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化学热力学的应用范文1
关键词：化工热力学；CDIO；大工程教育；教学改革；方案
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2012）06-0159-02
化工热力学作为化学工程的基础性学科，在研究化学工程以及解决化工生产实际问题中都起着非常重要的作用。同时，它也是化学工程与工艺专业本科生及研究生必修的重点专业课程之一。然而，由于课程中的概念抽象难懂，公式数量多且推导复杂，历届本科学生都感到难以理解和掌握。虽然尝试过各种改革，探索过新的教学方法，但收效甚微，学生掌握到的理论常常疲于应付考试，没有真正解决实际问题的能力，更不用说会作“工程”了。为了迎合“大工程教育”的背景，在2009年，我校开始尝试将CDIO的教育理念应用于化工热力学课程教学中，取得了一定的成效。
CDIO教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果，这种全新的教育模式将构思（Conceiving）、设计（Designing）、实现（Implementing）与运作（Operating）结合在一起，形成一个连贯而完整的流程。学生从参加产品研发到产品运行的生命周期当中，可以亲身体验到“以产品为导向”CDIO教学模式所带来的不同于传统教学模式的参与感。这种以学生为主体，实现了“做中学”的全新教育理念，对于提高学生能力，激发学习兴趣，促进化工热力学课程建设等各个方面都具有非常重要的意义。
化工热力学教学现状分析
教学内容与实际脱节随着近年来工业体系的不断进步和化工行业的快速发展，化工热力学作为一门体系较为完善的课程，其教学内容与实际的化工技术相比已显得比较滞后。这种滞后不但使教学与工程脱节，并且由于课程模式长期固定，在某种意义上限制了教师的思维方式，进而对学生的创新及发散思维也造成影响。同时，也造成了大学与社会之间的脱离。这也是为什么学生掌握了知识，却不能在毕业以后派上用场的原因。
忽略了学生作为主体的角色在从事化工热力学教学的十余年中，如何解决教与学之间存在的矛盾，也是一直困扰着笔者的一个问题。为何在经历了数次改革之后，我们的教学却并没有发生实质的改变？其原因在于忽略了“在教育过程中，学生才是主体”的这一事实。一直以来，无论运用何种创新式的教学方法，总是离不开以教师作为主体的讲授，总是去研究如何将知识更快速准确的灌输给作为客体的学生，如何将枯燥的理论讲授变得生动有趣，让学生在愉快的氛围中掌握知识，在一次一次的教学改革中，教师历练成了“优秀的演员”，而学生充其量也就是一个“文明的观众”并没有成为一名“优秀的演员”。在这种教育方式下，培养出来的学生，实际上是被剥夺了自主学习的机会，其思维模式也会变得僵化，重理论，轻实践。在具体问题的处理上往往拘泥于唯一的“正确方案”，按照教师或书本上所讲述的步骤给出解答，这就达到了我们所说的“掌握”的基本要求。学生并不会从一个实际的工程问题中，发现相关的热力学问题和定义热力学问题。比如，在讲授流体的 “PVT”关系时，我们会定义好两个变量（温度T，压力P）让学生去求体积（V），学生都可以很好的根据热力学方程解出体积，但如果让学生去求解某工艺流程中输送流体的管径时（生产能力即流体的质量流量已知），学生就常常束手无措。他们不会根据输送流体的工艺条件（即温度、压力）用学过的热力学知识来求出流体的摩尔体积，将其换算成流体的密度后，再根据流体的质量流量解出体积流量结合管路中的允许的流体流速去求管径。可是如果将这种求管径的问题放在化工原理的课程中，学生又可以很好的解决。因为，在化工原理的课程中，流体的密度常常都是作为已知量出现在例题中的，而在实际的工程设计和计算中，这些问题都是需要靠学生自己去发现、定义并解决的。学生这种今后最需要能力，在我们多年的教学中却被忽略了。
总之，无论是在教学内容上，还是在教学模式上，现有的化工热力学教学当中都存在着很多问题，已经逐渐无法满足社会对高等人才培养的需要。而CDIO的教学理念则为我们解决这一问题提供了一项新的可能性。通过将热力学课程与CDIO教学理念相结合，让学生在“做中学”的过程中更好地掌握知识，提高能力，通过一个个真实的工程案例，去研究问题、发现问题。这样，学生才能具有获取相关知识去解决问题的动力。在此过程中，重要的不是解决了一个具体的问题并由此掌握了相关的知识，而是在于学会如何发现问题、定义问题、分析问题并获取相应的知识解决问题，总结新知识，同时，加强与人沟通的能力以及团队合作的能力。那么，究竟如何进行化工热力学课程的改革呢？
