Học sinh tìm hiểu chất xúc tác là gì, hiểu được phạm vi nghiên cứu của chất xúc tác ngày nay và nhận thức được tác dụng của chất xúc tác đối với việc bảo vệ môi trường. Những tiến bộ trong công nghệ nano cũng được thảo luận như một giải pháp loại bỏ các chất gây ô nhiễm môi trường. Học sinh được thử thách để thiết kế một giải pháp ban đầu cho một vấn đề môi trường mà họ lựa chọn.
Bằng cách kết hợp các tài liệu hàng ngày vào các bài học khoa học, chương trình Mô-đun Thế giới Vật liệu (MWM) tại Đại học Northwestern đã tìm ra giải pháp giúp sinh viên hứng thú với việc học khoa học đồng thời giúp giáo viên đáp ứng các tiêu chuẩn giáo dục quốc gia và tiểu bang.
Các mô-đun dễ tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng có thể được kết hợp vào bất kỳ lớp khoa học nào vì phạm vi rộng của các môn học được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế. Mỗi mô-đun là một đơn vị khoa học bổ sung, mất 1-3 tuần thời gian trên lớp (khoảng 10 giờ) để hoàn thành.
Xem nhanh mô-đun
Hoạt động 1: Xúc tác với bạch kim đen
Học sinh quan sát tác dụng của chất xúc tác bằng giấy thử khi có metanol và oxi có và không có xúc tác là bạch kim đen. Các em học được rằng quá trình đốt giấy là một phản ứng kết hợp, trong đó nhiệt sinh ra từ quá trình đốt cháy metanol có xúc tác sẽ trở thành một trong những chất phản ứng để đốt giấy.
Hoạt động 2: Tìm kiếm chất xúc tác
Học sinh tiến hành tìm kiếm trên Internet để xác định chất xúc tác được sử dụng trong các quy trình công nghiệp, quy trình tự nhiên và xử lý ô nhiễm. Học sinh so sánh và đối chiếu các chất xúc tác và nhận ra nhiều cách sử dụng của các chất xúc tác.
Hoạt động 3: Sử dụng xúc tác axit dị thể
Học sinh sử dụng, thu hồi và tái sử dụng hạt xúc tác axit để xúc tác phản ứng thủy phân metyl axetat thành axit axetic và mantozơ. Họ theo dõi phản ứng bằng cách kiểm tra độ pH của hỗn hợp phản ứng theo thời gian. Dựa trên những quan sát của mình, học sinh suy ra rằng chất xúc tác axit dị thể an toàn hơn và dễ tái sử dụng hơn chất xúc tác axit đồng thể.
Hoạt động 4: Sử dụng chất xúc tác kim loại để khử chất ô nhiễm không khí
Học sinh làm việc với một loại chất xúc tác dị thể khác – chất xúc tác kim loại. Họ sử dụng nhiệt ngoài các loại xúc tác kim loại khác nhau để tăng tốc độ phân hủy amoniac bằng quá trình oxy hóa trong các điều kiện được kiểm soát. Họ cũng biết rằng những chất xúc tác này trở nên ngừng hoạt động hoặc bị nhiễm độc khi tiếp tục sử dụng.
Hoạt động 5: Sử dụng
xúc tác quang để khử chất ô nhiễm trong nước Học sinh khám phá khái niệm về xúc tác hiệu quả năng lượng — xúc tác quang nhiệt độ phòng sử dụng tia UV và titan đioxit. Theo dõi phản ứng bằng cách sử dụng chất chuẩn màu, họ thay đổi nồng độ chất xúc tác, cường độ ánh sáng UV và độ pH để kiểm tra ảnh hưởng của từng biến số đối với tốc độ phân hủy quang xúc tác của thuốc nhuộm xanh methylen, mô phỏng chất ô nhiễm nước.
Dự án thiết kế 1: Thiết kế một hệ thống xúc tác để khử chất ô nhiễm
Sử dụng những gì họ đã học về xúc tác từ các Hoạt động, học sinh thiết kế và thử nghiệm một hệ thống xúc tác chức năng. Để được coi là thành công, hệ thống nguyên mẫu phải đáp ứng các tiêu chí thiết kế và hiệu suất cụ thể.
