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化學(xué)熱力學(xué)的應(yīng)用范文1
關(guān)鍵詞：化工熱力學(xué)；CDIO；大工程教育；教學(xué)改革；方案
中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-5727（2012）06-0159-02
化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程的基礎(chǔ)性學(xué)科，在研究化學(xué)工程以及解決化工生產(chǎn)實(shí)際問題中都起著非常重要的作用。同時(shí)，它也是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生及研究生必修的重點(diǎn)專業(yè)課程之一。然而，由于課程中的概念抽象難懂，公式數(shù)量多且推導(dǎo)復(fù)雜，歷屆本科學(xué)生都感到難以理解和掌握。雖然嘗試過(guò)各種改革，探索過(guò)新的教學(xué)方法，但收效甚微，學(xué)生掌握到的理論常常疲于應(yīng)付考試，沒有真正解決實(shí)際問題的能力，更不用說(shuō)會(huì)作“工程”了。為了迎合“大工程教育”的背景，在2009年，我校開始嘗試將CDIO的教育理念應(yīng)用于化工熱力學(xué)課程教學(xué)中，取得了一定的成效。
CDIO教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，這種全新的教育模式將構(gòu)思（Conceiving）、設(shè)計(jì)（Designing）、實(shí)現(xiàn)（Implementing）與運(yùn)作（Operating）結(jié)合在一起，形成一個(gè)連貫而完整的流程。學(xué)生從參加產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期當(dāng)中，可以親身體驗(yàn)到“以產(chǎn)品為導(dǎo)向”CDIO教學(xué)模式所帶來(lái)的不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的參與感。這種以學(xué)生為主體，實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)”的全新教育理念，對(duì)于提高學(xué)生能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)化工熱力學(xué)課程建設(shè)等各個(gè)方面都具有非常重要的意義。
化工熱力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析
教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際脫節(jié)隨著近年來(lái)工業(yè)體系的不斷進(jìn)步和化工行業(yè)的快速發(fā)展，化工熱力學(xué)作為一門體系較為完善的課程，其教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際的化工技術(shù)相比已顯得比較滯后。這種滯后不但使教學(xué)與工程脫節(jié)，并且由于課程模式長(zhǎng)期固定，在某種意義上限制了教師的思維方式，進(jìn)而對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新及發(fā)散思維也造成影響。同時(shí)，也造成了大學(xué)與社會(huì)之間的脫離。這也是為什么學(xué)生掌握了知識(shí)，卻不能在畢業(yè)以后派上用場(chǎng)的原因。
忽略了學(xué)生作為主體的角色在從事化工熱力學(xué)教學(xué)的十余年中，如何解決教與學(xué)之間存在的矛盾，也是一直困擾著筆者的一個(gè)問題。為何在經(jīng)歷了數(shù)次改革之后，我們的教學(xué)卻并沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)的改變？其原因在于忽略了“在教育過(guò)程中，學(xué)生才是主體”的這一事實(shí)。一直以來(lái)，無(wú)論運(yùn)用何種創(chuàng)新式的教學(xué)方法，總是離不開以教師作為主體的講授，總是去研究如何將知識(shí)更快速準(zhǔn)確的灌輸給作為客體的學(xué)生，如何將枯燥的理論講授變得生動(dòng)有趣，讓學(xué)生在愉快的氛圍中掌握知識(shí)，在一次一次的教學(xué)改革中，教師歷練成了“優(yōu)秀的演員”，而學(xué)生充其量也就是一個(gè)“文明的觀眾”并沒有成為一名“優(yōu)秀的演員”。在這種教育方式下，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生，實(shí)際上是被剝奪了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，其思維模式也會(huì)變得僵化，重理論，輕實(shí)踐。在具體問題的處理上往往拘泥于唯一的“正確方案”，按照教師或書本上所講述的步驟給出解答，這就達(dá)到了我們所說(shuō)的“掌握”的基本要求。學(xué)生并不會(huì)從一個(gè)實(shí)際的工程問題中，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的熱力學(xué)問題和定義熱力學(xué)問題。比如，在講授流體的 “PVT”關(guān)系時(shí)，我們會(huì)定義好兩個(gè)變量（溫度T，壓力P）讓學(xué)生去求體積（V），學(xué)生都可以很好的根據(jù)熱力學(xué)方程解出體積，但如果讓學(xué)生去求解某工藝流程中輸送流體的管徑時(shí)（生產(chǎn)能力即流體的質(zhì)量流量已知），學(xué)生就常常束手無(wú)措。他們不會(huì)根據(jù)輸送流體的工藝條件（即溫度、壓力）用學(xué)過(guò)的熱力學(xué)知識(shí)來(lái)求出流體的摩爾體積，將其換算成流體的密度后，再根據(jù)流體的質(zhì)量流量解出體積流量結(jié)合管路中的允許的流體流速去求管徑。可是如果將這種求管徑的問題放在化工原理的課程中，學(xué)生又可以很好的解決。因?yàn)椋诨ぴ淼恼n程中，流體的密度常常都是作為已知量出現(xiàn)在例題中的，而在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和計(jì)算中，這些問題都是需要靠學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、定義并解決的。學(xué)生這種今后最需要能力，在我們多年的教學(xué)中卻被忽略了。
總之，無(wú)論是在教學(xué)內(nèi)容上，還是在教學(xué)模式上，現(xiàn)有的化工熱力學(xué)教學(xué)當(dāng)中都存在著很多問題，已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足社會(huì)對(duì)高等人才培養(yǎng)的需要。而CDIO的教學(xué)理念則為我們解決這一問題提供了一項(xiàng)新的可能性。通過(guò)將熱力學(xué)課程與CDIO教學(xué)理念相結(jié)合，讓學(xué)生在“做中學(xué)”的過(guò)程中更好地掌握知識(shí)，提高能力，通過(guò)一個(gè)個(gè)真實(shí)的工程案例，去研究問題、發(fā)現(xiàn)問題。這樣，學(xué)生才能具有獲取相關(guān)知識(shí)去解決問題的動(dòng)力。在此過(guò)程中，重要的不是解決了一個(gè)具體的問題并由此掌握了相關(guān)的知識(shí)，而是在于學(xué)會(huì)如何發(fā)現(xiàn)問題、定義問題、分析問題并獲取相應(yīng)的知識(shí)解決問題，總結(jié)新知識(shí)，同時(shí)，加強(qiáng)與人溝通的能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。那么，究竟如何進(jìn)行化工熱力學(xué)課程的改革呢？
基于CDIO理念下熱力學(xué)教學(xué)改革方案