基于CDIO理念下热力学教学改革方案
针对化工热力学教学上的种种问题，我们确定了以“产品为导向”的教学模式改革。就是让学生通过“产品工艺的工程设计”真正学到工程设计中的热力学知识。热力学是从工程中来，最终还要回到工程中去，为工程服务。因此，确定了以产品制造为目标，将学生感兴趣的产品“工业化”，学生扮演一个“工程师”主持一个“产品与过程”的工程设计工作。在工程项目的设计中，学生必然会碰到相关的热力学问题。如工艺条件下流体密度（流体的PVT关系）、换热器和功设备的负荷计算（流体的热力学性质：焓、熵与PVT的关系）、分离塔的计算（流体的相平衡）等等，在设计过程中，学生遇到问题时，教师加以适当的指导并结合课堂所讲授的热力学内容解决实际工程中的问题，最终完成一个工程设计报告。学生只凭上课听讲是不可能将项目设计好的。必须通过自己看书、查阅大量的文献与资料，与同组同学研究讨论，才可能将项目完成。在这个过程中，强化了化工热力学在工程中的应用，让学生真正体会到热力学不是虚无飘渺的理论，而是实实在在的技能。为此，我们制定的具体改革方案如下：
将学生按班级分组。原则上每班两大组，也可根据个人兴趣自成一组。选择一个学生感兴趣的化工产品，围绕如何实现该产品的工业化完成以下内容：（1）市场调研报告。包括：产品的国内外发展现状、市场前景、简单的经济分析及相关的工艺流程的了解（开课后第1～4周完成）。（2）对产品多套工艺流程方案进行可行性及经济分析，确定小组详细的工艺流程路线及详细的工艺条件，完成简单的工艺流程图（开课后第5～8周完成）。（3）根据学生选定的工艺过程，完成简单的工艺流程图，教师指定与工艺流程相关的热力学计算，通过计算体会热力学在工程中的应用（开课后第9～12周完成）。（4）将以上三部分合成一个完整的报告期末上交，报告成绩占期末总成绩的30%。每一小步的工作要求完成的功课都要按时上交，并按教师的批改意见修改完善自己的报告内容（开课后第13～16周完成）。（5）最后，选择优秀的项目报告作讲演（第17周完成）。
由于选题是学生根据自己的兴趣确定的工业产品，因此，项目类型与涉及的学科面应该是很复杂的。教师不可能事先知道结果，这就要求教师需要具有相对扎实的工程实际和理论的背景知识，指导学生在课题初期尽快进入课题角色，随着课题的进展，学生要自己获取更多的相关知识，并进行深入的研究，应用知识去解决问题。在此过程中，教师要做好“导演”，侧重对学生的方法和能力方面进行指导。学生在整个过程中一定会投入大量的时间和精力，因为是以小组为单位，所以，最后的项目一定是集中了整个团队的才智，一定会有所收获。
通过两年的实践，使用以上方法取得了较好的教学效果，在加强学生学习热力学课程积极性的同时，使学生在学习期间就能受到未来职场环境的熏陶，只有叫他们了解自己将来的用武之地，造就他们成为合格的化工专业人才，满足产业和社会的需要。
然而，在改革中还存在一些问题，如学生的合作还存在欠缺，各组同学中都有“坐车”的现象，如何对这部分不积极参与的学生进行评价，使所有学生都能积极动起来，将是我们未来改革中亟待解决的问题。
结语
化工热力学课程从2009年开始进行了CDIO工程教育培养模式的理论与实践探索，并取得初步成效，我们将不断努力探索，使这一教育模式趋于科学、有效。积极推进CDIO人才培养的培养方案改革和教学方法创新，开展适应于学生研究性学习的教学方法创新，在传统的案例式、启发式、交流式教学方法改革中推进体验式、研究式、讨论式教学方法，利用具体工程项目的实施，引导学生“做中学”，通过营造工程环境，实现师生间、学生间对话式学习和合作式学习，形成教学相长的生动学习局面。在教学过程中融入最新的化工工程技术成果和工艺方案，启迪学生的工程意识和利用科技成果的创业意识，开拓学生的创新思维和创业精神，构筑“创新创业”应用型人才培养的知识新体系和课程新体系。
参考文献：
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作者简介：
徐新（1967—），硕士，北京石油化工学院副教授，研究方向为化工。
化学热力学的应用范文2
系里设立了应用化工专业和化工分析与检验专业（高职专科），专门培养高素质、高技能的化工操作人才，其中，应用化工专业是培养化工总控工的，就业岗位包括化工工艺操作、化工工程操作，化工设备操作、维护，化工仪表控制，化工DCS操作，化工安全管理，化工产品的包装与销售等。
