学活动的精心设计，变“带着知识走向学生”（授人以鱼）为“带着学生走向知识”（授人以渔），真实地让学生学会探究，在探究中学化学。通过化学实验的“奇异”现象创设情境，可以有效地激发学生强烈的问题意识和探究欲望。例如：滴水着火实验——过氧化钠与水的反应。在胶棉上洒上过氧化钠粉末，用胶头滴管往棉花团上滴水，可使棉花燃烧。在日常生活中用来灭火的水却引发了燃烧，这会引起学生的认知冲突，从而激发学生探究问题的欲望。另外，还可通过改进实验创设问题情境。例如：氢氧化铝的性质实验，将氯化铝溶液逐滴加入氢氧化钠溶液中和将氢氧化钠溶液滴加入氯化铝溶液中的实验现象进行对比。学生看到相同的氢氧化钠和氯化铝两种溶液，因加入的先后顺序不同而出现不同的现象。学生感到既好奇又有趣，探求知识的欲望油然而生，最终把知识融会贯通。
2.丰富学生的知识和经验，提高学生的能力，鼓励学生大胆猜想和假设。某科学家说得好：“没有大胆的猜测，就不会有伟大的发现。”一个优秀的教育工作者就要善于鼓励学生不拘泥于一般的思维方式，大胆地猜测。如，碳与浓硫酸在加热条件下的反应，如何设计实验验证生成物中含有二氧化碳、二氧化硫和水蒸气？学生一般都知道验证二氧化碳用澄清的石灰水，验证二氧化硫用品红溶液，验证水蒸气用无水硫酸铜，而二氧化碳和二氧化硫都能使澄清的石灰水变浑浊。此时就得假设，假设先验证二氧化碳，则二氧化硫也能使澄清的石灰水变浑浊，所以必须在检验二氧化碳之前，先将二氧化硫除尽，而除去二氧化硫之前应先验证二氧化硫的存在，故用三个洗气瓶。第一个装品红溶液，为验证有二氧化硫，第二个装溴水，为除去二氧化硫；第三个装品红溶液，为检验二氧化硫已除尽，这样通入澄清的石灰水变浑浊的一定为二氧化碳。至于水蒸气是先验证还是后验证，这时有的学生想到若先验证二氧化硫或二氧化碳必须通入水溶液，会带出水蒸气，影响产物水蒸气的验证，所以水蒸气必须先验证，即先通过装有无水硫酸铜的硬质玻璃管。这样设计下来，思路流畅，考虑周全，使学生学会了探究实验的方法。
三、新课程高中化学课堂探究教学设计的流程
教学设计流程为：根据教学目标及学生的特性，选择教学资源和教学方法进而设计教学流程。
【案例】浓硫酸的吸水性
【探究方案】
实验1：在托盘天平的左盘放一表面皿，倒入约15mL的浓硫酸，在天平的右盘内添加砝码，将天平调平，静置约15min，观察现象。
实验2：用小刀切一小块富含水分的瓜果，在天平上称其质量，用塑料袋固定，放入装有10～20mL浓硫酸的试剂瓶中，使瓜果块悬于距浓硫酸液面1～1.5cm处，塞上橡皮塞使试剂瓶密封，静置约20min，观察现象。
【实验现象】
实验1：看到天平指针向左倾斜约5小格。
实验2：瓜果块有些萎缩，将瓜果块取出在天平上称其质量，其质量明显减少。
【实验结论】
浓硫酸吸收了水，具有吸水性。
四、新课程高中化学课堂探究教学设计的思考
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