化学热力学的应用精选(九篇)

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第1篇：化学热力学的应用范文

【关键词】热加工强化技术；汽车修理；应用分析

1 化学热处理表面强化

随着我国科技的不断发展，化学热处理技术的应用也十分广泛。其工艺通常是将钢铁工件置于一定温度的活性介质中保温， 使一种或几种元素，例如渗碳、渗硼、氮化、碳氮共渗等工艺手段，渗入表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工，并形成单相或多相的扩散层，经过淬火提高表层硬度和耐磨性，达到表面强化目的。

汽车发动机活塞肖可谓此类方法的典型零件，发动机工作时，活塞肖承受着活塞上全部负荷，在力学性能上承担弯曲、疲劳、冲击，其直径精度要求3m以内，从而耐磨性要求很高，因此活塞肖表面要求 HRC60-HRC62、芯部要求HRC26-HRC34，希望既有耐磨性，韧性好、强度高。应该说活塞肖零件虽小，却性能要求很高。活塞肖材料用钢。过去多用20号钢，以后均改用20Cr、或 ASTM5120、4718、6118、并以冷挤压工艺成型，经过渗碳、淬火、回火、喷丸、磨光、抛光完成。

汽车变速器齿轮、转向拉杆的球头肖、钢板弹簧肖等重要零件均采用渗碳淬火处理，特别转向球头肖属于安全件，处理更应慎重，渗碳前应先镀铜再渗碳，以防颈部淬透易断造成事故。

现动机中还有一种汽缸套壁很薄，一般铸铁是不能承担的，而是钢缸套并用氮化工艺处理，氮化层深度为 0.1～0.6mm、硬度要求 Hv1000 以上（ 相当于HRC68 以上） 。氮化工艺有硬氮化、软氮化。硬氮化又称抗磨氮化，其目的可获得高硬度、高耐性、高疲劳权限。但硬氮化用钢较严，一般是38CrMoAI钢、软氮化的用钢范围宽，表层硬度相当HRC52-HRC62。硬化层薄（铁氮化合物层0.01～0.02mm） 。

软氮化方法有气体软氮化和液体软氮化，气体软氮化是在含有活性的碳，氮原子的气氛中进行低温碳，氮共渗。常用的共渗介质有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性炭、氮原子，液体软氮化主要是氰化盐浴炉中进行。

汽车零件修理中有万向节的十字轴颈、花键轴的花键槽、变速器的换档移动轨、中间轴、倒档齿轮轴等维修配件。其工艺主要是堆焊，机械加工恢复尺寸，再进行化学热处理进行强化。

2 表面淬火强化

表面淬火强化是不改变零件表层的化学成分。通过表层相变获得强化的方法。常用的工艺有火焰淬火、高温快速淬火、高频和中频感应加热淬火等。

火焰淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火方法。常用的火焰：乙炔――氧火焰最高温度3200℃、煤气――氧火焰最高温度约2 000℃。高温火焰将工件表面快速加热到淬火温度，随即喷水或投入冷却水中快速冷却，即可获得所需的表层硬度。

火焰淬火的零件表层堆焊时选用焊条含碳量应为>0.6%。如万向节的十字轴颈的堆焊焊条选用废气门弹簧即较为理想。高温快速淬火也是较为简单方法：即以铅溶液炉为主要设备，将铅溶液加热至900 ℃以上，工件迅速投入高温溶液中，工件表面迅速达到淬火温度，即时投入冷却水中淬火。再进行回火即完成。但要注意的是铅在高温蒸发中，毒性大，必须做好排风通气工作。对汽车零件来说，主要是高、中频感应加热的表面淬火，尤其高频淬火应用广泛，例如锻钢材质的曲轴轴颈表面，凸轮轴凸轮表面，转向节主肖的外表面淬火等。

3 熔铸法强化

熔铸法即将强化的金属、通过熔化浇铸在零件需要的强化部位，达到冶金结合或接近冶金结合的结合强度，强化工作表面成分和性能根据零件技术要求选择配方和处理措施。

（1）很多轻型车的制动鼓，鼓的工作面应是灰铸铁，而制动鼓的轮辐需要具有刚性的钢板制成，这就需要将灰铸铁熔铸在钢制的轮辐上。

（2）在有色合金熔铸方面现今逐渐淘汰，早期的连杆轴承、曲轴主轴承均有直接熔铸在基体上的结构。随着技术进步熔铸法也逐渐淘汰，在修理中常以堆焊、喷焊所代替。

4 堆焊法强化

4.1 手工电弧堆焊

手工电弧堆焊是一种简单的堆焊方法，无需专用设备，一般电焊机均可使用，直接焊机更好，场地不限，机动性好，根据零件强化层的性能要求选择焊条即可达到目的。堆焊与焊接的区别在于堆焊对焊层的熔透深度无特殊要求，在保证合金结合的条件下，满足焊层金属的化学成分和应有的机械性能。在汽车零件中采用堆焊强化的常有： 发动机凸轮轴的进、排气凸轮顶尖部位的强化和磨损修复。其焊条常选用“堆 212”牌号焊条，该焊条为铬钼型堆焊焊条，堆焊层化学成分可获得 0.5%C、2.2%Cr、1.5%Mo。堆焊层硬度>HRC50。凸轮的成型加工可在凸轮磨床上进行，或手砂轮机在样板依托下进行。

4.2 自动堆焊

自动堆焊主要借助机械运动和控制，工件转动与轴向移动均可自动进行，焊丝在焊剂保护或振动的动作下实施堆焊。其生产效率比手工堆焊高9～14倍，劳动强度改善，堆焊层表面均匀，工人的操作技术要求不高。自动堆焊对电弧可分为有保护和无保护两种，有保护堆焊有蒸汽保护，二氧化碳气体保护、溶剂保护等。无保护堆焊主 要有振动堆焊。

4.3 振动堆焊

振动堆焊我国开发于20世纪50年代末，60年代已广泛用于汽车修理的零件表面强化和尺寸恢复工作。振动焊的主要设备是振动焊机头，振动焊机头安装在专用机床或车床的拖板上，它包括送丝机构、振动机构、喷水冷却机构、振动机构有凸轮和弹簧组成，也有电磁机构。堆焊过程中焊丝始终处于振动状态间歇地触接工件的表面上产生电弧并熔化金属，基体金属的熔化深度较大，在熔化金属中基体金属与焊丝金属几乎各占一半，用于强化表面的焊丝一般采用70号或 65Mn钢丝，在主，付喷水口喷水速冷下，提高了表面度，减少工件变形，经过直接磨削加工，达到需要尺寸的强化工作面，表面硬度一般为 HRC45-HRC55。为了提高硬度在冷却水中加入5%碳酸钠以提高冷却速度。为了稳定电弧，减少金属爆裂和损耗，在电路中串接一个电感，可使电级金属损耗从 30%降到6%～8%，而堆焊层的厚度从0.6～0.7 mm，增加到 1.4～2.5mm、或更高些、电感值的大小影响到短路电流的增长率。电感值过小电流增长加大，飞溅明显增大，电感值过大则短路电流增长率小，电弧的稳定性破坏，通常电感值为0.1～0.2毫亨飞溅最小。

5 结论

有些合金钢材料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能变坏。此外，这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下，可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后，接头的金相组织得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。在设计热处理工艺时，应注意材料性能和热处理过程的特点，防止热处理本身带来的问题，消除加工过程中的质量隐患。

【参考文献】

[1]热处理手册编委会.热处理手册.第2卷[M].北京：机械工业出版社，1991.

第2篇：化学热力学的应用范文

文章编号：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

医用化学是面向医学、药学和生物学等专业的学生讲授现代化学基本概念、基本原理及其应用知识的一门重要基础课程[1]，它将为学生日后相关领域的深入学习打下较坚实的基础。尤其现代生物医学进入了分子生物学时代，而化学在这一时代中体现出与现代医学之间越来越密切的联系。因此，医用化学的学习对于生命医学等相关专业学生的发展起到至关重要的作用。然而，由于医用化学课程内容本身较庞杂和枯燥，所以如何扩充课堂教学内容，调整教学方式，进而激发学生兴趣，一直是个具有挑战性的课题。

科学家的光辉成就及其艰辛研究历程的介绍是扩充和丰富教学内容的重要素材[1-2]。阿伦尼乌斯[2-3]和能斯

特[2，4-5]分别是1903年和1920年的诺贝尔化学奖得主，他们两人的工作都涉及多个领域，在医用化学课程的电解质溶液、化学反应热及反应方向和限度、化学反应速率、氧化还原反应与电极电位等章节中都有其相关工作。因此，笔者从教学内容体系安排和教学方式两方面考虑，将两位化学家的研究工作历程及成果编排到课堂的教学中，以期实现对教学内容的扩充、对学生学习兴趣的激发及对学生自信心的培养。

