时间：2023-05-29 17:49:41
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇量比的应用，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：柴油机；乙醇-柴油混合燃料；燃油经济性；排放特性
中图分类号：U473.1+4文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.01.007
Study on Economic Performance and Emission Characteristics of Diesel Engine Fueled with Ethanol-diesel Fuel Blends
Zhao Xiaoyang，Chen Zhenbin，Zhang Lei，He Yanan
（ College of Mechanical and Electrical Engineering，Hainan University，Danzhou，Hainan 571737，China）
Abstract：In this paper, butyl alcohol was used as a solubilizing agent to study the compatibility of diesel-ethanol blend fuels, which were made up by the different volume ratio of diesel, ethanol and Butyl alcohol, and to analyze the impact of the diesel-ethanol blend fuels with different ethanol blending ratio on the fuel economic performance of engine and the exhaust gas emissions. The result shows that because of the different atomizing characteristics between the diesel and ethanol, the compatibility is poor, and adding appropriate amount of butyl alcohol can be effective in promoting the homogenization. With the increasing of the ethanol blending ratio in the diesel-ethanol blend fuels, the equivalent fuel consumption increases gradually under the light load circumstance, while decreasing under the high load circumstance. The emission of the CO increases under the light load circumstance, while decreasing under the high load circumstance. Under all circumstances, the emission of the HC produced by combustion of diesel-ethanol blend fuels is higher than that of 0# diesel, while the emission of NOx and soot declines to a certain degree.
Keywords：diesel engine；ethanol-diesel blend fuel；fuel economic performance；exhaust gas emissions
多年来有关乙醇混合燃料在汽油机上的应用研究已经取得了重大进展，而在柴油机上的应用研究却很少[1-2]。为减少我国石油能源消耗，缓和石油的对外依存度，进一步降低柴油机排放污染，通过乙醇替代部分柴油来探索乙醇柴油混合燃料的最佳制备方法，进而了解乙醇柴油混合燃料对柴油机燃油经济性及排放特性的影响仍意义重大。国外从20世纪80年代起就开始重视乙醇作为柴油机代用燃料的试验研究工作，目前处于小范围的试验、试用阶段。日本的洋马公司经多次试验已基本解决了乙醇与柴油混合的分层问题，正着力进行乙醇柴油混合燃料的发动机使用试验。美国ADM公司已开展了乙醇柴油的研究工作，含乙醇15%、其它添加剂5%、柴油80%的乙醇柴油混合燃料已经在柴油车上进行了386 km的行车试验。泰国科学技术和环境部、泰国国家石油公司与美国福特汽车公司合作研究开发生物乙醇燃料用于柴油车。国内在柴油机燃烧乙醇柴油混合燃料的试验研究方面虽然从上世纪90年代早期就已经起步，但其基本途径是对柴油机改进后，采用乙醇与柴油分别供给的方法进行双燃料试验，并取得了可行的结论。而乙醇和柴油直接混合后使用的研究目前还不多[3-4]。
目前，国内外在柴油机上燃烧乙醇柴油混合燃料的研究主要集中在以下几个方面：乙醇柴油混合燃料的理化特性研究；乙醇柴油混合燃料的制备方法以及最佳掺混比的研究；在对发动机参数不做任何调整时燃烧乙醇柴油混合燃料的经济性和排放特性[5]。柴油机燃烧乙醇柴油混合燃料主要通过以下几种方式：（1）熏蒸法，利用醇燃料表面张力及粘度低的特点通过进气管添加乙醇。（2）双燃料系统法，在柴油机上装有两套分开的喷油器系统，其中一套用来压燃纯乙醇。（3）柴油醇燃料，用机械搅拌或添加助溶剂、乳化剂等将乙醇和柴油配置成混合燃料。上述掺烧方式中的前两种，汽车和发动机的结构变化较大，不易于在量产车型和正在使用的柴油机上应用。对于第3种掺烧方式，由于基本不改变发动机结构而最有可能实现商业化 [6]。
本文研究了以柴油、乙醇和正丁醇的体积比为不同比例直接混合所配置混合燃料的相溶性，分析了不同乙醇掺混比的混合燃料对发动机经济性及排放特性的影响[7-8]。（在配置乙醇柴油混合燃料过程中，使用0号柴油采用体积百分数进行计量，即E15表示乙醇占该混合燃料的体积分数为15%，E20表示乙醇占该混合燃料的体积分数为20%，依此类推。）
1 混合燃料的制备与物化特性
1.1 混合燃料的制备
本文试验采用市售0号柴油和99.5%的乙醇作为原料。大量试验研究表明，乙醇与柴油混合的相溶性和稳定性较差，这主要是由于在室温下乙醇和柴油存在一定的密度差，使密度较柴油小的无水乙醇大部分浮在混合液的上面形成分层现象。此外，由于乙醇极易吸水，在乙醇和柴油掺混后，混合溶液对水分和温度都特别敏感，导致混合溶液分层。
在配置乙醇柴油混合燃料时，需在混合燃料中添加适量的正丁醇以得到相溶、均匀、稳定的混合燃料。通过对所配置混合燃料长时间的观察表明，采用正丁醇作为助溶剂可以有效地促进乙醇和柴油均匀混合，采用正丁醇为助溶剂的乙醇柴油混合燃料具有良好的稳定性。
1.2 混合燃料的物化特性
柴油和乙醇的物化特性见表1。在乙醇柴油混合燃料中，通过表1对比可知：0号柴油的低热值和十六烷值均高于无水乙醇，但0号柴油的汽化潜热低于无水乙醇。所以所配置乙醇柴油混合燃料的低热值比0号柴油的低，而汽化潜热比0号柴油的高。随着混合燃料中乙醇体积分数的增大，乙醇柴油混合燃料的十六烷值逐渐降低。
2 试验设备
本文试验是在一台自然吸气式直喷295A水冷直立四冲程柴油机（球型燃烧室）上进行的，发动机主要技术参数见表2。汽车尾气中CO、HC、NOx等气体的浓度采用AVL Digas 4000发动机尾气分析仪来测量；汽车尾气的不透光度和消光系数k采用AVL Dismoke 4000不透光式烟度计来测量；油耗则采用湖南湘仪测试有限公司生产的FC 2210智能油耗仪来测量。本试验在不对发动机任何参数进行调整的前提下，检测了发动机在1 500 r/min 转速下的燃油经济性及排放特性。
3 试验结果与分析
3.1 燃油经济性
为了便于对发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的燃油经济性和燃烧0号柴油的燃油经济性作出比较，本文按能量相等原则将混合燃料的热值折算为与0号柴油热值相当的当量燃油消耗率。
当量燃油消耗率随发动机负荷的变化如图1所示。从图中可以看出，同种燃料随着发动机负荷的增加，当量燃油消耗率逐渐降低。在小负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油的高，并且随着混合燃料中乙醇掺混比的增大而增大；在中等负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的当量燃油消耗率与燃烧0号柴油的相差不大；在高负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油的低，并且随着混合燃料中乙醇掺混比的增大而降低。在发动机负荷为32%时，燃烧E10的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油高1.7%；燃烧E15的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油高2.81%；燃烧E20的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油高2.86%；燃烧E25的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油高8.42%。在发动机负荷为80%时，燃烧E10的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油低1.08%；燃烧E15的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油低1.04%；燃烧E20的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油低0.27%；燃烧E25的当量燃油消耗率比燃烧0号柴油低0.47%。
这种变化趋势是因为乙醇柴油混合燃料的汽化潜热比0号柴油大，混合燃料的着火性较差。在小负荷工况范围内，发动机气缸内温度偏低，而乙醇柴油混合燃料的汽化进一步降低了工质的温度，使当量燃油消耗率随着混合燃料中乙醇掺混比的增大而升高；在小负荷工况时，发动机气缸内供油量少，随着燃料中乙醇的掺入，混合气过量空气系数增大，可燃混合气变稀，局部过稀的混合气不能够维持火焰传播，导致燃烧不完全，使当量燃油消耗率升高。在中等负荷工况时，燃烧乙醇柴油混合燃料的当量燃油消耗率与燃烧0号柴油的当量燃油消耗率相差不大。随着负荷的增加，燃烧过程受汽化潜热的影响逐渐减小。在大负荷工况时，发动机气缸内的供油量加大，随着混合燃料中乙醇掺混比的增大，气缸内混合燃料的含氧量也逐渐增大，氧的助燃作用更加明显，使气缸内混合燃料燃烧更加充分，发动机燃烧过程得到改善，因此乙醇柴油混合燃料的当量燃油消耗率在大负荷工况时有所降低。
3.2 排放特性
3.2.1 HC排放特性
汽车尾气中的HC是由于发动机未燃尽的燃料分解而产生的气体。HC排放量随发动机负荷的变化如图2所示。从图中可以看出，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的HC排放量比燃烧0号柴油的高。在发动机负荷为32%时，燃烧E10的HC排放量比燃烧0号柴油的高76.6%；燃烧E15的HC排放量比燃烧0号柴油的高165%；燃烧E20的HC排放量比燃烧0号柴油的高313%；燃烧E25的HC排放量比燃烧0号柴油的高257%。在发动机负荷为80%时，燃烧E10的HC排放量比燃烧0号柴油的高134.3%；燃烧E15的HC排放量比燃烧0号柴油的高208.9%；燃烧E20的HC排放量比燃烧0号柴油的高291%；燃烧E25的HC排放量比燃烧0号柴油的高338.8%。
这种变化趋势主要是由于在燃烧过程中混合燃料和空气的混合不均匀引起的。发动机燃烧室内的混合气局部过浓或过稀都会引起燃烧不充分而产生HC的排放；可燃混合气在靠近发动机气缸壁面时受到冷激效应的影响，也会导致混合气燃烧不充分而产生HC排放；由于乙醇柴油混合燃料的汽化潜热比0号柴油大，增加了发动机燃烧过程中出现的淬熄层，也会导致HC的排放量增加；由于混合燃料的十六烷值较低，因此混合气的着火延迟期加长，这样就会形成更多的稀混合气，同样会导致混合气燃烧不充分而增加HC的排放量。此外，发动机燃烧室内没有充分燃烧的混合燃料，都将增加发动机的HC排放量。
3.2.2 NOx排放特性
