化學熱力學的應用精選(九篇)

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第1篇：化學熱力學的應用范文

【關鍵詞】熱加工強化技術；汽車修理；應用分析

1 化學熱處理表面強化

隨著我國科技的不斷發展，化學熱處理技術的應用也十分廣泛。其工藝通常是將鋼鐵工件置于一定溫度的活性介質中保溫， 使一種或幾種元素，例如滲碳、滲硼、氮化、碳氮共滲等工藝手段，滲入表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工，并形成單相或多相的擴散層，經過淬火提高表層硬度和耐磨性，達到表面強化目的。

汽車發動機活塞肖可謂此類方法的典型零件，發動機工作時，活塞肖承受著活塞上全部負荷，在力學性能上承擔彎曲、疲勞、沖擊，其直徑精度要求3m以內，從而耐磨性要求很高，因此活塞肖表面要求 HRC60-HRC62、芯部要求HRC26-HRC34，希望既有耐磨性，韌性好、強度高。應該說活塞肖零件雖小，卻性能要求很高。活塞肖材料用鋼。過去多用20號鋼，以后均改用20Cr、或 ASTM5120、4718、6118、并以冷擠壓工藝成型，經過滲碳、淬火、回火、噴丸、磨光、拋光完成。

汽車變速器齒輪、轉向拉桿的球頭肖、鋼板彈簧肖等重要零件均采用滲碳淬火處理，特別轉向球頭肖屬于安全件，處理更應慎重，滲碳前應先鍍銅再滲碳，以防頸部淬透易斷造成事故。

現動機中還有一種汽缸套壁很薄，一般鑄鐵是不能承擔的，而是鋼缸套并用氮化工藝處理，氮化層深度為 0.1～0.6mm、硬度要求 Hv1000 以上（ 相當于HRC68 以上） 。氮化工藝有硬氮化、軟氮化。硬氮化又稱抗磨氮化，其目的可獲得高硬度、高耐性、高疲勞權限。但硬氮化用鋼較嚴，一般是38CrMoAI鋼、軟氮化的用鋼范圍寬，表層硬度相當HRC52-HRC62。硬化層薄（鐵氮化合物層0.01～0.02mm） 。

軟氮化方法有氣體軟氮化和液體軟氮化，氣體軟氮化是在含有活性的碳，氮原子的氣氛中進行低溫碳，氮共滲。常用的共滲介質有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，在軟氮化溫度下發生熱分解反應，產生活性炭、氮原子，液體軟氮化主要是氰化鹽浴爐中進行。

汽車零件修理中有萬向節的十字軸頸、花鍵軸的花鍵槽、變速器的換檔移動軌、中間軸、倒檔齒輪軸等維修配件。其工藝主要是堆焊，機械加工恢復尺寸，再進行化學熱處理進行強化。

2 表面淬火強化

表面淬火強化是不改變零件表層的化學成分。通過表層相變獲得強化的方法。常用的工藝有火焰淬火、高溫快速淬火、高頻和中頻感應加熱淬火等。

火焰淬火是以高溫火焰為熱源的一種表面淬火方法。常用的火焰：乙炔――氧火焰最高溫度3200℃、煤氣――氧火焰最高溫度約2 000℃。高溫火焰將工件表面快速加熱到淬火溫度，隨即噴水或投入冷卻水中快速冷卻，即可獲得所需的表層硬度。

火焰淬火的零件表層堆焊時選用焊條含碳量應為>0.6%。如萬向節的十字軸頸的堆焊焊條選用廢氣門彈簧即較為理想。高溫快速淬火也是較為簡單方法：即以鉛溶液爐為主要設備，將鉛溶液加熱至900 ℃以上，工件迅速投入高溫溶液中，工件表面迅速達到淬火溫度，即時投入冷卻水中淬火。再進行回火即完成。但要注意的是鉛在高溫蒸發中，毒性大，必須做好排風通氣工作。對汽車零件來說，主要是高、中頻感應加熱的表面淬火，尤其高頻淬火應用廣泛，例如鍛鋼材質的曲軸軸頸表面，凸輪軸凸輪表面，轉向節主肖的外表面淬火等。

3 熔鑄法強化

熔鑄法即將強化的金屬、通過熔化澆鑄在零件需要的強化部位，達到冶金結合或接近冶金結合的結合強度，強化工作表面成分和性能根據零件技術要求選擇配方和處理措施。

（1）很多輕型車的制動鼓，鼓的工作面應是灰鑄鐵，而制動鼓的輪輻需要具有剛性的鋼板制成，這就需要將灰鑄鐵熔鑄在鋼制的輪輻上。

（2）在有色合金熔鑄方面現今逐漸淘汰，早期的連桿軸承、曲軸主軸承均有直接熔鑄在基體上的結構。隨著技術進步熔鑄法也逐漸淘汰，在修理中常以堆焊、噴焊所代替。

4 堆焊法強化

4.1 手工電弧堆焊

手工電弧堆焊是一種簡單的堆焊方法，無需專用設備，一般電焊機均可使用，直接焊機更好，場地不限，機動性好，根據零件強化層的性能要求選擇焊條即可達到目的。堆焊與焊接的區別在于堆焊對焊層的熔透深度無特殊要求，在保證合金結合的條件下，滿足焊層金屬的化學成分和應有的機械性能。在汽車零件中采用堆焊強化的常有： 發動機凸輪軸的進、排氣凸輪頂尖部位的強化和磨損修復。其焊條常選用“堆 212”牌號焊條，該焊條為鉻鉬型堆焊焊條，堆焊層化學成分可獲得 0.5%C、2.2%Cr、1.5%Mo。堆焊層硬度>HRC50。凸輪的成型加工可在凸輪磨床上進行，或手砂輪機在樣板依托下進行。

4.2 自動堆焊

自動堆焊主要借助機械運動和控制，工件轉動與軸向移動均可自動進行，焊絲在焊劑保護或振動的動作下實施堆焊。其生產效率比手工堆焊高9～14倍，勞動強度改善，堆焊層表面均勻，工人的操作技術要求不高。自動堆焊對電弧可分為有保護和無保護兩種，有保護堆焊有蒸汽保護，二氧化碳氣體保護、溶劑保護等。無保護堆焊主 要有振動堆焊。

4.3 振動堆焊

振動堆焊我國開發于20世紀50年代末，60年代已廣泛用于汽車修理的零件表面強化和尺寸恢復工作。振動焊的主要設備是振動焊機頭，振動焊機頭安裝在專用機床或車床的拖板上，它包括送絲機構、振動機構、噴水冷卻機構、振動機構有凸輪和彈簧組成，也有電磁機構。堆焊過程中焊絲始終處于振動狀態間歇地觸接工件的表面上產生電弧并熔化金屬，基體金屬的熔化深度較大，在熔化金屬中基體金屬與焊絲金屬幾乎各占一半，用于強化表面的焊絲一般采用70號或 65Mn鋼絲，在主，付噴水口噴水速冷下，提高了表面度，減少工件變形，經過直接磨削加工，達到需要尺寸的強化工作面，表面硬度一般為 HRC45-HRC55。為了提高硬度在冷卻水中加入5%碳酸鈉以提高冷卻速度。為了穩定電弧，減少金屬爆裂和損耗，在電路中串接一個電感，可使電級金屬損耗從 30%降到6%～8%，而堆焊層的厚度從0.6～0.7 mm，增加到 1.4～2.5mm、或更高些、電感值的大小影響到短路電流的增長率。電感值過小電流增長加大，飛濺明顯增大，電感值過大則短路電流增長率小，電弧的穩定性破壞，通常電感值為0.1～0.2毫亨飛濺最小。

5 結論

有些合金鋼材料在焊接以后，其焊接接頭會出現淬硬組織，使材料的機械性能變壞。此外，這種淬硬組織在焊接應力及氫的作用下，可能導致接頭的破壞。如果經過熱處理以后，接頭的金相組織得到改善，提高了焊接接頭的塑性、韌性，從而改善了焊接接頭的綜合機械性能。在設計熱處理工藝時，應注意材料性能和熱處理過程的特點，防止熱處理本身帶來的問題，消除加工過程中的質量隱患。

【參考文獻】

[1]熱處理手冊編委會.熱處理手冊.第2卷[M].北京：機械工業出版社，1991.

第2篇：化學熱力學的應用范文

文章編號：1671-489X（2015）08-0069-03

Introduction of Scientists in Class of Medical Chemistry//LIU Yongdong， ZHANG Shufen， ZHONG Rugang

Abstract The introduction of scientist’s achievements and hard studying process is an important material to expand and enrich the teaching content. In this paper， combined with the whole content of medical chemistry course， the fruitful research work from Arrhenius S.A. and Nernst W. was duly introduced to the students in the class. The introduction of scientists not only riches the teaching content and stimulates the students’ interest in learning， but also gives students more spiritual guide.