針對(duì)化工熱力學(xué)教學(xué)上的種種問題，我們確定了以“產(chǎn)品為導(dǎo)向”的教學(xué)模式改革。就是讓學(xué)生通過(guò)“產(chǎn)品工藝的工程設(shè)計(jì)”真正學(xué)到工程設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)知識(shí)。熱力學(xué)是從工程中來(lái)，最終還要回到工程中去，為工程服務(wù)。因此，確定了以產(chǎn)品制造為目標(biāo)，將學(xué)生感興趣的產(chǎn)品“工業(yè)化”，學(xué)生扮演一個(gè)“工程師”主持一個(gè)“產(chǎn)品與過(guò)程”的工程設(shè)計(jì)工作。在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，學(xué)生必然會(huì)碰到相關(guān)的熱力學(xué)問題。如工藝條件下流體密度（流體的PVT關(guān)系）、換熱器和功設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算（流體的熱力學(xué)性質(zhì)：焓、熵與PVT的關(guān)系）、分離塔的計(jì)算（流體的相平衡）等等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生遇到問題時(shí)，教師加以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)并結(jié)合課堂所講授的熱力學(xué)內(nèi)容解決實(shí)際工程中的問題，最終完成一個(gè)工程設(shè)計(jì)報(bào)告。學(xué)生只憑上課聽講是不可能將項(xiàng)目設(shè)計(jì)好的。必須通過(guò)自己看書、查閱大量的文獻(xiàn)與資料，與同組同學(xué)研究討論，才可能將項(xiàng)目完成。在這個(gè)過(guò)程中，強(qiáng)化了化工熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生真正體會(huì)到熱力學(xué)不是虛無(wú)飄渺的理論，而是實(shí)實(shí)在在的技能。為此，我們制定的具體改革方案如下：
將學(xué)生按班級(jí)分組。原則上每班兩大組，也可根據(jù)個(gè)人興趣自成一組。選擇一個(gè)學(xué)生感興趣的化工產(chǎn)品，圍繞如何實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的工業(yè)化完成以下內(nèi)容：（1）市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告。包括：產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、市場(chǎng)前景、簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)分析及相關(guān)的工藝流程的了解（開課后第1～4周完成）。（2）對(duì)產(chǎn)品多套工藝流程方案進(jìn)行可行性及經(jīng)濟(jì)分析，確定小組詳細(xì)的工藝流程路線及詳細(xì)的工藝條件，完成簡(jiǎn)單的工藝流程圖（開課后第5～8周完成）。（3）根據(jù)學(xué)生選定的工藝過(guò)程，完成簡(jiǎn)單的工藝流程圖，教師指定與工藝流程相關(guān)的熱力學(xué)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算體會(huì)熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用（開課后第9～12周完成）。（4）將以上三部分合成一個(gè)完整的報(bào)告期末上交，報(bào)告成績(jī)占期末總成績(jī)的30%。每一小步的工作要求完成的功課都要按時(shí)上交，并按教師的批改意見修改完善自己的報(bào)告內(nèi)容（開課后第13～16周完成）。（5）最后，選擇優(yōu)秀的項(xiàng)目報(bào)告作講演（第17周完成）。
由于選題是學(xué)生根據(jù)自己的興趣確定的工業(yè)產(chǎn)品，因此，項(xiàng)目類型與涉及的學(xué)科面應(yīng)該是很復(fù)雜的。教師不可能事先知道結(jié)果，這就要求教師需要具有相對(duì)扎實(shí)的工程實(shí)際和理論的背景知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生在課題初期盡快進(jìn)入課題角色，隨著課題的進(jìn)展，學(xué)生要自己獲取更多的相關(guān)知識(shí)，并進(jìn)行深入的研究，應(yīng)用知識(shí)去解決問題。在此過(guò)程中，教師要做好“導(dǎo)演”，側(cè)重對(duì)學(xué)生的方法和能力方面進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中一定會(huì)投入大量的時(shí)間和精力，因?yàn)槭且孕〗M為單位，所以，最后的項(xiàng)目一定是集中了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的才智，一定會(huì)有所收獲。
通過(guò)兩年的實(shí)踐，使用以上方法取得了較好的教學(xué)效果，在加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)課程積極性的同時(shí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)期間就能受到未來(lái)職場(chǎng)環(huán)境的熏陶，只有叫他們了解自己將來(lái)的用武之地，造就他們成為合格的化工專業(yè)人才，滿足產(chǎn)業(yè)和社會(huì)的需要。
然而，在改革中還存在一些問題，如學(xué)生的合作還存在欠缺，各組同學(xué)中都有“坐車”的現(xiàn)象，如何對(duì)這部分不積極參與的學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，使所有學(xué)生都能積極動(dòng)起來(lái)，將是我們未來(lái)改革中亟待解決的問題。
結(jié)語(yǔ)
化工熱力學(xué)課程從2009年開始進(jìn)行了CDIO工程教育培養(yǎng)模式的理論與實(shí)踐探索，并取得初步成效，我們將不斷努力探索，使這一教育模式趨于科學(xué)、有效。積極推進(jìn)CDIO人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案改革和教學(xué)方法創(chuàng)新，開展適應(yīng)于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的案例式、啟發(fā)式、交流式教學(xué)方法改革中推進(jìn)體驗(yàn)式、研究式、討論式教學(xué)方法，利用具體工程項(xiàng)目的實(shí)施，引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”，通過(guò)營(yíng)造工程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)師生間、學(xué)生間對(duì)話式學(xué)習(xí)和合作式學(xué)習(xí)，形成教學(xué)相長(zhǎng)的生動(dòng)學(xué)習(xí)局面。在教學(xué)過(guò)程中融入最新的化工工程技術(shù)成果和工藝方案，啟迪學(xué)生的工程意識(shí)和利用科技成果的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神，構(gòu)筑“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的知識(shí)新體系和課程新體系。
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作者簡(jiǎn)介：
徐新（1967—），碩士，北京石油化工學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榛ぁ?/p>
化學(xué)熱力學(xué)的應(yīng)用范文2
系里設(shè)立了應(yīng)用化工專業(yè)和化工分析與檢驗(yàn)專業(yè)（高職專科），專門培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的化工操作人才，其中，應(yīng)用化工專業(yè)是培養(yǎng)化工總控工的，就業(yè)崗位包括化工工藝操作、化工工程操作，化工設(shè)備操作、維護(hù)，化工儀表控制，化工DCS操作，化工安全管理，化工產(chǎn)品的包裝與銷售等。
專業(yè)的課程設(shè)置