NOx的排放主要是在高温、富氧以及足够的持续时间等这些条件下产生的。NOx排放量随发动机负荷的变化如图3所示。从图中可以看出，发动机燃烧同种燃料的NOx排放量随着发动机负荷的增大而增大。这是因为在转速为n=1 500 r/min时，随着发动机负荷的逐渐增大，气缸内的平均有效压力逐渐增大，最高燃烧温度逐渐升高，因此发动机的NOx排放量逐渐增大。在低负荷工况时，柴油中掺烧乙醇可以明显降低NOx的排放量，并且随着混合燃料中乙醇掺烧比的增大NOx的排放量逐渐降低。在发动机负荷为32%时，燃烧E10的NOx排放量比燃烧0号柴油的低12.4%；燃烧E15的NOx排放量比燃烧0号柴油的低28.1%；燃烧E20的NOx排放量比燃烧0号柴油的低41.7%；燃烧E25的NOx排放量比燃烧0号柴油的低48.36%。这是因为在低负荷工况时，气缸内的温度较低不利于NOx生成，而且乙醇柴油混合燃料中乙醇掺混比越大，混合燃料蒸发所吸收的热量越多，使发动机气缸内的温度越低。因此混合燃料中乙醇掺混比越大，发动机的NOx排放量越低。在高负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料产生的NOx排放量比燃烧0号柴油的略低。在发动机负荷为80%时，燃烧E10的NOx排放量比燃烧0号柴油的低9.78%；燃烧E15的NOx排放量比燃烧0号柴油的低2.3%；燃烧E20的NOx排放量比燃烧0号柴油的低19.2%；燃烧E25的NOx排放量比燃烧0号柴油的低9.67%。这是因为在高负荷工况时，随着发动机负荷的逐渐增大，发动机气缸内的温度逐渐升高，而且随着混合燃料中乙醇掺烧比的增大，发动机燃烧室内的含氧量也逐渐增多，所以混合燃料中乙醇的掺混比越大，NOx排放量就越大。
3.2.3 CO排放特性
汽车尾气中的CO主要是混合气不完全燃烧的产物。CO排放量随发动机负荷的变化如图4所示。从图中可以看出，发动机燃烧同种燃料的CO排放量随着发动机负荷的增大而先减少后增加。在中、低负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的CO排放量比燃烧0号柴油的高；在高负荷工况时，燃烧乙醇柴油混合燃料的CO排放量和燃烧0号柴油的相差不大。在发动机负荷为32%时，燃烧E10的CO排放量比燃烧0号柴油的高10%；燃烧E15的CO排放量比燃烧0号柴油的高50%；燃烧E20的CO排放量比燃烧0号柴油的高100%；燃烧E25的CO排放量比燃烧0号柴油的高95%。在发动机负荷为80%时，燃烧E10的CO排放量比燃烧0号柴油的低20.8%；燃烧E15的CO排放量比燃烧0号柴油的高4.2%；燃烧E20的CO排放量比燃烧0号柴油的低8.3%；燃烧E25的CO排放量比燃烧0号柴油的高37.5%。
这种变化趋势主要是由于乙醇柴油混合燃料的汽化潜热比0号柴油的大。在低负荷工况时，由于混合燃料中乙醇的蒸发需要吸收大量的热量，从而引起燃烧过程中淬熄层增多，所以此时发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的CO排放量比燃烧0号柴油的要高一些；在高负荷工况时，由于混合燃料中含有大量的氧，在发动机气缸内氧气不足的情况下可以起到补充氧含量的作用，从而改善发了动机的燃烧状况，使发动机燃烧混合燃料CO排放量比燃烧0号柴油的低。此外，在高负荷工况时，发动机气缸内温度高，由于混合燃料的汽化吸热而导致燃烧室内的淬熄层减少，因此发动机在高负荷工况时的CO排放量有微小的降低。由于中等负荷与高负荷间的过渡，使高负荷工况下发动机燃烧混合燃料与0号柴油的CO排放量相差不大。3.2.4 烟度特性
汽车尾气中的碳烟是由于柴油机燃烧不完全而产生的微小颗粒。消光系数k随发动机的负荷变化如图5所示。从图中可以看出，燃烧乙醇柴油混合燃料的碳烟排放量比燃烧0号柴油的有所降低。在发动机负荷为32%时，燃烧E10的消光系数k比燃烧0号柴油的低57.14%；燃烧E15的消光系数k比燃烧0号柴油的低50%；燃烧E20的消光系数k比燃烧0号柴油的高11.9%；燃烧E25的消光系数k比燃烧0号柴油的低7.14%。在发动机负荷为80%时，燃烧E10的消光系数k比燃烧0号柴油的低37.6%；燃烧E15的消光系数k比燃烧0号柴油的低39.4%；燃烧E20的消光系数k比燃烧0号柴油的高48.23%；燃烧E25的消光系数k比燃烧0号柴油的低24.8%。在发动机负荷为80%时消光系数k的最大降低率可达48.23%。这是因为混合燃料中氧的增加，从而使发动机燃烧更加充分，降低了碳烟排放，同时，由于乙醇柴油混合燃料的汽化潜热大，从而降低了发动机气缸内的最高燃烧温度，进而减少了混合燃料燃烧的热裂反应，抑制了碳烟的形成。此外，由于发动机燃烧室内部过浓区高分子烃（尤其是芳香烃）高温缺氧裂解也会增加碳烟的形成，但是乙醇中不含有芳香烃，并且C/H质量比低，从而减少了碳烟的排放。
4 结论
（1）在配置乙醇柴油混合燃料时，添加适量的正丁醇作为助溶剂可以有效地促进乙醇和柴油的均匀相溶，正丁醇的掺入可以降低发动机排放中的NOx含量。
（2）发动机燃烧乙醇柴油混合燃料与燃烧0号柴油比较，在中低负荷工况时，当量燃油消耗率随着混合燃料中乙醇掺混比的增大而升高；在高负荷工况时，当量燃油消耗率随掺混比的增大而降低。在低负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的CO排放量比燃烧0号柴油的高；在中高负荷工况时，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的CO排放量与燃烧0号柴油的相差不大。在发动机所有工况下，发动机燃烧乙醇柴油混合燃料的HC排放量均比燃烧0号柴油的高；而燃烧乙醇柴油混合燃料的NOx排放量及碳烟排放量均比燃烧0号柴油的低。
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课题
课题三 利用化学方程式的简单计算（定稿
时间
主备人
年级
九年级
课时
1
课型
教材
简析
本节课是在学生掌握化学方程式质量比内涵的基础上引入的，对于数学方面的计算上，学生应该不存在难度，教材的处理要注意如何完成质量比到化学方程式计算的过渡，让学生真正意识到质量比是化学方程式计算的前提。
目
标
预
设
1、通过练习和教师的有效指导掌握利用化学方程式进行简单计算的格式
2、通过练习会进行化学方程式的简单计算
3、认识到定量研究的重要性
教学
重
难
点
1、化学方程式计算的格式
2、化学方程式的正确书写
3、化学方程式计算的思维定式
课前
学生
知识
储备
1、写出下列反应的化学方程式
氢气燃烧
铁丝燃烧
红磷燃烧
用过氧化氢溶液制氧气
用氯酸钾与二氧化锰混合物制氧气
用高锰酸钾制氧气
电解水
2、完成氢气燃烧、红磷燃烧及氯酸钾制氧气的质量比
3、思考：计算出化学反应中物质的质量比有何用途
教 学 过 程 与 内 容
教师活动
教法策略
学生活动
学习策略
检查课前知识贮备：采取男女竞争板演的方式，要求力争脱离课前知识小卷完成。
引导学生进行检查评判，并强调要完整的书写化学方程式（并让学生交流质量比的含义）
引导
板演，其它学生在练习本上写检查自己的掌握情况
自查纠错
［引入］我们说质量比能够帮助我们进行计算，下面我们就学以致用，让大家来做一次火箭工程师。
［展示］发射火箭是展现国家实力的一个重要标志。在发射火箭时有的利用液态氢作燃料，同时要加载液态氧作助燃剂。如果本次火箭发射需要加载100Kg液态氢，你认为应该同时加载多少液态氧呢？
［在此提出假设：是越多越好，还是按一定比例，要求学生说明依据］
当学生得出应该按一定比例后，提出你能否解决呢，如果解决不了，困难在哪里。
预想，学生会分析出需要知道物质间的质量比，如果学生不能顺利进行，要注意引导：要进行计算，必须提供一个固定的比例。
引导学生化学方程式计算，要先完成质量比
通过独立思考、交流形成质量比的必要性
独立思考
主动交流
注意质疑交流
［尝试练习］
实验室欲制取3.2克氧气，需要多少克氯酸钾？
要求学生独立完成后，小组内交流，并以小组的形式提出自己存在的疑问或问题，并针对出现的问题提出出现问题的原因。
预设：格式存在问题；各物质的质量比可能运算不对；会列出所有物质的质量比。这些问题为解决化学方程式计算的格式提供材料。
意图：正确计算质量比是解题的关键
加强巡视，个别指导，注意归纳学生存在的问题，为讲述解题格式应该注意的问题做准备
尝试练习，通过组内交流解决困难，并注意总结自己的解题困难。
独立分析题意
尝试训练
注意表达与交流
教 学 过 程 与 内 容
教师活动
教法策略
学生活动
学习策略
我们在学习化学式计算时，知道化学计算有自己独特的解题要求，那么化学方程式计算有哪些要求呢？请大家自学P100例题1，并注意与自己的做题格式进行对比 ，看有何不同。归纳利用化学方程式计算的解题步骤。
例题1：加热分解6克高锰酸钾，可以制得多少克氧气？
对自学提出具体的要求，分析格式的重要环节
自学并注意按教师的要求完成相关内容
有目的的阅读
对比
［学以致用］钢铁企业是我镇的支柱产业，已知炼铁的反应原理为
欲炼制224吨铁，至少需要多少吨氧化铁？
要求学生用完整的解题格式解题
加强巡视
个别指导
独立完成
两人板演
结合解题格式进行交流
独立训练
交互判阅
［课上小结］化学方程式计算的三个要领和三个关键
三个要领：格式要规范，步骤要完整，计算要准确。
三个关键：方程式要准确，质量比要正确，已知量、未知量要找对。
要求行政执法机关全P101“学完本课你应该知道”回顾自己的收获。
要与学生展开交流师生共同总结
注意思考、交流与倾听
表述、交流、思考
［课上练习］
1、在实验室里利用红磷除去空气中的氧气，已知共用去红磷6.2克，则这部分空气中含有多少克氧气？
2、在电解水实验中，若产生了64克氧气，则同时能产生多少克氢气？
［课下尝试练习］
欲炼制224吨铁，至少需要多少吨含氧化铁80%的铁矿石？
前两题要求学生独立完成，教师注意观察存在问题，并为下节课的课前知识贮备罗列素材。
课下尝试练习，意在判断学生学以致用的能力，为化学方程式综合运算措底数
作
业
设
计
尝试性应用
巩固性应用
课后练习1、2、4、5
拓展迁移性应用
欲炼制224吨铁，至少需要多少吨含氧化铁80%的铁矿石？
板
书
设
计
第三节：利用化学方程式的简单计算
化学方程式计算的解题格式：
1、解设
2、写出反应的化学方程式
3、列出已知量和未知量的质量比
4、摆好相关的已知量和未知量
5、列出比例式，并求解
姓名:________
班级:________
成绩:________
小朋友，带上你一段时间的学习成果，一起来做个自我检测吧，相信你一定是最棒的!
一、比的意义
(共7题；共12分)
1.
（2分）甲仓库存粮的80%与乙仓库存粮的90%相等。甲、乙两仓库存粮量的比是（
）。
A
.
8：9
B
.
9：8
C
.
3：4
D
.
4：3
2.
（2分）某果园里，樱桃树和桃树的种植比例是4：5，那么樱桃树与这两种果树总棵树的比是（
）
A
.
4：5
B
.
5：4
C
.
4：9
D
.
9：4
3.
（2分）2：3写成分数比形式是
，读作（
）
A
.
二比三
B
.
三分之二
C
.
三比二
4.
（1分）
的倒数是_______，0.35的倒数是_______。
5.
（1分）从甲堆货物中取出
给乙堆货物，这时两堆货物的质量相等，原来甲、乙两堆货物的质量比是_______。
6.
（2分）一项工程，甲队单独做要8天完成，乙队单独做要10天完成。甲乙两队的工作效率之比是（
）。
A
.
8:10
B
.
5:4
C
.
4:5
7.
（2分）下列叙述中，与众不同的“比”是（
）。
A
.
国旗法规定：国旗的长与宽的比必须是3：2
B
.
在这场足球比赛中，601班0：5惨败给602班
C
.
603班男女生人数的比是8：7
D
.
等腰直角三角形的顶角与底角度数比是2：1
二、比的基本性质
(共5题；共9分)
8.
（2分）化简比
=
（
）
A
.
7∶4
B
.
5∶12
C
.
5∶3
D
.
9∶5
9.
（2分）从第一个书架取出
放到第二个书架上，这时两个书架上书的本数相等，原来第一个书架和第二个书架上书的本数比是（
）
A
.
7∶8
B
.
8∶7
C
.
7∶5
D
.
5∶7
10.
（2分）在下面各比中，能与
∶
组成比例的比是（
）
A
.
4∶3
B
.
∶3
C
.
∶
11.
（2分）一个等腰三角形底角度数与顶角度数的比是1：3，它的顶角是（
）度．
A
.
36
B
.
108
C
.
72
D
.
45
12.
（1分）某班人数在40到50之间，男、女生人数的比是5：6，这个班男生有_______人，女生有_______人。
三、化简比
(共4题；共19分)
13.
（2分）能与0.3
:
4组成比例的是（
）。
A
.
4:
0.3
B
.
3:
40
C
.
3:4
14.
（1分）把（1吨）：（250千克）化成最简整数比是_______：_______，它们的比值是_______．
15.
（1分）柳荫小学有学生800人，今天出勤的人数有792人．出勤人数与全校人数的比是_______，出勤率是_______．
16.
（15分）化简比。
（1）
（2）18：6
（3）
日：8时
四、比的应用
(共12题；共28分)
17.
（1分）小圆的周长和大圆的周长的比是3：5，大圆的直径和小圆的直径比是_______，大圆的面积和小圆的面积比是_______．
18.
（1分）三角形的3个内角分别是∠1、∠2、∠3，已知∠1=72°，∠2=35°，那么∠3=_______，这是一个_______三角形．
19.
（1分）在如图扇形统计图中，根据所给的已知数据，若要画成条形统计图，甲、乙、丙三个条形对应的三个小长方形的高度比为_______。
20.
（1分）第一车间男、女工人人数的比是8∶3
（1）女工人数是男工的_______
（2）男工人数是女工的_______
（3）女工人数占全车间人数的_______
（4）男工人数占全车间人数的_______
（5）男工人数比女工人数多_______
（6）女工人数比男工人数少_______
（7）女工人数比男工人数少150人，全车间有_______人．
21.
（1分）学校运动队一共有40人，男队员比女队员多8人．男队员与女队员的比是_______？
22.