Key words medical chemistry； Svante August Arrhenius； Walther Nernst

醫用化學是面向醫學、藥學和生物學等專業的學生講授現代化學基本概念、基本原理及其應用知識的一門重要基礎課程[1]，它將為學生日后相關領域的深入學習打下較堅實的基礎。尤其現代生物醫學進入了分子生物學時代，而化學在這一時代中體現出與現代醫學之間越來越密切的聯系。因此，醫用化學的學習對于生命醫學等相關專業學生的發展起到至關重要的作用。然而，由于醫用化學課程內容本身較龐雜和枯燥，所以如何擴充課堂教學內容，調整教學方式，進而激發學生興趣，一直是個具有挑戰性的課題。

科學家的光輝成就及其艱辛研究歷程的介紹是擴充和豐富教學內容的重要素材[1-2]。阿倫尼烏斯[2-3]和能斯

特[2，4-5]分別是1903年和1920年的諾貝爾化學獎得主，他們兩人的工作都涉及多個領域，在醫用化學課程的電解質溶液、化學反應熱及反應方向和限度、化學反應速率、氧化還原反應與電極電位等章節中都有其相關工作。因此，筆者從教學內容體系安排和教學方式兩方面考慮，將兩位化學家的研究工作歷程及成果編排到課堂的教學中，以期實現對教學內容的擴充、對學生學習興趣的激發及對學生自信心的培養。

1 科學家阿倫尼烏斯

阿倫尼烏斯（Svante August Arrhenius）是瑞典著名的物理化學家，創立電離學說，提出酸、堿的定義，為化學特別是物理化學的開創作出極大的貢獻；提出阿倫尼烏斯公式，為現代化學動力學奠定基礎，構成物理化學學科的重要組成部分。由于阿倫尼烏斯在化學領域的卓越成就，因而被授予1903年諾貝爾化學獎。

醫用化學教材中的電解質溶液和化學反應速率章節中都涉及阿倫尼烏斯的工作。結合幾年來的教學經驗，筆者認為可以在電解質溶液章節中重點介紹阿倫尼烏斯的電離理論發現和提出的科研歷程及其被普遍公認所經歷的曲折和波瀾，從中讓學生體會到科學問題的提出、解決和被認可不是想象中的一帆風順，而有著艱辛的歷程。從阿倫尼烏斯的電離理論還可以讓學生感受到科學問題并不那么神秘莫測，科學家也不是那么遙不可及，所以大家要相信自己，每個人都是可以有所作為的。這部分內容可以主要以故事論述的形式開展。而對于阿倫尼烏斯在化學動力學方面的介紹，可以更側重于介紹他的博學和興趣廣泛，可以在課堂上引入一些視頻，或是通過布置課外興趣閱讀的形式，讓學生更多地了解科學家阿倫尼烏斯的科學貢獻和成就。

電解質溶液中酸堿電離理論的介紹 電解質在溶液中以何種形式存在，這種存在形式又是如何產生的，這是19世紀科學工作者關注的課題之一。盡管已經有人提出電解質在溶液中可能是以離子形式存在，但就其產生過程，科學界一直普遍認同法拉第（M.Faraday）的觀點，即溶液中的離子是在電流的作用下產生的。

阿倫尼烏斯在研究電解質溶液的導電性時發現，氣態的氨是根本不導電的，但氨的水溶液卻能導電，而且溶液越稀導電性越好；氫鹵酸溶液也是有此特點。對于其他的電解質體系，他也做了大量的實驗，都發現濃度影響著許多稀溶液的導電性。那么如何揭開這些實驗現象和數據背后的秘密呢？阿倫尼烏斯開始了實驗之后的思考，他首先想到的是濃溶液和稀溶液本身的差別在哪呢？應該是可以通過加水將濃溶液稀釋為稀溶液，可水起到什么作用呢？阿倫尼烏斯順著這個思路深入思考：純凈的水不導電，純凈的固體食鹽也不導電，把食鹽溶解到水里，鹽水就導電了，這是為什么呢？水到底起了什么作用？他覺得這是決定問題的關鍵。

基于法拉第的觀點，阿倫尼烏斯想是不是食鹽溶解在水里就電離成為氯離子和鈉離子了呢？這個想法在當時是相當超前和相當大膽的，畢竟當時的學術界一致認同法拉第的觀點。阿倫尼烏斯隨后提出假定電解質在溶液中具有分子形態和離子形態兩種存在形式，當溶液被稀釋時，電解質的部分分子就分解為活性的離子，而另一部分仍是以非活性的分子形態存在。因此，溶液稀釋時，活性的離子數量增加，導電性也就增強了。就此，阿倫尼烏斯提出全新的電解質中離子的產生原因，即電解質自動電離的新觀點。

然而，當阿倫尼烏斯帶著全新的觀點向他的博士導師克萊夫（P.T.Cleve）教授詳細地解釋電離理論時，這位作為化學元素鈥和銩的發現者的著名實驗化學家對此理論并不感興趣，只說了一句：“這個理論純粹是空想，我無法相信。”這無疑給滿懷信心的阿倫尼烏斯巨大打擊，而且他也意識到博士論文能否通過出現問題，雖然他認為自己的觀點和實驗數據并沒有錯，但要得到當時觀念保守的教授們的認可談何容易？答辯過程相當艱難，盡管阿倫尼烏斯精心準備，材料和數據都無可挑剔，但經過四個小時的答辯，答辯委員會的教授們仍然認為論文不是很好。但考慮到阿倫尼烏斯大學讀書時所有的成績都很好，尤其是生物學、物理學和數學的考試成績非常優異，答辯委員會最終以及格的成績，讓阿倫尼烏斯勉強獲得博士學位。

著名的化學反應速率的指數定律――阿倫尼烏斯公式 阿倫尼烏斯不但提出了在化學發展史上占據重要地位的電離學說，他還深入研究了溫度對化學反應速率的影響。他發現對于大多數反應而言，溫度對反應速率的影響要比濃度更為顯著。阿倫尼烏斯注意到化學反應體系的溫度每升高1度，反應速率約增加12%～13%。若從傳統的觀點來看，對反應速率的影響無外乎是對反應物分子的運動速率、碰撞頻率、濃度及反應體系的黏度等物理性質產生影響，然而溫度的這種巨大的影響不能從這些傳統的認識中得到圓滿的解釋。因此，阿倫尼烏斯設想，在反應體系中是一些高能量的活化分子直接參與到化學反應中，非活性分子吸收一定能量后可轉化為活化分子，而反應進行的速率取決于活化分子的數量及活化分子之間相互碰撞的次數；當反應體系的溫度升高時，活化分子的數量會隨溫度升高而上升，而且活化分子間的碰撞次數也隨溫度升高而增加，因此導致化學反應的速率也隨溫度的上升而增大。

1889年，阿倫尼烏斯在上述觀念的基礎上提出著名的阿倫尼烏斯公式，也就是著名的化學反應速率的指數定律：

其中，k為速率常數，A為指前因子（也稱頻率因子），Ea稱為化學反應的活化能，也就是非活化分子轉化為活化分子所需要的能量，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度。阿倫尼烏斯公式的提出為現代化學動力學奠定了基礎，是物理化學學科的重要組成部分。

此外，阿倫尼烏斯還從事天體物理學、氣象學和生物學等方面的研究，曾較早提出大氣中的二氧化碳對地球溫度影響的論點，還著有《天體物理學教科書》《免疫化學》《生物化學中的定量定律》等著作。

2 科學家能斯特

能斯特（Walther Hermann Nernst）是德國卓越的物理學家、物理化學家和化學史家，在化學熱力學和電化學方面作出了開創性的工作，特別是因為其在熱力學第三定律方面的杰出貢獻而被授予1920年的諾貝爾化學獎。

熱力學第三定律的介紹 19世紀末，化學熱力學的研究也已取得相當進展，其中的熱力學第一定律和熱力學第二定律已趨于完善，但不足的是化學平衡常數仍未有任何熱力學參數進行推算，還只能借助實驗進行測定。19世紀末至20世紀初，研究發現已推斷出，體系在低溫狀態時，反應自由能改變值（?G）與焓的改變值（?H）趨于相等。

能斯特對低溫下的化學反應體系進行了研究，通過測定比熱和反應熱來預測化學反應過程，研究發現當反應是吸熱的，那么所吸熱量將隨溫度下降而下降，而達到絕對零度時吸熱量將變為零。隨后，他在論文中指出，當體系溫度趨近于零時，不僅反應自由能改變值（?G）與焓的改變值（?H）趨于相等，反應熵的改變值（?S）也趨近于零。這就是化學史上所稱的“能斯特熱定理”。他推斷，所有固體的熵值在接近絕對零度時都是相等的。

能斯特熱定理是一個大膽的實驗假說。此后，德國物理學家普朗克（M.Planck）依據統計力學原理指出，能斯特熱定理只有對于純物質的完美晶體才成立。后來的實驗事實和統計熱力學對熵的討論表明，有些純物質（如過冷液體和有些固態化合物）在趨近絕對零度時能存在一個正的熵值。因此，1923年，美國物理化學家路易斯等人對普朗克的表述進行了修改，提出具有完美晶體的各種物質在絕對零度時，體系的熵等于零。至此，完善的熱力學第三定律最終被提出。

電化學中的電極電位的計算――能斯特方程 除了在化學熱力學方面的開創性工作外，能斯特還提出了描述電池可逆電動勢的能斯特公式。他將化學熱力學中的自由能變化與電池電動勢聯系起來，從而將化學熱力學規律成功地應用于電化學體系。

1889年，能斯特根據范特霍夫的滲透壓理論和阿倫尼烏斯的電離理論提出，在溶解壓力的作用下，原電池中的金屬進入了溶液，并以離子形式存在；與此同時，溶液中的金屬離子又在滲透壓的作用下，使金屬離子回到金屬表面。這是兩種方向相反的力，當其達到平衡時，便產生了原電池中的電極電位。在此基礎上，能斯特導出電極電位與溶液濃度的關系式，即電化學中著名的能斯特方程：