由完成工作所需要的能力，確定以下學(xué)習(xí)領(lǐng)域：1、物理化學(xué)的知識(shí)體系一般公認(rèn)的物理化學(xué)的研究?jī)?nèi)容大致可以概括為三個(gè)方面:化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì)以熱力學(xué)的三個(gè)基本定律為理論基礎(chǔ)，研究宏觀化學(xué)體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。在這一情況下，時(shí)間不是一個(gè)變量。屬于這方面的內(nèi)容有化學(xué)熱力學(xué),溶液、膠體和表面化學(xué)。化學(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以量子理論為理論基礎(chǔ)，研究原子和分子的結(jié)構(gòu)，物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與物性的規(guī)律性。屬于這方面的內(nèi)容有結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)。化學(xué)體系的動(dòng)態(tài)性質(zhì)研究由于化學(xué)或物理因素的擾動(dòng)而引起體系中發(fā)生的化學(xué)變化過(guò)程的速率和變化機(jī)理。在這一情況下，時(shí)間是重要的變量。屬于這方面的內(nèi)容有化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化、光化學(xué)和電化學(xué)。物理化學(xué)的主要理論支柱是熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和量子力學(xué)三大部分。熱力學(xué)和量子力學(xué)分別適用于宏觀和微觀系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)則為二者的橋梁。原則上用統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法能通過(guò)個(gè)另分子、原子的微觀數(shù)據(jù)來(lái)推斷或計(jì)算物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象。物理化學(xué)由化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)三大部分組成。2、應(yīng)用化工專業(yè)所需內(nèi)容的選擇對(duì)照操作崗位的知識(shí)和能力需要，本著實(shí)用、夠用，適當(dāng)拓展的原則，選取化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)兩大部分，主要內(nèi)容有物質(zhì)PVT性質(zhì)、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)在多組分體系和相平衡體系中的應(yīng)用、化學(xué)平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、膠體、粗分散系和表面化學(xué)。根據(jù)課程內(nèi)容及深度，決定選用高職高專化學(xué)教材編寫組編寫的《物理化學(xué)》（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社）為基本教材，以傅獻(xiàn)彩主編《物理化學(xué)》（第五版，高等教育出版社）為主要參考資料。3、物理化學(xué)課程定位學(xué)習(xí)物理化學(xué)需要大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、基礎(chǔ)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)，物理化學(xué)又為學(xué)習(xí)化工設(shè)備基礎(chǔ)、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、煤化工工藝學(xué)等課程打下基礎(chǔ)。因此，《物理化學(xué)》課程是應(yīng)用化工專業(yè)的重要專業(yè)課，是其他主要專業(yè)課的基礎(chǔ)。
基于工作過(guò)程的教學(xué)方法
確定了內(nèi)容，就需要對(duì)知識(shí)按照工藝崗位的實(shí)際情況，進(jìn)行解構(gòu)和重構(gòu)，即以工作過(guò)程為載體，以工作任務(wù)為情境，構(gòu)建認(rèn)知系統(tǒng)。通過(guò)綜合分析周邊化工企業(yè)生產(chǎn)工藝，歸納典型崗位，決定選取新能鳳凰甲醇的生產(chǎn)工藝為載體，對(duì)物理化學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。新能鳳凰甲醇的生產(chǎn)采用的是德士古技術(shù)工藝，主要工段有空氣分離制取液氧，制取水煤漿，水煤漿燃燒氣化，甲醇合成與精制，各工段對(duì)應(yīng)的知識(shí)如下表：（表略）通過(guò)完成任務(wù)，提高了學(xué)生掌握知識(shí)的目的性；在學(xué)生自主決策與計(jì)劃中，激發(fā)其主觀能動(dòng)性，掌握解決問題的方法與步驟；通過(guò)任務(wù)實(shí)施，培養(yǎng)其動(dòng)手實(shí)踐能力；通過(guò)教師的檢查與評(píng)價(jià)，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的愉悅，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率和效果。
化學(xué)熱力學(xué)的應(yīng)用范文3
關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；教學(xué)；基本概念；基礎(chǔ)理論
中圖分類號(hào)： G647.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-0432（2010）-11-0258-1
《物理化學(xué)》是化工及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，在其專業(yè)課程中具有舉足輕重的地位。它是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，主要運(yùn)用物理學(xué)的原理和方法研究化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)過(guò)程的一門科學(xué)，重點(diǎn)介紹基本概念和基本理論。《物理化學(xué)》主要是系統(tǒng)地講授有關(guān)化學(xué)變化和與化學(xué)變化相關(guān)聯(lián)的物理變化的各種基本理論和共同規(guī)律，使學(xué)生掌握物理變化的基本計(jì)算方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決物理化學(xué)方面實(shí)際問題的能力，提高對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的理性認(rèn)識(shí)高度。通過(guò)課堂講授、習(xí)題演算等環(huán)節(jié)，使學(xué)生較系統(tǒng)地掌握物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，基本理論和基本技能，為后續(xù)專業(yè)課奠定必需的物理化學(xué)基礎(chǔ)。該課程的主要內(nèi)容包括化學(xué)熱力學(xué)、相平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、電解質(zhì)溶液、表面現(xiàn)象和膠體化學(xué)等。根據(jù)《物理化學(xué)》的學(xué)科特點(diǎn)，其教學(xué)必須以定量描述為主，重視計(jì)算能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，同時(shí)也要重視理論聯(lián)系專業(yè)的實(shí)際[1]。學(xué)習(xí)《物理化學(xué)》的目的是運(yùn)用物理學(xué)的理論和方法對(duì)化學(xué)現(xiàn)象做出理論的和定量的探討。
通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生對(duì)物理化學(xué)的基本理論有較為系統(tǒng)的了解，掌握物理化學(xué)的基本計(jì)算方法，從而在分析和解決實(shí)際問題時(shí)能運(yùn)用所學(xué)的物理化學(xué)知識(shí)和技能。在理論知識(shí)方面，化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)是主要內(nèi)容，要求學(xué)生正確了解物理化學(xué)中基本原理和概念的來(lái)龍去脈及適用范圍，應(yīng)掌握主要公式的推導(dǎo)和應(yīng)用條件，對(duì)不屬于基本理論的一些較深概念和較為冗長(zhǎng)的公式推導(dǎo)，只作簡(jiǎn)要介紹或直接給出結(jié)論，僅要求學(xué)生掌握其意義、作用和方法。在計(jì)算方面，要求學(xué)生能正確分析題意，選擇合適的計(jì)算公式和數(shù)據(jù)，掌握運(yùn)算技巧和有效數(shù)字，正確使用有關(guān)物理量的單位，能用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖，有使用物理化學(xué)簡(jiǎn)單圖表的能力。使學(xué)生系統(tǒng)地掌握有關(guān)化學(xué)及物理變化的一些基本原理和研究方法，并初步具有分析和解決有關(guān)化學(xué)方面實(shí)際問題的能力[2，3]。