1 科学家阿伦尼乌斯

阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius）是瑞典著名的物理化学家，创立电离学说，提出酸、碱的定义，为化学特别是物理化学的开创作出极大的贡献；提出阿伦尼乌斯公式，为现代化学动力学奠定基础，构成物理化学学科的重要组成部分。由于阿伦尼乌斯在化学领域的卓越成就，因而被授予1903年诺贝尔化学奖。

医用化学教材中的电解质溶液和化学反应速率章节中都涉及阿伦尼乌斯的工作。结合几年来的教学经验，笔者认为可以在电解质溶液章节中重点介绍阿伦尼乌斯的电离理论发现和提出的科研历程及其被普遍公认所经历的曲折和波澜，从中让学生体会到科学问题的提出、解决和被认可不是想象中的一帆风顺，而有着艰辛的历程。从阿伦尼乌斯的电离理论还可以让学生感受到科学问题并不那么神秘莫测，科学家也不是那么遥不可及，所以大家要相信自己，每个人都是可以有所作为的。这部分内容可以主要以故事论述的形式开展。而对于阿伦尼乌斯在化学动力学方面的介绍，可以更侧重于介绍他的博学和兴趣广泛，可以在课堂上引入一些视频，或是通过布置课外兴趣阅读的形式，让学生更多地了解科学家阿伦尼乌斯的科学贡献和成就。

电解质溶液中酸碱电离理论的介绍 电解质在溶液中以何种形式存在，这种存在形式又是如何产生的，这是19世纪科学工作者关注的课题之一。尽管已经有人提出电解质在溶液中可能是以离子形式存在，但就其产生过程，科学界一直普遍认同法拉第（M.Faraday）的观点，即溶液中的离子是在电流的作用下产生的。

阿伦尼乌斯在研究电解质溶液的导电性时发现，气态的氨是根本不导电的，但氨的水溶液却能导电，而且溶液越稀导电性越好；氢卤酸溶液也是有此特点。对于其他的电解质体系，他也做了大量的实验，都发现浓度影响着许多稀溶液的导电性。那么如何揭开这些实验现象和数据背后的秘密呢？阿伦尼乌斯开始了实验之后的思考，他首先想到的是浓溶液和稀溶液本身的差别在哪呢？应该是可以通过加水将浓溶液稀释为稀溶液，可水起到什么作用呢？阿伦尼乌斯顺着这个思路深入思考：纯净的水不导电，纯净的固体食盐也不导电，把食盐溶解到水里，盐水就导电了，这是为什么呢？水到底起了什么作用？他觉得这是决定问题的关键。

基于法拉第的观点，阿伦尼乌斯想是不是食盐溶解在水里就电离成为氯离子和钠离子了呢？这个想法在当时是相当超前和相当大胆的，毕竟当时的学术界一致认同法拉第的观点。阿伦尼乌斯随后提出假定电解质在溶液中具有分子形态和离子形态两种存在形式，当溶液被稀释时，电解质的部分分子就分解为活性的离子，而另一部分仍是以非活性的分子形态存在。因此，溶液稀释时，活性的离子数量增加，导电性也就增强了。就此，阿伦尼乌斯提出全新的电解质中离子的产生原因，即电解质自动电离的新观点。

然而，当阿伦尼乌斯带着全新的观点向他的博士导师克莱夫（P.T.Cleve）教授详细地解释电离理论时，这位作为化学元素钬和铥的发现者的著名实验化学家对此理论并不感兴趣，只说了一句：“这个理论纯粹是空想，我无法相信。”这无疑给满怀信心的阿伦尼乌斯巨大打击，而且他也意识到博士论文能否通过出现问题，虽然他认为自己的观点和实验数据并没有错，但要得到当时观念保守的教授们的认可谈何容易？答辩过程相当艰难，尽管阿伦尼乌斯精心准备，材料和数据都无可挑剔，但经过四个小时的答辩，答辩委员会的教授们仍然认为论文不是很好。但考虑到阿伦尼乌斯大学读书时所有的成绩都很好，尤其是生物学、物理学和数学的考试成绩非常优异，答辩委员会最终以及格的成绩，让阿伦尼乌斯勉强获得博士学位。

著名的化学反应速率的指数定律――阿伦尼乌斯公式 阿伦尼乌斯不但提出了在化学发展史上占据重要地位的电离学说，他还深入研究了温度对化学反应速率的影响。他发现对于大多数反应而言，温度对反应速率的影响要比浓度更为显著。阿伦尼乌斯注意到化学反应体系的温度每升高1度，反应速率约增加12%～13%。若从传统的观点来看，对反应速率的影响无外乎是对反应物分子的运动速率、碰撞频率、浓度及反应体系的黏度等物理性质产生影响，然而温度的这种巨大的影响不能从这些传统的认识中得到圆满的解释。因此，阿伦尼乌斯设想，在反应体系中是一些高能量的活化分子直接参与到化学反应中，非活性分子吸收一定能量后可转化为活化分子，而反应进行的速率取决于活化分子的数量及活化分子之间相互碰撞的次数；当反应体系的温度升高时，活化分子的数量会随温度升高而上升，而且活化分子间的碰撞次数也随温度升高而增加，因此导致化学反应的速率也随温度的上升而增大。

1889年，阿伦尼乌斯在上述观念的基础上提出著名的阿伦尼乌斯公式，也就是著名的化学反应速率的指数定律：

其中，k为速率常数，A为指前因子（也称频率因子），Ea称为化学反应的活化能，也就是非活化分子转化为活化分子所需要的能量，R为摩尔气体常量，T为热力学温度。阿伦尼乌斯公式的提出为现代化学动力学奠定了基础，是物理化学学科的重要组成部分。

此外，阿伦尼乌斯还从事天体物理学、气象学和生物学等方面的研究，曾较早提出大气中的二氧化碳对地球温度影响的论点，还著有《天体物理学教科书》《免疫化学》《生物化学中的定量定律》等著作。

2 科学家能斯特

能斯特（Walther Hermann Nernst）是德国卓越的物理学家、物理化学家和化学史家，在化学热力学和电化学方面作出了开创性的工作，特别是因为其在热力学第三定律方面的杰出贡献而被授予1920年的诺贝尔化学奖。

热力学第三定律的介绍 19世纪末，化学热力学的研究也已取得相当进展，其中的热力学第一定律和热力学第二定律已趋于完善，但不足的是化学平衡常数仍未有任何热力学参数进行推算，还只能借助实验进行测定。19世纪末至20世纪初，研究发现已推断出，体系在低温状态时，反应自由能改变值（?G）与焓的改变值（?H）趋于相等。

能斯特对低温下的化学反应体系进行了研究，通过测定比热和反应热来预测化学反应过程，研究发现当反应是吸热的，那么所吸热量将随温度下降而下降，而达到绝对零度时吸热量将变为零。随后，他在论文中指出，当体系温度趋近于零时，不仅反应自由能改变值（?G）与焓的改变值（?H）趋于相等，反应熵的改变值（?S）也趋近于零。这就是化学史上所称的“能斯特热定理”。他推断，所有固体的熵值在接近绝对零度时都是相等的。

能斯特热定理是一个大胆的实验假说。此后，德国物理学家普朗克（M.Planck）依据统计力学原理指出，能斯特热定理只有对于纯物质的完美晶体才成立。后来的实验事实和统计热力学对熵的讨论表明，有些纯物质（如过冷液体和有些固态化合物）在趋近绝对零度时能存在一个正的熵值。因此，1923年，美国物理化学家路易斯等人对普朗克的表述进行了修改，提出具有完美晶体的各种物质在绝对零度时，体系的熵等于零。至此，完善的热力学第三定律最终被提出。

电化学中的电极电位的计算――能斯特方程 除了在化学热力学方面的开创性工作外，能斯特还提出了描述电池可逆电动势的能斯特公式。他将化学热力学中的自由能变化与电池电动势联系起来，从而将化学热力学规律成功地应用于电化学体系。

1889年，能斯特根据范特霍夫的渗透压理论和阿伦尼乌斯的电离理论提出，在溶解压力的作用下，原电池中的金属进入了溶液，并以离子形式存在；与此同时，溶液中的金属离子又在渗透压的作用下，使金属离子回到金属表面。这是两种方向相反的力，当其达到平衡时，便产生了原电池中的电极电位。在此基础上，能斯特导出电极电位与溶液浓度的关系式，即电化学中著名的能斯特方程：

其中，E为电池的电动势，ε为标准电极电位，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，c1和c2分别为溶液中氧化态和还原态的浓度。能斯特方程表明，电极电位的大小不仅取决于电极本身的性质，还与电池的反应温度、物质氧化态与还原态的浓度、压力等因素有关。能斯特方程为热力学函数值测定提供了一种全新的方法，而且此电化学方法不但为热化学数据提供了最精确的测量方法，还是化学热力学规律的最精确的验证手段。电化学方法将化学反应转变成可控的可逆电池反应，进而获得可控调节下极为精确的测定结果。