专业的课程设置
由完成工作所需要的能力，确定以下学习领域：1、物理化学的知识体系一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面:化学体系的宏观平衡性质以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的内容有化学热力学,溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的内容有结构化学和量子化学。化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的内容有化学动力学、催化、光化学和电化学。物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学三大部分。热力学和量子力学分别适用于宏观和微观系统，统计力学则为二者的桥梁。原则上用统计力学方法能通过个另分子、原子的微观数据来推断或计算物质的宏观现象。物理化学由化学热力学、化学动力学和结构化学三大部分组成。2、应用化工专业所需内容的选择对照操作岗位的知识和能力需要，本着实用、够用，适当拓展的原则，选取化学热力学、化学动力学两大部分，主要内容有物质PVT性质、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学在多组分体系和相平衡体系中的应用、化学平衡、化学动力学基础、胶体、粗分散系和表面化学。根据课程内容及深度，决定选用高职高专化学教材编写组编写的《物理化学》（第三版，化学工业出版社）为基本教材，以傅献彩主编《物理化学》（第五版，高等教育出版社）为主要参考资料。3、物理化学课程定位学习物理化学需要大学物理、高等数学、基础化学的基础知识，同时，物理化学又为学习化工设备基础、化工热力学、化学反应工程、煤化工工艺学等课程打下基础。因此，《物理化学》课程是应用化工专业的重要专业课，是其他主要专业课的基础。
基于工作过程的教学方法
确定了内容，就需要对知识按照工艺岗位的实际情况，进行解构和重构，即以工作过程为载体，以工作任务为情境，构建认知系统。通过综合分析周边化工企业生产工艺，归纳典型岗位，决定选取新能凤凰甲醇的生产工艺为载体，对物理化学内容进行重构。新能凤凰甲醇的生产采用的是德士古技术工艺，主要工段有空气分离制取液氧，制取水煤浆，水煤浆燃烧气化，甲醇合成与精制，各工段对应的知识如下表：（表略）通过完成任务，提高了学生掌握知识的目的性；在学生自主决策与计划中，激发其主观能动性，掌握解决问题的方法与步骤；通过任务实施，培养其动手实践能力；通过教师的检查与评价，让学生体验成功的愉悦，激发其学习的兴趣，提高学习效率和效果。
化学热力学的应用范文3
关键词：物理化学；教学；基本概念；基础理论
中图分类号： G647.2 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-11-0258-1
《物理化学》是化工及其相关专业的专业基础理论课程，在其专业课程中具有举足轻重的地位。它是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，主要运用物理学的原理和方法研究化学现象和化学过程的一门科学，重点介绍基本概念和基本理论。《物理化学》主要是系统地讲授有关化学变化和与化学变化相关联的物理变化的各种基本理论和共同规律，使学生掌握物理变化的基本计算方法，培养学生分析和解决物理化学方面实际问题的能力，提高对化学现象的理性认识高度。通过课堂讲授、习题演算等环节，使学生较系统地掌握物理化学的基础知识，基本理论和基本技能，为后续专业课奠定必需的物理化学基础。该课程的主要内容包括化学热力学、相平衡、化学动力学、电解质溶液、表面现象和胶体化学等。根据《物理化学》的学科特点，其教学必须以定量描述为主，重视计算能力的培养与训练，同时也要重视理论联系专业的实际[1]。学习《物理化学》的目的是运用物理学的理论和方法对化学现象做出理论的和定量的探讨。