以下，就《物理化學(xué)》教學(xué)內(nèi)容中的幾個(gè)方面探討一下。
在《物理化學(xué)》整個(gè)教學(xué)的過(guò)程中，熱力學(xué)所涉及的基本概念、基礎(chǔ)理論最多。要想讓學(xué)生易于接受、理解，必須用通俗易懂的教學(xué)方法進(jìn)行講解，甚至還要用上日常生活中的某些例子加以輔導(dǎo)、比喻以幫助理解，讓學(xué)生徹底弄懂熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律中的Q、W、U、H、S、A、G之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步弄清其中的途徑函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)的求解，以達(dá)到舉一反三的效果。為接下來(lái)熱力學(xué)中的化學(xué)勢(shì)的求解以及偏摩爾量的物理意義的講解打好良好的基礎(chǔ)。
動(dòng)力學(xué)這一塊中要讓學(xué)生了解動(dòng)力學(xué)方程的規(guī)律性，以例題進(jìn)行類比，最后反映其內(nèi)在統(tǒng)一規(guī)律性；對(duì)于n不同而導(dǎo)致的不同特性也要加以說(shuō)明和驗(yàn)證，讓學(xué)生能夠融會(huì)貫通、舉一反三。這一方法將有意想不到的效果。
對(duì)于化學(xué)平衡和相平衡這一塊，從數(shù)學(xué)分析的角度來(lái)講解，則教學(xué)效果較好。對(duì)于化學(xué)平衡，主要從數(shù)學(xué)公式上的某一物理量的增大而導(dǎo)致另一物理量的增大或減小來(lái)說(shuō)明平衡移動(dòng)，則比較直觀。然后結(jié)合學(xué)生中學(xué)所掌握的化學(xué)平衡理論知識(shí)（當(dāng)時(shí)學(xué)生只是學(xué)習(xí)結(jié)論的應(yīng)用），此時(shí)就可根據(jù)數(shù)學(xué)分析方法對(duì)學(xué)生講清得此結(jié)論的來(lái)龍去脈。化學(xué)平衡移動(dòng)是由一系列的原因?qū)е拢粌H可從理論上進(jìn)行推導(dǎo)，還可運(yùn)用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行驗(yàn)證、分析，使理論知識(shí)的學(xué)習(xí)更有說(shuō)服力，學(xué)生掌握起來(lái)也更通透。
對(duì)于相平衡，則需要教會(huì)學(xué)生看懂相圖，搞清自由度F的物理意義和計(jì)算方法。學(xué)會(huì)看圖是一項(xiàng)長(zhǎng)期且艱難的任務(wù)。如果學(xué)生本身的看圖能力不強(qiáng)，若能學(xué)好這塊內(nèi)容，則對(duì)他自身數(shù)學(xué)知識(shí)的加深和以后專業(yè)課程學(xué)習(xí)都是一大幫助。這塊內(nèi)容完全可鍛煉學(xué)生物理量的分析能力和數(shù)學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用，甚至可調(diào)動(dòng)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的積極性，讓他們覺得物理化學(xué)不再枯燥、難懂、晦澀（因?yàn)闊崃W(xué)中的某些公式、定律都屬于枯燥晦澀的內(nèi)容），也是可以很生動(dòng)，很活躍的。讓學(xué)生愿意深入思考、分析相圖，從中得到樂趣。
另外，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，還需要注意習(xí)題、例題的講解。除了計(jì)算例題之外，還要經(jīng)常以一些基本概念、定律、定理為基礎(chǔ)，設(shè)置一些選擇、填空、判斷的例題來(lái)講解，以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、理解。因?yàn)橛?jì)算例題一般考查公式的綜合運(yùn)用，講解起來(lái)耗時(shí)較久，并且難以反映基本概念的運(yùn)用。對(duì)于基本概念、基本理論的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，選擇、填空、判斷這類題型能較好的反映且耗時(shí)也較短，完全可融入新課的理論講授中講解，有助于學(xué)生對(duì)新概念的理解，為下一步的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。而且這樣教學(xué)也可使課堂氣氛更為活躍、豐富，不會(huì)顯得《物理化學(xué)》都是一些呆板的基本概念，讓這些基本概念都“活”起來(lái)、“動(dòng)”起來(lái)，有助于教學(xué)效果的提高。
當(dāng)然，《物理化學(xué)》教學(xué)還有許多需要探討的地方，還有待在以后的教學(xué)中繼續(xù)進(jìn)行深入的發(fā)掘。
參考文獻(xiàn)
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[2] 李莉,張明波,張旭,等.《物理化學(xué)》課程教學(xué)創(chuàng)新初探[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2010,(01).
化學(xué)熱力學(xué)的應(yīng)用范文4
熱經(jīng)濟(jì)學(xué)起源與20世紀(jì)50年代末期，創(chuàng)始人為美國(guó)的Tribus。他在其指導(dǎo)的博士論文“能量系統(tǒng)的火用分析”中,第一次將經(jīng)濟(jì)因素引入到了火用分析之中,并首次提出了通過(guò)系統(tǒng)逐個(gè)尋優(yōu)達(dá)到全局最優(yōu)的目的。到20世紀(jì)60年代中期,熱經(jīng)濟(jì)學(xué)初步有了完善的體系，并被學(xué)術(shù)界命名為thermo-economics。Tribus的學(xué)生R.Evans還發(fā)表了熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化原理的數(shù)學(xué)論證。隨后，美國(guó)的另一學(xué)派代表人物R.Gaggioli，他以代數(shù)為主要數(shù)學(xué)計(jì)算模式，進(jìn)而發(fā)展了代數(shù)模式的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)。德國(guó)的Beyer，結(jié)構(gòu)系數(shù)模式經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展為符號(hào)經(jīng)濟(jì)學(xué)，也稱矩陣模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)（因?yàn)槲鞣絿?guó)家習(xí)慣稱矩陣為符號(hào)），矩陣模式代表了熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的成熟階段。到了1995年,王加璇等科學(xué)工作者開始在我國(guó)推行國(guó)際上各種流派的火用經(jīng)濟(jì)學(xué)的先進(jìn)理論。部分學(xué)者根據(jù)我國(guó)的具體國(guó)情對(duì)其研究應(yīng)用,并且已經(jīng)取得了一定的成就，逐漸形成了各自的流派。
2熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的原理與優(yōu)勢(shì)
