设计了一个将分子印迹技术引入到本科教学的探究性仪器分析综合实验。本实验首先通过电聚合法制备链霉素分子印迹电化学传感器(STR-MIM/GCE)，然后以循环伏安法和扫描电镜对传感器进行表征，再以铁氰化钾为探针，采用差示脉冲伏安法建立传感器测定链霉素的电化学分析方法，并以牛奶为实际样品进行检测。本实验涉及电极表面的修饰与表征、电化学分析方法的建立与应用，有助于拓宽学生思维，激发科研兴趣，同时实验所用试剂价廉易得，不涉及大型仪器设备，实验时长合理，适合本科教学。

制备无毒的ZnGa₂O₄:Bi³⁺荧光材料，其同时具备可调多色荧光、动态光致变色及热致变色的三模式发光性质。我们利用这种类似“变色龙”的荧光特性设计了三种信息安全实施方案，实验互动性强且具有趣味性，有良好的科普实践展示效果，有助于激发学生对化学学科的学习热情，进而帮助青少年体会“美丽化学”的丰富内涵。

酯化反应是一类重要的化学反应类型，通常指醇与羧酸在酸催化下脱水生成酯的反应。本文以几个典型的酯化反应为例，通过量子化学计算，在分子层次上深入探讨了加成-消除、碳正离子和酰基正离子等三种常见的酯化反应机理，分析了反应的热力学和动力学性质。计算结果为理解有机化学教材中关于酯化反应的定性描述，如“酯化反应机理与羧酸和醇的类型有关”“酯化反应中酸脱羟基醇脱氢”“酯化反应速度较慢且为可逆反应”等，提供了直观物理图像和定量支持，有助于学生更深入全面地理解酯化反应。本文可作为引导本科生学习计算化学的教学案例，突出计算化学在解析物质结构与性能关系方面的重要作用。

铬黑T是一种常见的金属离子指示剂，其颜色随溶液pH值不同而变化，且与其金属离子络合物颜色有明显差异，可有效指示反应终点，在分析化学领域有广泛应用。本文用计算化学方法研究了铬黑T及其典型金属离子(Mg²⁺、Ca²⁺)络合物的分子结构，计算了它们的紫外可见光谱，分析了其分子结构与电子光谱之间的内在关联，并使用紫外-可见吸收光谱法测定了不同pH值的铬黑T溶液及其钙、镁络合物的吸收光谱。理论与实验研究相结合阐释了铬黑T指示剂的显色和变色原理，研究结果有助于加深对铬黑T结构-性能关系的理解。

在甲基橙合成原型实验的基础上，将自制的“自动化加料和数字化控温”装置引入实验中，增加了实验安全性，避免了由人力加料导致的反应不均匀、副反应过多等问题，优化了实验流程，提升了实验安全性。在实现原教学目标基础上，使学生能专注于实验现象的观察以及对实验原理的理解，更侧重学生素质能力提升。

从科教融合角度出发，结合多年的实践教学经验，本论文设计了三维石墨烯水凝胶和气凝胶的综合实验。选用氧化石墨烯与抗坏血酸钠为反应物，利用一步水热自组装法快速合成三维网络结构的石墨烯水凝胶，经真空冷冻干燥后获得石墨烯气凝胶，并用透射电镜、扫描电镜、红外及紫外分光光度计对其结构和组成进行表征。在此基础上，系统研究并归纳抗坏血酸钠还原氧化石墨烯的反应原理、水凝胶的形成机理，探讨反应容器对于水凝胶形貌和宏观结构的影响，考察反应物浓度对石墨烯水凝胶、气凝胶承重性能的影响。本实验将当前的科研热点与实验教学紧密结合，包括材料设计合成、结构与化学组成表征、性能测试三方面的内容，实验原理明晰、研究内容丰富、难度层层递进，具有较强的综合性和可设计性，有利于培养学生的实验技能、提升其科研素养，锻炼其深入思考问题和解决问题的能力。

水体中硝酸根(NO₃^-)污染已成为重要的环境问题之一，而氨作为重要的化工原料和潜在能源载体，具有较高的附加值。电化学硝酸根还原反应(eNO₃RR)为实现硝酸根的资源化利用提供了一种绿色可控的新途径。本文设计了一种基于Cu_xO催化剂的电化学硝酸根还原教学实验，通过将废水中的硝酸根定向转化为氨，实现污水治理的同时，得到高附加值产物的目标，达到“一石二鸟”的目的。实验过程中，学生可直观观察到催化剂制备阶段由泡沫铜到氢氧化铜再到氧化铜的颜色变化、电解过程中电极产气现象以及氨检测时的显色反应，从而加深对电催化基本原理及电化学阴极反应机理的理解。该实验操作简单、现象直观，具有良好的教学示范意义。该实验可作为面向大四年级学生开设的材料化学综合实验(“电化学法实现废水中硝酸根定向转化为高附加值氨”)，有效提升其综合知识应用能力和科学素养。