（1分）学校买来故事书和科技书共750本，科技书和故事书数量的比是3∶2，学校买来故事书_______本？
23.
（2分）将20g盐溶入1kg水中，这种盐水中盐与水的质量比是（
）。
A
.
1：50
B
.
1：51
C
.
20：1
D
.
21：1
24.
（2分）比值是
的比有（
）个。
A
.
1
B
.
2
C
.
3
D
.
无数
25.
（2分）甲数除以乙数的商是0.4，那么甲数与乙数的最简比是（
）。
A
.
0.4:1
B
.
5:2
C
.
2:5
26.
（6分）一杯盐水，第一次加入一定量的水后，盐占盐水的20%；第二次又加入同样多的水，盐水的含盐百分比变为15%；
（1）第二次又加入同样多的水，盐水的含盐百分比变为15%，则盐：盐水=（_______：_______）。
（2）若第三次再加入同样多的水，含盐率为百分之几？
27.
（5分）张伯伯要为水稻配制一种药水，药液和水质量比是1：500，现在有药液1.2kg，能配制成多少千克药水？
28.
（5分）按要求完成下题
下面的长方形长12厘米，宽2.5厘米，把它分成两个长方形，使两个长方形面积的比是1∶3．
五、综合应用
(共5题；共22分)
29.
（5分）某学校有学生1240人，女生人数的
与男生人数的
同样多，那么男女生各有多少人？
30.
（5分）如图，在一个正方形内画中、小两个正方形，使三个正方形具有公共顶点，这样大正方形被分割成了正方形区域甲，和L形区域乙和丙。已知三块区域甲、乙、丙的周长之比4:5:7，并且区域丙的面积为48，求大正方形的面积？
31.
（5分）下面每个小正方形的面积都是1平方厘米．在方格中沿方格线画一个长方形，使所画长方形的周长是24厘米，长和宽的比是5∶1．
32.
（5分）某种浓缩型洗衣液，根据不同的衣服需要配置出不同浓度的稀释液（如表）。
（1）现在用3200ml的稀释液浸泡一件羊绒衫，需要多少浓缩液？
（2）如果取80毫升的浓缩液洗一件棉质上衣，可以配制出多少稀释液？
33.
（2分）六年级男生比女生多8人，男生与女生人数的比是5：3，男女生各有多少人？
六、精选好题
(共1题；共5分)
34.
（5分）水泥、沙子和石子的比是2：3：5。要搅拌20吨这样的混凝土，需要水泥、沙子和石子各是多少吨？
参考答案
一、比的意义
(共7题；共12分)
1-1、
2-1、
3-1、
4-1、
5-1、
6-1、
7-1、
二、比的基本性质
(共5题；共9分)
8-1、
9-1、
10-1、
11-1、
12-1、
三、化简比
(共4题；共19分)
13-1、
14-1、
15-1、
16-1、
16-2、
16-3、
四、比的应用
(共12题；共28分)
17-1、
18-1、
19-1、
20-1、
20-2、
20-3、
20-4、
20-5、
20-6、
20-7、
21-1、
22-1、
23-1、
24-1、
25-1、
26-1、
26-2、
27-1、
28-1、
五、综合应用
(共5题；共22分)
29-1、
30-1、
31-1、
32-1、
32-2、
33-1、
六、精选好题
关键字：混凝土配合比；普通；质量控制
根据配合方式的不同，混凝土的配合比设计可分为普通混凝土设计、特种性能混凝土及特种材料混凝土等的配合比设计，但不论是哪个类型的混凝土配合比设计都是依据实际工程的具体要求，从结构形式及施工条件的角度出发，对混凝土的组成进行确定，设计内容包括对粗集料、细集料、水、水泥及掺合料的配合比例的确定，即石、砂、水、水泥、外加剂及掺合料等用量及水灰比、砂率、胶骨比等比例的确定。
1做好混凝土配合比设计前的准备工作
为设计出符合施工工作要求并具有良好经济效益的配合比方案，需在配合比设计前做好相关的调查准备工作。
1.1研究图纸要求
对所针对的混凝土配合比设计项目的相关图纸进行深入的研究，对项目用到的混凝土种类做全面的统计及整理，并重点关注混凝土的强度等级及耐久性要求，综合考虑混凝土构件的截面尺寸及构件内部钢筋分布等因素，以确定水泥的种类及粗骨料的粒径大小等设计参数。
1.2关注特殊功能要求
当所设计项目有部分的混凝土工程有如抗渗、防冻等特殊功能设计要求时，应针对此部分的特殊功能，相应地选择水泥种类、粗细骨料及外加剂等。
1.3了解混凝土工程施工的施工工艺
对所建项目的施工机械化程度有所了解，并了解混凝土的运输方式及浇筑方法等，以便确定相关部分的混凝土凝结时间等因素，为最终选择外加剂类型及用量提供依据。
1.4确定项目的经济状况
为实现混凝土配合比设计的经济性的要求，需要关注项目的经济水平，以确定混凝土原料的类型、质量水准及采购量等。
在确定以上诸多的技术参数后，根据相关规范的要求及实际的工程情况，做合理的混凝土配合比设计。
2普通混凝土配合比设计控制
如果不对混凝土的配合比进行严格的管理，那么即使具有质量良好地混凝土生产原材料、先进的生产设备也无法生产出质量合格、经济合理的混凝土。在混凝土的配合比设计中，首先应重视原材料质量的控制，应选用工程性能良好地原材料，而原材料的质量在工程实践中，常常是有波动变化的。为准确把握原材料的质量水平，可以试验室试配时所采用的混凝土原材料的质量水平为标准，结合对原材料的质量验收过程中的数据来预测混凝土的质量变化，并根据预测的结果采取相应的补救措施。结合大量的工程实践，可总结出在影响混凝土工作性能的诸多因素中，混凝土用水量的影响作用最为明显，应从水泥、掺合料、砂子、石子及外加剂等方面共同来确定混凝土的用水量。近年来，砂浆法被用于原材料的检验及配合比的筛选，下文将主要介绍的砂浆法是指使用去掉石子后的C30配合比，使用手工的方法在容器里拌制1升的砂浆，并把拌制好的浆体倒至用于测定水泥的凝结时间的试模里，将浆体刮平，并将试模提起，对30秒钟自然流淌后的浆体直径进行测定。使用这种砂浆的数据要求我们要有经验数据的积累，并寻出砂浆的流动度与相关混凝土坍落度的关系。
2.1砂浆法对原材料的验收
使用定性的方法对原材料进行检验是很重要的方法之一，如在使用粉煤灰时主要利用粉煤灰的需水量比，不同的蓄水量比会直接影响外加剂的掺量的不同，也会引起配合比所确定的用水量，还会对混凝土坍落度损失的大小存在一定的影响，而目前很多的工作人员在进行粉煤灰的验收时，由于需水量比及烧失量试验验收时时间较长，常仅通过负压筛析法进行细度测试，但通过大量的正确的试验，可发现细度越细其需水量比不一定越小。这就要求我们进行验收工作时，应把厂家送来的适合于使用的样品利用标准的方法进行细度、需水量比及烧失量的试验后，再利用此粉煤灰进行砂浆流动度的试验，并将砂浆流动度的试验结果当作定性判定的中值，并在厂家下次来货时，只进行砂浆流动度的数值测定，若其值大于中值一定的数值，则应注意对外加剂掺量进行调整，若其值小于中值一定数值，则应根据数值大小选取处理措施，可采取调整外加剂掺量或配合比的措施来处理可能引起的混凝土质量变化的不良后果，或者作退货处理。
2.2砂浆法筛选配合比的试验
配合比设计是指在达到混凝土的各项要求的前提下，我们对混凝土的各种原材料进行经济合理的一种最佳组合。为实现混凝土配合比的最佳的经济性，应充分发挥混凝土原材料的性能。为按照这种思路，并结合相关工程经验，进行配合比的计算，在计算得到基础配合比后，运用砂浆法进行初试，并观察记录凝结时间及砂浆扩展度的损失情况，依据初试的结果进行相应的配合比调整，然后再选择工作性能最好的两个砂浆进行混凝土试配，以大幅度地较少试验工作量。在进行试验室的配比试验时，不可随意地取一些原材料进行混凝土的试配，所选取的原材料应进行材料性能分析试验，尤其是试验室在使用水泥存放时间长短、标准稠度用水量、砂石含泥量、细度、掺合料细度、空隙率的变化、需水量比及体积密度等参数有变化时，应进行试验数据的重新确定，当在生产过程中出现生产配合比与试验配合比原材料的性能有偏差时，应及时进行原因分析，并积极采取补救措施。在进行混凝土的试配时，应进行混凝土表观密度的测定，在现有的试验室里，存在着当完成混凝土坍落度的测试后，便进行压强度试验，而忽视对混凝土表观密度的测试，其实混凝土表观密度能够准确地测定每立方混凝土的容重，当得到准确的容重后，可根据此数值对混凝土配合比进行相应地调整。
3混凝土配合比设计的质量目标
合理且有针对性的混凝土配合比设计能够满足混凝土工程的诸多质量要求。比如能够确保混凝土在硬化后，能够达到目标强度；保证混凝土的防渗性，及拥有良好的耐久性；良好的流动性及和易性会方便施工操作，避免浇筑过程中因投料不畅而出现工程的缺陷；在满足安全、适用的基础上，应实现降低造价的目标。
4常见问题及质量控制措施
4.1用水量的控制
常出现的问题：
在生产实践中，施工工作者为了施工的便利，并获得较大的坍落度，常常在按设计配合比配制的混凝土中再次加水，而无视对强度带来危害；再加上现场的质量管理工作者的监管不力，常忽视水灰比的控制工作，造成实际用水量大于设计用水量的不良后果，直接影响混凝土硬化后的强度。
有效的控制措施：
在施工现场加强管理力度，对一线的施工工人进行质量控制方面的教育，并对违规加水的操作的严重后果进行通告；负责现场质检工作的质检工作者应按照相关规定，对现场的混凝土作业质量做定期或不定期的检查，切实地对混凝土作业起到监督作用，发现问题后，应及时解决；当由于用水量过大的原因，出现造成混凝土强度受到影响的事故时，质检人员应同相关技术人员研究实际情况，尽力调整配合比，使事故对质量的伤害程度降到最低。
4.2生产配合比的控制
常出现的问题：
由于堆放在施工或生产现场的石、砂等混凝土原料的实际含水量处于不断地变化中，在现场常有试验人员为便于操作使用目测的方法，对现场的石、砂的含水量进行判断，这种不精确的做法，会影响对混凝土配合比的控制。
有效的控制措施：
当堆放在拌和现场的石、砂的含泥量超过了标准时，应在混凝土浇筑前3天完成对石、砂等材料的冲洗，并按照规范的规定在作业前准确得对石、砂的实际含水量进行确定，并根据确定的结果，相应地调整用水量，并相应地调整石、砂的用量。
关键词：制图方法 比较 两片袖
以男西服为例来分析研究两片袖结构，男西服制图规格：号型170/88A，衣长72cm，胸围106cm，肩宽45cm，袖长58cm。胸宽1.5B/10+3.5cm，背宽1.5B/10+3.5cm，袖窿深B/5。男西服衣身绘制完成后，测量袖窿弧线AH为54cm。
一、三种制图方法
1.胸围法
以胸围为基数进行袖子制图，如图1所示，袖肥=胸围/5±定数，袖山高=1.5/10胸围±定数。
2.弧线法
以袖窿弧线为基数进行袖子制图，如图2所示，袖山高=AH/3，袖肥通过袖山斜线AH/2±定数来确定。
3.袖窿配画法
以袖窿弧线的立体形态为依据进行袖子制图，如图3所示，袖山高=AH/3，袖肥通过分段袖窿弧线AB1，B2C，CD的长度来确定。
二、三种制图方法的比较
1.静态比较
根据上述方法制图，并采集数据如表1。按照三种不同的制图方法，设定数值后，制作完成袖山弧线，与袖窿弧线比较，会有一个差值称为吃量。吃量是袖子和衣身缝合的关键要素，三种制图法进行比较袖山所产生的吃量有所不同。胸围法吃量最小，弧线法最大。袖肥量小还是大、袖山矮还是高以及二者之间的关系，可用袖山比表示，袖山比=袖山高/袖肥的比值。通过袖山比可以反映袖子造型实际状况。比值越小，袖子趋向宽松，比值越大，袖子趋向适体，袖比值一般不会超过1。从表1中分析，袖子的适体性从胸围法、弧线法到配画法越来越强。
2.动态比较
从表2中分析，三种制图方法随着胸围的变化，袖山比的变化很小。按照既定的公式和定数制图，袖型基本保持不变。在胸围法制图中，随着胸围的增大袖山高和袖肥都会相应同步增大，在弧线法制图中，袖山高和袖肥也会跟随袖窿弧线长度的增大而同步增大。
要想改变袖型和吃量只有通过调整公式中的定数来完成，吃量与定数两者成正比，随着定数的增大，三种制图方法中的吃量都会变大。而袖山比的调整也可以通过调整定数来完成，但控制起来相对比较麻烦。
三、小结
通过实验比较得出，在不考虑改变公式中定数的前提下，胸围法制作的袖子最宽松，配画法制作的袖子最适体。吃量比较弧线法制图最大，胸围法制图最小。袖子的形态取决于袖山比的大小，在男西服的实际应用中应该根据袖型的风格，选择更加合理的制图方法来设计袖子的结构，以达到更加完美的造型。
参考文献：
倍数或分数加上同等比较结构“as…as…”。如：
This substance reacts one-tenth as fast as the other one. 这个物质的反应速度是另一物质的1／10.