目前存在的能量評(píng)價(jià)方法包括以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的能量分析法。這種分析法雖然操作簡(jiǎn)單，且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但評(píng)價(jià)值側(cè)重于“量”而沒有評(píng)價(jià)“質(zhì)”。另一種是以熱力學(xué)第一定律和第二定律和火用平衡理論為框架的火用分析法。這種方法在對(duì)能量系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析優(yōu)化的時(shí)候，得出的結(jié)果往往無(wú)法顧及經(jīng)濟(jì)因素。目前最為科學(xué)全面的分析是法是本文研究的將熱力學(xué)分析與經(jīng)濟(jì)因素綜合分析的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法也稱火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法。這種方法結(jié)合了工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程、最優(yōu)化技術(shù)以及決策理論等基本思想，兼顧能量使用的“量”與“質(zhì)”，并將系統(tǒng)的火用流價(jià)格數(shù)據(jù)化，能夠評(píng)估兼顧能量使用效率與經(jīng)濟(jì)價(jià)值的綜合結(jié)果，這種分析法在復(fù)雜的工程分析、診斷、優(yōu)化、改進(jìn)中，都有重大作用，技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯。熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的分析能夠全面輔助系統(tǒng)的優(yōu)化，它的基本原理是在進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，確定考慮的變量及變量之間的關(guān)系，然后選擇約束條件和決策變量，最后用數(shù)學(xué)手段描述出目標(biāo)函數(shù)與約束方程，進(jìn)行求解。求解答案能夠?qū)?xiàng)目設(shè)計(jì)提供重要參考資料，包括對(duì)可行方案的選擇、對(duì)改進(jìn)措施的評(píng)價(jià)、對(duì)成本的真實(shí)計(jì)算以及單元系統(tǒng)的維護(hù)與更替。
3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的應(yīng)用
熱經(jīng)濟(jì)學(xué)是分析現(xiàn)代工程系統(tǒng)中一切與能力相關(guān)的系統(tǒng)的熱力學(xué)方法，一般來(lái)說(shuō)，從原則上區(qū)分，可以分為兩大類方法，一是在卡諾和克勞修斯研究框架中，利用系統(tǒng)能平衡概念分析的系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完善程度，通過(guò)把被研究系統(tǒng)與卡諾循環(huán)理想循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，從它們之間的接近的程度判定系統(tǒng)的完善程度。二是以吉布斯理論為框架，采取熱力學(xué)勢(shì)概念的分析方法，分析系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，以熱力學(xué)勢(shì)為分析重點(diǎn)，進(jìn)而分析各種形式之下功的數(shù)值。從這一原理出發(fā)，我們可以評(píng)估被分析系統(tǒng)任意一點(diǎn)上的物流與能流所做功的性能。這一點(diǎn)能夠無(wú)視系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度而直接對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，所以，我們可以充分利用這一方法的特點(diǎn)，分析得到需要的全部信息。這種方法，首先在化學(xué)熱力學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而其他領(lǐng)域一般仍沿用第一類方法。在我國(guó)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法被引入到熱力系統(tǒng)，我國(guó)學(xué)者首先主要通過(guò)概念模型來(lái)分析熱力系統(tǒng)，并實(shí)際通過(guò)繪制結(jié)構(gòu)圖對(duì)實(shí)際操作進(jìn)行了指導(dǎo)，熱經(jīng)濟(jì)學(xué)理論并且被用于分析復(fù)雜的能量體系，模擬故障診斷，并用于計(jì)算成本。在系統(tǒng)的優(yōu)化方面，熱經(jīng)濟(jì)學(xué)被用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析的內(nèi)容包括燃料、產(chǎn)品流的成本，和最紅產(chǎn)品的形成過(guò)程，在此過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算編輯火用成本的變化能夠建立能量損耗分析模型，實(shí)現(xiàn)了在線診斷系統(tǒng)性能的目標(biāo)，隨后熱經(jīng)濟(jì)學(xué)概念引入到火電機(jī)組，建立了加熱器故障診斷指標(biāo)的通用數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了加熱器故障診斷的可能性。還有學(xué)者通過(guò)研究火用流的計(jì)價(jià)和費(fèi)用分配問題，對(duì)把輸入的火用流進(jìn)行拆分,提出了基于能級(jí)相近最大化相供的火用流計(jì)價(jià)策略，并將此原理應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)熱力系統(tǒng)之中。生態(tài)系統(tǒng)的求解問題通常會(huì)遇到非線性問題和Lyapounov含義的穩(wěn)定問題，對(duì)這類問題進(jìn)行求解，必須使用微分幾何與張量代數(shù)、步驟較為繁瑣，且這些方法難度較大。再忽略精度細(xì)微誤差的前提之下，我們可以使用網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)方法去求解，網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)分析法是近年來(lái)發(fā)展并逐漸成熟的計(jì)算方法，雖然目前仍有待完善，但是前景光明。
4結(jié)語(yǔ)
化學(xué)熱力學(xué)的應(yīng)用范文5
關(guān)鍵詞：化學(xué)平衡；化學(xué)反應(yīng)速率；經(jīng)典熱力學(xué)；化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
文章編號(hào)：1008-0546（2012）04-0008-02 中圖分類號(hào)：G632．41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2012．04．003
化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率分別是經(jīng)典熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)討論的重要問題之一，兩者都受體系溫度、壓力和物料的濃度影響。在《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)上，許多教師容易產(chǎn)生學(xué)科認(rèn)識(shí)上的混淆，將兩者的影響因素等同看待并相互套用。比如，有的教師在“化學(xué)平衡的移動(dòng)”教學(xué)中給學(xué)生做這樣的總結(jié)：“當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí)，如果對(duì)正、逆反應(yīng)速率產(chǎn)生了不同的影響，導(dǎo)致某種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率發(fā)生了改變，原化學(xué)平衡就被破壞，并且向著生成更多某物質(zhì)的那一方移動(dòng)，即如果導(dǎo)致υ正＞υ逆，則向著正反應(yīng)方向移動(dòng)，如果υ正＜υ逆，則向逆反應(yīng)方向移動(dòng)”。上述對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)和反應(yīng)速率變化的動(dòng)因分析，呈現(xiàn)了一個(gè)值得探討的學(xué)科知識(shí)問題，是反應(yīng)速率的變化導(dǎo)致了化學(xué)平衡的移動(dòng)，還是化學(xué)平衡的移動(dòng)導(dǎo)致了反應(yīng)速率的變化，兩者在動(dòng)因上有必然的聯(lián)系嗎？無(wú)疑，化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的移動(dòng)總是相互伴生并相互作用，部分教師對(duì)兩者所包含的化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的學(xué)科知識(shí)體系的認(rèn)識(shí)還存有模糊，不能正確地區(qū)分與應(yīng)用。因此，有必要從學(xué)科知識(shí)的角度做進(jìn)一步厘清，以免貽誤教學(xué)。
一、化學(xué)平衡及其移動(dòng)的本質(zhì)