第3篇：化学热力学的应用范文

关键词： 物理化学 绪论课 教学方法

物理化学是高等院校化工类专业的一门重要基础课，这门课程的特点是概念多，公式多，理论性强，难理解，被普遍认为是门难教也难学的课程。课时少的矛盾更增加了教学的难度。许多教师为了用有限的课时讲授更多的正文内容而忽略了绪论的讲授，绪论课通常是一带而过。结果学生在学习的过程中会越来越觉得茫然，找不到正确的学习方法，对所学知识没有一个清晰的脉络，最终使学生丧失学习的兴趣。我认为物理化学绪论课在整个教学中占有重要地位，它对于整个教学起到以下几方面的作用：第一，介绍物理化学的概念、研究内容、研究方法；第二，激发学生学习兴趣，鼓励学生克服学习中遇到的困难；第三，向学生传授正确的学习方法。我就以上几点谈一下自己的体会。

1.介绍物理化学概念

很多第一次接触物理化学课的学生不清楚什么是物理化学，只是从字面上理解，认为是物理和化学两门学科加在一起。在绪论课上，教师首先要介绍物理化学的概念，使学生对物理化学有一个正确的认识。物理化学不是物理加化学，它是一门学科，与无机化学、有机化学和分析化学加在一起统称四大化学，是化学一级学科下的一门二级学科。要回答什么是物理化学要从化学现象和物理现象的联系入手。化学现象和物理现象有着紧密的联系，化学现象也叫化学反应。在化学反应中总是伴随着种种的物理现象，比如在化学反应中会放热或吸热；化学反应的容器会发生温度、压力、体积的变化；再如电池中的反应会放电，等等。物理化学正是从这些物理现象和化学现象的联系入手来研究化学反应普遍规律的一门学科。

2.介绍物理化学的研究内容

对于新接触的一门学科，学生首先想了解的是这门学科都包括哪些内容。而在绪论课上把物理化学的研究内容介绍给学生，并讲明哪些是要重点学习的，哪些是因为课时的限制而不能在课堂上讲的，这样就会使学生心里有数，在以后的学习中做到有的放矢。物理化学内容繁多，但是归纳起来应该分为三大块：化学热力学、化学动力学、物质结构。化学热力学研究化学反应的方向与限度问题，重点是热力学的三个定律。化学动力学研究反应速率与反应机理。化学热力学和化学动力学是物理化学的两大支柱，也是本门课程的重点。物质结构研究宏观性质与微观结构的关系，对于工科学生来说，这部分内容理论性很强，由于课时有限，不在课堂重点讨论。

3.介绍物理化学的研究方法

学习物理化学不仅要学习它的知识性的内容，而且要掌握它的研究方法。授人以鱼，不如授人以渔，培养学生的科学的世界观和思维方法比传授具体知识更重要［1］。物理化学区别其他三大化学在于它的理论性特别强。物理化学有三大理论基础：热力学、统计力学、量子力学。这三大力学都属于物理学范畴，可见要想学好物理化学首先要学好物理。物理化学的实验方法也是以物理方法为主，物理化学是从物理现象和化学现象的联系入手研究化学反应规律的一门学科，或者说是以物理现象为切入点来研究化学反应规律的一门学科，所以在做物理化学实验的时候实际上大部分做的是物理实验，比如在做实验的时候测量的是温度、压力、体积、旋光度、电导率、电动势等物理量。最后说一下物理化学的所用到的数学方法，物理化学是一门理论化学，理论性强就免不了推式子，物理化学所用到的数学方法主要是演绎法，演绎法就是从一个普遍的命题出发得出在特定条件下的特定规律，比如热力学第一定律是一个普遍规律，把它应用在特定条件下如恒压、恒容等就会得出在这些特定条件下的特定公式，物理化学中的公式之所以条件苛刻，是因为在演绎的过程中加入了特定条件。

4.激发学生的学习兴趣，鼓励学生克服学习中遇到的困难

要想学习好一门学科首先要对它产生兴趣，兴趣是最好的老师。在绪论课上，教师可以举一些生活中的常见的现象，如为什么自然界中的树木可以长到一百多米？为什么晴朗的天空是蓝色的？为什么水在干净的毛细管中上升而汞却下降？为什么在做豆腐的时候要用卤水？然后告诉学生学习物理化学之后就可以解释这些现象，这样给学生留下悬念，也让学生觉得物理化学与实际生活密切相关，就会对学习产生极大的热情。当然学习光有兴趣和热情还不够，还要有克服困难的勇气和信心。在学习之前，学生已经从高年级的同学那里得知物理化学是一门难学的课程，所以心里难免有畏难情绪，基础差的学生可能没有学习的信心，作为教师在绪论课上要鼓励学生克服学习中遇到的困难。榜样的力量是强大的，教师可以举一些伟大科学家的事迹来激励学生，如物理化学的创建者之一――荷兰科学家范特霍夫在青年时期就发表了后来被称为划时代的重要论文《空间分子结构》，起初不被承认，还受到批判和攻击，但他没有气馁。此后他在阿姆斯特丹大学狭小、简陋的实验室从事繁重的教学和研究工作，长达18年之久，以顽强的毅力克服了许多困难，终于发表了《化学动力学研究》和《稀溶液理论》等巨著［2］。

5.传授正确的学习方法

除了要有学习兴趣和克服困难的勇气之外，要想学好物理化学没有正确的学习方法是不行的。要想掌握正确的学习方法首先要了解物理化学的特点。物理化学和其他三大化学比它有这么几个特点：第一，公式多，而且公式应用的条件苛刻；第二，概念多，而且很多概念不好理解；第三，方法多，物理化学与其他三大化学相比，它是特别讲究方法的一门学科。学生在学习的过程中不仅要掌握知识性的东西，而且要掌握它研究问题和解决问题的方法，从某个意义上说学习方法比学习知识更重要。针对这几个特点教师要帮助学生建立正确的学习方法，使学生能尽快地进入物理化学的学习状态。首先，针对公式多、条件苛刻这一特点，教师要告诉学生，在记公式的同时一定要记住它所使用的条件，如果在使用公式的时候条件不正确那么得出的结论就一定是错误的，而且公式不要死记硬背，最好理解公式的来龙去脉，这样就能加深对公式的理解，也容易记忆。其次，针对物理化学概念多，而且很多概念不好理解，教师要告诉学生要勤于思考，要理解概念而不是死记硬背。很多概念不是讲完就能理解的，需要在课后慢慢消化和吸收，所以需要学生付出更多的时间和精力来学习。再来说说方法多这一特点，物理化学在研究问题时非常讲究方法。例如，科学模型方法的使用，使我们从实际气体中得到理想气体、理想液态混合物、理想稀溶液、热力学可逆过程等。这些模型的建立突出了主要矛盾，排除次要矛盾的干扰。使我们通过对主要矛盾的研究，得到一般规律性结论，再对结论进行修正，就可以得到实际系统的某些特征或近似的规律。［3］再比如，热力学中有一个重要的方法，就是状态函数法，该方法用于系统状态函数变的计算时，不关心系统都经历了哪些具体过程，只关心系统的始终态。用该方法计算某些热力学函数变时，就会把很复杂的问题简单化。针对方法多这一特点，教师要告诉学生，在学习的时候不能只记知识而忽视方法的学习，方法的学习在某种意义上说比知识的学习更重要，掌握了物理化学的研究方法对以后的学习和科学研究大有好处。

参考文献：

［1］肖十民，谢家声，谢逢春．在物理化学教学中突出科学方法的讲授们．化工高等教育，2003，77，（3）：68-69．

第4篇：化学热力学的应用范文

作者：周春琼 马豫峰 游文玮 唐中坤 单位：南方医科大学药学院

案例教学

我们曾经在教学的过程中通过引入物理化学史、介绍相关学科发展前沿、强化与药学融合和增强学生自主学习能力等多种方式来激发学生学习热情［2］，并取得了较好的教学效果。因此我们建议把这些趣味性、创新性和启发性、科技前沿性的优秀案例，编写到物理化学教材中，让学生在预习和自学的过程中就能兴趣勃发。比如在讲解胶体分散系统中的泡沫部分时，可以提出一个非常有趣的例子:为什么喝酒的人认为啤酒产生的泡沫越多，啤酒的质量就越好，甚至有人称泡沫是啤酒之花，是啤酒的皇冠，有无道理［1］?这样一个引人入胜的问题，必然让求知欲强的学生去探寻其中的奥妙。在讲解相平衡章节中的二组分固液平衡系统时，教材编写中也应该增加一个经典的案例———药物制剂中的固体分散技术，要列举的例子随手拈来，如氯霉素和尿素共熔物(氯霉素76%、尿素24%)，具有较均匀的微细分散结构，其溶出速度比纯氯霉素大30%;灰黄霉素和酒石酸共熔混合物的溶出速度比纯灰黄霉素大270%;10%磺胺噻唑溶于90%尿素中形成的饱和固态溶液，其溶出速度比磺胺噻唑增大700倍以上等。药物的溶出速度提高30%、270%，增大700倍，这些数据对于制药公司的研发人员来说非常重要。从这些例子可深刻地启发药学专业学生，科技创新并没有想象中那么难，而在于对基础知识的熟练掌握和学以致用。如今很大一部分大学生还想继续读研，从事科研工作，因此在物理化学教材编写中增加具有科技前沿性的教学案例也很有必要。比如在讲完化学热力学部分之后或者在化学平衡章节末引入等温滴定量热法(ITC)的案例。它是近年发展起来的一种在线和无损伤研究生化热力学和生化动力学的重要方法，方法简单、灵敏、快捷，特别适用于研究药物与蛋白质、核酸等生物大分子的相关热力学过程，可测定出反应的结合常数、结合位点数等参数及反应的焓变、吉布斯能的变化和熵变等热力学函数［3］。通过这样一个科技前沿案例，将药学生引入一个精彩的科学殿堂。