You may talk about the Japanese agriculture being twenty times as efficient as the American... 你可以说日本农业的效率是美国农业的20倍……（比美国农业高19倍）。
2. 数量词、分数、倍数等＋比较级＋than…。如：
China is one-sixth larger than the United States. 中国比美国大1/6。
Mary is eight inches taller than Rose. 玛丽比罗斯高8英寸。
The output of cars in the U.S. last year was 24 percent less than that in 1973. 去年美国小汽车的产量比1973年下降了24℅。
This skirt is 3.5 times more expensive than the one you are wearing.这条裙子比你身上穿的贵3.5倍（三倍半）。
My father is 7 years older than my uncle. 我父亲比我叔叔大7岁。
3. “… times + the + 名词（如：size， height， weight， length， width等）＋ of …”。如：
The earth is 49 times the size of the moon. 地球的体积是月球的 49 倍。
This river is three times the depth of that one. 这条河是那条河的三倍深。
The blue box is 10 times the weight of the black one. 蓝箱子的重量是黑箱子的10倍。
This new square is twice the size of this one. 新广场的大小是这个广场的两倍。
4. 倍数加上“that of…”结构所构成的数量比较结构。that of…代表被比的对象，在实际应用中可根据情况换做其它名词或名词词组。如：
The height of this mountain is 1.5 times that of the one over there.这座山比那边那座高一半。
The thickness of this book is triple that of the one on the desk. 这本书比桌上的那本厚两倍。
5. “… times + more ＋名词＋ than …”。如：
He earns five times more money than he did ten years ago. 他现在挣的钱比十年前挣的多 5 倍。
There are twice more students in our class than in theirs. 我们班的学生人数比他们班多两倍。
6. “… times +as many（或much）＋名词＋ as …”。如：
We’ve produced twice as much cotton this year as （we did） ten years ago. 今年我们生产的棉花比十年前多了一倍。（汉语中的多一倍实际上也指两倍一样多。）
He has got three times as many books as his sister. 他拥有的书的数量是他妹妹的3倍。
Americans eat twice as much protein as they actually need everyday. 美国人每天摄入的蛋白质是其实际需要的两倍。
I have four times as many records as yours. 我的唱片有你的4倍之多。
7. 倍数或分数后接“代词what”引导的分句所构成的数量比较结构。如：
He eats twice what you eat. 他吃的比你多一倍。
The book costs double (of) what it did. 这本书现在的价格是过去的两倍。
His weight is four-fifths (of) what he was five years ago. 他现在的体重是5年前的4／5。
She could pay only one-third (of) what she owned. 她只能还上所欠钱数的1／3。
8. 由表示倍数的“double／triple／quadruple…”组句所形成的数量比较结构，这时这些词既可作形容词、名词，还可作及物动词或不及物动词。如：
32 is the quadruple of 8. 32是8的4倍。
Ten is double five. 10是5的2倍。
I paid triple the price. 我付了3倍的价钱。
He is double my age / His age is double mine. 他的年龄是我的两倍。
The population of the town is triple what it was then. 那城镇的人口是当时的3倍。
Sales quadrupled this year.今年销售额增加了3倍。
He has doubled his income in five years. 他5年内收入增加了一倍。
9. 两倍或两倍以下的数量比较常用结构。如：
His room is as big again as mine / His room is twice as big as mine.他的房间是我的两倍大（比我的大一倍）。
Your bag is half the size of his / Your bag is half as big as his. 你的袋子是我的一半大。
Your piece of cake is half as big again as mine / Your piece of cake is 1.5 times as big as mine. 你的蛋糕比我的大半倍。
10. “more than…”结构加上（by…）。如：
She is taller than I by 3 centimeters. 她比我高3厘米。
This room is larger than that one by 4 times. 这个房间比那个房间大4倍
11. “… times + compared with ＋被比较对象”。如：
The number of the students in our school has increased three times compared with 1992. 我们学校的学生人数比 1992 年增加了 3 倍。
12. 在倍数前，还可以用over， more than 等表示“比……倍还要多”。如：
It was over twice the distance of the earth from the sun. 那是地球到太阳的距离的两倍多。
He has more than three times my money. 他的钱是我的三倍还不止。
13. 各种数量比较结构可交替使用。如：
这家宾馆比那家大5倍。
This hotel is 6 times as large as that one.
This hotel is 6 times the size of that one.
This hotel is 5 times larger than that one.
This hotel is larger than that one by 5 times.
14. 其它数量比较结构的形式。如：
Unemployment has increased 1.5 percent. 失业率增加了1.5﹪。
Its total output value was up 3.6 times in three years. 它的总产值3年增产了3.6倍。
The price of this kind of vegetable has decreased one-third. 这种青菜的价格降低了1/3。
This figure exceeds his estimated by 2.5 times. 这个数值超过了他预算的两倍半。
关键词;复杂地层；剪切模量；地下结构抗震；FLAC3D；层间位移；Mises应力
【中图分类号】TU43； TU45 【文献标识码】A
Abstract：many scholars study the depth of underground structures buried to the seismic response of underground structures by theoretical analysis and numerical calculation. But for the complex foundation, the study of the seismic response of underground structures is not a lot, especially when the structure located in multi-layer soil, and the soil property is significant differences , its impact on the structure has not been studied well. With the help of finite difference software FLAC3D and the 14th line in Beijing Guo zhuangzi station for the study model, by changing the property of the soil to analyze seismic response of structures ,in order to offer useful information in the seismic design of underground structures .
Keywords：Complex foundation; shear modulus ;Underground structure seismic; FLAC3D;Layer displacement;Mises stress;
0引言
1995年发生在日本阪神地震，对Kobe地区21座地铁车站中的6座造成了严重的损害。从此以后，矩形地下结构等大断面结构的抗震设计引起了更多学者的注意。总体上来说,地下结构的抗震设计大都基于周围场地施加到结构上的变形和应变为基础进行的[1]。由于工程地质的复杂性与地下结构形式的不同，在采用数值计算的方法中，许多研究成果大都集中在对结构的地震反应分析停留在定性分析上。在现有的地下结构抗震文献中，有许多有关埋深、材料非线性等对结构抗震性能的影响的文章[2]~[6]，其中有学者指出地下结构在地震作用下受力要比地上结构小，但是存在一个临界深度。也有学者认为考虑材料的非线性对地下结构的抗震性能的优化，具有重要意义。但大部分没有考虑到复杂地层对于地下结构地震反应的影响。有关文献中对土质参数的选择大都基于具体工程案例[7][8]，没有对工程中常遇到的多种工况进行分析，或者让结构处于单一土层中，通过改变土质的工况研究地震响应规律[9][10]。土层性质的变化必然会引起结构地震响应的变化，尤其当结构处在多层土中时，且土层的性质差别显著时。但是目前对于地层对于地下结构地震反应的研究较少，规律还没有揭示清楚，影响了地下结构的安全设计。因此，有很必要对这一现状进行解决。
笔者以北京地铁14号线郭庄子地铁车站为结构模型进行研究，其尺寸如图1所示，利用FLAC3D建立了有限差分计算模型。影响地下结构动力响应的因素众多，包括结构自身的尺寸、埋深、地震波类型及其作用方式等，对每个因素的研究必须以维持其他参数不变为前提。
图1 郭庄子车站结构尺寸图
1 计算模型与工况的建立