Dự án thiết kế 2: Thiết kế khái niệm cho xúc tác môi trường
Các công dụng có thể có của chất xúc tác được khám phá trong dự án thiết kế này. Học sinh đề xuất một giải pháp ban đầu cho một vấn đề môi trường mà họ lựa chọn. Họ trình bày ý tưởng thiết kế, thử nghiệm và đánh giá sản phẩm xúc tác được đề xuất và sau đó đưa ra kết luận về tính khả thi của nó.
Kết nối với chương trình giảng dạy của bạn
Các Mô-đun Thế giới Vật liệu được thiết kế để dễ dàng kết hợp vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học hoặc bài giảng khoa học cấp trung học cơ sở hoặc trung học phổ thông nào. Biểu đồ dưới đây liệt kê các chủ đề được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế của mô-đun này.
|
Vật lý & Khoa học Vật lý
Địa chất & Khoa học Trái đất
Nghệ thuật ngôn ngữ
|
Hóa học
Giáo dục kỹ thuật
|
Sinh học và Khoa học Đời sống
toán học
|
Căn chỉnh tiêu chuẩn
|
Tiêu chuẩn điểm chuẩn AAAS |
|
Tiêu chuẩn NSES |
|
Tiêu chuẩn NCTM |  Hoạt động |
|
Lớp 9-12 |
|
Lớp 9-12 |
|
Lớp 9-12 |  Kiểu dáng |
|
1 . Bản chất của Khoa học |
A. Khoa học như sự điều tra |
Số & Hoạt động | |||
|
A. Thế giới quan khoa học |
  |
1. Khả năng tìm hiểu khoa học |
    |
Tính toán trôi chảy và ước tính | |
|
B. Nghiên cứu khoa học |
|
2. Tìm hiểu nghiên cứu khoa học |
|
Đại số học | |
|
3. Bản chất của công nghệ |
B. Khoa học vật lý |
Phân tích sự thay đổi trong các bối cảnh khác nhau | |
||
|
A. Công nghệ và khoa học |
|
1. Cấu tạo của nguyên tử |
|
Hình học | |
|
B. Thiết kế và hệ thống |
|
2. Cấu trúc và tính chất của vật chất |
|
Phân tích các đặc điểm và tính chất của hình dạng hình học hai và ba chiều | |
|
C. Các vấn đề về công nghệ |
|
3. Phản ứng hóa học |
|
Sử dụng trực quan, suy luận không gian và mô hình hình học | |
|
4. Cài đặt vật lý |
4. Chuyển động và lực |
|
Đo đạc | ||
|
D. Cấu trúc của vật chất |
|
5. Bảo toàn năng lượng |
|
Áp dụng các kỹ thuật, công cụ và công thức thích hợp để xác định các phép đo. | |
|
E. Sự biến đổi năng lượng |
|
C. Khoa học Đời sống |
|
||
|
G. Lực lượng của tự nhiên |
|
1. Ô |
|
||
|
5. Môi trường sống |
|
5. Vật chất, năng lượng và tổ chức trong các hệ thống sống |
|
||
|
D. Sự sống phụ thuộc lẫn nhau |
|
E. Khoa học và Công nghệ |
|||
|
E. Dòng vật chất và năng lượng |
|
1. Khả năng thiết kế công nghệ |
|
||
|
8. Thế giới được thiết kế |
2. Tìm hiểu khoa học và công nghệ |
|
|||
|
B. Vật liệu và sản xuất |
|
|
|||
|
9. Thế giới toán học |
|
||||
|
B. Mối quan hệ tượng trưng |
|
||||
|
C. Hình dạng |
|
||||
| 11. Chủ đề chung | |||||
| A. Hệ thống | |
||||
| C. Thường xuyên và thay đổi | |
Bảng An toàn Dữ liệu Vật liệu (MSDS) có thông tin có giá trị liên quan đến các chất được sử dụng trong bộ MWM này.
Tiện đồng
Dowex M31
Giấy điện tử
Chiết xuất chuối giả
Xanh metylen
Đen bạch kim
Natri Bicacbonat
Thép len
Titanium Dioxide