注重专业特色

一定要突出药学专业及相关专业特色，应当从内容、例题、习题及案例的选编上得以体现。从药学专业特色来看，教材编写中重点介绍化学热力学和化学动力学，以及由这些内容延伸和应用形成的分支内容，如电化学、表面化学、胶体化学等，而介绍物质性质与其结构之间关系问题的结构化学和量子化学两大内容，由于与药学专业联系相对不紧密，且难度较大，大多针对药学专业的物理化学教材均未将其编写进来。例题和习题对学生来说，是最能反映所学知识点是否与本专业密切相关的一个重要例证，如果所举的例题及给学生安排的习题，都是药学专业课老师提过的一些问题或药学生在专业领域内了解到的一些问题，那学生一定会对这部分知识点的学习和基本技能的培养上多下工夫。比如化学平衡章节可以编入很多与药学相关的例题和习题，在讲解溶液反应的平衡常数(Kaθ)的计算及由吉布斯能的变化值(ΔrGmθ)的计算判断反应进行的方向时，教材编写时可列举三磷酸腺苷(ATP)在细胞内水解为二磷酸腺苷(ADP)和无机磷酸盐(Pi)的Kaθ和相关的ATP浓度下的ΔrGmθ的计算;在编写该章由已知反应的ΔrGmθ计算未知反应的平衡常数时，可列举氨基酸在氧化酶作用下进行转化的例子，如L－丙氨酸在氨基酸氧化酶作用下转化为丙酮酸根;在编写将该章反应的耦合部分内容时，可编写的例题更多，如葡萄糖在ATP的水解反应驱动下可自发转化为6－磷酸葡萄糖，生物体内许多由单一酶催化的反应如活细胞中的谷氨酸盐在ATP的催化下进行谷酰胺生物合成反应等;课后习题的编写也要尽可能选择与药学专业相关的题目，如氨基转移酶催化谷氨酸盐和丙酮酸盐、磷酸甘油酸移位酶催化反应等［1］。最后对于编入教材中的案例，原则上也一定要与药学专业有直接或间接的联系，每章可根据基本知识点设置多个案例，以信息式、启发式、提问式的方法进行教材编写，从而向学生展开相关内容在药学及相关领域的生活、生产及科研应用。如很多物理化学教材在编写电化学章节的生物电化学部分时，都提到生物电化学传感器。这确实是一个非常经典的案例，生物电化学传感器广泛应用于临床医学、遗传工程、食品工业、生物武器和军事医学等领域，是比较前沿的科学研究，值得药学生特别关注［4］。总之，在这个科技飞速发展的年代，要使药学生在有限的学时内，学好物理化学课程，既要让他们掌握基本的理论和知识点，又要培养他们将物理化学知识点合理应用到药学生产和科研中，还要让他们从物理化学课程学习的窗口瞭望药学及相关专业研究领域的前沿科技动态。对物理化学教师来说，需要不断精编物理化学教材和教学，可谓任重而道远。

第5篇：化学热力学的应用范文

关键词：课程特点；教学内容实践；课程教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0123-02

世界能源主要来源于矿物质燃料的燃烧，而矿物质燃料的燃烧又是硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）及细颗粒物（PM2.5）等各种大气污染物的主要来源。[1]“燃烧与污染控制”是在“燃烧学”课程的基础上结合当前燃烧污染物控制问题越来越突出的情况下发展起来的一门较新的学科。该课程既研究矿物质燃料的燃烧过程及化学能的转化，又研究燃烧导致的大气污染物排放控制的专门学科。

尽管近几年来“燃烧与污染控制”这门课程有了很大的发展，各高校在教学方面也积累了很多经验，但与“工程热力学”“流体力学”等传统主干课相比，该课程的教学依然存在不少问题，如学生普遍反映该课程理论难度大、知识点多且零散、对数学要求高等。[2]

为此，笔者结合几年来的教学实践对该课程教学过程中遇到的一些困难及解决方法进行梳理和总结，并对“燃烧与污染控制”课程教学内容的制订及教学手段的选择提出了自己的意见。

一、课程内容及特点

1.课程内容

“燃烧与污染控制”主要包括化学热力学、化学动力学、燃料的着火理论、火焰的传播与稳定理论及湍流燃烧理论模型等基础理论；液体燃料、固体燃料的燃烧过程及其经典的模型；SOx、NOx等污染物的形成及分解机理以及主要的污染物控制技术。在污染物控制部分，由于近年来国家对环境保护问题愈加重视，新的污染物控制要求、控制内容及相应的新的污染物控制理论及技术不断涌现，如PM2.5的产生机理及控制理论、控制技术，CO2的捕集与处理技术等。

通过相关内容的讲解，使学生了解燃烧及燃烧污染物生成的基本原理，了解掌握最新的污染物控制技术，学会抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，从而理论联系实际，利用所学知识解决工程中的实际问题。

2.课程特点

“燃烧与污染控制”课程燃烧学部分涉及到传热、传质、传动量及化学反应，也就是俗称的“三传一反”，知识点多、理论性强、学科交叉性强。[3]因此，一方面，该课程的学习要求学生很好地掌握“工程热力学”“流体力学”和“传热学”等专业基础课程的内容；另一方面，该课程的学习又促进了学生对上述课程知识点的理解。

相比较而言，燃烧部分理论性更强，是一门典型的实验研究和理论总结相结合的学科。由于燃烧过程的复杂性，截至目前，燃烧科学的研究仍然以实验研究为主。先进诊断技术的不断出现使得燃烧实验获取的数据更加可靠、准确。[4]20世纪以来，着火模型、火焰传播理论、反应流体力学和计算流体力学等的建立使燃烧理论有了长足的发展。并且，随着大型计算机的出现，使得采用数值模拟方法研究燃烧过程已经成为现实。[5]这些都促进了燃烧学的发展。但这些理论模型大多以偏微分方程的形式出现，导致仅学过常微分方程的本科生很难理解。这要求授课的老师探索找到适合本科生知识结构及认知水平的教学内容和教学手段。

污染物控制部分主要研究燃烧导致的大气污染物的产生机理、燃烧中及燃烧后控制大气污染物产生及排放的主要技术手段。事实上，C、N、S元素既是常见燃料的组分，参与燃烧反应过程，同时其反应生成物CO2、NOx、SOx又是大气污染物的主要成分。因此，该部分内容的学习与燃烧学部分的学习紧密联系。污染物控制除了从机理上分析研究污染物生产及控制外，更注重实践环节，即污染物控制的主要技术手段及方法的介绍。由于我国近年来愈发重视大气污染物控制，新的污染物控制内容、新的污染物控制理论及方法不断出现，这就要求老师不断追踪新知识、新技术，不断充实、更新自己的专业知识。

二、教学方法

1.教材的选择

“燃烧与污染控制”这门课程知识点多、理论性强、概念抽象，如何上好这门课，选择好的教材是非常重要的环节。只有选择好的教材才能根据教材合理制订教学内容、教学计划，进而有效促进教师的教学和学生的学习。目前市面上发行的教材一般都侧重于“燃烧学”部分，“燃烧污染物控制”部分往往不作为重点，只是捎带介绍。这些教材主要有国外教材的国内翻译版和国内教材两类，这两类教材各有特点。[6]将“燃烧学”“燃烧污染物控制”作为重点的教材只有由浙江大学岑可法院士领衔编写的《燃烧与污染控制》。笔者认为，合适的教材应该能够与学生的知识结构及认知能力相适应，与该课程的教学目标相适应。