其中，E為電池的電動勢，ε為標準電極電位，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度，c1和c2分別為溶液中氧化態和還原態的濃度。能斯特方程表明，電極電位的大小不僅取決于電極本身的性質，還與電池的反應溫度、物質氧化態與還原態的濃度、壓力等因素有關。能斯特方程為熱力學函數值測定提供了一種全新的方法，而且此電化學方法不但為熱化學數據提供了最精確的測量方法，還是化學熱力學規律的最精確的驗證手段。電化學方法將化學反應轉變成可控的可逆電池反應，進而獲得可控調節下極為精確的測定結果。

第3篇：化學熱力學的應用范文

關鍵詞： 物理化學 緒論課 教學方法

物理化學是高等院校化工類專業的一門重要基礎課，這門課程的特點是概念多，公式多，理論性強，難理解，被普遍認為是門難教也難學的課程。課時少的矛盾更增加了教學的難度。許多教師為了用有限的課時講授更多的正文內容而忽略了緒論的講授，緒論課通常是一帶而過。結果學生在學習的過程中會越來越覺得茫然，找不到正確的學習方法，對所學知識沒有一個清晰的脈絡，最終使學生喪失學習的興趣。我認為物理化學緒論課在整個教學中占有重要地位，它對于整個教學起到以下幾方面的作用：第一，介紹物理化學的概念、研究內容、研究方法；第二，激發學生學習興趣，鼓勵學生克服學習中遇到的困難；第三，向學生傳授正確的學習方法。我就以上幾點談一下自己的體會。

1.介紹物理化學概念

很多第一次接觸物理化學課的學生不清楚什么是物理化學，只是從字面上理解，認為是物理和化學兩門學科加在一起。在緒論課上，教師首先要介紹物理化學的概念，使學生對物理化學有一個正確的認識。物理化學不是物理加化學，它是一門學科，與無機化學、有機化學和分析化學加在一起統稱四大化學，是化學一級學科下的一門二級學科。要回答什么是物理化學要從化學現象和物理現象的聯系入手。化學現象和物理現象有著緊密的聯系，化學現象也叫化學反應。在化學反應中總是伴隨著種種的物理現象，比如在化學反應中會放熱或吸熱；化學反應的容器會發生溫度、壓力、體積的變化；再如電池中的反應會放電，等等。物理化學正是從這些物理現象和化學現象的聯系入手來研究化學反應普遍規律的一門學科。

2.介紹物理化學的研究內容

對于新接觸的一門學科，學生首先想了解的是這門學科都包括哪些內容。而在緒論課上把物理化學的研究內容介紹給學生，并講明哪些是要重點學習的，哪些是因為課時的限制而不能在課堂上講的，這樣就會使學生心里有數，在以后的學習中做到有的放矢。物理化學內容繁多，但是歸納起來應該分為三大塊：化學熱力學、化學動力學、物質結構。化學熱力學研究化學反應的方向與限度問題，重點是熱力學的三個定律。化學動力學研究反應速率與反應機理。化學熱力學和化學動力學是物理化學的兩大支柱，也是本門課程的重點。物質結構研究宏觀性質與微觀結構的關系，對于工科學生來說，這部分內容理論性很強，由于課時有限，不在課堂重點討論。

3.介紹物理化學的研究方法

學習物理化學不僅要學習它的知識性的內容，而且要掌握它的研究方法。授人以魚，不如授人以漁，培養學生的科學的世界觀和思維方法比傳授具體知識更重要［1］。物理化學區別其他三大化學在于它的理論性特別強。物理化學有三大理論基礎：熱力學、統計力學、量子力學。這三大力學都屬于物理學范疇，可見要想學好物理化學首先要學好物理。物理化學的實驗方法也是以物理方法為主，物理化學是從物理現象和化學現象的聯系入手研究化學反應規律的一門學科，或者說是以物理現象為切入點來研究化學反應規律的一門學科，所以在做物理化學實驗的時候實際上大部分做的是物理實驗，比如在做實驗的時候測量的是溫度、壓力、體積、旋光度、電導率、電動勢等物理量。最后說一下物理化學的所用到的數學方法，物理化學是一門理論化學，理論性強就免不了推式子，物理化學所用到的數學方法主要是演繹法，演繹法就是從一個普遍的命題出發得出在特定條件下的特定規律，比如熱力學第一定律是一個普遍規律，把它應用在特定條件下如恒壓、恒容等就會得出在這些特定條件下的特定公式，物理化學中的公式之所以條件苛刻，是因為在演繹的過程中加入了特定條件。

4.激發學生的學習興趣，鼓勵學生克服學習中遇到的困難

要想學習好一門學科首先要對它產生興趣，興趣是最好的老師。在緒論課上，教師可以舉一些生活中的常見的現象，如為什么自然界中的樹木可以長到一百多米？為什么晴朗的天空是藍色的？為什么水在干凈的毛細管中上升而汞卻下降？為什么在做豆腐的時候要用鹵水？然后告訴學生學習物理化學之后就可以解釋這些現象，這樣給學生留下懸念，也讓學生覺得物理化學與實際生活密切相關，就會對學習產生極大的熱情。當然學習光有興趣和熱情還不夠，還要有克服困難的勇氣和信心。在學習之前，學生已經從高年級的同學那里得知物理化學是一門難學的課程，所以心里難免有畏難情緒，基礎差的學生可能沒有學習的信心，作為教師在緒論課上要鼓勵學生克服學習中遇到的困難。榜樣的力量是強大的，教師可以舉一些偉大科學家的事跡來激勵學生，如物理化學的創建者之一――荷蘭科學家范特霍夫在青年時期就發表了后來被稱為劃時代的重要論文《空間分子結構》，起初不被承認，還受到批判和攻擊，但他沒有氣餒。此后他在阿姆斯特丹大學狹小、簡陋的實驗室從事繁重的教學和研究工作，長達18年之久，以頑強的毅力克服了許多困難，終于發表了《化學動力學研究》和《稀溶液理論》等巨著［2］。

5.傳授正確的學習方法

除了要有學習興趣和克服困難的勇氣之外，要想學好物理化學沒有正確的學習方法是不行的。要想掌握正確的學習方法首先要了解物理化學的特點。物理化學和其他三大化學比它有這么幾個特點：第一，公式多，而且公式應用的條件苛刻；第二，概念多，而且很多概念不好理解；第三，方法多，物理化學與其他三大化學相比，它是特別講究方法的一門學科。學生在學習的過程中不僅要掌握知識性的東西，而且要掌握它研究問題和解決問題的方法，從某個意義上說學習方法比學習知識更重要。針對這幾個特點教師要幫助學生建立正確的學習方法，使學生能盡快地進入物理化學的學習狀態。首先，針對公式多、條件苛刻這一特點，教師要告訴學生，在記公式的同時一定要記住它所使用的條件，如果在使用公式的時候條件不正確那么得出的結論就一定是錯誤的，而且公式不要死記硬背，最好理解公式的來龍去脈，這樣就能加深對公式的理解，也容易記憶。其次，針對物理化學概念多，而且很多概念不好理解，教師要告訴學生要勤于思考，要理解概念而不是死記硬背。很多概念不是講完就能理解的，需要在課后慢慢消化和吸收，所以需要學生付出更多的時間和精力來學習。再來說說方法多這一特點，物理化學在研究問題時非常講究方法。例如，科學模型方法的使用，使我們從實際氣體中得到理想氣體、理想液態混合物、理想稀溶液、熱力學可逆過程等。這些模型的建立突出了主要矛盾，排除次要矛盾的干擾。使我們通過對主要矛盾的研究，得到一般規律性結論，再對結論進行修正，就可以得到實際系統的某些特征或近似的規律。［3］再比如，熱力學中有一個重要的方法，就是狀態函數法，該方法用于系統狀態函數變的計算時，不關心系統都經歷了哪些具體過程，只關心系統的始終態。用該方法計算某些熱力學函數變時，就會把很復雜的問題簡單化。針對方法多這一特點，教師要告訴學生，在學習的時候不能只記知識而忽視方法的學習，方法的學習在某種意義上說比知識的學習更重要，掌握了物理化學的研究方法對以后的學習和科學研究大有好處。