本论文研究结构所在土层性质的变化对结构地震反应的影响。为此，通过改变土的剪切模量，研究结构所处土层性质的不同对地铁车站结构的地震动力响应的影响。由于地铁车站结构在纵向属于长型结构，因此数值分析时可按平面应变问题进行处理。所研究的双层双跨段外轮廓为20.9m×13.1m的矩形，顶板厚度为0.7m，底板厚度为0.9m，侧墙厚度为0.7m，柱子截面尺寸为700mm×900mm，隅角部位也参照图3-5所示尺寸。混凝土采用C40混凝土，其弹性模量为3.25E+10pa。实际的立柱为间隔排列，间距为9.75m，在分析平面应变问题时，可以按照抗弯刚度相等的原则将间隔排列的立柱等效成连续分布的墙板[11]，算出折减后的混凝土模量。等效计算如下：
间隔的立柱（1-1）
连续的墙板 （1-2）
由得(pa)
有关研究表明，对于土体的模型，一般认为研究范围取地下结构模型宽度的3倍，并引入人工边界条件，则所得结果与采用无限元所得结果相差不大[12]。为消除模型边界对地震波反射所造成的模拟误差，本文在FLAC3D中选用粘性边界，整个模型尺寸为150m×50m，纵向取1m使其满足平面应变问题的要求。同时划分时网格满足小于等于1/8~1/10波长的尺寸要求。结构上层覆土为6m，深度方向应取至基岩面，本文取至地表以下50m处，假设为基岩层。为了研究车站所处多种地层的性质对结构地震动力影响，设车站结构处在土1与土2两种土层中间，并保持土3的参数不变，由于岩土的泊松比相差不大，地下结构水平地震反应受土体剪切模量因素影响比较大。这也为数值计算中控制单一变量提供了可能。 因此在计算中将所有工况中土体u=0.3，c=10Kpa，ψ=250，ρ=2000Kg/m3。其它参数及工况见下表1，本文中将前6种工况归为一种实际情况，即结构所处的双层土质为上软下硬；后6种工况为上硬下软。参数取值时保证土层2的剪切波速不变，通过改变土层1的剪切波速，通过公式（1-3）来计算土层1与土层2的剪切模量比。
（1-3）
表1工况与场地土物理特性参数
在使用FLAC3D软件进行建模时，各层土体采用Mohr-Coulomb塑性模型作为其本构关系，车站结构取单一均质的弹性本构。结构材料的物理力学参数如下：ρ=2000Kg/m3，E=32.5Gpa，中柱弹性折减后E=3Gpa，u=0.2。由于假设地层50m处为基岩层，因此地震波可以加速度的形式在模型底部输入[12]。对于水平Kobe波加速度记录，本文只取其前10秒钟一段来作为地震输入，加速度记录如图2所示。
图2 水平Kobe波地震加速度记录
图3 分析模型的网格划分
模型初始地应力计算时，X方向采用X方向约束，Y方向采用Y方向约束，模型底部为岩石地基，故采用竖向约束，顶面自由。动力计算时，将X方向边界由粘性边界替换，这种边界可以有效的吸收地震波。所建模型和网格划分结果分别见下图3、图4所示。
图4 郭子庄车站结构网格划分 图5 隅角特征点示意图
2 数值计算与结果分析
根据神户大开地铁车站震害的情况及数值计算结果可知[13]，车站结构的最危险截面是结构各隅角端的应力集中处。因此在后处理数据时，通过编制fish语言获得应力集中点处的Mises应力及层间位移、侧墙总位移。
2.1 最大Mises应力的变化
由于在10秒的作用时间内模型各单元节点的应力、位移都在连续变化，而且各个模型间其危险截面的最大应力或位移值也不是在同一时刻出现，因此在后处理中应用“history write”命令输出上述各危险点处的Mises应力或位移值随时间的变化曲线，并从中找出各曲线的峰值，以峰值作为比较的对象。
在绘制各主要危险截面的Mises应力曲线时，每个截面处应选取两个特征点，而且保证处于同一坐标位置的特征点之间进行比较[62]。以左上部隅角为例，两个特征点位置见图5中1、2两点， 在计算其动力响应时取1点、2点的平均值。其他隅角处也按同样的方式依次选取1、2两个特征点，并保证特征点编号依次从上向下取，在不同的工况下分别计算。由以上分析可知，Mises应力的数据比较共分13组，在13种工况，基本包括了工程中常遇到的土质情况，即不同土质条件下分别计算结构侧墙、中柱左右两端的内力情况。将计算的结果绘制与一张图表中，对比结构处在不同地质状况下的动力响应规律。计算结果如下表所示：
表2 地震波作用下结构侧墙关键点的最大Mises应力（单位：MPa）
基于以上计算数据，以土的剪切模量比为横坐标，以对应的Mises应力为纵坐标，绘制出侧墙各特征点处最大mises应力随剪切模量比的变化曲线，并集于一张坐标纸下，得到如下所示两张曲线图。其中每条曲线的走向表示同一个位置的Mises应力随土的剪切模量比增加的变化趋势。
图6. 地震波作用下左侧墙特征点的最大Mises应力随剪切模量比G1/G2.的变化曲线
图7. 地震波作用下右侧墙特征点最大Mises应力随剪切模量比G1/G2.的变化曲线
2.2 位移变化
在水平地震作用下，基于地下结构抗震分析中的经典反应位移法，我们可知结构在地震作用下的水平位移是衡量地下结构抗震性能的重要指标，也是与一般地上结构抗震分析中的显著区别。因此分析地震作用时考虑结构的位移变化情况是必须的。图表3所示为地震波作用下侧墙、层间侧移与总位移值，图8所示为地震波作用时车站结构的总水平位移与各层间位移随着G1/G2变化的曲线。
表3 地震波下侧墙、层间位侧移总侧移（单位：m）
基于以上计算数据，以土的剪切模量比为横坐标，以对应的位移为纵坐标，绘制出侧墙各特征点处位移随剪切模量比的变化曲线，并集于一张坐标纸下，得到如下所示曲线图。其中每条曲线的走向表示结构不同部位的水平位移随土的剪切模量比增加的变化趋势。
图8 地震波作用下侧墙总水平位移和各层层间位移随G1/G2变化的最大值曲线
3 分析讨论
3.1 Mises应力
由表2绘制的应力变化图6、图7中我们可以看出，左右侧墙的中隅角所受的力比较大，接近侧墙下隅角所受的力，这是因为结构中板与侧墙的连接处与其它点相比相对薄弱，故造成了其在地震过程中受到的力比较大。因此，在实际工程中可以通过适当的增加中板的厚度，加强与侧墙的连接，减小地震作用的影响。并且在图中还可以发现，左侧墙的中隅角的最大Mises应力随着剪切模量比的增加有先增大后减小趋势，这是因为随着上层土质变硬，其对结构提供的约束力也变大，会减弱地震作用力，但是这一过程中必然对应着一个极值，通过计算可以在图中发现，最大Mises应力出现在G1/G2大概为0.1处，也就是说在现实工况中，当结构所在土层为上软下硬的土层时，上层土与下层土的剪切模量比大约为0.1时，此时结构所受的危险更大一些。对左侧墙的其特征点同样也相同的趋势。而当上层土质的剪切模量大于下层土质的剪切模量时，此时对应的工况为上硬下软，由于下层土的相对于上层土的阻尼要大些，可以减小地震的作用，从而在图6、图7中的曲线可以看出，应力随着剪切模量比的增加出现了逐渐减小的趋势。但是这种影响效果不是很明显，从而说明阻尼对地震作用的影响不是很大。对右侧墙来说，同样有这样的趋势。这与其所对应的侧墙位移变化趋势相同。从图中还可以得出，侧墙中隅角的应力为较大。这表明在非单层结构中，侧墙与中板的连接处为地震中易受到破坏的地方，在结构设计中应该注意加强。
3.2 位移
由表3绘制的图8中，可以看出车站侧墙总侧移与各层间的位移随G1/G2的增大均出现了先增加后减少，然后再保持相对稳定的状态，并且结构的最大侧移发生在G1/G2大约为0.1处，这与结构的最大Mises应力的变化相对应，此时所对应的工程土质状况为上软下硬。当G1/G2的比值大于1时，此时结构所在土质状况由上软下硬变为上硬下软的情况。从图中我们发现，在这种工况下位移随G1/G2比值的变化不是很明显，这是因为当结构所在的底层土质较软时，土层的阻尼也会相对的增加，会减小地震波的作用，因此图中出现了减小的趋势。但是这种效果不是很显著，从而也说明了阻尼对地震作用的影响不是很大。
4 结论
由所得数据的比较结果和上述分析可知，在地震作用中当以剪切模量为衡量地层土质的主要参数时，对于地下结构处在上软下硬的土层中时，以上层土与下层土的剪切模量比大约为0.1时，此时的结构处在最危险工况，所以在工程实际中应根据地质状况，计算出结构所在土层的剪切模量比，看是否处在最危险的工况，然后给予充分考虑。然而，当结构处在上硬下软的土层中时，这种影响不是很大。
同时，在计算结果中还可以发现在地震过程中，地下结构在侧墙中隅角的应力比较大。这表明在非单层结构中，侧墙与中板的连接处为地震中易受到破坏的地方，在结构设计中应该注意加强。
地下结构的地震响应计算程序FLAC3D，能够比较准备的模拟地铁车站的地震反应，是适合于岩土工程动力分析的一种好的数值计算软件。
参考文献
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关键词： 对苯二胺；氢的亲核取代
中图分类号：S611文献标识码： A
对苯二胺是一种重要的化工原料，广泛用于染料、洗化、橡胶等工业中。合成对苯二胺的工艺有很多种，其中氢的亲核取代，还原合成对苯二胺的新工艺方法，具有原料价格低廉、反应步骤简化、原子利用率高等特点。
1.实验原理及装置
以硝基苯和尿素为原料，在含有碱的溶剂二甲基亚砜中经氢的亲核取代反应，再经还原制得对苯二胺。实验采用水浴加热、磁子搅拌和带滴液漏斗的回流冷凝装置进行反应设计。
3.实验步骤设计
（1）制备薄层色谱分析用薄板：玻璃板预先洗净烘干，每块玻璃板用1g硅胶加1%CMC水溶液4ml,调成糊状进行涂布。涂好的薄层板在室温晾干后，置于烘箱内活化30min，然后放于干燥箱内保存。
（2）将磁子放入反应器中，连接冷凝管及温度计；把尿素和氢氧化钠溶到二甲基亚砜中，将混合液加入三口烧瓶中，转子搅拌，水浴加热。
（3）当混合物加热到一定温度时，将硝基苯和另一半的二甲基亚砜的混合液用滴液漏斗在一定时间内滴加到反应器中，保持反应温度不变。
（4）薄层色谱法确定反应终点。以硝基苯为标样，将样品配成1%溶液，点于薄板的下端。将展开剂（环己烷：乙酸乙酯=9：2）倒入层析缸，使缸内溶剂气氛饱和几分钟。在反应过程中，每隔一段时间（如30min）,在同一块板上将标样与溶液试样点样，将薄板放入层析缸中展开。展开后，在紫外灯下（波长λ=254nm）观察，观察反映混合物中是否还有硝基苯的存在，来判断反应是否到达终点。
（5）反应结束后，将产物进行提纯，采用水洗、减压过滤。实验制得的产物外观为细颗粒砖红色粉末。
4.实验条件配比初步设计
4.1药品的选择
碱选择氢氧化钠，其价格便宜，提供反应需要的过量碱。
溶剂选择二甲基亚砜。属于极性有机溶剂，可以很好地将反应原料溶于其中，使反应充分进行[2]。
薄层色谱中固定相的选择。因为CMC(羧甲基纤维素）：无毒无味，性能稳定，易溶于水，其水溶液为中性或碱性。
薄层色谱中展开剂的选择。本实验根据被分离混合物的极性特点选择展开剂为环己烷：乙酸乙酯=9：2 [1]。
4.2加热方式、产物处理的确定
4.2.1加热方式
反应滴加完毕后要求温度不变，因此选用水浴加热，很好地把水温控制在反应需要的范围内[3]。
4.2.2产物后处理
反应结束时，反应容器中除了产物对亚硝基苯胺和对硝基苯胺外，还存在过量的尿素和氢氧化钠，溶于二甲基亚砜中。除产物外，其余均溶于水，确定反应产物的分离提纯可用水洗的方法。但产物对亚硝基苯胺和对硝基苯胺微溶于热水，因此在进行水洗过滤时要先冷却，再进行水洗，以免造成产品回收不彻底，影响产率。反应产物的分离提纯为，经水洗、减压过滤，再用烘箱烘干。
4.3最佳反应条件的确定
通过单因素实验确定最优化反应条件。拟采用二甲基亚砜：尿素(重量比)=3：1，氢氧化钠：尿素（物质量比）=1.2：1，硝基苯：尿素（物质量比）=0.7：1。
4.3.1反应温度的影响
选择80℃、85℃、90℃。滴定时间5～10min, 反应时间2h，制得对亚硝基苯胺和对硝基苯胺的产率分别为24.6%、29.2%、27.3%
4.3.2滴加时间的影响
选择5～10min、10～15min、15～20min。反应温度85℃，反应时间2h，制得对亚硝基苯胺和对硝基苯胺的产率分别为29.2%、32.6%、32.7%
4.3.3反应时间的确定
用薄层色谱法分析实验反应时间，考察反应时间对产率的影响。通过实验随着时间的增加，产率递增，直到时间为4.5h，产率维持不变。
4.4反应物配比的确定
4.4.2正交试验设计
⑴最佳范围
本实验氢的亲核取代反应用料量比最佳范围[2]，二甲基亚砜：尿素（重量比）=30：1～1：1，氢氧化钠：尿素（物质量比）=1：1～4：1，硝基苯：尿素（物质量比）为
⑵正交表
采用单一水平正交表。通过9次实验研究并确定反应用料最佳比。（以尿素为基准，取3g。)
二甲基亚砜：尿素
注：滴定时间10～15min, 反应温度85℃，反应时间4.5h.