针对本课程的特点，教材的内容要全且新，尤其是污染物控制部分，应能够较好地反映当前的理论发展水平及技术发展现状。教材内容应当包括化学热力学、化学动力学、燃烧物理基础、液体及固体燃料的燃烧、各种主要燃烧染污物的形成机理及控制方法等。由于是面向本科生的教材，应当内容简单易懂，表述深入浅出，实例丰富直观，结构逻辑清晰，能有效衔接理论分析与工程实例。这样才能使学生学起来不感到沉闷单调、枯燥乏味。目前国内出版的《燃烧与污染控制》教材要么理论性太强，要么涵盖内容不全面，要么针对性太强，总之都存在这样或那样的问题。

2.教学内容设计

教学内容系指教学过程中同师生发生交互作用、服务于教学目的达成的动态生成的素材及信息，是教学的核心。[7]教学内容应该具有目标性、实效性、科学性、启发性。对于“燃烧与污染控制”教学内容的设计，笔者认为应该注意以下几点：

（1）内容要重点突出，有的放矢。该课程内容包括化学热力学、反应动力学基础、着火理论、火焰传播与稳定理论、液体燃料及固体燃料的燃烧和燃烧污染物控制等部分，但在各部分内容的讲解上要有重点。“燃烧学”部分，化学热力学和化学动力学基础是该部分的理论基础，可合二为一，讲解内容包括化学平衡、热化学、化学反应速率、质量作用定律、活化分子碰撞理论及链锁反应理论等。其中，热化学、化学反应速率和链锁反应理论应作重点讲解。关于着火理论，授课重点放在闭口系统着火理论模型的建立和结果分析上，并分析燃烧放热量和散热量随温度的变化曲线，确定着火温度与初始温度、物理化学因素和散热强度的关系。对于火焰传播与稳定理论，授课的重点在火焰传播概念、泽利多维奇理论、气体的动力燃烧与扩散燃烧及火焰稳定的基本原理与方法的讲解，并介绍防止火焰吹脱和回火的措施，以及来流速度、火焰传播速度与圆锥型气体火焰高度的关系。对于液体燃料及固体燃料的燃烧，液体燃料的雾化、蒸发模型及扩散燃烧，碳的燃烧化学反应及碳粒的燃烧速度作为授课重点。“燃烧污染物控制”部分的重点放在燃烧过程中SOx、NOx的生成机理，燃烧过程中SOx、NOx的脱除以及燃烧后脱硫脱硝技术，并介绍PM2.5的生成与脱除技术的最新进展，CO2的收集控制技术。介绍理论模型时，应更注重理论模型物理意义的解释。

（2）理论与实践结合。“燃烧与污染控制”是一门理论性及实践性都很强的学科。课程涉及的相关理论模型较为抽象，不易掌握。因此，该课程的教学内容必须与工程或生活实践紧密结合。如“燃烧学”部分，在教学内容设计过程中必须将理论与具体工程案例或燃烧相关生活案例相结合，以具体案例作为切入点，将复杂抽象的理论概念穿插到生动、具体的案例中进行讲解。要开设必要的实验课，如本生灯测火焰传播速度、煤的工业分析和元素分析、预混火焰浓度测量、联合脱硫脱硝实验及烟气分析仪测定烟气成分等。对于热能动力专业的本科生，笔者结合锅炉的设计案例，利用燃烧学理论解读炉膛结构设计、燃烧器布置、风量确定、炉膛点火这些具体方案设计背后的理论依据，从而强化对燃烧理论的理解。结合家用燃气灶台，讲解燃料与空气的混合原理。安排学生参观热电厂的脱硫脱硝及除尘装置等污染物控制设备，现场分析各种技术设备的设计原理，强化学生对污染物形成机理及控制技术的认识，使书本理论与实践统一。

3.教学方法的设计

（1）采用启发式教育。学生是学习的主人，“教”是为“学”服务的，“教”不是统治“学”，也不是代替“学”，教师的“教”是启发和引导学生的“学”。就“燃烧与污染控制”课程的教学而言，在教学过程中应从学生的知识结构及认知能力出发，结合具体的教学内容和教学目标，采用提问、讨论、案例分析等多种方式，让学生参与到老师的教学过程，激发学生的学习热情，使他们在活跃、开放的教学氛围中理解掌握燃烧与污染控制相关的知识点，并能使用相关知识点分析解决实际问题。问题的提出要有引导性、针对性，要围绕教学目标，否则难以达到预期效果。

（2）多媒体教学与板书的有机结合。现在，各种多媒体技术已经广泛进入课堂教学，成为课堂教学的重要手段，对传统板书教学形成了巨大的冲击。多媒体教学课件图文并茂、内容丰富、信息量大。就“燃烧与污染控制”而言，燃烧过程和污染物控制设备可以被生动地展示出来，使学生能够更加深刻、有效地理解相关理论概念。[8]但是，使用多媒体技术授课时，老师讲课的速度加快，信息量增加，学生的思维跟不上。[9]板书比较灵活，对于复杂理论模型可以引领学生的思维，鞭辟入里地进行推导，融会贯通。但是，板书速度慢、效率低。因此，在“燃烧与污染控制”课程教学过程中，应将多媒体教学与传统板书有机结合，扬长避短，充分发挥各自优势，以达到最佳的教学效果。

（3）多种考核手段的结合使用。在教学过程中，应采用多样化的考核手段，了解学生对课程知识点的掌握情况，督促学生的学习。课堂提问、课后作业、案例分析、阶段考试等都可以作为考核手段。但无论采用何种形式的考核手段都应当激发学生的学习热情，提高学生的学习效果，增加学生对本课程本专业的认识为出发点。

三、结论

综上所述，“燃烧与污染控制”涉及传热、传质、传动量及化学反应，融合了工程热力学、传热学、流体力学、高等数学等方面的知识。在教学过程中应点面集合，重点突出，理论联系实际，加强对学生实践能力的培养，不断更新教学内容。同时，作为老师，需要不断学习，及时掌握该课程新的知识点，及时更新教学内容。

参考文献：

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[2]齐黎明.动画制作在“燃烧学”课程教学中的应用[J].中国电力教育，2009，（15）：82-83.

[3]裴蓓，辛耀华，路长.谈“燃烧学”课程教学设计[J].中国电力教育，2009，（5）：57-58.

[4]岑可法，姚强，骆仲泱，等.燃烧理论与污染控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

[5]严传俊，范玮.燃烧学[M].西安：西北工业大学出版社，2008.

[6]王保文，王为术，高传昌.电厂热能动力工程专业“燃烧学”教学内容设计[J].中国电力教育，2010，（30）：100-102.

[7]吴化钿.教育学教程[M].广州：广州高等教育出版社，2005.

第6篇：化学热力学的应用范文

关键词：基础化学；非化学专业；专业特色

目前，我国的高等教育也逐渐从原来单一的知识传授模式向现在的全方面人才培养模式转变，这种人才培养模式的转变使得化学课的性质也发生了转变[1]。因此，高校教师在进行非化学专业基础化学教学时，就必须对教学方法进行改革。

一、河北农业大学渤海校区基础化学教学存在的问题

河北农业大学（以下简称“我校”）渤海校区在食品类、海洋科学类和水产养殖类专业中开设了基础化学课。目前，基础化学教学存在很多问题，如课程内容较多，而课时安排相对较少；再如，面对不同的开课专业，该类课程的教材、课程大纲、考核标准均相同，这种“一刀切”的教学方式，忽略了不同专业对化学基础知识的不同需求，无法根据学生的专业特色完成基础课与专业课的衔接[2]。

二、非化学专业基础化学的教学策略

（一）针对专业特点选择教学内容

从各个专业的培养目标及培养方案来看，不同专业的学生对基础化学知识的需求及应用存在明显差异。食品类专业其培养方案中涉及到的化学课程包含仪器分析化学、生物化学和物理化学与胶体化学，而基础化学课程中所涉及到的化学知识是食品类专业学生学习化学课程的基础。海洋类专业其培养方案中涉及到的化学知识包括化工原理、仪器分析、化工热力学以及海洋化工技术，而基础化学课程中分析化学是仪器分析化学的基础课程，无机化学中化学热力学部分、化学动力学部分以及四大化学平衡等内容是学习化工原理以及化工热力学的先行知识。相对来说，该类专业的学生对有机化学知识的需求较少。养殖类专业对化学知识的需求侧重于化学物质的分析及生化分析，其培养方案中涉及到的后续化学课程主要包含动物生物化学、水产动物药学与药理，该类课程的开展需要学生以部分有机化学的内容为基础知识。根据不同专业对知识的需求及使用情况，可以将授课内容分为三个层次。第一层次为全书详细讲解层次，其适用对象主要是食品类专业的学生，该类学生对基础化学知识的需求程度较高，化学知识在后续课程的应用面积较广。因此，可对基础化学三门课程中的知识点进行全书讲解；第二层次为部分讲解和部分自学层次，该层次的适用对象主要是海洋科学类专业的学生，该类学生对基础化学知识有一定的需求，但其联系又不是十分紧密，对知识的把握重在理解，而非以此为基础的应用；第三层次为侧重讲解和广泛性自学层次，该层次的适用对象主要是水产养殖类专业的学生，该类专业的学生对有机化学的内容需求较大，而其他化学内容则仅限于简单的了解。因此，该层次的授课则侧重于有机化学的讲解与学习。