參考文獻：

［1］肖十民，謝家聲，謝逢春．在物理化學教學中突出科學方法的講授們．化工高等教育，2003，77，（3）：68-69．

第4篇：化學熱力學的應用范文

作者：周春瓊 馬豫峰 游文瑋 唐中坤 單位：南方醫科大學藥學院

案例教學

我們曾經在教學的過程中通過引入物理化學史、介紹相關學科發展前沿、強化與藥學融合和增強學生自主學習能力等多種方式來激發學生學習熱情［2］，并取得了較好的教學效果。因此我們建議把這些趣味性、創新性和啟發性、科技前沿性的優秀案例，編寫到物理化學教材中，讓學生在預習和自學的過程中就能興趣勃發。比如在講解膠體分散系統中的泡沫部分時，可以提出一個非常有趣的例子:為什么喝酒的人認為啤酒產生的泡沫越多，啤酒的質量就越好，甚至有人稱泡沫是啤酒之花，是啤酒的皇冠，有無道理［1］?這樣一個引人入勝的問題，必然讓求知欲強的學生去探尋其中的奧妙。在講解相平衡章節中的二組分固液平衡系統時，教材編寫中也應該增加一個經典的案例———藥物制劑中的固體分散技術，要列舉的例子隨手拈來，如氯霉素和尿素共熔物(氯霉素76%、尿素24%)，具有較均勻的微細分散結構，其溶出速度比純氯霉素大30%;灰黃霉素和酒石酸共熔混合物的溶出速度比純灰黃霉素大270%;10%磺胺噻唑溶于90%尿素中形成的飽和固態溶液，其溶出速度比磺胺噻唑增大700倍以上等。藥物的溶出速度提高30%、270%，增大700倍，這些數據對于制藥公司的研發人員來說非常重要。從這些例子可深刻地啟發藥學專業學生，科技創新并沒有想象中那么難，而在于對基礎知識的熟練掌握和學以致用。如今很大一部分大學生還想繼續讀研，從事科研工作，因此在物理化學教材編寫中增加具有科技前沿性的教學案例也很有必要。比如在講完化學熱力學部分之后或者在化學平衡章節末引入等溫滴定量熱法(ITC)的案例。它是近年發展起來的一種在線和無損傷研究生化熱力學和生化動力學的重要方法，方法簡單、靈敏、快捷，特別適用于研究藥物與蛋白質、核酸等生物大分子的相關熱力學過程，可測定出反應的結合常數、結合位點數等參數及反應的焓變、吉布斯能的變化和熵變等熱力學函數［3］。通過這樣一個科技前沿案例，將藥學生引入一個精彩的科學殿堂。

注重專業特色

一定要突出藥學專業及相關專業特色，應當從內容、例題、習題及案例的選編上得以體現。從藥學專業特色來看，教材編寫中重點介紹化學熱力學和化學動力學，以及由這些內容延伸和應用形成的分支內容，如電化學、表面化學、膠體化學等，而介紹物質性質與其結構之間關系問題的結構化學和量子化學兩大內容，由于與藥學專業聯系相對不緊密，且難度較大，大多針對藥學專業的物理化學教材均未將其編寫進來。例題和習題對學生來說，是最能反映所學知識點是否與本專業密切相關的一個重要例證，如果所舉的例題及給學生安排的習題，都是藥學專業課老師提過的一些問題或藥學生在專業領域內了解到的一些問題，那學生一定會對這部分知識點的學習和基本技能的培養上多下工夫。比如化學平衡章節可以編入很多與藥學相關的例題和習題，在講解溶液反應的平衡常數(Kaθ)的計算及由吉布斯能的變化值(ΔrGmθ)的計算判斷反應進行的方向時，教材編寫時可列舉三磷酸腺苷(ATP)在細胞內水解為二磷酸腺苷(ADP)和無機磷酸鹽(Pi)的Kaθ和相關的ATP濃度下的ΔrGmθ的計算;在編寫該章由已知反應的ΔrGmθ計算未知反應的平衡常數時，可列舉氨基酸在氧化酶作用下進行轉化的例子，如L－丙氨酸在氨基酸氧化酶作用下轉化為丙酮酸根;在編寫將該章反應的耦合部分內容時，可編寫的例題更多，如葡萄糖在ATP的水解反應驅動下可自發轉化為6－磷酸葡萄糖，生物體內許多由單一酶催化的反應如活細胞中的谷氨酸鹽在ATP的催化下進行谷酰胺生物合成反應等;課后習題的編寫也要盡可能選擇與藥學專業相關的題目，如氨基轉移酶催化谷氨酸鹽和丙酮酸鹽、磷酸甘油酸移位酶催化反應等［1］。最后對于編入教材中的案例，原則上也一定要與藥學專業有直接或間接的聯系，每章可根據基本知識點設置多個案例，以信息式、啟發式、提問式的方法進行教材編寫，從而向學生展開相關內容在藥學及相關領域的生活、生產及科研應用。如很多物理化學教材在編寫電化學章節的生物電化學部分時，都提到生物電化學傳感器。這確實是一個非常經典的案例，生物電化學傳感器廣泛應用于臨床醫學、遺傳工程、食品工業、生物武器和軍事醫學等領域，是比較前沿的科學研究，值得藥學生特別關注［4］。總之，在這個科技飛速發展的年代，要使藥學生在有限的學時內，學好物理化學課程，既要讓他們掌握基本的理論和知識點，又要培養他們將物理化學知識點合理應用到藥學生產和科研中，還要讓他們從物理化學課程學習的窗口瞭望藥學及相關專業研究領域的前沿科技動態。對物理化學教師來說，需要不斷精編物理化學教材和教學，可謂任重而道遠。

第5篇：化學熱力學的應用范文

關鍵詞：課程特點；教學內容實踐；課程教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0123-02

世界能源主要來源于礦物質燃料的燃燒，而礦物質燃料的燃燒又是硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）及細顆粒物（PM2.5）等各種大氣污染物的主要來源。[1]“燃燒與污染控制”是在“燃燒學”課程的基礎上結合當前燃燒污染物控制問題越來越突出的情況下發展起來的一門較新的學科。該課程既研究礦物質燃料的燃燒過程及化學能的轉化，又研究燃燒導致的大氣污染物排放控制的專門學科。

盡管近幾年來“燃燒與污染控制”這門課程有了很大的發展，各高校在教學方面也積累了很多經驗，但與“工程熱力學”“流體力學”等傳統主干課相比，該課程的教學依然存在不少問題，如學生普遍反映該課程理論難度大、知識點多且零散、對數學要求高等。[2]

為此，筆者結合幾年來的教學實踐對該課程教學過程中遇到的一些困難及解決方法進行梳理和總結，并對“燃燒與污染控制”課程教學內容的制訂及教學手段的選擇提出了自己的意見。

一、課程內容及特點

1.課程內容

“燃燒與污染控制”主要包括化學熱力學、化學動力學、燃料的著火理論、火焰的傳播與穩定理論及湍流燃燒理論模型等基礎理論；液體燃料、固體燃料的燃燒過程及其經典的模型；SOx、NOx等污染物的形成及分解機理以及主要的污染物控制技術。在污染物控制部分，由于近年來國家對環境保護問題愈加重視，新的污染物控制要求、控制內容及相應的新的污染物控制理論及技術不斷涌現，如PM2.5的產生機理及控制理論、控制技術，CO2的捕集與處理技術等。

通過相關內容的講解，使學生了解燃燒及燃燒污染物生成的基本原理，了解掌握最新的污染物控制技術，學會抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，從而理論聯系實際，利用所學知識解決工程中的實際問題。

2.課程特點

“燃燒與污染控制”課程燃燒學部分涉及到傳熱、傳質、傳動量及化學反應，也就是俗稱的“三傳一反”，知識點多、理論性強、學科交叉性強。[3]因此，一方面，該課程的學習要求學生很好地掌握“工程熱力學”“流體力學”和“傳熱學”等專業基礎課程的內容；另一方面，該課程的學習又促進了學生對上述課程知識點的理解。

相比較而言，燃燒部分理論性更強，是一門典型的實驗研究和理論總結相結合的學科。由于燃燒過程的復雜性，截至目前，燃燒科學的研究仍然以實驗研究為主。先進診斷技術的不斷出現使得燃燒實驗獲取的數據更加可靠、準確。[4]20世紀以來，著火模型、火焰傳播理論、反應流體力學和計算流體力學等的建立使燃燒理論有了長足的發展。并且，隨著大型計算機的出現，使得采用數值模擬方法研究燃燒過程已經成為現實。[5]這些都促進了燃燒學的發展。但這些理論模型大多以偏微分方程的形式出現，導致僅學過常微分方程的本科生很難理解。這要求授課的老師探索找到適合本科生知識結構及認知水平的教學內容和教學手段。

污染物控制部分主要研究燃燒導致的大氣污染物的產生機理、燃燒中及燃燒后控制大氣污染物產生及排放的主要技術手段。事實上，C、N、S元素既是常見燃料的組分，參與燃燒反應過程，同時其反應生成物CO2、NOx、SOx又是大氣污染物的主要成分。因此，該部分內容的學習與燃燒學部分的學習緊密聯系。污染物控制除了從機理上分析研究污染物生產及控制外，更注重實踐環節，即污染物控制的主要技術手段及方法的介紹。由于我國近年來愈發重視大氣污染物控制，新的污染物控制內容、新的污染物控制理論及方法不斷出現，這就要求老師不斷追蹤新知識、新技術，不斷充實、更新自己的專業知識。

二、教學方法

1.教材的選擇

“燃燒與污染控制”這門課程知識點多、理論性強、概念抽象，如何上好這門課，選擇好的教材是非常重要的環節。只有選擇好的教材才能根據教材合理制訂教學內容、教學計劃，進而有效促進教師的教學和學生的學習。目前市面上發行的教材一般都側重于“燃燒學”部分，“燃燒污染物控制”部分往往不作為重點，只是捎帶介紹。這些教材主要有國外教材的國內翻譯版和國內教材兩類，這兩類教材各有特點。[6]將“燃燒學”“燃燒污染物控制”作為重點的教材只有由浙江大學岑可法院士領銜編寫的《燃燒與污染控制》。筆者認為，合適的教材應該能夠與學生的知識結構及認知能力相適應，與該課程的教學目標相適應。