⑶正交试验结果的极差分析方法
②极差分析的结论
（1）药品对产率影响：二甲基亚砜〉硝基苯〉氢氧化钠。
（2）在最佳用料比范围内，二甲基亚砜量减小则产率增加；硝基苯量增加则产率增加；氢氧化钠量增加则产率增加。
（3）适宜操作为：二甲基亚砜：尿素（重量比）=4：1；硝基苯：尿素（物质量比）=0.9:1;氢氧化钠：尿素（物质量比）=3.5：1。
5.初步设计的最佳实验条件及结伦
二甲基亚砜：尿素（重量比）=4：1；硝基苯：尿素（物质量比）=0.9:1;氢氧化钠：尿素（物质量比）=3.5：1。滴定时间10～15min, 反应温度85℃，反应时间4.5h。产率为：62.8%。说明采用目前研究确定的最佳条件进行反应提高了产率。
由于反应产物颗粒很小，对于产品的处理提纯工作造成了较大的困难，导致实验产率比较低，建议应在产品后处理上进行研究试验，以便找到好的处理方法，提高原子利用率。
参考文献
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关键词 磷；吸附；还原的大颗粒复合体；钢渣；铁精矿
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0069-04
中国是全球水资源最贫乏的国家之一，我国淡水湖泊存在严重的富营养化[1]现象，水体富营养化80% 的原因是由于水中的磷造成，所以降低水中磷是摆在我国水环境治理和维护方面迫在眉睫的任务。目前生态湿地几乎是用于降低大规模水体中磷的唯一方法。但这个方法磷的去除率很低。因此发展一种高效、低成本脱除大规模水体中磷的方法具有重要的应用价值。
我们课题组最初设想用一个填充了廉价钢渣球的直径达几米的塑料圆柱体吸附柱脱除大规模水体中磷。我们和前人研究都表明，磷酸根在钢渣表面的吸附量随吸附温度升高而升高。冬天的时候，为防止柱内结冰和提高磷的吸附量[2]，采用在塑料吸附柱外加一个电磁感应加热[3]线圈装置。电磁感应加热钢渣球中磁性金属铁或磁性四氧化三铁，使钢渣球发热，热量再传递给流经吸附柱的含磷废水，使水不结冰，并提高磷的吸附量。相比传统电阻加热，电磁感应加热技术优点是节能30%以上，加热速度能提高60%，寿命长，无需检修和维护。但是钢渣中铁含量只有10wt.%，电磁感应使钢渣球发热升温的程度不高，而且钢渣中铁一般为三氧化二铁，没有磁性。因此，我们将含铁68wt.%的铁精粉与钢渣粉加少量膨润土粉混合压成直径30 mm的球块，得到复合物前躯体，将此烧结成球块，并用氢气还原球块中三氧化二铁成为有磁性的金属海绵铁和有磁性的四氧化三铁，这样得到的还原球块含铁约48wt.%，电磁感应发热量较钢渣有很大提高。
尽管钢渣和海绵铁用于吸附废水中磷已被前人大量研究过，并且发现效果很好。但是前人研究多用的钢渣粉和海绵铁粉，它们粒径一般小于0.8 mm[4-7]，它们不能用于上述电磁感应加热吸附柱，原因有三：一是钢渣粉和海绵铁粉粒度太小，填充在吸附柱中会使废水流过阻力太大；二是钢渣粉中没有有磁性的金属铁，它在电磁感应作用下不能发热；三是钢渣粉中铁含量太低，只有10wt.%，即使将其中三价铁还原成金属铁，它在电磁感应作用下发热量也太低。我们现在用的大直径还原复合体就解决了以上难题。
但是对于用氢气还原过的钢渣，前人还没有研究过它的吸附废水中磷的性能。此外，对于粒径大于0.8 mm的钢渣粉或海绵铁粉，前人也没有研究过它们吸附废水中磷的性能。
钢渣就是在1600℃吹氧炼钢过程排出的熔渣，它主要是转炉炼钢中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料和造渣材料等。钢渣的密度一般为3.1～3.6 g/cm3，钢渣平均孔径为5.3 nm，具有较大比表面积、孔隙率和比重，易沉淀分离，过滤性能良好。钢渣富含钙、镁、硅、铝、铁[8]，高温下渣中多种金属氧化物熔融在一起，致密坚硬，耐磨、耐酸碱，热稳定性优良，不易产生二次污染。目前我国钢渣利用率仅为10%，数量巨大，目前我国积存有4亿多吨钢渣，占地4万多亩，且每年以数百万吨的排渣量递增，钢渣的处理和排放成了各大钢铁企业不得不面对的难题。因此使用钢渣做脱磷吸附球具有原料来源广，成本低的优点。本文因此考察了用氢气还原过的钢渣和铁精粉大粒径复合体球吸附水中磷的效果，这为大规模工业试验提供基础研究数据。
1 实验部分
1）实验材料。本研究所用钢渣取自某钢厂转炉钢渣，实验前该物料全部破碎至106 mm（150目）以下，钢渣的主要成分含量如表1所示。实验所用铁精粉总铁含量为68.78 wt.%。
表1 钢渣主要成分（wt.%）
CaO SiO2 TFe MnO Al2O3 MgO
50.6 16.58 9.44 7.51 5.57 5.46
将铁精粉，钢渣粉，膨润土，水按质量比50：50：1：10混匀，每次称取20 g混合物装入模具中，在50 MPa压力下，压制成直径为30 mm的球块。把制好的球块放进箱式电阻炉中，从室温缓慢升至350℃加热2小时，焙烧干燥。然后放入管式炉中，先通氩气除尽管内空气，再将炉温升至600℃，此时通入
200 mL/min氢气，并保持2小时，以还原球体中铁的氧化物，制成钢渣和海绵铁复合体。还原球块到所需时间，停止加热继续通氩气冷却，待炉温降至50℃以下时取出。将上述还原好的复合体吸附球粉碎后，做XRF检测，得出具体元素含量如表2所示。
表2 复合体吸附球主要元素含量（wt.%）
Fe O Ca Si Mn Mg Al
48.34 26.7 12.88 7.48 1.17 1.16 0.88
模拟含磷废水用NaH2PO4・2H2O（分析纯）和蒸馏水配成，其中磷的质量浓度为15 g/mL（实测为15.55 mg/L，以P计）。 含磷废水pH值由1 mol/L的HCl（分析纯）和NaOH（分析纯）溶液调节。测定模拟废水pH，每次测定均用标准溶液校验。
真实含磷废水取自北京某污水处理厂二级处理废水，pH为7.01， 污水中磷浓度为15.64 mg/L。
2）吸附实验。取100 mL废液置于具密封塞的塑料瓶中，放入一个还原后的吸附球，将塑料瓶置于振荡箱中，设定吸附温度20～40℃、振荡速度0～200rpm、吸附时间0.5～12 h，吸附完成后取出过滤，最后采用铋磷钼蓝分光光度法[9]测定吸附后滤液中的磷浓度。吸附量是指单位质量吸附球吸附的磷的质量，mg/kg。吸附率是指吸附前后溶液中磷的质量的变化率，%。
吸附量公式 （1）
吸附率公式 （2）
计算得到具体吸附量和吸附率。式中，C0，Ce表示吸附前后水样中磷的质量浓度，mg/L；V0，Ve表示处理的废水吸附前后的体积，mL；m表示吸附球质量，g。
3）分析和表征。①溶液中磷浓度测定：采用铋磷钼蓝分光光度法和ICP-AES测定吸附前后溶液中磷浓度。②XRD物相分析：样品XRD表征用日本理学公司TTRIII多功能衍射仪。③SEM形貌分析：样品SEM和EDS表征用ZEISS Ultra 55。制样之前，先把吸附球表面物质研磨成粉末状，再将其分散均匀。将碳导电胶贴在导电性良好的样品台上，把已分散均匀的粉末平铺在碳导电胶上制成SEM样品。
2 结果与讨论
2.1 实验条件
2.1.1 吸附球块中铁精粉质量与钢渣质量比值的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150rpm，30℃吸附4 h，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。吸附球块中铁精粉质量与钢渣质量的比值对磷吸附的影响见图1。当吸附球块中铁精粉质量与钢渣质量比值分别为5、3、1、0.2，磷的吸附率分别为96.97%、97.03%、95.08%、94.06%，磷的吸附量分别为80.73、86.01、87.42、89.19 mg/kg，由此可见吸附球块中铁精粉质量与钢渣质量比值等于1时，吸附率和吸附量都已经达到较大值，所以优化的铁精粉质量与钢渣质量比值等于1。
2.1.2 球块焙烧温度的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，不同考察焙烧温度下焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150rpm，30℃吸附4h，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。球块焙烧温度对磷吸附的影响见图2。当球块焙烧温度分别为150、250、300、350、450℃，磷的吸附率分别为73.24%、91.37%、94.47%、97.84%、97.60%，磷的吸附量分别为61.36、79.05、81.13、87.69、89.31 mg/kg，由此可见球块焙烧温度在350℃，吸附率和吸附量都已经达到较大值，所以优化焙烧温度为350℃。
图1 吸附球块中铁精粉质量与钢渣质量的比值的影响
图2 球块焙烧温度的影响
2.1.3 球块氢气还原温度的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，不同考察还原温度下还原2 h，振荡速率150 rpm，30℃吸附4 h，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。球块氢气还原温度对磷吸附的影响见图3。当还原温度分别为400、500、600、700℃时，磷的吸附率分别为19.10%、67.00%、92.24%、93.51%、93.64%，磷的吸附量分别为15.14、61.25、77.41、82.94、85.44 mg/kg，还原温度在600℃，吸附率和吸附量都达到较大值，所以优化还原温度为600℃。
2.1.4 球块氢气还原时间的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，不同考察焙烧温度下焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150 rpm，30℃吸附4 h，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。球块氢气还原时间对磷吸附的影响见图4。当球块还原时间分别为30、60、90、120、150 min，磷的吸附率分别为72.46%、82.19%、88.28%、93.91%、95.99%，磷的吸附量分别为60.17、65.51、73.78、75.94、84.59 mg/kg，由此可见球块还原时间在
120 min，吸附率和吸附量都已经达到较大值，所以优化还原时间为120 min。铁精粉和钢渣中铁多以三价铁形式存在。这说明球块中三价铁还原程度越高，球块吸附磷的能力越强。
图3 球块氢气还原温度的影响
图4 球块氢气还原时间的影响
2.1.5 吸附振荡速率影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，不同考察振荡速率下30℃吸附4 h，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。吸附振荡速率对磷吸附的影响见图5。当转速分别为0、100、150、200 rpm，磷的吸附率分别为41.31%、90.31%、94.97%、98.36%，磷的吸附量分别为35.39、74.65、75.46、80.57 mg/kg，由此可见振荡速率在150 rpm，吸附率和吸附量接近最大值，所以优化振荡速率为150 rpm。
2.1.6 吸附温度的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150 rpm ，30℃吸附4 h，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。吸附温度[8]对磷吸附的影响见图6。当吸附温度分别为20、30、35、45℃，磷的吸附率分别为96.58%、98.54%、97.14%、97.41%，磷的吸附量分别为79.35、80.67、76.04、78.74 mg/kg，由此可见吸附温度在30℃，吸附率和吸附量达到最大值，所以优化吸附温度是30℃。
图5 吸附振荡速率的影响
图6 吸附温度的影响
2.1.7 吸附时间的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150 rpm ，吸附温度30℃，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。吸附时间对磷吸附的影响见图7。当吸附时间分别为0.5、3、4、6、8、12 h，磷的吸附率分别为48.32%、96.63%、97.98%、98.30%、98.10%、98.44%，磷的吸附量分别为41.18、60.87、72.99、76.16、80.36、82.29 mg/kg，由此可见吸附时间在4 h，吸附率和吸附量都已经达到较大值，所以优化吸附时间为4 h。
2.1.8 液固比值的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150 rpm，吸附温度30℃，废液初始浓度15.55 mg/L，pH=7.00。液固比的值对磷吸附的影响见图8。当液固比值分别为5.73、3.57、2.77，磷的吸附率分别为89.82%、95.30%、98.37%，磷的吸附量分别为81.29、53.74、43.14 mg/kg，由此可见液固比的值等于5.73时，吸附量达到最大值，所以液固比越大，磷的吸附量越大。
图7 吸附时间的影响
图8 液固比的值的影响