（二）授课模式的改革

教师应根据各类别学生的专业特色及实际情况，逐渐转变传统课堂讲授模式，将理论知识和专业需求及实践情况相结合。此外，该类教学活动的授课对象均是非化学专业的学生，这类学生的化学基础知识十分薄弱，所接触到的化学知识也相对较少。因此，教师在授课过程中可以此为切入点，从生活实际出发，以知识理论联系生活实际为基础开展教学活动，在讲授基础知识的同时，调动学生的学习积极性。

（三）考核方式的改革

对不同层次的学生采取不同的教学内容进行教学活动，势必要根据不同专业学生的学习能力、学习需求、学习内容要求等合理设置考试方式，可以采取课堂作业、实践情况及试卷考试按一定比重结合的方式给出学生的最终成绩[3]。由于学生的教学层次不同，各类成绩在总成绩中所占的比重也应不同，如对于基础知识和应用知识要求较多的专业，应增大试卷成绩在总成绩的比重；而对于侧重知识理解的专业，则应增加实践及课堂作业在总成绩中的比重。

三、结语

采取分类针对性教学，能够结合我校的现状实际考虑不同专业学生对化学基础知识的需求，能够做到因材施教，因专业而教，与学生的发展及人才培养的需求相适应。

参考文献：

[1]何娉婷.浅谈非化学类大学化学教学与大学生综合素质的培养[J].时代教育,2009(2):122-123.

[2]陆时洪.大类招生下非化学专业《分析化学》课程分类教学模式探索[J].西南师范大学学报,2012,37(3):151-156.

第7篇：化学热力学的应用范文

关键词：应用化学 化学工艺学 理论教学

应用科学是研究和说明特定的设备运用于特定的生产和生活领域的具体方法和具体程序的科学。应用科学是理论科学和技术科学在生产和生活中的具体化和实际应用[1]。

化学工艺学是一门综合性、实践性很强的课程，是应用化学专业在学习了化学基础理论后所开设的一门应用性课程。该专业培养具备化学基本理论、基本知识和较强实验技能，能在科研机构、高等学校及企事业单位从事科学研究、教学工作及管理工作的专门人才。根据本专业的特点，在开设化学工艺学课程时应能充分将化学基础理论、基本技能与实践有机的结合起来，实现理论科学、技术科学对应用科学的指导。通过对本课程的学习使学生对化学工艺学所研究的内容有较为系统的认识。能将基础化学所学的知识与化学工艺学较好的衔接和运用起来，实现理论与实践的结合。对化工生产的基本原料、工艺过程、设备、环保要求有全面的了解。

一、根据专业特点安排教学内容

1.教学内容与基础化学密切相联系

应用化学专业与化学专业相比，增强了应用背景，是化学与化工的衔接，是化学学科在应用方面的拓展，培养的是理工结合的应用型人才[2]。本专业学生受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，具有较好的科学素养，具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发的基本技能。因此，化学工艺学课程教学内容的选择应满足专业的特点。在教学内容安排时，选择典型工艺进行较详细的介绍。无机化工工艺部分以合成氨为教学重点。合成氨在化学工业发展中具有里程碑式的意义，它在几大化学领域都有突出的发展。是化学理论与实践结合的成功典范。“正是由于对氮、氢、氨体系化学平衡的研究，把热力学理论推进到了真实气体高压化学平衡的研究领域，在研究氨合成催化反应速率方面，推动了反应动力学的发展。这些理论的形成直接指导了氨的合成。”[3]同时，合成氨在催化技术的应用方面也为现代催化理论奠定了基础，许多重要的催化理论概念如催化剂的活性中心、催化剂表面的非均一性、毒物作用及催化机理等都是在研究合成氨的反应过程中确立下来的。有机化工工艺部分以烃类裂解为重点。以“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）和“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）总量计，约65%来自乙烯装置，因此，常常将乙烯生产作为衡量一个国家石油化工生产水平的标志。[4]烃类裂解工艺在反应设备、分离系统、能量利用等方面都代表着最先进的世界化工发展水平，这对于培养学生工程理念，了解世界化学工业发展方向是非常重要的。

2.注重基础理论与应用相结合

将基础理论与实践应用相结合不仅仅是基础理论知识的简单应用，对学生来讲首先带来的是思维模式的改变。基础理论是由概念、定律等建立起来的具有严密逻辑结构的知识体系。学生更擅长从概念到概念，从公式到公式的思考模式。但实践中有更为复杂的因素对工艺过程的选择、工艺条件的确立、产品的分离等产生影响。在化工生产中对反应的化学热力学和化学动力学的研究是决定工艺条件的最重要的化学基础理论。反应的温度、压力、浓度、催化剂或其他物料的性质以及反应设备的技术水平等各种因素对产品的数量和质量有重要影响[5]。在课堂教学中应充分把化学热力学、化学动力学知识与实践中的应用结合起来。例如在合成氨的生产中平衡氨含量是一个非常重要的参数，从平衡常数KP=PNH3/P0.5N2P1.5H2开始分析，到最终确立平衡氨含量XNH3/（1-XNH3-Xi）2=KPpr1.5/（1+r）2，分析此式不难看出总压强P，平衡常数KP氢氮比r以及惰气的含量都对平衡氨X的含量有影响。如不考虑组成对平衡常数的影响，当氢氮比r=3时平衡氨含量具有最大值。考虑到组分对平衡常数KP的影响，具有最大XNH3的氢氮比略小于3，随压力而异，约在2.68～2.90之间[6]。因此惰性气体对平衡氨含量的影响必须考虑进去。这是实施合成氨工业生产的一个重要理论依据，理论上的定性讨论与实验上取得的定量数据完全吻合，满足了定性与定量的统一，理论与实践的统一[7]。在对化学反应的速率分析中，基础化学理论中对动力学方程式的描述学生很熟悉，但在实践的工业生产中，反应动力学方程式与反应控制步骤的研究、反应温度、催化剂等因素有密切的联系，反应所用的催化剂不同，反应条件不同，则动力学方程式也不相同，这使实际的动力学方程式与基础化学中所学习到的相差甚远。因此，通过课堂教学让学生了解化工过程的复杂性。在实践中，实现一个化工过程对基础化学理论不是一个简单的应用。这也是工艺课程本身所具有的特点。

二、以化工生产过程及工艺流程为教学重点

应用化学专业的学生已学习了化工原理，对主要化工单元操作的基本原理、过程、计算方法等有了系统的掌握。但对实际生产过程相对比较陌生，通过对具体工艺单元的介绍结合所学的化工原理知识，学生能归纳出工艺单元的共性，对工艺过程的结构有一个概括的了解，并能对工艺流程有一定深度的认识。

1.掌握通用反应单元工艺的特点

化学反应单元是根据化学反应类型来分类的。反应单元仅是生产中的一个环节。在教学中根据学科需要有选择的介绍一些典型反应单元。由于同一反应单元有不少共性，通过对具体反应单元工艺的学习使学生自觉的找出规律性的东西，这样便于学生掌握所学的知识，也能很好的指导今后的科研、生产，做到触类旁通。例如在学习了二氧化硫催化氧化制硫酸、乙烯环氧化制环氧乙烷等后学生很快发现氧化反应是强放热反应，生成的副产物较多，对于烃类氧化还要防止造成深度氧化等特性。在找出反应的共同点后，针对反应单元的特点，对实际生产中设备的要求、流程的选择就有清晰的认识。如氧化反应器的设计必须从安全的角度出发，对易深度氧化的反应应选择有良好性能的催化剂以防止深度氧化的发生，等等。通过对反应单元的学习比较使学生能更加灵活的运用反应单元工艺。

2.以化学反应为核心，探索工艺流程的内在联系

工艺流程指工业品生产中，从原料到制成成品各项工序安排的程序。对于不同的化工产品其生产工艺流程也各不相同。但各流程都是围绕着化学反应这一核心问题展开的。如烃类裂解流程。根据裂解反应吸热、体积增大、裂解产物组成复杂、二次反应的影响等特点，裂解反应在高温、短停留时间条件下有较高的产品收率。这一反应特点，也决定了在对核心设备管式裂解炉设计时应满足传热面积大、裂解管变径，裂解管程数减少等的要求。从流程上来看，由于裂解产物组成复杂因此后续分离系统非常的庞大。从能量的利益来看，乙烯装置的节能技术关键是使用最少的裂解原料和燃料得到最大收率的目标产品，最大限度地回收裂解余热，并将回收热量合理分配到压缩、深冷、精制各工段。优化装置蒸汽系统，合理利用蒸汽等级，节约能量，并可向界区外输送能量[8]。因此，从化学反应性质入手充分发现流程中各单元的内在联系，把握好问题的主线，这样才能真正的对工艺过程有一个清晰的认识。在实际生产中还要充分考虑如何以最少的消耗、最低的成本得到最高的生产效率制。在教学中要让学生明确一个具体工艺流程安排不仅仅是生产实际对理论的检验，更多的还要从社会的、经济的角度去作全面的考虑。虽然一般工艺过程的组成大致相同，但每种产品的生产还有特殊性。在讲课时，抓住主要矛盾以展开，并着重于基本原理、基本知识和基本规律的讲解，力求达到清晰、严格和准确。