通过该课程的学习，要求学生对物理化学的基本理论有较为系统的了解，掌握物理化学的基本计算方法，从而在分析和解决实际问题时能运用所学的物理化学知识和技能。在理论知识方面，化学热力学和化学动力学是主要内容，要求学生正确了解物理化学中基本原理和概念的来龙去脉及适用范围，应掌握主要公式的推导和应用条件，对不属于基本理论的一些较深概念和较为冗长的公式推导，只作简要介绍或直接给出结论，仅要求学生掌握其意义、作用和方法。在计算方面，要求学生能正确分析题意，选择合适的计算公式和数据，掌握运算技巧和有效数字，正确使用有关物理量的单位，能用实验数据作图，有使用物理化学简单图表的能力。使学生系统地掌握有关化学及物理变化的一些基本原理和研究方法，并初步具有分析和解决有关化学方面实际问题的能力[2，3]。
以下，就《物理化学》教学内容中的几个方面探讨一下。
在《物理化学》整个教学的过程中，热力学所涉及的基本概念、基础理论最多。要想让学生易于接受、理解，必须用通俗易懂的教学方法进行讲解，甚至还要用上日常生活中的某些例子加以辅导、比喻以帮助理解，让学生彻底弄懂热力学第一定律和热力学第二定律中的Q、W、U、H、S、A、G之间的关系，从而进一步弄清其中的途径函数和状态函数的求解，以达到举一反三的效果。为接下来热力学中的化学势的求解以及偏摩尔量的物理意义的讲解打好良好的基础。
动力学这一块中要让学生了解动力学方程的规律性，以例题进行类比，最后反映其内在统一规律性；对于n不同而导致的不同特性也要加以说明和验证，让学生能够融会贯通、举一反三。这一方法将有意想不到的效果。
对于化学平衡和相平衡这一块，从数学分析的角度来讲解，则教学效果较好。对于化学平衡，主要从数学公式上的某一物理量的增大而导致另一物理量的增大或减小来说明平衡移动，则比较直观。然后结合学生中学所掌握的化学平衡理论知识（当时学生只是学习结论的应用），此时就可根据数学分析方法对学生讲清得此结论的来龙去脉。化学平衡移动是由一系列的原因导致，不仅可从理论上进行推导，还可运用数学公式进行验证、分析，使理论知识的学习更有说服力，学生掌握起来也更通透。
对于相平衡，则需要教会学生看懂相图，搞清自由度F的物理意义和计算方法。学会看图是一项长期且艰难的任务。如果学生本身的看图能力不强，若能学好这块内容，则对他自身数学知识的加深和以后专业课程学习都是一大帮助。这块内容完全可锻炼学生物理量的分析能力和数学知识的灵活运用，甚至可调动、提高学生学习物理化学的积极性，让他们觉得物理化学不再枯燥、难懂、晦涩（因为热力学中的某些公式、定律都属于枯燥晦涩的内容），也是可以很生动，很活跃的。让学生愿意深入思考、分析相图，从中得到乐趣。
另外，在整个教学过程中，还需要注意习题、例题的讲解。除了计算例题之外，还要经常以一些基本概念、定律、定理为基础，设置一些选择、填空、判断的例题来讲解，以帮助学生学习、理解。因为计算例题一般考查公式的综合运用，讲解起来耗时较久，并且难以反映基本概念的运用。对于基本概念、基本理论的学习和运用，选择、填空、判断这类题型能较好的反映且耗时也较短，完全可融入新课的理论讲授中讲解，有助于学生对新概念的理解，为下一步的学习打好基础。而且这样教学也可使课堂气氛更为活跃、丰富，不会显得《物理化学》都是一些呆板的基本概念，让这些基本概念都“活”起来、“动”起来，有助于教学效果的提高。
当然，《物理化学》教学还有许多需要探讨的地方，还有待在以后的教学中继续进行深入的发掘。
参考文献
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[2] 李莉,张明波,张旭,等.《物理化学》课程教学创新初探[J].辽宁中医药大学学报,2010,(01).
化学热力学的应用范文4
热经济学起源与20世纪50年代末期，创始人为美国的Tribus。他在其指导的博士论文“能量系统的火用分析”中,第一次将经济因素引入到了火用分析之中,并首次提出了通过系统逐个寻优达到全局最优的目的。到20世纪60年代中期,热经济学初步有了完善的体系，并被学术界命名为thermo-economics。Tribus的学生R.Evans还发表了热经济学孤立化原理的数学论证。随后，美国的另一学派代表人物R.Gaggioli，他以代数为主要数学计算模式，进而发展了代数模式的热经济学。德国的Beyer，结构系数模式经济学发展为符号经济学，也称矩阵模式热经济学（因为西方国家习惯称矩阵为符号），矩阵模式代表了热经济学的成熟阶段。到了1995年,王加璇等科学工作者开始在我国推行国际上各种流派的火用经济学的先进理论。部分学者根据我国的具体国情对其研究应用,并且已经取得了一定的成就，逐渐形成了各自的流派。
2热经济学的原理与优势