化學(xué)平衡及其移動(dòng)，是經(jīng)典熱力學(xué)闡釋化學(xué)反應(yīng)限度與反應(yīng)推動(dòng)力關(guān)系的重要表達(dá)方式。經(jīng)典熱力學(xué)從物質(zhì)的宏觀狀態(tài)變化的角度出發(fā)，探討反應(yīng)中的能量變化關(guān)系，并將化學(xué)反應(yīng)式兩邊看作化學(xué)變化前、后的兩種熱力學(xué)狀態(tài)。通過(guò)反應(yīng)前、后的狀態(tài)變化，即反應(yīng)的溫度T、焓變?chǔ)和熵變?chǔ)闡明了反應(yīng)進(jìn)行的推動(dòng)力，即ΔG＝ΔH－T×ΔS（吉布斯自由能變化）。從而為一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行提供了判斷的依據(jù)。當(dāng)然，該推動(dòng)力僅僅是建立在反應(yīng)物和生成物互不混合的純態(tài)基礎(chǔ)上。對(duì)一個(gè)實(shí)際的反應(yīng)系統(tǒng)，即使反應(yīng)的ΔG＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，系統(tǒng)的實(shí)際反應(yīng)推動(dòng)力還要包括反應(yīng)物、生成物相互混合過(guò)程對(duì)吉布斯自由能的影響。因此，一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)推動(dòng)力實(shí)際是：
ΔG ＝ΔG純態(tài)＋ΔG混合影響＝［（1－ξ）ΔG反應(yīng)物＋ξΔG生成物］＋RT［（1－ξ）ln（1－ξ）＋ξlnξ］ ξ――反應(yīng)進(jìn)度
圖1中灰線為純態(tài)的反應(yīng)ΔG變化，實(shí)線則是反應(yīng)系統(tǒng)的吉布斯自由能變化曲線。由圖可見，任一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)系統(tǒng)，在一定溫度和壓力下，其推動(dòng)力ΔG在某一反應(yīng)進(jìn)度上都會(huì)有最低狀態(tài)，該狀態(tài)就是反應(yīng)系統(tǒng)的平衡態(tài)。也就是說(shuō)，任一自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)系統(tǒng)，也會(huì)建立一個(gè)平衡。當(dāng)然，不同反應(yīng)平衡態(tài)所處的進(jìn)度不同，因而就有反應(yīng)的最大轉(zhuǎn)化率。
在一定溫度下，對(duì)化學(xué)反應(yīng)aA＋bB?葑cC＋dD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)的平衡態(tài)可用平衡常數(shù)來(lái)描述，用具體反應(yīng)物和生成物之間的濃度或分壓關(guān)系表達(dá)為：
Kc＝ 或Kp ＝。
經(jīng)典熱力學(xué)的研究建立了反應(yīng)系統(tǒng)的推動(dòng)力與反應(yīng)限度（平衡常數(shù)）之間的關(guān)系為：ΔG ＝－RTLnK。從而確立了化學(xué)反應(yīng)的能量變化與反應(yīng)限度之間的關(guān)系。
從經(jīng)典熱力學(xué)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)平衡理論的概述可以看出：化學(xué)平衡是反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)變化的結(jié)果和體現(xiàn)；平衡常數(shù)與反應(yīng)體系溫度息息相關(guān)；反應(yīng)平衡體系中各物質(zhì)的濃度，由平衡常數(shù)所決定，但其又以系數(shù)的冪次方關(guān)系對(duì)平衡體系產(chǎn)生影響；反應(yīng)的推動(dòng)力或平衡常數(shù)可以在一定的反應(yīng)條件下，由反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率間接地表達(dá)，但平衡體系變化，必然伴隨轉(zhuǎn)化率的變化；經(jīng)典反應(yīng)熱力學(xué)僅從反應(yīng)前、后狀態(tài)的能量變化的角度出發(fā)，去探討反應(yīng)的可能性與限度問題，始終都未涉及反應(yīng)從始態(tài)到終態(tài)之間的過(guò)程問題，也就是說(shuō)，熱力學(xué)基礎(chǔ)上建立的對(duì)化學(xué)反應(yīng)問題的結(jié)論，與反應(yīng)速率之間沒有任何的聯(lián)系。
經(jīng)典熱力學(xué)有關(guān)平衡移動(dòng)的理論，為化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用，提供了反應(yīng)的狀態(tài)條件（如反應(yīng)體系物料配比、壓力、溫度等）選擇的理論依據(jù)。比如，合成氨工業(yè)中，通過(guò)平衡計(jì)算可以獲得狀態(tài)條件與最大轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系，從而使工業(yè)生產(chǎn)可以據(jù)此為理想的邊界條件，從中尋找提高產(chǎn)率（轉(zhuǎn)化率）的最佳條件。但必須清醒地認(rèn)識(shí)到，合成氨反應(yīng)在提高產(chǎn)率和生產(chǎn)率（反應(yīng)速率）這一對(duì)相互制約的矛盾中，如何提高反應(yīng)速率，何時(shí)達(dá)到上述最佳反應(yīng)轉(zhuǎn)化（平衡），熱力學(xué)沒有、也無(wú)法做出回答。也就是說(shuō)，熱力學(xué)討論化學(xué)平衡及其移動(dòng)問題時(shí)，與平衡移動(dòng)的快慢（反應(yīng)速率）沒有任何的關(guān)系。這是我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)注意把握的學(xué)科認(rèn)識(shí)。
二、化學(xué)反應(yīng)速率及其變化的原因
對(duì)一個(gè)化學(xué)平衡體系，正如前述，若其體系中任一狀態(tài)（平衡條件）的改變，都將引起平衡的移動(dòng)。平衡的移動(dòng)是建立一個(gè)新平衡的過(guò)程，就有過(guò)程速率即反應(yīng)速率的問題。反應(yīng)速率理論是經(jīng)典化學(xué)動(dòng)力學(xué)對(duì)反應(yīng)歷程闡釋的基本理論，包括反應(yīng)速率的概念和分子碰撞理論基本模型。
化學(xué)反應(yīng)速率是指反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度在單位時(shí)間內(nèi)的變化量，可以用υ＝ 表示。雖然我們?cè)诮滩闹杏闷骄磻?yīng)速度表示，但是，教師在概念理解上應(yīng)該意識(shí)到，反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，其進(jìn)行的每一瞬間，濃度都在發(fā)生著變化。因此，速度也在變化，反應(yīng)速度表示的僅是一個(gè)瞬時(shí)速度。嚴(yán)格的反應(yīng)過(guò)程描述，應(yīng)用速率的微分表達(dá)式：υ＝－。經(jīng)典的分子碰撞理論對(duì)化學(xué)反應(yīng)歷程研究最重要的貢獻(xiàn)，就是建立了反應(yīng)活化能的概念，并提出了反應(yīng)速率影響關(guān)系的表達(dá)式：υ＝k?cn。
n――反應(yīng)級(jí)數(shù)；k＝A?e。
分子碰撞理論模型指明，反應(yīng)的發(fā)生受制于該反應(yīng)的活化能壘，反應(yīng)速率受反應(yīng)物的濃度、反應(yīng)溫度和活化能的影響。影響反應(yīng)速率的濃度關(guān)系，僅僅是針對(duì)反應(yīng)物。反應(yīng)物濃度對(duì)速率影響的關(guān)系，較之化學(xué)平衡來(lái)講更為復(fù)雜。因?yàn)閷?duì)絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，并非基元反應(yīng)，而是分步反應(yīng)，比如教材中所舉的氫、氧燃燒反應(yīng)的分步反應(yīng)例子。因此，決定化學(xué)反應(yīng)快慢的，是反應(yīng)過(guò)程各分步基元反應(yīng)中最慢的那一步，與總反應(yīng)式中的反應(yīng)物系數(shù)并無(wú)直接關(guān)系。因此，絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)，濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。各反應(yīng)物對(duì)總反應(yīng)速率的影響貢獻(xiàn)不同，其值稱為反應(yīng)級(jí)數(shù)n。因此，反應(yīng)速率與反應(yīng)歷程是息息相關(guān)，不同反應(yīng)的反應(yīng)物濃度影響表現(xiàn)也各不相同。