2.1.9 溶液pH值的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，振荡速率150 rpm，30℃吸附4h，废液初始浓度15.55 mg/L。溶液pH值对磷吸附的影响见图9。当溶液的pH值吸分别为2、4、6、10，吸附率分别为100%、98.78%、96.96%、97.10%，吸附量分别为96.84、95.76、91.06、90.70 mg/kg，由此可见溶液的pH值等于2时，吸附率和吸附量达到最大值。考虑实际取用的废水pH是7.01，所以实验配制的含磷溶液pH调至7.00。
2.1.10 溶液初始浓度的影响
具体实验条件：吸附球块质量m≈20 g，铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2h，振荡速率150 rpm，30℃吸附4 h，废液pH=7.00。溶液初始浓度对磷吸附的影响见图10。当溶液初始浓度分别为1.41、5.88、10.11、15.44 mg/L，吸附率分别为20.37%、62.51%、81.10%、93.00%，吸附量分别为1.52、20.83、44.94、80.60 mg/kg，吸附率和吸附率随溶液初始浓度的增大而增大，考虑实际废水中磷浓度为15 mg/L，实验配制的含磷溶液中的磷浓度为15.55 mg/L。
图9 溶液pH值的影响
图10 溶液初始浓度的影响
2.1.11 真实废水磷吸附
表3 真实废水的吸附率和吸附量
吸附前P浓度（mg/L） 吸附后P浓度（mg/L） 吸附球质量（g） 吸附率（%） 吸附量（mg/kg）
15.46 1.09 17.83 92.98 80.63
（铁渣比=1，m≈20 g，350℃焙烧2 h，600℃还原2h，振荡速率150 rpm，吸附温度30℃，吸附时间4 h，废液pH=7.01）
优化条件下真实废水磷吸附情况见表3。从真实废水吸附结果来看，吸附率为92.98%，吸附量为80.63 mg/kg，故真实废水的吸附情况和实验废水的吸附情况基本一致。
2.2 吸附球表征
为了解吸附后磷以什么形式存在于吸附球表面，取其中一个吸附后球块，刮取球块表面白色物质做XRD、SEM检测。
2.2.1 XRD物相分析
图11 样品XRD物相分析
（铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，吸附温度30℃，振荡速率150 rpm吸附时间4 h，废液pH=7.00）
由图11 XRD物相分析，检测出吸附球表面粉末可能含有的物相是Fe3O4、Fe、FeO、Fe3（PO4）2、SiO2。因此吸附后球表面的磷很可能主要以Fe3（PO4）2形式存在。也就是说吸附球表面二价铁离子（Fe2+）起吸附磷酸根（）作用。球表面Fe3O4和FeO含有二价铁离子。球表面二价铁离子来源于铁精粉和钢渣中还原的三价铁离子（Fe3+）。这解释了图3和图4显示的球块中三价铁还原程度越高，球块吸附磷的能力越强这一
现象。
2.2.2 SEM形貌分析
刮取吸附球表面的粉末做SEM检测得到物质形貌（图12），面扫描得到的粉末成分见表4。
图12 吸附后吸附球表面粉末SEM形貌
（铁渣比=1，350℃焙烧2 h，600℃还原2 h，吸附温度30℃，振荡速率150 rpm吸附时间4 h，废液pH=7.00）
图13 吸附后吸附球表面粉末EDS能谱图
（铁渣比=1，350℃焙烧2h，600℃还原2h，吸附温度30℃，振荡速率150rpm吸附时间4h，废液pH=7.00）
表4 EDS主要元素含量
Element O Mg Al Si P Ca Fe
Weight% 41.64 1.95 1.53 7.45 2.20 19.10 22.01
Atomic% 64.36 1.99 1.40 6.56 1.75 11.79 9.74
由表2可知，吸附前复合体球中基本没有磷。由表4可知，吸附后复合体球中磷含量为2.2wt.%，这表明了磷在复合体球表面发生了吸附。由图12 SEM形貌图片可以看出吸附球表层物质呈白色碎片状。
3 结论
通过以上实验得到如下结论。
1）吸附率和吸附量随振荡速率的升高而增大，到达150rpm时达到平台值。
2）吸附率和吸附量随温度的升高先增大后又减小，在30℃时达到最大值。
3）吸附率和吸附量随吸附时间增大而升高之后又几乎不变，4 h最佳。
4）吸附率和吸附量随球块还原时间增大而增大，在
120 min时吸附率和吸附量均较大。
5）吸附率和吸附量随球块还原温度上升而增大，在600℃时吸附率和吸附量均较大。
6）吸附率和吸附量随球块焙烧温度上升而增大，在350℃时吸附率和吸附量最大。
7）吸附球块中铁精粉质量与钢渣质量比值越小吸附量越多，在比值等于1时最佳。
8）吸附率和吸附量随液固比的值增大而增大，在液固比的值等于5左右时最佳。
9）吸附率和吸附量随溶液pH增大而减小。
10）吸附率和吸附量随废液中磷初始浓度的增大而增大。
基金项目
国家自然科学面上基金资助项目（50874011）；北京科技大学本科生科技创新项目（14020118；14020367）。
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作者简介
[关键词] 两性聚丙烯酰胺 反相乳液聚合 絮凝性能
两性聚丙烯酰胺（AmPAM）的分子结构较为独特，因而具有特殊的性质[1]。它是一种人工合成的多功能高分子聚电解质，分子链上同时含有阴、阳离子基团，具有很好的水溶性、很高的分子量和良好的粘性容量。与仅有一种电荷的阳离子或阴离子聚丙烯酰胺相比，不仅兼有二者的综合性能，而且有明显的“反聚电解质效应”和pH值适用范围广等特点，在石油开采、污水处理、造纸助剂等方面具有广泛应用前景，因此研究和开发AmPAM对国民经济发展和环境保护有着极其重要的意义。
乳液状聚丙烯酰胺由于存在形态的改变使产品具有表观粘度低、水溶性好的特点，适合高效工业化生产的要求。本文通过反相乳液聚合法，加入引发剂进行自由基聚合反应，制得两性聚丙烯酰胺乳液。
1 实验部分
1.1 仪器
电热恒温水浴锅，上海仪表（集团）供销公司；精密电子天平，上海精密科学仪器有限公司；乌氏粘度计，成都科析仪器成套有限公司；WF-721E型分光光度计，上海光谱仪器厂；傅立叶红外光谱仪，美国Perkiin-Emler公司；三口烧瓶，量筒，磁力搅拌器，真空烘箱。
1.2 试剂
丙烯酰胺（AM），分析纯，天津福晨化学试剂厂；液蜡300#，分析纯，天津博迪华工厂；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC），分析纯，杭州格林达化学有限公司； Span60，化学纯，上海化学试剂公司；Tween80，化学纯，天津福晨化学试剂厂；亚硫酸氢钠（NaHSO3），化学纯，上海试剂总厂；过硫酸钾（K2S2O8），分析纯，上海试剂一厂；丙烯酸（AA），分析纯，天津福晨化学试剂厂。
1. 3 实验方法
在装有搅拌器的三口反应烧瓶中，加入一定量的油相分散介质（液蜡）和乳化剂（Span60 /Tween80），在一定温度下搅拌一段时间后，加入一定质量分数的丙烯酰胺（AM）溶液、丙烯酸（AA）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC），再加入引发剂（K2S2O8/NaHSO3），保持温度不变，匀速搅拌（转速约为200 r/min）反应6h，制得两性聚丙烯酰胺乳液。
1.4 性能测试与结果表征
1.4.1 相对分子质量的测定
按GB12005.1-8 9和G/T12005.10-92用乌氏粘度计测定，再按下式计算平均相对分子质量MV[2]。
式中：
M―相对分子质量；
[η]―特性黏数。
1.4.2 丙烯酰胺单体残余量的测定
在试样溶液中加入过量的溴酸钾－溴化钾溶液，再用碘化钾还原未反应的溴而生成碘，用硫代硫酸钠标准溶液回滴析出的碘。
聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺含量按下式计算[3]：
式中：
AM―聚丙烯酰胺单体残余量，%；
V1―空白实验所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL；
V2―试样所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL；
C―硫代硫酸钠标准溶液的浓度，mol/L；
M―试样质量，g；
S―试样固含量，%。
1.4.3 阳离子度的测定
阳离子度CD（Cationic Degree）指的是大分子阳离子结构单体单元占结构单元总数的百分率，采用沉淀滴定法[4] 测定。
1.4.4 阴离子度的测定
检测共聚物的阴离子度实质是测定两性聚丙烯酰胺分子中的羧酸基所占的百分比，采用盐酸滴定法[5] 测定。
1.4.5絮凝性能测定
量取100mL经聚合氯化铝PAC（用量30 mg/L）预处理的生活污水置于具塞量筒中，加入一定量的絮凝剂后，翻转量筒数次，直到药剂混合均匀为止。将量筒竖放，静置一段时间后用WF-721E型可见分光光度计在室温、610nm下测其上清液透光率值 [6]。
2 结果与讨论
2.1 丙烯酰胺－丙烯酸共聚物合成
2.1.1 引发剂浓用量（质量分数）的影响
按自由基聚合机理，当引发剂用量较少的时候，聚合反应速率慢，链增长不能顺利进行，因此相对分子质量较小，单体转化率较低；随着引发剂用量增加，在同样温度下，体系中的自由基浓度增加，引发速率加快，增加引发剂用量有利于提高聚合物的黏度，即聚合物的分子质量[7]，同时更多单体参与聚合反应，单体转化率提高；但是到一定程度后再继续增加引发剂用量，会导致引发速率增加过快，自由基浓度增加过快，反应热不易散开，致使分子链断裂，相对分子质量降低。从图1可以看出，引发剂用量为0.6％时，单体的转化率最大，聚合物的相对分子质量也较高。
2.1.2单体用量（质量分数）的影响
当单体浓度过低时，单体之间接触和碰撞的几率小，不利于分子链的增长，且反应速率慢，时间长，聚合不完全；单体用量的增加使得反应速率变大、聚合周期变短，因此聚合物黏度变大，相对分子质量也就增大，更多的单体参与反应，从而使单体转化率增大；但是单体用量超过一定值时，过量的单体较难参加聚合，聚合放出的热量不能及时散出，大量的聚合热又破坏了乳化作用，造成反应中的“破乳”，甚至出现交联，导致聚合物相对分子质量和转化率降低。从图2可以看出，当单体质量分数为30%时，聚合物的相对分子质量和单体转化率都较高。
2.1.3油水质量比的影响
在反相乳液聚合中，油相作为连续相起着分散液滴的作用，同时也影响体系的散热情况、聚合过程、乳液粒大小、形态和稳定性。当油水质量比较低时，体系中单体质量浓度较高，有利于聚合反应进行，聚合物相对分子量和单体转化率均增加；当油水相比较高时，油相对单体起了稀释作用，体系的单体质量浓度下降，阻碍了聚合反应进行，不利于生成高分子质量的聚合物，单体转化率也下降。从图3可知，随着油水质量比的增加，相对分子质量和单体转化率先增后减，当油水质量比为1.4:1时，相对分子质量最高，此时单体转化率也较高。
2.1.4 反应温度的影响
引发剂分解为自由基需克服其活化能，一般是经热分解生成具有活性的带点引发离子。聚合反应链引发、链增长均与体系温度密切相关。在较低温度下，引发剂分解及自由基活性均受影响，活性基与单体作用较弱，有碍聚合链增长，因此聚合物相对分子质量不大，单体转化率不高；随着温度的升高，链引发速率常数增大，聚合物相对分子质量增加，同时，乳胶粒布朗运动加剧，使乳胶粒之间进行撞合而发生聚结的速率增大，故单体转化率增大；但是在较高温度下（>50℃），链引发速率常数和链终止速率常数同时增大，反应速度过快使得聚合物特性黏度反而有下降趋势，因此聚合物相对分子质量下降；而且高温会使乳胶粒表面上的水化层减薄，从而导致乳液稳定性下降，因此单体转化率降低。从图4可以看出，聚合物相对分子质量和单体转化率随着温度的升高先增后减，当温度为40℃时，相对分子质量和单体转化率达到最大值。
2.1.5单体摩尔比的影响
由于反相乳液聚合的引发和粒子成核都是在单体珠滴内，未成核的单体珠滴不断地将自身单体扩散到成核的液滴中成长为乳胶粒，而阴、阳离子单体具有较强的空间效应和电荷排斥作用，当阴、阳离子单体用量达到一定值后，若继续增加，单体的扩散速率和反应活性下降，从而导致了聚合物相对分子质量和单体转化率的下降。
从表1可以看出，随着阴、阳离子单体用量的增加，共聚物的相对分子质量和单体转化率不断增大，当n（AM）:n（DMC）:n（AA）为1:0.6:0.3时，相对分子质量和单体转化率达到最大值，之后开始降低。此时，阳离子度可达31.2％，阴离子度可达20.3％，且阳离子度和阴离子度的比例最大，有利于提高聚合物的絮凝性能。因此选择该值作为三种单体聚合反应的摩尔比。
2.2 AmPAM的絮凝性能实验
2.2.1絮凝剂用量的影响
絮凝剂用量直接影响到絮凝剂的絮凝效果。絮凝剂用量太少，电性中和少，吸附架桥作用较弱；用量增大，刚开始吸附量也随之增大，有利于电性中和与吸附架桥，但絮凝剂同时兼具有分散作用，用量过大时，大量的高分子絮凝剂吸附在吸附颗粒上将其包裹，使颗粒保持分散，即不能凝聚。从图5可以看出，AmPAM用量为12.5 mg/L，生活污水透光率达到最大值95.5％，继续增加絮凝剂用量，透光率开始降低。因此，AmPAM的最佳用量为12.5 mg/L。
2.2.2 pH值的影响