目前存在的能量评价方法包括以热力学第一定律为基础的能量分析法。这种分析法虽然操作简单，且已经被广泛应用，但评价值侧重于“量”而没有评价“质”。另一种是以热力学第一定律和第二定律和火用平衡理论为框架的火用分析法。这种方法在对能量系统进行综合分析优化的时候，得出的结果往往无法顾及经济因素。目前最为科学全面的分析是法是本文研究的将热力学分析与经济因素综合分析的热经济学分析法也称火用经济学分析法。这种方法结合了工程经济学、系统工程、最优化技术以及决策理论等基本思想，兼顾能量使用的“量”与“质”，并将系统的火用流价格数据化，能够评估兼顾能量使用效率与经济价值的综合结果，这种分析法在复杂的工程分析、诊断、优化、改进中，都有重大作用，技术优势非常明显。热经济学的分析能够全面辅助系统的优化，它的基本原理是在进行系统优化时，确定考虑的变量及变量之间的关系，然后选择约束条件和决策变量，最后用数学手段描述出目标函数与约束方程，进行求解。求解答案能够对项目设计提供重要参考资料，包括对可行方案的选择、对改进措施的评价、对成本的真实计算以及单元系统的维护与更替。
3热经济学的应用
热经济学是分析现代工程系统中一切与能力相关的系统的热力学方法，一般来说，从原则上区分，可以分为两大类方法，一是在卡诺和克劳修斯研究框架中，利用系统能平衡概念分析的系统各项技术、经济指标的完善程度，通过把被研究系统与卡诺循环理想循环系统进行对比，从它们之间的接近的程度判定系统的完善程度。二是以吉布斯理论为框架，采取热力学势概念的分析方法，分析系统中能量转换过程，以热力学势为分析重点，进而分析各种形式之下功的数值。从这一原理出发，我们可以评估被分析系统任意一点上的物流与能流所做功的性能。这一点能够无视系统的机构复杂程度而直接对系统性能进行评估，所以，我们可以充分利用这一方法的特点，分析得到需要的全部信息。这种方法，首先在化学热力学领域被广泛应用，而其他领域一般仍沿用第一类方法。在我国热经济学分析法被引入到热力系统，我国学者首先主要通过概念模型来分析热力系统，并实际通过绘制结构图对实际操作进行了指导，热经济学理论并且被用于分析复杂的能量体系，模拟故障诊断，并用于计算成本。在系统的优化方面，热经济学被用于对系统进行分析，分析的内容包括燃料、产品流的成本，和最红产品的形成过程，在此过程中，通过计算编辑火用成本的变化能够建立能量损耗分析模型，实现了在线诊断系统性能的目标，随后热经济学概念引入到火电机组，建立了加热器故障诊断指标的通用数学模型，实现了加热器故障诊断的可能性。还有学者通过研究火用流的计价和费用分配问题，对把输入的火用流进行拆分,提出了基于能级相近最大化相供的火用流计价策略，并将此原理应用于热电联产热力系统之中。生态系统的求解问题通常会遇到非线性问题和Lyapounov含义的稳定问题，对这类问题进行求解，必须使用微分几何与张量代数、步骤较为繁琐，且这些方法难度较大。再忽略精度细微误差的前提之下，我们可以使用网络热力学方法去求解，网络热力学分析法是近年来发展并逐渐成熟的计算方法，虽然目前仍有待完善，但是前景光明。
4结语
化学热力学的应用范文5
关键词：化学平衡；化学反应速率；经典热力学；化学反应动力学
文章编号：1008-0546（2012）04-0008-02 中图分类号：G632．41 文献标识码：B
doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2012．04．003
化学平衡和化学反应速率分别是经典热力学和反应动力学讨论的重要问题之一，两者都受体系温度、压力和物料的浓度影响。在《化学反应原理》模块相关内容的教学上，许多教师容易产生学科认识上的混淆，将两者的影响因素等同看待并相互套用。比如，有的教师在“化学平衡的移动”教学中给学生做这样的总结：“当外界条件发生改变时，如果对正、逆反应速率产生了不同的影响，导致某种物质的转化率发生了改变，原化学平衡就被破坏，并且向着生成更多某物质的那一方移动，即如果导致υ正＞υ逆，则向着正反应方向移动，如果υ正＜υ逆，则向逆反应方向移动”。上述对化学平衡移动和反应速率变化的动因分析，呈现了一个值得探讨的学科知识问题，是反应速率的变化导致了化学平衡的移动，还是化学平衡的移动导致了反应速率的变化，两者在动因上有必然的联系吗？无疑，化学反应速率与化学平衡的移动总是相互伴生并相互作用，部分教师对两者所包含的化学热力学和反应动力学的学科知识体系的认识还存有模糊，不能正确地区分与应用。因此，有必要从学科知识的角度做进一步厘清，以免贻误教学。
一、化学平衡及其移动的本质