化學(xué)反應(yīng)速率理論為我們提供了從動(dòng)力學(xué)上如何控制反應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)平衡的方法指導(dǎo)。比如，加大某一關(guān)鍵反應(yīng)物料（反應(yīng)級(jí)數(shù)高、對(duì)反應(yīng)影響較大的反應(yīng)物）濃度、通過(guò)催化劑改變反應(yīng)歷程、提高反應(yīng)溫度等辦法。但是，必須清醒地意識(shí)到，上述改變僅僅是改變了反應(yīng)速率，從而改變了反應(yīng)平衡達(dá)到的時(shí)間，卻并不能改變反應(yīng)前、后兩種狀態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)。因此，不能改變相同反應(yīng)條件下的化學(xué)平衡和轉(zhuǎn)化率。由此可見，化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)雖然有共同的影響因素，但它們的影響從機(jī)理到具體影響形式和程度，都是完全不同的兩回事。
三、正確認(rèn)識(shí)反應(yīng)速率與平衡移動(dòng)的關(guān)系
通過(guò)對(duì)兩個(gè)學(xué)科知識(shí)的回顧可以看到，在一個(gè)化學(xué)平衡體系中，體系中任何狀態(tài)的變化都將破壞平衡并導(dǎo)致反應(yīng)向新的平衡狀態(tài)移動(dòng)。平衡的移動(dòng)是一個(gè)過(guò)程，必然伴有過(guò)程速率即反應(yīng)速率。隨著過(guò)程的進(jìn)行，反應(yīng)速率在不斷地改變直至新的平衡建立。平衡是對(duì)過(guò)程結(jié)果的描述，速率變化則是對(duì)反應(yīng)過(guò)程的描述。它們的解釋機(jī)制是兩個(gè)不同學(xué)科的不同問題，既非化學(xué)平衡移動(dòng)決定反應(yīng)速率的變化，也非反應(yīng)速率的變化導(dǎo)致了化學(xué)平衡的移動(dòng)，它們屬于各自獨(dú)立的學(xué)科體系問題。
為描述化學(xué)平衡的建立過(guò)程，我們通常會(huì)用一個(gè)簡(jiǎn)單的宏觀反應(yīng)物濃度與時(shí)間的變化關(guān)系曲線加以表示，如圖2。
對(duì)于該圖的表達(dá)，許多教師存在誤解：一是將濃度變化畫為直線變化；二是認(rèn)為反應(yīng)物與生成物變化曲線一定是對(duì)稱變化；三是如何認(rèn)識(shí)宏觀變化與微觀運(yùn)動(dòng)變化的問題。
該圖曲線建立的依據(jù)是什么呢？是基于化學(xué)反應(yīng)速率的微分概念：υ＝－＝ k?cn
化學(xué)熱力學(xué)的應(yīng)用范文6
（吉林建筑大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)部，吉林 長(zhǎng)春 130118）
【摘要】化學(xué)課程的教學(xué)改革歷經(jīng)了幾十年，取得了諸多成果，但也存在一些需要改進(jìn)的問題。本文針對(duì)工科普通高校所開設(shè)的四大化學(xué)課程，列舉了當(dāng)前化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀及容易出現(xiàn)的問題，提出了未來(lái)幾年工科普通高校的化學(xué)教改趨勢(shì)應(yīng)以“新”、“老”相融合為主的觀點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 化學(xué)課程；教學(xué)改革；觀點(diǎn)
A Discussion on Teaching Status and Reforming Trend of Chemistry Curriculum in Engineering College
GUO Yan LI Xiao-dong
(Basic science Department, Jilin Jianzhu University, Changchun Jilin 130118, China)
【Abstract】The teaching reforming of chemistry curriculum has gone through decades,that obtained many achievements,but there are many problems need to be improved. In this paper, about four chemistry course in some engineering colleges,the author list the current status of chemistry teaching and the phenomenon, proposing a view that education reform trends in chemical engineering college in the next few years should merge by “new” and “old”.
【Key words】Chemistry curriculum; Teaching reforming; View
工科普通高校的化學(xué)課程基本上都設(shè)置在低年級(jí)，以講授《無(wú)機(jī)化學(xué)》、《有機(jī)化學(xué)》、《物理化學(xué)》、《分析化學(xué)》的內(nèi)容為主，根據(jù)各高校的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)需求，可將四大化學(xué)的知識(shí)進(jìn)行篩選、分配、組合及應(yīng)用。這些課程在工科院校，以專業(yè)基礎(chǔ)課居多，有的還是主干課，其對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程很重要。近年來(lái)，科技的發(fā)展及教學(xué)改革的不斷創(chuàng)新，要求化學(xué)為學(xué)生提供更加深刻的理論基礎(chǔ)，故促進(jìn)四大化學(xué)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)，加快課程的整體改革進(jìn)程，清晰目前的教學(xué)、教改現(xiàn)狀，合理的構(gòu)建化學(xué)課程，是擺在每位化學(xué)教學(xué)工作者面前的重要任務(wù)。
1 當(dāng)前四大化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀及易存在的問題
化學(xué)的教學(xué)改革已經(jīng)歷經(jīng)了幾十年，從教材、教法、內(nèi)容、應(yīng)用、理念等諸多方面進(jìn)行了變更和創(chuàng)新，發(fā)展至今天，出現(xiàn)了非常繁盛的景象。當(dāng)化學(xué)為工科專業(yè)教學(xué)進(jìn)行服務(wù)時(shí)，教學(xué)改革更顯得極其重要。目前，四大化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，容易出現(xiàn)（或存在）以下幾個(gè)現(xiàn)象：
1.1 四大化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置過(guò)于重復(fù)
教學(xué)內(nèi)容重復(fù)的主要原因在于開課教研室對(duì)化學(xué)課程的整體設(shè)計(jì)和構(gòu)建考慮不周。例如在《無(wú)機(jī)化學(xué)》和《物理化學(xué)》中都設(shè)置了很多學(xué)時(shí)來(lái)講解化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)，若教研室沒有辨清該內(nèi)容在兩門課程中的教學(xué)目的和側(cè)重點(diǎn)，則很容易出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象，導(dǎo)致同樣的內(nèi)容在《無(wú)機(jī)化學(xué)》和《物理化學(xué)》中各講一遍，而這個(gè)現(xiàn)象目前還普遍存在。
1.2 四大化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容未能滿足專業(yè)需求
這個(gè)問題的出現(xiàn)，主要原因是教學(xué)大綱設(shè)置與培養(yǎng)目標(biāo)不匹配，或主講教師不夠了解專業(yè)課程對(duì)化學(xué)的需求，且對(duì)此專業(yè)的了解偏少造成的。不同的專業(yè)需求的化學(xué)知識(shí)側(cè)重點(diǎn)不同，例如，對(duì)工科的環(huán)境工程專業(yè)，在講授《物理化學(xué)》課程時(shí)，若仍舊耗費(fèi)相當(dāng)多的學(xué)時(shí)來(lái)講述“化學(xué)熱力學(xué)”以及“化學(xué)平衡與相平衡”等章節(jié)，而電化學(xué)、膠體化學(xué)、界面化學(xué)等貼近專業(yè)的內(nèi)容只是略講，那就偏離了專業(yè)的需求。另外，若授課教師了解一些污水處理的基本流程，使理論與實(shí)例相結(jié)合，這樣才能使化學(xué)知識(shí)為專業(yè)服務(wù)。這也是一些高校在引進(jìn)新教師時(shí)，傾向于有工程實(shí)踐背景人才的原因。