針對本課程的特點，教材的內容要全且新，尤其是污染物控制部分，應能夠較好地反映當前的理論發展水平及技術發展現狀。教材內容應當包括化學熱力學、化學動力學、燃燒物理基礎、液體及固體燃料的燃燒、各種主要燃燒染污物的形成機理及控制方法等。由于是面向本科生的教材，應當內容簡單易懂，表述深入淺出，實例豐富直觀，結構邏輯清晰，能有效銜接理論分析與工程實例。這樣才能使學生學起來不感到沉悶單調、枯燥乏味。目前國內出版的《燃燒與污染控制》教材要么理論性太強，要么涵蓋內容不全面，要么針對性太強，總之都存在這樣或那樣的問題。

2.教學內容設計

教學內容系指教學過程中同師生發生交互作用、服務于教學目的達成的動態生成的素材及信息，是教學的核心。[7]教學內容應該具有目標性、實效性、科學性、啟發性。對于“燃燒與污染控制”教學內容的設計，筆者認為應該注意以下幾點：

（1）內容要重點突出，有的放矢。該課程內容包括化學熱力學、反應動力學基礎、著火理論、火焰傳播與穩定理論、液體燃料及固體燃料的燃燒和燃燒污染物控制等部分，但在各部分內容的講解上要有重點。“燃燒學”部分，化學熱力學和化學動力學基礎是該部分的理論基礎，可合二為一，講解內容包括化學平衡、熱化學、化學反應速率、質量作用定律、活化分子碰撞理論及鏈鎖反應理論等。其中，熱化學、化學反應速率和鏈鎖反應理論應作重點講解。關于著火理論，授課重點放在閉口系統著火理論模型的建立和結果分析上，并分析燃燒放熱量和散熱量隨溫度的變化曲線，確定著火溫度與初始溫度、物理化學因素和散熱強度的關系。對于火焰傳播與穩定理論，授課的重點在火焰傳播概念、澤利多維奇理論、氣體的動力燃燒與擴散燃燒及火焰穩定的基本原理與方法的講解，并介紹防止火焰吹脫和回火的措施，以及來流速度、火焰傳播速度與圓錐型氣體火焰高度的關系。對于液體燃料及固體燃料的燃燒，液體燃料的霧化、蒸發模型及擴散燃燒，碳的燃燒化學反應及碳粒的燃燒速度作為授課重點。“燃燒污染物控制”部分的重點放在燃燒過程中SOx、NOx的生成機理，燃燒過程中SOx、NOx的脫除以及燃燒后脫硫脫硝技術，并介紹PM2.5的生成與脫除技術的最新進展，CO2的收集控制技術。介紹理論模型時，應更注重理論模型物理意義的解釋。

（2）理論與實踐結合。“燃燒與污染控制”是一門理論性及實踐性都很強的學科。課程涉及的相關理論模型較為抽象，不易掌握。因此，該課程的教學內容必須與工程或生活實踐緊密結合。如“燃燒學”部分，在教學內容設計過程中必須將理論與具體工程案例或燃燒相關生活案例相結合，以具體案例作為切入點，將復雜抽象的理論概念穿插到生動、具體的案例中進行講解。要開設必要的實驗課，如本生燈測火焰傳播速度、煤的工業分析和元素分析、預混火焰濃度測量、聯合脫硫脫硝實驗及煙氣分析儀測定煙氣成分等。對于熱能動力專業的本科生，筆者結合鍋爐的設計案例，利用燃燒學理論解讀爐膛結構設計、燃燒器布置、風量確定、爐膛點火這些具體方案設計背后的理論依據，從而強化對燃燒理論的理解。結合家用燃氣灶臺，講解燃料與空氣的混合原理。安排學生參觀熱電廠的脫硫脫硝及除塵裝置等污染物控制設備，現場分析各種技術設備的設計原理，強化學生對污染物形成機理及控制技術的認識，使書本理論與實踐統一。

3.教學方法的設計

（1）采用啟發式教育。學生是學習的主人，“教”是為“學”服務的，“教”不是統治“學”，也不是代替“學”，教師的“教”是啟發和引導學生的“學”。就“燃燒與污染控制”課程的教學而言，在教學過程中應從學生的知識結構及認知能力出發，結合具體的教學內容和教學目標，采用提問、討論、案例分析等多種方式，讓學生參與到老師的教學過程，激發學生的學習熱情，使他們在活躍、開放的教學氛圍中理解掌握燃燒與污染控制相關的知識點，并能使用相關知識點分析解決實際問題。問題的提出要有引導性、針對性，要圍繞教學目標，否則難以達到預期效果。

（2）多媒體教學與板書的有機結合。現在，各種多媒體技術已經廣泛進入課堂教學，成為課堂教學的重要手段，對傳統板書教學形成了巨大的沖擊。多媒體教學課件圖文并茂、內容豐富、信息量大。就“燃燒與污染控制”而言，燃燒過程和污染物控制設備可以被生動地展示出來，使學生能夠更加深刻、有效地理解相關理論概念。[8]但是，使用多媒體技術授課時，老師講課的速度加快，信息量增加，學生的思維跟不上。[9]板書比較靈活，對于復雜理論模型可以引領學生的思維，鞭辟入里地進行推導，融會貫通。但是，板書速度慢、效率低。因此，在“燃燒與污染控制”課程教學過程中，應將多媒體教學與傳統板書有機結合，揚長避短，充分發揮各自優勢，以達到最佳的教學效果。

（3）多種考核手段的結合使用。在教學過程中，應采用多樣化的考核手段，了解學生對課程知識點的掌握情況，督促學生的學習。課堂提問、課后作業、案例分析、階段考試等都可以作為考核手段。但無論采用何種形式的考核手段都應當激發學生的學習熱情，提高學生的學習效果，增加學生對本課程本專業的認識為出發點。

三、結論

綜上所述，“燃燒與污染控制”涉及傳熱、傳質、傳動量及化學反應，融合了工程熱力學、傳熱學、流體力學、高等數學等方面的知識。在教學過程中應點面集合，重點突出，理論聯系實際，加強對學生實踐能力的培養，不斷更新教學內容。同時，作為老師，需要不斷學習，及時掌握該課程新的知識點，及時更新教學內容。

參考文獻：

[1]曹玉春，吳金星，焦森林.熱能動力專業“燃燒學”課程教學的改革與創新[J].中國電力教育，2010，（4）：69-71.

[2]齊黎明.動畫制作在“燃燒學”課程教學中的應用[J].中國電力教育，2009，（15）：82-83.

[3]裴蓓，辛耀華，路長.談“燃燒學”課程教學設計[J].中國電力教育，2009，（5）：57-58.

[4]岑可法，姚強，駱仲泱，等.燃燒理論與污染控制[M].北京：機械工業出版社，2004.

[5]嚴傳俊，范瑋.燃燒學[M].西安：西北工業大學出版社，2008.

[6]王保文，王為術，高傳昌.電廠熱能動力工程專業“燃燒學”教學內容設計[J].中國電力教育，2010，（30）：100-102.

[7]吳化鈿.教育學教程[M].廣州：廣州高等教育出版社，2005.

第6篇：化學熱力學的應用范文

關鍵詞：基礎化學；非化學專業；專業特色

目前，我國的高等教育也逐漸從原來單一的知識傳授模式向現在的全方面人才培養模式轉變，這種人才培養模式的轉變使得化學課的性質也發生了轉變[1]。因此，高校教師在進行非化學專業基礎化學教學時，就必須對教學方法進行改革。

一、河北農業大學渤海校區基礎化學教學存在的問題

河北農業大學（以下簡稱“我校”）渤海校區在食品類、海洋科學類和水產養殖類專業中開設了基礎化學課。目前，基礎化學教學存在很多問題，如課程內容較多，而課時安排相對較少；再如，面對不同的開課專業，該類課程的教材、課程大綱、考核標準均相同，這種“一刀切”的教學方式，忽略了不同專業對化學基礎知識的不同需求，無法根據學生的專業特色完成基礎課與專業課的銜接[2]。

二、非化學專業基礎化學的教學策略

（一）針對專業特點選擇教學內容

從各個專業的培養目標及培養方案來看，不同專業的學生對基礎化學知識的需求及應用存在明顯差異。食品類專業其培養方案中涉及到的化學課程包含儀器分析化學、生物化學和物理化學與膠體化學，而基礎化學課程中所涉及到的化學知識是食品類專業學生學習化學課程的基礎。海洋類專業其培養方案中涉及到的化學知識包括化工原理、儀器分析、化工熱力學以及海洋化工技術，而基礎化學課程中分析化學是儀器分析化學的基礎課程，無機化學中化學熱力學部分、化學動力學部分以及四大化學平衡等內容是學習化工原理以及化工熱力學的先行知識。相對來說，該類專業的學生對有機化學知識的需求較少。養殖類專業對化學知識的需求側重于化學物質的分析及生化分析，其培養方案中涉及到的后續化學課程主要包含動物生物化學、水產動物藥學與藥理，該類課程的開展需要學生以部分有機化學的內容為基礎知識。根據不同專業對知識的需求及使用情況，可以將授課內容分為三個層次。第一層次為全書詳細講解層次，其適用對象主要是食品類專業的學生，該類學生對基礎化學知識的需求程度較高，化學知識在后續課程的應用面積較廣。因此，可對基礎化學三門課程中的知識點進行全書講解；第二層次為部分講解和部分自學層次，該層次的適用對象主要是海洋科學類專業的學生，該類學生對基礎化學知識有一定的需求，但其聯系又不是十分緊密，對知識的把握重在理解，而非以此為基礎的應用；第三層次為側重講解和廣泛性自學層次，該層次的適用對象主要是水產養殖類專業的學生，該類專業的學生對有機化學的內容需求較大，而其他化學內容則僅限于簡單的了解。因此，該層次的授課則側重于有機化學的講解與學習。