化学平衡及其移动，是经典热力学阐释化学反应限度与反应推动力关系的重要表达方式。经典热力学从物质的宏观状态变化的角度出发，探讨反应中的能量变化关系，并将化学反应式两边看作化学变化前、后的两种热力学状态。通过反应前、后的状态变化，即反应的温度T、焓变ΔH和熵变ΔS阐明了反应进行的推动力，即ΔG＝ΔH－T×ΔS（吉布斯自由能变化）。从而为一个反应能否自发进行提供了判断的依据。当然，该推动力仅仅是建立在反应物和生成物互不混合的纯态基础上。对一个实际的反应系统，即使反应的ΔG＜0，反应能自发进行，系统的实际反应推动力还要包括反应物、生成物相互混合过程对吉布斯自由能的影响。因此，一个反应系统的反应推动力实际是：
ΔG ＝ΔG纯态＋ΔG混合影响＝［（1－ξ）ΔG反应物＋ξΔG生成物］＋RT［（1－ξ）ln（1－ξ）＋ξlnξ］ ξ――反应进度
图1中灰线为纯态的反应ΔG变化，实线则是反应系统的吉布斯自由能变化曲线。由图可见，任一个自发进行的反应系统，在一定温度和压力下，其推动力ΔG在某一反应进度上都会有最低状态，该状态就是反应系统的平衡态。也就是说，任一自发进行的反应系统，也会建立一个平衡。当然，不同反应平衡态所处的进度不同，因而就有反应的最大转化率。
在一定温度下，对化学反应aA＋bB?葑cC＋dD系统来说，反应的平衡态可用平衡常数来描述，用具体反应物和生成物之间的浓度或分压关系表达为：
Kc＝ 或Kp ＝。
经典热力学的研究建立了反应系统的推动力与反应限度（平衡常数）之间的关系为：ΔG ＝－RTLnK。从而确立了化学反应的能量变化与反应限度之间的关系。
从经典热力学有关化学反应平衡理论的概述可以看出：化学平衡是反应系统的热力学状态变化的结果和体现；平衡常数与反应体系温度息息相关；反应平衡体系中各物质的浓度，由平衡常数所决定，但其又以系数的幂次方关系对平衡体系产生影响；反应的推动力或平衡常数可以在一定的反应条件下，由反应物的转化率间接地表达，但平衡体系变化，必然伴随转化率的变化；经典反应热力学仅从反应前、后状态的能量变化的角度出发，去探讨反应的可能性与限度问题，始终都未涉及反应从始态到终态之间的过程问题，也就是说，热力学基础上建立的对化学反应问题的结论，与反应速率之间没有任何的联系。
经典热力学有关平衡移动的理论，为化学反应的应用，提供了反应的状态条件（如反应体系物料配比、压力、温度等）选择的理论依据。比如，合成氨工业中，通过平衡计算可以获得状态条件与最大转化率之间的关系，从而使工业生产可以据此为理想的边界条件，从中寻找提高产率（转化率）的最佳条件。但必须清醒地认识到，合成氨反应在提高产率和生产率（反应速率）这一对相互制约的矛盾中，如何提高反应速率，何时达到上述最佳反应转化（平衡），热力学没有、也无法做出回答。也就是说，热力学讨论化学平衡及其移动问题时，与平衡移动的快慢（反应速率）没有任何的关系。这是我们在教学中应注意把握的学科认识。
二、化学反应速率及其变化的原因
对一个化学平衡体系，正如前述，若其体系中任一状态（平衡条件）的改变，都将引起平衡的移动。平衡的移动是建立一个新平衡的过程，就有过程速率即反应速率的问题。反应速率理论是经典化学动力学对反应历程阐释的基本理论，包括反应速率的概念和分子碰撞理论基本模型。
化学反应速率是指反应物或产物浓度在单位时间内的变化量，可以用υ＝ 表示。虽然我们在教材中用平均反应速度表示，但是，教师在概念理解上应该意识到，反应是一个动态变化的过程，其进行的每一瞬间，浓度都在发生着变化。因此，速度也在变化，反应速度表示的仅是一个瞬时速度。严格的反应过程描述，应用速率的微分表达式：υ＝－。经典的分子碰撞理论对化学反应历程研究最重要的贡献，就是建立了反应活化能的概念，并提出了反应速率影响关系的表达式：υ＝k・cn。
n――反应级数；k＝A・e。
分子碰撞理论模型指明，反应的发生受制于该反应的活化能垒，反应速率受反应物的浓度、反应温度和活化能的影响。影响反应速率的浓度关系，仅仅是针对反应物。反应物浓度对速率影响的关系，较之化学平衡来讲更为复杂。因为对绝大多数的化学反应来说，并非基元反应，而是分步反应，比如教材中所举的氢、氧燃烧反应的分步反应例子。因此，决定化学反应快慢的，是反应过程各分步基元反应中最慢的那一步，与总反应式中的反应物系数并无直接关系。因此，绝大多数的化学反应，浓度对反应速率的影响，要通过实验测定。各反应物对总反应速率的影响贡献不同，其值称为反应级数n。因此，反应速率与反应历程是息息相关，不同反应的反应物浓度影响表现也各不相同。