三、结束语

应用化学专业是介于化学与化学工程之间的一个应用理科专业，其任务是培养理工结合型的“用”化学的人才[9]。理论课的教学仅仅是学好这门功课的一个环节。要真正的掌握好这门课程还需要加强实践环节的学习。通过采用将多媒体、化工仿真实验、生产实践教学与化学工艺学课程教学相结合的教学方式，强化学生的化学工程意识，提高分析和解决化工生产实际问题的能力。同时，结合本地区化学工业发展的特点，对应用化学人才的需要不断调整教学内容。在科技发展迅猛的今天，应让学生了解更多化学的理论前沿、应用前景、最新发展动态，以及化学相关产业发展状。

参考文献

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[7]石启英，合成氨的热力学浅析[J].商洛师专学报（自然科学），1996年第2期（第7卷，总第9期），37-38.

第8篇：化学热力学的应用范文

一、重视案例教学,增强学生对制药工艺绿色化的感性认识

采用绿色工艺、实行清洁生产是制药工业的发展趋势和必然选择。为增强学生的感性认识,授课中可以适时引入几个经典案例配合理论方面的讲解,以期达到事半功倍的效果。美国女生物学家RachelCarson1962年出版了题为SilentSpring的专著。她告诫人们,DDT等农药的使用导致鸟类数量急剧下降,使万物复苏的春天居然听不到鸟鸣,成为“寂静的春天”。该书揭示了环境问题的严重性,吹响了环境保护的号角。为了从化学和化工的源头防止污染,以原子经济反应为核心的绿色化学应运而生。本案例可以让学生体会传统制药业忽视污染控制、破坏生态环境,竟成了催生绿色化学、绿色过程工程的重要因素;绿色化学是化学发展的必由之路,绿色过程工程是过程工业发展的必由之路,从而产生学习绿色过程工程原理与技术的自觉性。1984年12月3日凌晨,作为农药生产原料的光气溢出到印度博帕尔市(Bhopal)的人口密集地区,导致32万人中毒、2500人直接死亡的严重后果,业界由此得到一个减免使用剧毒原料的警示信号。调查显示在事故发生时,冷却系统、温度指示器、燃烧塔都不能起作用,这表明事故还与设计错误、疏于管理等有关。此案例让学生体会到要提高工业过程的绿色度,一方面要采用无毒、无公害的合成或天然原料,从源头上尽量减少甚至杜绝污染和危害;另一方面,必须从工艺和设备两方面着手,大力研究和开发从整个工程链中消减污染的绿色工程技术,并强化生产系统的优化管理,提升员工素质。20世纪50年代,沙利度胺曾作为镇静剂用于缓解孕妇妊娠反应。1961年发现服用外消旋的沙利度胺(反应停)的孕妇产下了四肢呈海豹状的畸形儿,累计致畸案例多达17000例,成为20世纪医药界最大的药害事件。后来的研究表明,沙利度胺的致畸性是由(S)-异构体引起的。此案例能让学生体会产品的绿色化是绿色过程工程的重要指标,绿色化工产品应对人类和环境无毒无害;若对映体具有不同的药理活性,开发单一旋光异构体药物符合绿色过程工程原理。

二、用绿色过程工程原理引导学生改变传统的工程观念,培养学生的“当代工程观”

工程观念的强弱和趋向直接决定着研究和工程技术人员的实践能力,教学中应加强学生的工程观教育,培养学生的责任意识和工程思维。工程观是人们关于工程活动的基本理念,是认识和进行工程活动的指南。在当代学科交叉渗透的趋势下形成的当代工程观是对传统工程观的扬弃和超越。[4]传统工程观以科学理性和技术理性为主导,而对人文理性和生态优化较为忽视。当代工程观把工程理解为生态循环系统中的生态社会现象,视生态环境为工程活动的内生因素,工程活动不但受生态环境的制约,而且应按照生态规律重塑生态活动的方式。[4]这与绿色过程工程的内涵一致,强化绿色过程工程教学,有利于贯彻当代工程观教育,有助于培养对可持续发展具有强烈责任意识并具有良好创新素质的未来建设者和管理者。化学制药工艺学是研究、优选符合大规模药物生产的工艺路线和工艺条件,从而以最安全、最经济、最切实可行的方式完成药物制备的一门学科。生产工艺研究按研究阶段可分为实验室工艺研究、中试放大研究和工业生产工艺研究。该课程与生产实际紧密相关,适宜强化工程观念教学。朱宏吉、元英进等指出,[5]制药工艺学可指导学生完成制药工程课程设计最基本、最核心的内容,即工艺计算和工艺流程的组织,使学生将符合GMP要求的制药车间工程设计基本原则、制药设备选型与设备结构的设计结合起来。笔者认为,通过本课程的学习,学生还应该学会按当代工程观的要求,根据经济合理、技术可行、环境友好的原则,选择、优化药物及中间体的制备工艺。实践表明,强化绿色过程工程教育,对学生在制药工程课程设计、毕业设计、毕业论文中选择、设计绿色工艺具有非常突出的指导作用。据众多学习过本课程的毕业生的反馈信息,不论他们是否从事制药业,都能自觉运用绿色过程工程的观念开展工程项目的开发、评价和实施,学生毕业后体会到了学习绿色过程工程原理的更大收获。

三、强化绿色过程工程教育的教学设计

经过多年的摸索,绪论部分教学中引入生命周期评价(LCA)、[6]原子经济性(AE)、[7,8]环境因子(EFactor)、[8-10]环境商(EQ)四个概念是必要的和可行的。[8-10]生命周期评价(LCA)是一种评价产品、工艺或活动,从原材料采集,到产品生产、运输、销售、使用、回用、维护和最终处置整个生命周期阶段环境负荷的过程,是从“摇篮”到“坟墓”的过程。它首先辨识整个生命周期阶段中能量、物质的消耗以及环境释放,然后评价这些消耗和释放对环境的影响,最后辨识和评价减少这些影响的机会。生命周期评价是实施绿色过程工程的重要工具。掌握生命周期评价的概念有助于学生从产品整个生命周期综合思考新产品设计、新工艺开发和旧工艺改造,生命周期评价的概念为在授课过程中灌输、剖析绿色过程工程原理提供了线索。传统化学采用收率作为评价某化学反应过程或某一产品合成工艺优劣的标准,这种做法已沿用了上百年。只注重收率往往会忽略合成中使用或产生的不必要的化学品,收率指标难以反映废物产生数量的多少,不足以完全反映原料的综合利用效率。欲充分利用资源和消减废弃物排放,只有使反应物分子中的原子尽可能多的进入目标产物中。B.M.Trost于1991年提出了原子经济性(AE)概念,[7]为评价化工过程提供了强有力的工具。原子经济反应处于绿色过程的核心地位。R.A.Sheldon提出了E因子和环境商(EQ)两个概念分别用于快速评价反应过程中废物产生的数量和废物对环境产生的潜在影响。[9]R.A.Sheldon给出了传统制药业的E因子范围常在25~100kg/kg,[8]远高于炼油和大宗商品生产行业,这说明制药业实施绿色过程工程技术任重道远且正当其时,强化绿色过程工程教育是制药业人才培养的内在要求。绪论部分在介绍绿色过程工程内涵的基础上,着重辨析上述四个概念,生命周期评价为绿色过程工程教学提供了线索,其余概念则可直接服务于每一部分教学。依据制药工艺学主要讲授内容,总体教学设计如图1所示,绿色过程工程教育是一个线索分明、重点突出的有机的整体。期望学生能够学会科学的研究方法。例如,热力学以经验概况的热力学第一、第二定律为基础,经过严密的逻辑推理,建立了几个热力学函数,通过“状态函数法”,即在相同的始终态间,能动地设计可计算的过程,解决了化学反应的方向和限度问题。理想气体、理想溶液是实际气体、实际溶液的理想化模型,实际气体通过逸度、实际溶液通过活度进行相应校正,可以简单地解决热力学、动力学问题。

(一)通过公式的推导过程,培养学生严谨的逻辑思维物理化学课程公式繁多。对于有代表性的公式,授课中用板书逐步推导,一方面有利于学生理解和记忆,另一方面能教会学生处理问题的方法,培养严谨的逻辑思维能力。例如,在化学热力学公式的推导过程中,每一步都可能引入限制条件,这种条件也是该公式的适用条件,使用过程中必须注意。在授课过程中,我强调它们之间的逻辑关系,注重学生思维的梳理。