（二）授課模式的改革

教師應根據各類別學生的專業特色及實際情況，逐漸轉變傳統課堂講授模式，將理論知識和專業需求及實踐情況相結合。此外，該類教學活動的授課對象均是非化學專業的學生，這類學生的化學基礎知識十分薄弱，所接觸到的化學知識也相對較少。因此，教師在授課過程中可以此為切入點，從生活實際出發，以知識理論聯系生活實際為基礎開展教學活動，在講授基礎知識的同時，調動學生的學習積極性。

（三）考核方式的改革

對不同層次的學生采取不同的教學內容進行教學活動，勢必要根據不同專業學生的學習能力、學習需求、學習內容要求等合理設置考試方式，可以采取課堂作業、實踐情況及試卷考試按一定比重結合的方式給出學生的最終成績[3]。由于學生的教學層次不同，各類成績在總成績中所占的比重也應不同，如對于基礎知識和應用知識要求較多的專業，應增大試卷成績在總成績的比重；而對于側重知識理解的專業，則應增加實踐及課堂作業在總成績中的比重。

三、結語

采取分類針對性教學，能夠結合我校的現狀實際考慮不同專業學生對化學基礎知識的需求，能夠做到因材施教，因專業而教，與學生的發展及人才培養的需求相適應。

參考文獻：

[1]何娉婷.淺談非化學類大學化學教學與大學生綜合素質的培養[J].時代教育,2009(2):122-123.

[2]陸時洪.大類招生下非化學專業《分析化學》課程分類教學模式探索[J].西南師范大學學報,2012,37(3):151-156.

第7篇：化學熱力學的應用范文

關鍵詞：應用化學 化學工藝學 理論教學

應用科學是研究和說明特定的設備運用于特定的生產和生活領域的具體方法和具體程序的科學。應用科學是理論科學和技術科學在生產和生活中的具體化和實際應用[1]。

化學工藝學是一門綜合性、實踐性很強的課程，是應用化學專業在學習了化學基礎理論后所開設的一門應用性課程。該專業培養具備化學基本理論、基本知識和較強實驗技能，能在科研機構、高等學校及企事業單位從事科學研究、教學工作及管理工作的專門人才。根據本專業的特點，在開設化學工藝學課程時應能充分將化學基礎理論、基本技能與實踐有機的結合起來，實現理論科學、技術科學對應用科學的指導。通過對本課程的學習使學生對化學工藝學所研究的內容有較為系統的認識。能將基礎化學所學的知識與化學工藝學較好的銜接和運用起來，實現理論與實踐的結合。對化工生產的基本原料、工藝過程、設備、環保要求有全面的了解。

一、根據專業特點安排教學內容

1.教學內容與基礎化學密切相聯系

應用化學專業與化學專業相比，增強了應用背景，是化學與化工的銜接，是化學學科在應用方面的拓展，培養的是理工結合的應用型人才[2]。本專業學生受到基礎研究和應用基礎研究方面的科學思維和科學實驗訓練，具有較好的科學素養，具備運用所學知識和實驗技能進行應用研究、技術開發的基本技能。因此，化學工藝學課程教學內容的選擇應滿足專業的特點。在教學內容安排時，選擇典型工藝進行較詳細的介紹。無機化工工藝部分以合成氨為教學重點。合成氨在化學工業發展中具有里程碑式的意義，它在幾大化學領域都有突出的發展。是化學理論與實踐結合的成功典范。“正是由于對氮、氫、氨體系化學平衡的研究，把熱力學理論推進到了真實氣體高壓化學平衡的研究領域，在研究氨合成催化反應速率方面，推動了反應動力學的發展。這些理論的形成直接指導了氨的合成。”[3]同時，合成氨在催化技術的應用方面也為現代催化理論奠定了基礎，許多重要的催化理論概念如催化劑的活性中心、催化劑表面的非均一性、毒物作用及催化機理等都是在研究合成氨的反應過程中確立下來的。有機化工工藝部分以烴類裂解為重點。以“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）和“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）總量計，約65%來自乙烯裝置，因此，常常將乙烯生產作為衡量一個國家石油化工生產水平的標志。[4]烴類裂解工藝在反應設備、分離系統、能量利用等方面都代表著最先進的世界化工發展水平，這對于培養學生工程理念，了解世界化學工業發展方向是非常重要的。

2.注重基礎理論與應用相結合

將基礎理論與實踐應用相結合不僅僅是基礎理論知識的簡單應用，對學生來講首先帶來的是思維模式的改變。基礎理論是由概念、定律等建立起來的具有嚴密邏輯結構的知識體系。學生更擅長從概念到概念，從公式到公式的思考模式。但實踐中有更為復雜的因素對工藝過程的選擇、工藝條件的確立、產品的分離等產生影響。在化工生產中對反應的化學熱力學和化學動力學的研究是決定工藝條件的最重要的化學基礎理論。反應的溫度、壓力、濃度、催化劑或其他物料的性質以及反應設備的技術水平等各種因素對產品的數量和質量有重要影響[5]。在課堂教學中應充分把化學熱力學、化學動力學知識與實踐中的應用結合起來。例如在合成氨的生產中平衡氨含量是一個非常重要的參數，從平衡常數KP=PNH3/P0.5N2P1.5H2開始分析，到最終確立平衡氨含量XNH3/（1-XNH3-Xi）2=KPpr1.5/（1+r）2，分析此式不難看出總壓強P，平衡常數KP氫氮比r以及惰氣的含量都對平衡氨X的含量有影響。如不考慮組成對平衡常數的影響，當氫氮比r=3時平衡氨含量具有最大值。考慮到組分對平衡常數KP的影響，具有最大XNH3的氫氮比略小于3，隨壓力而異，約在2.68～2.90之間[6]。因此惰性氣體對平衡氨含量的影響必須考慮進去。這是實施合成氨工業生產的一個重要理論依據，理論上的定性討論與實驗上取得的定量數據完全吻合，滿足了定性與定量的統一，理論與實踐的統一[7]。在對化學反應的速率分析中，基礎化學理論中對動力學方程式的描述學生很熟悉，但在實踐的工業生產中，反應動力學方程式與反應控制步驟的研究、反應溫度、催化劑等因素有密切的聯系，反應所用的催化劑不同，反應條件不同，則動力學方程式也不相同，這使實際的動力學方程式與基礎化學中所學習到的相差甚遠。因此，通過課堂教學讓學生了解化工過程的復雜性。在實踐中，實現一個化工過程對基礎化學理論不是一個簡單的應用。這也是工藝課程本身所具有的特點。

二、以化工生產過程及工藝流程為教學重點

應用化學專業的學生已學習了化工原理，對主要化工單元操作的基本原理、過程、計算方法等有了系統的掌握。但對實際生產過程相對比較陌生，通過對具體工藝單元的介紹結合所學的化工原理知識，學生能歸納出工藝單元的共性，對工藝過程的結構有一個概括的了解，并能對工藝流程有一定深度的認識。

1.掌握通用反應單元工藝的特點

化學反應單元是根據化學反應類型來分類的。反應單元僅是生產中的一個環節。在教學中根據學科需要有選擇的介紹一些典型反應單元。由于同一反應單元有不少共性，通過對具體反應單元工藝的學習使學生自覺的找出規律性的東西，這樣便于學生掌握所學的知識，也能很好的指導今后的科研、生產，做到觸類旁通。例如在學習了二氧化硫催化氧化制硫酸、乙烯環氧化制環氧乙烷等后學生很快發現氧化反應是強放熱反應，生成的副產物較多，對于烴類氧化還要防止造成深度氧化等特性。在找出反應的共同點后，針對反應單元的特點，對實際生產中設備的要求、流程的選擇就有清晰的認識。如氧化反應器的設計必須從安全的角度出發，對易深度氧化的反應應選擇有良好性能的催化劑以防止深度氧化的發生，等等。通過對反應單元的學習比較使學生能更加靈活的運用反應單元工藝。