化学反应速率理论为我们提供了从动力学上如何控制反应尽快实现平衡的方法指导。比如，加大某一关键反应物料（反应级数高、对反应影响较大的反应物）浓度、通过催化剂改变反应历程、提高反应温度等办法。但是，必须清醒地意识到，上述改变仅仅是改变了反应速率，从而改变了反应平衡达到的时间，却并不能改变反应前、后两种状态的热力学性质。因此，不能改变相同反应条件下的化学平衡和转化率。由此可见，化学反应速率和平衡移动虽然有共同的影响因素，但它们的影响从机理到具体影响形式和程度，都是完全不同的两回事。
三、正确认识反应速率与平衡移动的关系
通过对两个学科知识的回顾可以看到，在一个化学平衡体系中，体系中任何状态的变化都将破坏平衡并导致反应向新的平衡状态移动。平衡的移动是一个过程，必然伴有过程速率即反应速率。随着过程的进行，反应速率在不断地改变直至新的平衡建立。平衡是对过程结果的描述，速率变化则是对反应过程的描述。它们的解释机制是两个不同学科的不同问题，既非化学平衡移动决定反应速率的变化，也非反应速率的变化导致了化学平衡的移动，它们属于各自独立的学科体系问题。
为描述化学平衡的建立过程，我们通常会用一个简单的宏观反应物浓度与时间的变化关系曲线加以表示，如图2。
对于该图的表达，许多教师存在误解：一是将浓度变化画为直线变化；二是认为反应物与生成物变化曲线一定是对称变化；三是如何认识宏观变化与微观运动变化的问题。
该图曲线建立的依据是什么呢？是基于化学反应速率的微分概念：υ＝－＝ k・cn
化学热力学的应用范文6
（吉林建筑大学基础科学部，吉林 长春 130118）
【摘要】化学课程的教学改革历经了几十年，取得了诸多成果，但也存在一些需要改进的问题。本文针对工科普通高校所开设的四大化学课程，列举了当前化学教学的现状及容易出现的问题，提出了未来几年工科普通高校的化学教改趋势应以“新”、“老”相融合为主的观点。
关键词 化学课程；教学改革；观点
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
工科普通高校的化学课程基本上都设置在低年级，以讲授《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《分析化学》的内容为主，根据各高校的教学培养目标需求，可将四大化学的知识进行筛选、分配、组合及应用。这些课程在工科院校，以专业基础课居多，有的还是主干课，其对后续的专业课程很重要。近年来，科技的发展及教学改革的不断创新，要求化学为学生提供更加深刻的理论基础，故促进四大化学的优质教学，加快课程的整体改革进程，清晰目前的教学、教改现状，合理的构建化学课程，是摆在每位化学教学工作者面前的重要任务。
1 当前四大化学教学的现状及易存在的问题
化学的教学改革已经历经了几十年，从教材、教法、内容、应用、理念等诸多方面进行了变更和创新，发展至今天，出现了非常繁盛的景象。当化学为工科专业教学进行服务时，教学改革更显得极其重要。目前，四大化学教学过程中，容易出现（或存在）以下几个现象：
1.1 四大化学的教学内容设置过于重复
教学内容重复的主要原因在于开课教研室对化学课程的整体设计和构建考虑不周。例如在《无机化学》和《物理化学》中都设置了很多学时来讲解化学热力学基础，若教研室没有辨清该内容在两门课程中的教学目的和侧重点，则很容易出现教学内容重复的现象，导致同样的内容在《无机化学》和《物理化学》中各讲一遍，而这个现象目前还普遍存在。
1.2 四大化学的教学内容未能满足专业需求
这个问题的出现，主要原因是教学大纲设置与培养目标不匹配，或主讲教师不够了解专业课程对化学的需求，且对此专业的了解偏少造成的。不同的专业需求的化学知识侧重点不同，例如，对工科的环境工程专业，在讲授《物理化学》课程时，若仍旧耗费相当多的学时来讲述“化学热力学”以及“化学平衡与相平衡”等章节，而电化学、胶体化学、界面化学等贴近专业的内容只是略讲，那就偏离了专业的需求。另外，若授课教师了解一些污水处理的基本流程，使理论与实例相结合，这样才能使化学知识为专业服务。这也是一些高校在引进新教师时，倾向于有工程实践背景人才的原因。
1.3 四大化学的精髓掌握不清
四大化学的理论博大而精深，若想掌握其教学精髓之处，需要几轮的课堂讲授功底、多年的研究及阅读大量的文献。以《无机化学》和《分析化学》为例，《无机化学》偏重于定性和原理，而《分析化学》偏重于定量和分析[1]，若不理解这一精髓的话，课程的讲解就无重点可谈，教师和学生都会很茫然。笔者认为，对于化学理论知识的构建，其本质都是化学元素的地球行为和能量守恒原理、物质不灭定律的综合体现。