第9篇：化学热力学的应用范文

【关键词】生物医学工程普通化学课程教学改革

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）10C-0135-02

一、生物医学工程专业的特点

生物医学工程旨在运用工程技术的原理和方法，研究和解决生物学和医学问题的新兴、边缘、交叉学科。其主要任务是：从工程学角度研究、解释生物体特别是人体的生理、病理变化过程。其主要研究方向包括：生物系统的建模与仿真、生物医学信号的检测与分析、生物医学成像和图像处理、电磁场生物效应、脑科学与认知、人工器官以及相关的医疗设备的研制等。生物医学工程学是医疗卫生健康、保健性产业的重要基础和动力，它所带动的产业在国民经济中占有重要地位，世界各国都在不断加大对生物医学工程的投入。经过本专业培养的学生，不仅应能够在医学中较熟练地运用电子技术、信息处理技术、计算机技术，而且还应具备生物科学理论基础以及医工结合的研究和实验技能，以及医疗电子设备、医学信息处理的初步开发、研究、应用、维护和管理能力。本专业毕业的学生择业面宽，就业适应能力强。毕业生既可以在医疗仪器行业从事新产品的开发与应用，又可以在医院医学工程部门比如医学仪器、医学影像设备与技术，国家技术监督部门，以及其他电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、维护与维修、教学及管理等方面的工作。此外，本专业的学生还可以进入生物医学工程、电子信息工程、通信工程与技术、计算机应用技术等方向继续深造。生物医学工程专业培养要求知识方面：打好坚实的数学、化学、物理学、外语、计算机与信息科学和电子技术的基础，掌握宽厚的生物医学工程专业知识，具备宽广而深远的科技视野、强烈的求知欲望、事业心和创新意识。

二、普通化学课程及其教学的基本要求

（一）课程的地位、性质和任务

化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门科学。在解决人类最关心的环境、材料、能源、医药保健、粮食增产、资源利用等问题中，化学科学处于中心地位。而普通化学则是化学的导言，它包含了现代化学的基本理论、基础知识和基本技能，是现代大学生应该普遍掌握的自然科学基础知识的重要部分，是高等院校非化学专业必修的一门重要的基础课。通过本课程的学习，学生在一定程度上掌握一些必需的近代化学基本理论、基本知识和基本技能，并了解这些理论、知识和技能在生物医学工程领域中的应用；培养学生具有应用化学观点分析生活、生产中的一些简单的化学问题的初步能力；为今后的专业学习和工作打下一定的化学知识基础。

（二）课程教学的基本要求

通过对普通化学课程的学习，学生应掌握化学热力学、化学动力学、化学平衡以及原子、分子结构等方面的基本理论和基础知识；掌握一定的元素化合物的基本知识；掌握重要的有机化合物结构、性能以及一些重要的有机合成反应；掌握分析化学基本原理和一些重要的化学、仪器分析方法；并了解化学在生物医学、环境保护、新材料的研究与应用、能源开发与利用以及生命科学研究等领域的作用，为生物医学工程专业课程打下化学理论基础。

三、普通化学教学改革的具体措施

（一）修改教学大纲

应根据生物医学工程专业的培养方案，修改普通化学的教学大纲，并将本课程分为理论教学和实验教学。理论课时为32学时，实验课时为16学时。首先从普通化学课程的地位、性质和任务来定位。普通化学则是化学的导言，它包含现代化学的基本理论、基础知识和基本技能，使学生掌握化学热力学、化学动力学、化学平衡；掌握一定的元素化合物的基本知识；掌握重要的有机化合物结构、性能以及一些重要的有机合成反应；掌握分析化学基本原理和一些重要的化学、仪器分析方法；并了解化学在生物医学以及生命科学研究等领域的作用，为生物医学工程专业课程打下化学理论基础。

为了培养学生的动手能力，应让学生熟悉化学实验及实验室的基本规则；培养学生认真观察实验现象、正确记录和实验数据的习惯；了解常用化学仪器的性能、使用和维护方法。同时，应培养学生正确处理实验数据，正确书写实验报告的能力；促使学生逐渐养成严谨的科学态度、实事求是的实验习惯和工作作风，并初步具有独立思考、独立设计实验、独立进行实验以及独立分析、综合问题的能力，从而为后续课程的学习和进一步的科学研究打下基础。主要实验项目如下：玻璃工操作实验（2学时）；离解平衡与沉淀一溶解平衡（2学时）；铜、锌、银、镉及其离子的鉴定（2学时）；烃的性质和鉴定（2学时）；粗盐的提纯（4学时）。

值得注意的是，理论教学大纲和实验教学大纲的修订，应体现专业特色明确、重点突出、思路清晰的教学思路。

（二）探索新的教学方法

1.理论联系实际。普通化学是非化学化工类专业学生开设的一门基础化学课，主要介绍化学学科基本情况，化学各个分支对社会发展的作用，化学学科的发展现状、发展趋势，化学与其他自然科学、工程技术学科的关系。因此，普通化学课程知识点多、内容复杂、概念跨度大，需要与学生所学专业及实际情况有机结合起来。然而，在教学实践中，本课程的教学课时不足，教学过程中，化学理论和化学与专业结合选择是，教师往往容易顾此失彼，使化学教学演变成一堆化学名词和专业术语的堆积，枯燥乏味。同时，学生重视度不够、学习兴趣不浓。但是化学知识在各种领域中不断渗透，在日常社会生活中起着越来越重要的作用。面对实际问题，针对生物医学工程专业特点，在教学过程中，教师可首先和学生进行讨论，解决如下问题：（1）学习的原动力。（2）学习的方法和习惯；告诉大学课程内容多，上课进度快、信息量大，并且辅导课和习题课少，要掌握好学习方法；设计了从实验现象一引发思考一理论内容一实验内容一在线测试的教学路线。（3）学习精神，只有更加刻苦才有可能适应大学阶段的学习。通过讨论和示范，激发学生的学习兴趣，以求达到最佳教学效果。

将普通化学中基础部分的讲授与中学化学教学良好接轨，在上课时首先回顾一下中学化学相关知识点，再引入新的知识点。在讲例题的采用为“先示例、后解析”的方式。上实验课，采用实验前提问和预习，代替实验课先讲实验原理和步骤的方式，要求、鼓励学生预习和思考。在指导实验时，及时发现问题，引导学生深入思考。建议学校平时适当开放实验室，为对化学感兴趣的学生提供实际操作平台。鼓励学生根据个人兴趣参加项目创新活动，和指导教师一起选题，查阅文献，学习相关知识，进行科研活动。当然，也可结合其他课外科技活动展开教学。

2引入实例。在实际的教学过程中，针对生物医学工程专业特点，可适当引入生活和专业应用中的具体实施例。课堂讲授时，利用具体实例，引入每一章节内容，再将每一章节的重点、难点内容在学生深入挖掘的基础上，将内容分解成若干小问题或将若干相关小问题合并起来，指导学生联想、讨论思考、联想归纳、比较总结本课程的目标是系统讲授化学基本理论和知识，加强基础，提炼基本，按需拓宽，注重实践性和应用性。

在讲到酸碱时，可把知识点延伸，把电子舌知识和酸碱性结合起来。电子舌测量酸味时就是利用酸性，检测出酸的浓度，也就是将酸的浓度通过化学传感器转化为可检测的信号，信号的强弱就能反映酸的浓度。同样，电子舌检测其他味觉，就是将其味觉物质，通过化学传感器转化为可检测的信号，通过信号的强弱来反映味觉物质的含量，进一步体现味道的内涵。

可引入直观形象的化学反应动画效果，加强学生对反应机理和抽象概念的理解；同时，可采用动态图表，充分发挥各类图形的优势。

3.突出重点，扩大信息量。根据培养方案和生物医学工程专业的特点，可将下列内容列为普通化学的教学重点和难点：热力学的基本概念；盖斯定律和标准生成焓、标准熵、标准吉布斯自由能计算方法；化学反应自发进行的判剧；化学平衡常数、化学平衡移动的规律及有关计算；分散体系的概念及分类；溶液的依数性；胶体分散体系的性质及结构；弱酸、弱碱解离平衡；溶度积规则和溶解平衡；电极电势的概念；用电极电势的数据判断氧化剂和还原剂的相对强弱及氧化还原反应自发进行的方向和程度；配位体的相关概念及命名规则；核外电子运动的特殊性；四个量子数的取值及物理意义。教学难点为：化学反应等温方程式的应用；相似相溶液原理；能斯特方程式的应用；吉布斯自由能变、原电池电动势、氧化还原反应平衡常数的关系。根据重点和难点，可采取理论讲解、PPT、板书和学生互动相结合的教学模式，讲解后再让学生来回答问题，加深学生对重点知识点的印象与理解，在原有知识点的基础上扩大信息量。