2.以化學反應為核心，探索工藝流程的內在聯系

工藝流程指工業品生產中，從原料到制成成品各項工序安排的程序。對于不同的化工產品其生產工藝流程也各不相同。但各流程都是圍繞著化學反應這一核心問題展開的。如烴類裂解流程。根據裂解反應吸熱、體積增大、裂解產物組成復雜、二次反應的影響等特點，裂解反應在高溫、短停留時間條件下有較高的產品收率。這一反應特點，也決定了在對核心設備管式裂解爐設計時應滿足傳熱面積大、裂解管變徑，裂解管程數減少等的要求。從流程上來看，由于裂解產物組成復雜因此后續分離系統非常的龐大。從能量的利益來看，乙烯裝置的節能技術關鍵是使用最少的裂解原料和燃料得到最大收率的目標產品，最大限度地回收裂解余熱，并將回收熱量合理分配到壓縮、深冷、精制各工段。優化裝置蒸汽系統，合理利用蒸汽等級，節約能量，并可向界區外輸送能量[8]。因此，從化學反應性質入手充分發現流程中各單元的內在聯系，把握好問題的主線，這樣才能真正的對工藝過程有一個清晰的認識。在實際生產中還要充分考慮如何以最少的消耗、最低的成本得到最高的生產效率制。在教學中要讓學生明確一個具體工藝流程安排不僅僅是生產實際對理論的檢驗，更多的還要從社會的、經濟的角度去作全面的考慮。雖然一般工藝過程的組成大致相同，但每種產品的生產還有特殊性。在講課時，抓住主要矛盾以展開，并著重于基本原理、基本知識和基本規律的講解，力求達到清晰、嚴格和準確。

三、結束語

應用化學專業是介于化學與化學工程之間的一個應用理科專業，其任務是培養理工結合型的“用”化學的人才[9]。理論課的教學僅僅是學好這門功課的一個環節。要真正的掌握好這門課程還需要加強實踐環節的學習。通過采用將多媒體、化工仿真實驗、生產實踐教學與化學工藝學課程教學相結合的教學方式，強化學生的化學工程意識，提高分析和解決化工生產實際問題的能力。同時，結合本地區化學工業發展的特點，對應用化學人才的需要不斷調整教學內容。在科技發展迅猛的今天，應讓學生了解更多化學的理論前沿、應用前景、最新發展動態，以及化學相關產業發展狀。

參考文獻

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第8篇：化學熱力學的應用范文

一、重視案例教學,增強學生對制藥工藝綠色化的感性認識

采用綠色工藝、實行清潔生產是制藥工業的發展趨勢和必然選擇。為增強學生的感性認識,授課中可以適時引入幾個經典案例配合理論方面的講解,以期達到事半功倍的效果。美國女生物學家RachelCarson1962年出版了題為SilentSpring的專著。她告誡人們,DDT等農藥的使用導致鳥類數量急劇下降,使萬物復蘇的春天居然聽不到鳥鳴,成為“寂靜的春天”。該書揭示了環境問題的嚴重性,吹響了環境保護的號角。為了從化學和化工的源頭防止污染,以原子經濟反應為核心的綠色化學應運而生。本案例可以讓學生體會傳統制藥業忽視污染控制、破壞生態環境,竟成了催生綠色化學、綠色過程工程的重要因素;綠色化學是化學發展的必由之路,綠色過程工程是過程工業發展的必由之路,從而產生學習綠色過程工程原理與技術的自覺性。1984年12月3日凌晨,作為農藥生產原料的光氣溢出到印度博帕爾市(Bhopal)的人口密集地區,導致32萬人中毒、2500人直接死亡的嚴重后果,業界由此得到一個減免使用劇毒原料的警示信號。調查顯示在事故發生時,冷卻系統、溫度指示器、燃燒塔都不能起作用,這表明事故還與設計錯誤、疏于管理等有關。此案例讓學生體會到要提高工業過程的綠色度,一方面要采用無毒、無公害的合成或天然原料,從源頭上盡量減少甚至杜絕污染和危害;另一方面,必須從工藝和設備兩方面著手,大力研究和開發從整個工程鏈中消減污染的綠色工程技術,并強化生產系統的優化管理,提升員工素質。20世紀50年代,沙利度胺曾作為鎮靜劑用于緩解孕婦妊娠反應。1961年發現服用外消旋的沙利度胺(反應停)的孕婦產下了四肢呈海豹狀的畸形兒,累計致畸案例多達17000例,成為20世紀醫藥界最大的藥害事件。后來的研究表明,沙利度胺的致畸性是由(S)-異構體引起的。此案例能讓學生體會產品的綠色化是綠色過程工程的重要指標,綠色化工產品應對人類和環境無毒無害;若對映體具有不同的藥理活性,開發單一旋光異構體藥物符合綠色過程工程原理。

二、用綠色過程工程原理引導學生改變傳統的工程觀念,培養學生的“當代工程觀”

工程觀念的強弱和趨向直接決定著研究和工程技術人員的實踐能力,教學中應加強學生的工程觀教育,培養學生的責任意識和工程思維。工程觀是人們關于工程活動的基本理念,是認識和進行工程活動的指南。在當代學科交叉滲透的趨勢下形成的當代工程觀是對傳統工程觀的揚棄和超越。[4]傳統工程觀以科學理性和技術理性為主導,而對人文理性和生態優化較為忽視。當代工程觀把工程理解為生態循環系統中的生態社會現象,視生態環境為工程活動的內生因素,工程活動不但受生態環境的制約,而且應按照生態規律重塑生態活動的方式。[4]這與綠色過程工程的內涵一致,強化綠色過程工程教學,有利于貫徹當代工程觀教育,有助于培養對可持續發展具有強烈責任意識并具有良好創新素質的未來建設者和管理者。化學制藥工藝學是研究、優選符合大規模藥物生產的工藝路線和工藝條件,從而以最安全、最經濟、最切實可行的方式完成藥物制備的一門學科。生產工藝研究按研究階段可分為實驗室工藝研究、中試放大研究和工業生產工藝研究。該課程與生產實際緊密相關,適宜強化工程觀念教學。朱宏吉、元英進等指出,[5]制藥工藝學可指導學生完成制藥工程課程設計最基本、最核心的內容,即工藝計算和工藝流程的組織,使學生將符合GMP要求的制藥車間工程設計基本原則、制藥設備選型與設備結構的設計結合起來。筆者認為,通過本課程的學習,學生還應該學會按當代工程觀的要求,根據經濟合理、技術可行、環境友好的原則,選擇、優化藥物及中間體的制備工藝。實踐表明,強化綠色過程工程教育,對學生在制藥工程課程設計、畢業設計、畢業論文中選擇、設計綠色工藝具有非常突出的指導作用。據眾多學習過本課程的畢業生的反饋信息,不論他們是否從事制藥業,都能自覺運用綠色過程工程的觀念開展工程項目的開發、評價和實施,學生畢業后體會到了學習綠色過程工程原理的更大收獲。

三、強化綠色過程工程教育的教學設計

經過多年的摸索,緒論部分教學中引入生命周期評價(LCA)、[6]原子經濟性(AE)、[7,8]環境因子(EFactor)、[8-10]環境商(EQ)四個概念是必要的和可行的。[8-10]生命周期評價(LCA)是一種評價產品、工藝或活動,從原材料采集,到產品生產、運輸、銷售、使用、回用、維護和最終處置整個生命周期階段環境負荷的過程,是從“搖籃”到“墳墓”的過程。它首先辨識整個生命周期階段中能量、物質的消耗以及環境釋放,然后評價這些消耗和釋放對環境的影響,最后辨識和評價減少這些影響的機會。生命周期評價是實施綠色過程工程的重要工具。掌握生命周期評價的概念有助于學生從產品整個生命周期綜合思考新產品設計、新工藝開發和舊工藝改造,生命周期評價的概念為在授課過程中灌輸、剖析綠色過程工程原理提供了線索。傳統化學采用收率作為評價某化學反應過程或某一產品合成工藝優劣的標準,這種做法已沿用了上百年。只注重收率往往會忽略合成中使用或產生的不必要的化學品,收率指標難以反映廢物產生數量的多少,不足以完全反映原料的綜合利用效率。欲充分利用資源和消減廢棄物排放,只有使反應物分子中的原子盡可能多的進入目標產物中。B.M.Trost于1991年提出了原子經濟性(AE)概念,[7]為評價化工過程提供了強有力的工具。原子經濟反應處于綠色過程的核心地位。R.A.Sheldon提出了E因子和環境商(EQ)兩個概念分別用于快速評價反應過程中廢物產生的數量和廢物對環境產生的潛在影響。[9]R.A.Sheldon給出了傳統制藥業的E因子范圍常在25~100kg/kg,[8]遠高于煉油和大宗商品生產行業,這說明制藥業實施綠色過程工程技術任重道遠且正當其時,強化綠色過程工程教育是制藥業人才培養的內在要求。緒論部分在介紹綠色過程工程內涵的基礎上,著重辨析上述四個概念,生命周期評價為綠色過程工程教學提供了線索,其余概念則可直接服務于每一部分教學。依據制藥工藝學主要講授內容,總體教學設計如圖1所示,綠色過程工程教育是一個線索分明、重點突出的有機的整體。期望學生能夠學會科學的研究方法。例如,熱力學以經驗概況的熱力學第一、第二定律為基礎,經過嚴密的邏輯推理,建立了幾個熱力學函數,通過“狀態函數法”,即在相同的始終態間,能動地設計可計算的過程,解決了化學反應的方向和限度問題。理想氣體、理想溶液是實際氣體、實際溶液的理想化模型,實際氣體通過逸度、實際溶液通過活度進行相應校正,可以簡單地解決熱力學、動力學問題。

(一)通過公式的推導過程,培養學生嚴謹的邏輯思維物理化學課程公式繁多。對于有代表性的公式,授課中用板書逐步推導,一方面有利于學生理解和記憶,另一方面能教會學生處理問題的方法,培養嚴謹的邏輯思維能力。例如,在化學熱力學公式的推導過程中,每一步都可能引入限制條件,這種條件也是該公式的適用條件,使用過程中必須注意。在授課過程中,我強調它們之間的邏輯關系,注重學生思維的梳理。