1.4 教学指导思想和教学方法落后
目前在很多教师的思想中还存在着这样一种认知：“只是在课堂上把教学内容讲清楚，照抄照搬教材内容就是完成教学任务”，这种想法忽视了对知识的更新和对现代教育理念的重视，其不仅是个人的原因，也是大环境下评价体系或监督机制不健全、不严格的造成的。学习无止境，教师和学生一样，都有着对新知识的渴求欲望，用什么样的方法获得和传授知识，需要我们具有革新的思想和敢于实践的勇气。
1.5 科研知识无法灵活纳入理论教学
当前，很多教师都同时承担教学与科研工作，有的老师甚至在科研中取得了卓越的成果，但是在课堂上却没有把科研与教学结合起来，其主要原因多在于找不到话题切入点。对于化学学科来讲，一些科研实验的理论（或原理）恰恰就隐含在化学基础知识中，而在教课过程中，哪些是科研实验的理论支撑，需要其细细体会才能提炼出来。例如，《分析化学》中“重量分析与沉淀滴定”一章，在讲解沉淀的形成时，就完全可以与科研实验中纳米材料的制备联系起来。
2 未来几年工科普通高校化学课程的教改趋势探析
化学教学的改革推陈出新，研究者们提出了很多的改革方案和建议，各持己见。根据对近几年化学课程教改的观察、学习和研究，笔者认为未来几年教改趋势应以“新”、“老”相融合为主，具体可以从以下几个方面着手：
2.1 融合经典化学与现代前沿化学为一体
四大化学中各有经典内容，例如物理化学中的化学热力学、胶体化学、化学动力学；无机及分析化学中的四大平衡和四大滴定。这些经典内容，是每个高校化学课程的必讲章节，也是其专业的必修知识。但随着科技的进步、前沿化学的研究及交差学科的出现，化学课堂仅仅讲授经典化学理论是不能满足学生对知识渴求的，需要教师在有限的学时内，将新知识有机地穿插在教学中，使得化学课程不再是单一的授业和灌输，而是具有科技性和时代性。
2.2 融合传统教学思想与现代教学理论
在现代课程的视野中，知识不再是永恒不变的真理，教育的关键是让学生在与教育情境的交互过程中[2]。这句话道出了新时期“教育”的新概念。多年来，虽然人们在这方面的研究较多，但在实际教学中却因为种种原因，达不到预期的效果。即便如此，现代的化学教学思想仍需要重视和实施，这一思想包括：课程的开放性、学习的互动性、敢于对知识的质疑性等等。教学过程是动态的，充满挑战性、灵活性和想象力的，人们要勇于革新。西班牙建筑大师高迪，其不拘泥传统直线型、平面型的建筑风格，创造了后现代建筑的杰出代表之一——曲线构型的圣家族教堂。想象无止境，想象是我们改革创新的动力和源泉。
2.3 融合与调整四大化学的交叉内容
《无机化学》一般都作为大一新生所接触的第一门化学课程，该门课程作为高中化学和后续化学课程的衔接内容，起到很重要的铺垫作用，这也是《无机化学》与《物理化学》、《分析化学》部分章节重复出现的原因。但经过多年的教学实践，发现在《无机化学》中的所涉及的一些内容量大而不精，使得一些经典的概念被支离破碎。以化学热力学部分为例，一些公式推导被略去，教师讲起来很机械，不严谨、不科学，学生听起来也一头雾水，而这些内容又要在《物理化学》中从头讲起，前后耗费了不少学时。因此，如何调正和融合四大化学的交叉内容，是一个长远和大胆的尝试。
2.4 融合与构建高中、本科、研究生三个阶段的教学内容
这三个教育阶段的化学内容和目的各有不同，阶梯式地阐述了化学的本质和精髓。大学化学课程是高中化学课程的拓展与精讲，也是研究生课程的基础，在整体化学教学安排中是关键阶段。因此在讲授过程中，教师首先要清晰本阶段的教学培养目标是什么，高中时期学生对化学知识掌握的程度，同时还要设计好知识的前后次序，只有这样才能详略得当、有的放矢地讲授，才能灵活地驾驭课堂，做好教学内容的衔接与构建工作。
以上四个观点尤其适用于建筑类、医药类、食品类的工科院校，其四大化学仅是基础课程，学时少、任务重，在培养方案中，规定需在220~260个学时内完成全部化学的教学内容。目前对这种情况的教改研究偏少。
3 结论
化学知识犹如一幅多彩的画卷，需要通过我们化学教育工作者的手循循打开，由少到多、由简到繁地娓娓道来。如何诠释好这一幅画卷，需要用心去寻求最好的方式。工科院校化学教学的改革目的也是如此，我们要遵循教育发展的规律，遵照专业设置的需求，遵照社会人才的培养目标，做好教育教学改革和创新，向求知者展示化学世界带给人类的魅力。
参考文献
［1］赵春玲,王薇,胡立新.工科无机及分析化学课程改革的实践与思考[J].广州化工,2012,40(20):136-137.