pH值对絮凝剂的性质和胶体颗粒表面的电荷都有很大的影响，不同的pH值条件下，AmPAM分子链中各种基团的离解度不同，使大分子链的电性中和和吸附架桥作用不同。在碱性条件下，聚合物分子中的酰胺基（－CONH2）会发生水解反应，产物粘度急剧降低，同时，水不溶物增加，使吸附桥连作用减弱。同时，由于共聚物AmPAM中含有季铵结构，在酸性条件下可与H+结合而带正电，从而形成带正电的铵离子。因此，两性聚丙烯酰胺在酸性条件下离子性增强而有利于絮凝沉降。但是pH值太小，会抑制阴离子基团的解离，削弱了阴、阳离子在絮凝过程中的协同效应，因此pH值并非越小越好。
从图6可以看出，AmPAM处理生活污水时，随着pH值的升高，透光率先增后减，在pH值为6的时候，透光率达到最大值95.5％，之后开始下降。因此，处理生活污水的最佳pH值为6。
2.2.3温度对絮凝效果的影响
温度越高，絮凝效果越好。因为水温的提高使水的黏度显著降低，微粒运动的阻力变小，布朗运动增强，微粒间的碰撞机会增加，有利于粒子彼此间的碰撞和絮体的生成与长大，其结果提高了絮凝效果。但是两性聚丙烯酰胺属于高分子链聚合物，温度升高到一定程度后，再继续升温，会使得大分子链中断而大幅度地降低其絮凝效果。
从图7可以看出，AmPAM处理生活污水时，随着温度的增加，透光率先增后减，温度为30℃时，透光率达到最大值95.5％，之后开始下降。因此温度控制在30℃为宜。
3 结论
3.1 当引发剂用量为0.6％，单体用量为30％，油水质量比为1.4:1，单体摩尔比n(AM): n(DMC):n(AA)为1:0.6:0.3，聚合反应温度为40℃时，得到的产品综合性能最佳。
3.2 絮凝性能实验表明，AmPAM具有良好的絮凝性能。处理生活污水时，当絮凝剂用量为12.5mg/L，pH值为6，温度为30℃时，絮凝效果最佳。
参考文献
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关键词: 热塑性弹性体SBSCPESBS-g-MAH共混相容性
1 引言
1.1 SBS的特性及改性与应用
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)是一种性能优良的热塑性弹性体, 它具有弹性好、拉伸强度高、摩擦系数大、低温韧性好、电性能优良、易于加工、废料可再利用，节约原料和能耗等优点。SBS主要用于橡胶制品、塑料改性剂、胶粘剂和沥青改性四大领域。
1.2 CPE橡胶的结构、性能、合成工艺及应用
氯化聚乙烯（CPE）是乙烯、氯乙烯和1，2―二氯乙烯的三元共聚物。外观为白色或微黄色固体,为无毒无味的聚合体，可分为树脂型氯化聚乙烯（CPE）和橡胶型氯化聚乙烯（CM）。CM的合成工艺主要有溶剂法、气相法和水相悬浮法三种。CPE橡胶具有的CPE优良性能，是一种新型的弹性体，在橡胶领域具有广阔的的应用前景。
1.3 本课题研究的目的和意义
SBS具有弹性好、拉伸强度高、摩擦系数大、低温韧性好、电性能优良、等优点，但耐热性差，力学强度较低，抗蠕变性差。鉴于CPE具有耐候性、耐臭氧、耐化学药品腐蚀及耐老化性能和良好的相容性。利用二者的优点，制备出一种综合性能优良的聚合物增容剂和抗冲改性剂。
1.4 本课题的主要任务
本文通过用马来酸酐（MAH）改性SBS，用溶液法合成出接枝聚合物SBS―g―MAH，并用红外光谱表征SBS―g―MAH的结构，用酸碱滴定法测定接枝产物的接枝率，同时采用TG研究SBS及其接枝产物SBS―g―MAH的热性能。最后分析了CPE/SBS―g―MAH/SBS三元共混体系的力学性能，以此来考查该体系共混效果，并希望为以后展开这方面的研究提供方便。
2 实验部分
2.1 主要原料
氯化聚乙烯(CPE) :氯质量分数36 %;马来酸酐(MAH) :分析纯;
过氧化二苯甲酰（BPO）:化学纯; 二甲苯: 分析纯;
丙酮: 分析纯,; 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）:YH503, 工业级;
2.2 实验设备与仪器
DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器Nicolet 380型智能FT-IR红外光谱仪CP-25型冲片机 TH200A型硬度计 1-5规格5KN电子拉力试验机WG2003型台式干燥箱 BS-124-S电子天平SHZ-D（Ⅲ）循环式真空水泵
2.3 接枝机理
MAH本身难以均聚,在与SBS接枝反应过程中通常是以单个分子或短链的形式悬挂在SBS分子的主链上或侧链上，从下述接枝反应式可知，BPO可能引发烯丙位和双键。
2.4 接枝产物的制备与纯化
在装有搅拌器、温度计的250mL和三口烧瓶中加入50mL二甲苯和适量比的SBS和MAH，用水浴控制温度达到恒定温度，当SBS和MAH全部溶解后，加入与SBS一定质量比的BPO引发剂，水浴恒温80℃，反应4h。将反应液倒人丙酮中沉淀，过滤得到不溶物质为SBS交联物，然后向滤液中加入甲醇，沉淀并过滤, 得到不溶物质为接枝后的SBS。将制得的接枝产物在80℃用丙酮回流抽提14h以上，以彻底除去未反应的MAH单体、晾干,经60℃真空干燥即得接枝聚合物SBS―g―MAH。
2.5 酸碱滴定法测定接枝率
用电子天平准确(精确至0.0001g)称取0.2g经过抽提纯化后干燥过的接枝聚合物SBS―g―MAH试样, 置入250mL的三颈瓶中,加入50mL的二甲苯, 并滴加微量水。加热(温度120℃) 回流2h以上, 然后用已经标定的浓度为0.1mol/L的KOH/乙醇溶液、草酸无水乙醇溶液对上述溶液趁热滴定, 指示剂为酚酞。SBS―g―MAH的接枝率() 可用以下方程式表示:
（1）
式中: ――SBS―g―MAH 试样的质量(g) ;
――KOH/乙醇溶液溶液的体积(mL) ;
――KOH/乙醇溶液的浓度(mol/L) ;
――草酸/无水乙醇溶液的体积(mL) ;
――草酸/无水乙醇溶液的浓度(mol/L) ;
2.6 共混物的制备及性能测试
2.6.1 制备工艺
将CPE、SBS和SBS―g―MAH三组分先混合均匀，待密炼机温度达到90℃时，将三组分混合物一起加入密炼机进行混炼，螺杆转速45r/min，混炼5min后，然后将其取出,待密炼机温度达到110℃时，再混炼5min。冷却后，在开炼机上薄通几次，制成一定形状的薄片，以利于热压成制成板材，测试样条在平板硫化机上150℃热压成约3.4mm 厚片材样品，热压时间共4min。最后按要求制成哑铃型试样。
2.6.2 性能测试
(1) 拉伸性能: 参照GB1040―92 标准。力学性能测定：将哑铃型试样电子拉力试验机进行应力―应变试验，温度2l℃，拉伸速率为80 mm／min。
(2) 邵尔A 硬度测试:按照GBPT531―92 ,采用手持硬度计的方法测定。
3 结果与讨论
3.1 SBS―g―MAH的红外光谱分析
在SBS接枝MAH的改性研究当中，由于产物经过纯化、真空干燥、高温压膜三个步骤已经排除了未反应MAH单体、均聚物、残留引发剂和低分子物质，所以可以根据红外光谱图中出现的接枝单体MAH的特征吸收峰来判定接枝单体是否已接枝到SBS链上。
3.2TG分析
在热重法中,DTG 与TG相比，DTG 更能精确反映出反应起始温度、达到最大反应速率的温度和反应终止温度,能明显地区分热失重阶段，更准确地体现出微小质量的变化。
3.3 SBS―g―MAH的加入量对共混物拉伸强度的影响
由实验发现随SBS―g―MAH用量的增加, 共混物的拉伸强度逐渐增加,当SBS―g―MAH为6份时达到最值， 随后减小。
3.5 SBS―g―MAH的加入量对共混物硬度的影响
由实验发现随SBS―g―MAH用量的增加，共混物的硬度先增大, 当SBS―g―MAH为2份时，增大为最大,而后硬度逐渐减小为约69。
4 结论
(1) 通过TG分析，得出接枝后的SBS热稳定性得到了提高。
(2) SBS―g―MAH接枝聚合物对CPE/SBS―g―MAH/SBS三元共混体系具有增容效果。当SBS―g―MAH为6份时，共混体系各项力学性能明显优于未加接枝聚合物时的性能。
(3) SBS―g―MAH接枝聚合物可用于共混物的增容改性，也可用于聚合物的抗冲改性，因此本研究具有较高的实用价值。
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摘要：九年级化学中有些抽象概念和“量”的理解成为教学中的难中难。经验告诉我们，遇到再难的问题，往往回归事物的本质，就会很容易寻找到解决问题的办法。而物质的微观结构及变化，是化学学习的本质所在，微观模型的构建是回归化学学习本质的具体体现。微观模型能在这些抽象概念和“量”的理解中发挥出奇妙的效能，巧妙突破教学难点。以微观模型在“元素”概念理解、“计算化合物组成元素质量比和某元素质量分数”和理解“化学方程式量的涵义”中应用加以说明。
关键词：微观模型 构建 本质
中图分类号：G633.8 文献标识码： C 文章编号：1672-1578（2015）03-0149-01
九年级化学中有些抽象概念和“量”的理解成为教学中的难中难。首先，学生存在“本能”的畏难心理，其次，这些内容对学生能力要求确实很高，中、下层学生要么望而止步，要么只是机械模仿，很难达到融会贯通，真正理解。这为学生的思维品质的健康发展形成许多障碍。如何引导学生由浅及深，深入浅出，已成为成功突破这些教学难点的关键。经验告诉我们，遇到再难的问题，往往回归事物的本质，就会很容易寻找到解决问题的办法。而物质的微观结构及变化，是化学学习的本质所在，微观模型的构建是回归化学学习本质的具体体现。微观模型能在这些抽象概念和“量”的理解中发挥出奇妙的效能，巧妙突破教学难点。现举例说明：
1 微观模型在“元素”概念理解中的妙用
“元素”概念很抽象，而课本上只有“元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称”的说明，这简单的几个字对只是九年级年龄段学生而言就是不知所云。如何让其变得通俗易懂，构建微观模型是一个很好的选择。即从学生熟悉的水、氧气、二氧化碳三种物质的分子入手， 是水分子微观示意图， 是氧分子微观示意图， 是二氧化碳分子微观示意图。而这些物质是由许多分子聚集在一起构成的（如图所示：一瓶水、一瓶氧气和一瓶二氧化碳中的分子）。
这样学生通过微观示意图不难发现：大量不同分子中都含有许多相同的氧原子。此时，教师便可提出：这些氧原子总称为氧元素。再从原子结构（ 是氧原子结构示意图）引导学生分析这些氧原子总称氧元素的根本原因：这些氧原子核内质子数都是8，即质子数都是8的氧原子总称为氧元素。按照同样的方法，学生不难理解什么是氢元素、什么是碳元素，再上升至对“元素”概念的理解也就水到渠成，再自然不过了。不仅如此，还会拓展到“物质都是由元素组成”观念的形成、“元素和原子的区别与联系”的探究等。
2 微观模型在“计算化合物组成元素质量比和某元素质量分数”中的妙用
教材中示例“二氧化碳（CO2）中碳元素和氧元素的质量比=12：（16×2）=3：8”。如果不引导学生理解清晰，学生最多只会机械模仿。怎么办呢？不妨引入微观模型试试看。借助于二氧化碳的微观示意图（ ）设问：一个二氧化碳分子中碳原子与氧原子的质量比为多少？学生很容易理解：就是一个碳原子的相对质量与两个氧原子相对质量和的比，即12：（16×2）=3：8。设问：10个二氧化碳分子中碳原子与氧原子的质量比为多少？学生很快说出：3：8。追问：为什么？学生领悟到成“正比”。再设问：由N个二氧化碳分子构成的一瓶二氧化碳气体中碳元素与氧元素的质量比为多少？学生不难发现还是3：8，因为N个二氧化碳分子中的所有碳原子总称碳元素、所有氧原子总称氧元素。学生就能融会贯通：任意质量的二氧化碳中碳元素与氧元素的质量比也是3：8，究其原因是二氧化碳分子的内部构成决定了这种物质组成元素质量比，而二氧化碳分子的内部构成是固定不变的。同理，如果让学生计算二氧化碳中氧元素的质量分数，学生更能很快明白：二氧化碳中氧元素的质量分数是氧元素的相对原子质量与氧原子数的乘积比上二氧化碳相对分子质量再乘以100%，即氧元素的质量分数100%。要让中、下学生归纳计算化合物组成元素质量比和某元素质量分数的一般规律也不是什么难事儿了！
3 微观模型在理解“化学方程式量的涵义”中的妙用
学生只有充分理解“化学方程式量的涵义”，才能真正掌握“利用化学方程式的简单计算”。以“木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳的反应”为例，其反应的文字表达式为： ，换成化学式表示为： ， 再引入这三种物质的微观模型： 。学生观察发现： 一个碳原子与一个氧分子在点燃的条件下恰好完全反应生成一个二氧化碳分子，“”两边碳原子与氧原子个数分别相等，遵循质量守恒定律。将“”更换为“=”就成为化学方程式： 。再在方程式上引入这三种物质的微观模型： 。设问：反应中三种物质的微粒个数比是多少？学生很容易发现是1：1：1。接着问：你能从分子原子的角度读出这个化学方程式？学生也会很快理解：每一个碳原子与一个氧分子在点燃的条件下恰好完全反应生成一个二氧化碳分子。再设问：当一个碳原子与一个氧分子在点燃的条件下恰好完全反应生成一个二氧化碳分子时，它们的质量比是多少？学生也不难理解：就是三种物质相对分子质量之比，即12：32：44。追问：当N个碳原子恰好完全反应时，需要多少个氧分子，生成多少个二氧化碳分子？学生很快答出：都是N个。再追问：N个碳原子构成的物质碳与N个氧分子构成的氧气、N个二氧化碳分子构成的物质二氧化碳质量比为多少？学生也会很快答出：12：32：44。问：为什么？学生会答：成正比！问：你能从质量比的角度再读出这个化学方程式吗？学生更会读：每12份质量的碳与32份质量的氧气在点燃的条件下恰好完全反应生成44份质量的二氧化碳。这样借助物质的微观模型一步步引导学生由浅及深，深入浅出化解了难点。