第9篇：化學熱力學的應用范文

【關鍵詞】生物醫學工程普通化學課程教學改革

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）10C-0135-02

一、生物醫學工程專業的特點

生物醫學工程旨在運用工程技術的原理和方法，研究和解決生物學和醫學問題的新興、邊緣、交叉學科。其主要任務是：從工程學角度研究、解釋生物體特別是人體的生理、病理變化過程。其主要研究方向包括：生物系統的建模與仿真、生物醫學信號的檢測與分析、生物醫學成像和圖像處理、電磁場生物效應、腦科學與認知、人工器官以及相關的醫療設備的研制等。生物醫學工程學是醫療衛生健康、保健性產業的重要基礎和動力，它所帶動的產業在國民經濟中占有重要地位，世界各國都在不斷加大對生物醫學工程的投入。經過本專業培養的學生，不僅應能夠在醫學中較熟練地運用電子技術、信息處理技術、計算機技術，而且還應具備生物科學理論基礎以及醫工結合的研究和實驗技能，以及醫療電子設備、醫學信息處理的初步開發、研究、應用、維護和管理能力。本專業畢業的學生擇業面寬，就業適應能力強。畢業生既可以在醫療儀器行業從事新產品的開發與應用，又可以在醫院醫學工程部門比如醫學儀器、醫學影像設備與技術，國家技術監督部門，以及其他電子技術、計算機技術、信息產業等部門從事研究、開發、維護與維修、教學及管理等方面的工作。此外，本專業的學生還可以進入生物醫學工程、電子信息工程、通信工程與技術、計算機應用技術等方向繼續深造。生物醫學工程專業培養要求知識方面：打好堅實的數學、化學、物理學、外語、計算機與信息科學和電子技術的基礎，掌握寬厚的生物醫學工程專業知識，具備寬廣而深遠的科技視野、強烈的求知欲望、事業心和創新意識。

二、普通化學課程及其教學的基本要求

（一）課程的地位、性質和任務

化學是在原子、分子層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規律的一門科學。在解決人類最關心的環境、材料、能源、醫藥保健、糧食增產、資源利用等問題中，化學科學處于中心地位。而普通化學則是化學的導言，它包含了現代化學的基本理論、基礎知識和基本技能，是現代大學生應該普遍掌握的自然科學基礎知識的重要部分，是高等院校非化學專業必修的一門重要的基礎課。通過本課程的學習，學生在一定程度上掌握一些必需的近代化學基本理論、基本知識和基本技能，并了解這些理論、知識和技能在生物醫學工程領域中的應用；培養學生具有應用化學觀點分析生活、生產中的一些簡單的化學問題的初步能力；為今后的專業學習和工作打下一定的化學知識基礎。

（二）課程教學的基本要求

通過對普通化學課程的學習，學生應掌握化學熱力學、化學動力學、化學平衡以及原子、分子結構等方面的基本理論和基礎知識；掌握一定的元素化合物的基本知識；掌握重要的有機化合物結構、性能以及一些重要的有機合成反應；掌握分析化學基本原理和一些重要的化學、儀器分析方法；并了解化學在生物醫學、環境保護、新材料的研究與應用、能源開發與利用以及生命科學研究等領域的作用，為生物醫學工程專業課程打下化學理論基礎。

三、普通化學教學改革的具體措施

（一）修改教學大綱

應根據生物醫學工程專業的培養方案，修改普通化學的教學大綱，并將本課程分為理論教學和實驗教學。理論課時為32學時，實驗課時為16學時。首先從普通化學課程的地位、性質和任務來定位。普通化學則是化學的導言，它包含現代化學的基本理論、基礎知識和基本技能，使學生掌握化學熱力學、化學動力學、化學平衡；掌握一定的元素化合物的基本知識；掌握重要的有機化合物結構、性能以及一些重要的有機合成反應；掌握分析化學基本原理和一些重要的化學、儀器分析方法；并了解化學在生物醫學以及生命科學研究等領域的作用，為生物醫學工程專業課程打下化學理論基礎。

為了培養學生的動手能力，應讓學生熟悉化學實驗及實驗室的基本規則；培養學生認真觀察實驗現象、正確記錄和實驗數據的習慣；了解常用化學儀器的性能、使用和維護方法。同時，應培養學生正確處理實驗數據，正確書寫實驗報告的能力；促使學生逐漸養成嚴謹的科學態度、實事求是的實驗習慣和工作作風，并初步具有獨立思考、獨立設計實驗、獨立進行實驗以及獨立分析、綜合問題的能力，從而為后續課程的學習和進一步的科學研究打下基礎。主要實驗項目如下：玻璃工操作實驗（2學時）；離解平衡與沉淀一溶解平衡（2學時）；銅、鋅、銀、鎘及其離子的鑒定（2學時）；烴的性質和鑒定（2學時）；粗鹽的提純（4學時）。

值得注意的是，理論教學大綱和實驗教學大綱的修訂，應體現專業特色明確、重點突出、思路清晰的教學思路。

（二）探索新的教學方法

1.理論聯系實際。普通化學是非化學化工類專業學生開設的一門基礎化學課，主要介紹化學學科基本情況，化學各個分支對社會發展的作用，化學學科的發展現狀、發展趨勢，化學與其他自然科學、工程技術學科的關系。因此，普通化學課程知識點多、內容復雜、概念跨度大，需要與學生所學專業及實際情況有機結合起來。然而，在教學實踐中，本課程的教學課時不足，教學過程中，化學理論和化學與專業結合選擇是，教師往往容易顧此失彼，使化學教學演變成一堆化學名詞和專業術語的堆積，枯燥乏味。同時，學生重視度不夠、學習興趣不濃。但是化學知識在各種領域中不斷滲透，在日常社會生活中起著越來越重要的作用。面對實際問題，針對生物醫學工程專業特點，在教學過程中，教師可首先和學生進行討論，解決如下問題：（1）學習的原動力。（2）學習的方法和習慣；告訴大學課程內容多，上課進度快、信息量大，并且輔導課和習題課少，要掌握好學習方法；設計了從實驗現象一引發思考一理論內容一實驗內容一在線測試的教學路線。（3）學習精神，只有更加刻苦才有可能適應大學階段的學習。通過討論和示范，激發學生的學習興趣，以求達到最佳教學效果。

將普通化學中基礎部分的講授與中學化學教學良好接軌，在上課時首先回顧一下中學化學相關知識點，再引入新的知識點。在講例題的采用為“先示例、后解析”的方式。上實驗課，采用實驗前提問和預習，代替實驗課先講實驗原理和步驟的方式，要求、鼓勵學生預習和思考。在指導實驗時，及時發現問題，引導學生深入思考。建議學校平時適當開放實驗室，為對化學感興趣的學生提供實際操作平臺。鼓勵學生根據個人興趣參加項目創新活動，和指導教師一起選題，查閱文獻，學習相關知識，進行科研活動。當然，也可結合其他課外科技活動展開教學。

2引入實例。在實際的教學過程中，針對生物醫學工程專業特點，可適當引入生活和專業應用中的具體實施例。課堂講授時，利用具體實例，引入每一章節內容，再將每一章節的重點、難點內容在學生深入挖掘的基礎上，將內容分解成若干小問題或將若干相關小問題合并起來，指導學生聯想、討論思考、聯想歸納、比較總結本課程的目標是系統講授化學基本理論和知識，加強基礎，提煉基本，按需拓寬，注重實踐性和應用性。

在講到酸堿時，可把知識點延伸，把電子舌知識和酸堿性結合起來。電子舌測量酸味時就是利用酸性，檢測出酸的濃度，也就是將酸的濃度通過化學傳感器轉化為可檢測的信號，信號的強弱就能反映酸的濃度。同樣，電子舌檢測其他味覺，就是將其味覺物質，通過化學傳感器轉化為可檢測的信號，通過信號的強弱來反映味覺物質的含量，進一步體現味道的內涵。

可引入直觀形象的化學反應動畫效果，加強學生對反應機理和抽象概念的理解；同時，可采用動態圖表，充分發揮各類圖形的優勢。

3.突出重點，擴大信息量。根據培養方案和生物醫學工程專業的特點，可將下列內容列為普通化學的教學重點和難點：熱力學的基本概念；蓋斯定律和標準生成焓、標準熵、標準吉布斯自由能計算方法；化學反應自發進行的判劇；化學平衡常數、化學平衡移動的規律及有關計算；分散體系的概念及分類；溶液的依數性；膠體分散體系的性質及結構；弱酸、弱堿解離平衡；溶度積規則和溶解平衡；電極電勢的概念；用電極電勢的數據判斷氧化劑和還原劑的相對強弱及氧化還原反應自發進行的方向和程度；配位體的相關概念及命名規則；核外電子運動的特殊性；四個量子數的取值及物理意義。教學難點為：化學反應等溫方程式的應用；相似相溶液原理；能斯特方程式的應用；吉布斯自由能變、原電池電動勢、氧化還原反應平衡常數的關系。根據重點和難點，可采取理論講解、PPT、板書和學生互動相結合的教學模式，講解后再讓學生來回答問題，加深學生對重點知識點的印象與理解，在原有知識點的基礎上擴大信息量。