1.3 四大化學(xué)的精髓掌握不清
四大化學(xué)的理論博大而精深，若想掌握其教學(xué)精髓之處，需要幾輪的課堂講授功底、多年的研究及閱讀大量的文獻(xiàn)。以《無(wú)機(jī)化學(xué)》和《分析化學(xué)》為例，《無(wú)機(jī)化學(xué)》偏重于定性和原理，而《分析化學(xué)》偏重于定量和分析[1]，若不理解這一精髓的話，課程的講解就無(wú)重點(diǎn)可談，教師和學(xué)生都會(huì)很茫然。筆者認(rèn)為，對(duì)于化學(xué)理論知識(shí)的構(gòu)建，其本質(zhì)都是化學(xué)元素的地球行為和能量守恒原理、物質(zhì)不滅定律的綜合體現(xiàn)。
1.4 教學(xué)指導(dǎo)思想和教學(xué)方法落后
目前在很多教師的思想中還存在著這樣一種認(rèn)知：“只是在課堂上把教學(xué)內(nèi)容講清楚，照抄照搬教材內(nèi)容就是完成教學(xué)任務(wù)”，這種想法忽視了對(duì)知識(shí)的更新和對(duì)現(xiàn)代教育理念的重視，其不僅是個(gè)人的原因，也是大環(huán)境下評(píng)價(jià)體系或監(jiān)督機(jī)制不健全、不嚴(yán)格的造成的。學(xué)習(xí)無(wú)止境，教師和學(xué)生一樣，都有著對(duì)新知識(shí)的渴求欲望，用什么樣的方法獲得和傳授知識(shí)，需要我們具有革新的思想和敢于實(shí)踐的勇氣。
1.5 科研知識(shí)無(wú)法靈活納入理論教學(xué)
當(dāng)前，很多教師都同時(shí)承擔(dān)教學(xué)與科研工作，有的老師甚至在科研中取得了卓越的成果，但是在課堂上卻沒有把科研與教學(xué)結(jié)合起來(lái)，其主要原因多在于找不到話題切入點(diǎn)。對(duì)于化學(xué)學(xué)科來(lái)講，一些科研實(shí)驗(yàn)的理論（或原理）恰恰就隱含在化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)中，而在教課過(guò)程中，哪些是科研實(shí)驗(yàn)的理論支撐，需要其細(xì)細(xì)體會(huì)才能提煉出來(lái)。例如，《分析化學(xué)》中“重量分析與沉淀滴定”一章，在講解沉淀的形成時(shí)，就完全可以與科研實(shí)驗(yàn)中納米材料的制備聯(lián)系起來(lái)。
2 未來(lái)幾年工科普通高校化學(xué)課程的教改趨勢(shì)探析
化學(xué)教學(xué)的改革推陳出新，研究者們提出了很多的改革方案和建議，各持己見。根據(jù)對(duì)近幾年化學(xué)課程教改的觀察、學(xué)習(xí)和研究，筆者認(rèn)為未來(lái)幾年教改趨勢(shì)應(yīng)以“新”、“老”相融合為主，具體可以從以下幾個(gè)方面著手：
2.1 融合經(jīng)典化學(xué)與現(xiàn)代前沿化學(xué)為一體
四大化學(xué)中各有經(jīng)典內(nèi)容，例如物理化學(xué)中的化學(xué)熱力學(xué)、膠體化學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)；無(wú)機(jī)及分析化學(xué)中的四大平衡和四大滴定。這些經(jīng)典內(nèi)容，是每個(gè)高校化學(xué)課程的必講章節(jié)，也是其專業(yè)的必修知識(shí)。但隨著科技的進(jìn)步、前沿化學(xué)的研究及交差學(xué)科的出現(xiàn)，化學(xué)課堂僅僅講授經(jīng)典化學(xué)理論是不能滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)渴求的，需要教師在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，將新知識(shí)有機(jī)地穿插在教學(xué)中，使得化學(xué)課程不再是單一的授業(yè)和灌輸，而是具有科技性和時(shí)代性。
2.2 融合傳統(tǒng)教學(xué)思想與現(xiàn)代教學(xué)理論
在現(xiàn)代課程的視野中，知識(shí)不再是永恒不變的真理，教育的關(guān)鍵是讓學(xué)生在與教育情境的交互過(guò)程中[2]。這句話道出了新時(shí)期“教育”的新概念。多年來(lái)，雖然人們?cè)谶@方面的研究較多，但在實(shí)際教學(xué)中卻因?yàn)榉N種原因，達(dá)不到預(yù)期的效果。即便如此，現(xiàn)代的化學(xué)教學(xué)思想仍需要重視和實(shí)施，這一思想包括：課程的開放性、學(xué)習(xí)的互動(dòng)性、敢于對(duì)知識(shí)的質(zhì)疑性等等。教學(xué)過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，充滿挑戰(zhàn)性、靈活性和想象力的，人們要勇于革新。西班牙建筑大師高迪，其不拘泥傳統(tǒng)直線型、平面型的建筑風(fēng)格，創(chuàng)造了后現(xiàn)代建筑的杰出代表之一——曲線構(gòu)型的圣家族教堂。想象無(wú)止境，想象是我們改革創(chuàng)新的動(dòng)力和源泉。
2.3 融合與調(diào)整四大化學(xué)的交叉內(nèi)容
《無(wú)機(jī)化學(xué)》一般都作為大一新生所接觸的第一門化學(xué)課程，該門課程作為高中化學(xué)和后續(xù)化學(xué)課程的銜接內(nèi)容，起到很重要的鋪墊作用，這也是《無(wú)機(jī)化學(xué)》與《物理化學(xué)》、《分析化學(xué)》部分章節(jié)重復(fù)出現(xiàn)的原因。但經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在《無(wú)機(jī)化學(xué)》中的所涉及的一些內(nèi)容量大而不精，使得一些經(jīng)典的概念被支離破碎。以化學(xué)熱力學(xué)部分為例，一些公式推導(dǎo)被略去，教師講起來(lái)很機(jī)械，不嚴(yán)謹(jǐn)、不科學(xué)，學(xué)生聽起來(lái)也一頭霧水，而這些內(nèi)容又要在《物理化學(xué)》中從頭講起，前后耗費(fèi)了不少學(xué)時(shí)。因此，如何調(diào)正和融合四大化學(xué)的交叉內(nèi)容，是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)和大膽的嘗試。
2.4 融合與構(gòu)建高中、本科、研究生三個(gè)階段的教學(xué)內(nèi)容
這三個(gè)教育階段的化學(xué)內(nèi)容和目的各有不同，階梯式地闡述了化學(xué)的本質(zhì)和精髓。大學(xué)化學(xué)課程是高中化學(xué)課程的拓展與精講，也是研究生課程的基礎(chǔ)，在整體化學(xué)教學(xué)安排中是關(guān)鍵階段。因此在講授過(guò)程中，教師首先要清晰本階段的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)是什么，高中時(shí)期學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)掌握的程度，同時(shí)還要設(shè)計(jì)好知識(shí)的前后次序，只有這樣才能詳略得當(dāng)、有的放矢地講授，才能靈活地駕馭課堂，做好教學(xué)內(nèi)容的銜接與構(gòu)建工作。
以上四個(gè)觀點(diǎn)尤其適用于建筑類、醫(yī)藥類、食品類的工科院校，其四大化學(xué)僅是基礎(chǔ)課程，學(xué)時(shí)少、任務(wù)重，在培養(yǎng)方案中，規(guī)定需在220~260個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成全部化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。目前對(duì)這種情況的教改研究偏少。
3 結(jié)論
化學(xué)知識(shí)猶如一幅多彩的畫卷，需要通過(guò)我們化學(xué)教育工作者的手循循打開，由少到多、由簡(jiǎn)到繁地娓娓道來(lái)。如何詮釋好這一幅畫卷，需要用心去尋求最好的方式。工科院校化學(xué)教學(xué)的改革目的也是如此，我們要遵循教育發(fā)展的規(guī)律，遵照專業(yè)設(shè)置的需求，遵照社會(huì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，做好教育教學(xué)改革和創(chuàng)新，向求知者展示化學(xué)世界帶給人類的魅力。
參考文獻(xiàn)
［1］趙春玲,王薇,胡立新.工科無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程改革的實(shí)踐與思考[J].廣州化工,2012,40(20):136-137.
