基于工作情境的五年高職物理化學(xué)教學(xué)整合

眭惟紅（江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇泰興 225400）

基于工作情境的五年高職物理化學(xué)教學(xué)整合

眭惟紅
（江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇泰興 225400）

物理化學(xué)作為化學(xué)、化工專業(yè)的必修課，是化工專業(yè)四大基礎(chǔ)化學(xué)中最難的課程，對(duì)學(xué)生的邏輯思維和運(yùn)算能力要求極高，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，筆者嘗試以合成氨的工藝為例對(duì)物理化學(xué)課程進(jìn)行基于工作情境的整合，將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，做到融會(huì)貫通，取得了較好的效果。

五年高職；物理化學(xué)；教學(xué)改革；工作情境

物理化學(xué)作為化學(xué)、化工專業(yè)的必修課，是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理方面的知識(shí)和方法解決化學(xué)問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科，而5a高職學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，課時(shí)相對(duì)較少，并且目前也沒(méi)有針對(duì)5a高職學(xué)生的教材，這樣既影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也不利于學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力的培養(yǎng)，違背了高職的教育培養(yǎng)應(yīng)用型技能型人才的原則。

考慮到我校化工系（5a高職）學(xué)生之前已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了無(wú)機(jī)、有機(jī)和分析化學(xué)等課程，物理化學(xué)的主要任務(wù)是為化學(xué)平衡和反應(yīng)速率奠定理論基礎(chǔ)，依據(jù)教育部關(guān)于高職高專教育應(yīng)以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案的思想，筆者嘗試以大家都熟悉的合成氨的工藝為例對(duì)物理化學(xué)課程進(jìn)行基于工作情境的重組和整合。

1　由原料氣的制備和配比學(xué)習(xí)物質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)

合成氨是由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成氨氣，為一種基本無(wú)機(jī)化工工藝。

反應(yīng)式如下：

其中N2氣來(lái)源于空氣，工業(yè)上將空氣壓縮成液態(tài)，再根據(jù)各個(gè)氣體的沸點(diǎn)不同，升溫時(shí)蒸發(fā)次序不同而分離。氧氣沸點(diǎn)小于氮?dú)猓竭m當(dāng)溫度，氧氣先蒸發(fā)出來(lái)，余下的就是較純的液態(tài)氮?dú)狻Ｓ纱丝梢詫⒗硐霘怏w的性質(zhì)和狀態(tài)方程、真實(shí)氣體的性質(zhì)和液化等知識(shí)逐一講解。

空氣是由多種氣體混合而成的，合成氨的原料氣的最佳配比是1∶3，由此可以拓展到物質(zhì)組成的多種表示方法、平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算等等。

原料氣H2來(lái)自水煤氣變換（C+H2O=CO+H2，CO+ H2O=CO2+H2），變換氣中的CO2的堿洗和凈制脫硫都涉及相平衡一章中的氣液平衡知識(shí)。

2　由反應(yīng)可行性和反應(yīng)熱學(xué)習(xí)熱力學(xué)三定律

熱力學(xué)三大定律是物理化學(xué)課程中最難的內(nèi)容，也是整個(gè)物理化學(xué)課程中最精華的部分，借助三大定律就可以體驗(yàn)“紙上談兵”、“運(yùn)籌帷幄”的神奇，但是純粹的理論講解非常抽象而且枯燥，可以利用身邊的情境來(lái)激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)欲望。

學(xué)生都知道合成氨是由N2和H2反應(yīng)而成，但是能不能讓N2和H2O反應(yīng)生成NH3和O2？甚至還可以鼓勵(lì)他們天馬行空去設(shè)想其他反應(yīng)途徑，從而引出熱力學(xué)三大定律：

化學(xué)反應(yīng)伴隨化學(xué)鍵的斷裂和重組，必然產(chǎn)生熱量交換，比如合成氨工藝中制水煤氣的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，氮?dú)浠鲜欠艧岱磻?yīng)，只有知道反應(yīng)放出或者吸收多少熱，才能保證反應(yīng)過(guò)程中要求溫度基本恒定，而反應(yīng)熱的計(jì)算，就由第一定律來(lái)解決。

3　由平衡移動(dòng)學(xué)習(xí)反應(yīng)平衡

合成氨中制水煤氣的反應(yīng)是在高溫常壓下進(jìn)行，而氮?dú)浠蟿t在高溫高壓下進(jìn)行，是因?yàn)閮蓚€(gè)反應(yīng)具有不同的特點(diǎn)：前者是吸熱增分子反應(yīng)，升溫和減壓對(duì)平衡右移有利，而后者是放熱減分子反應(yīng)，降溫和加壓對(duì)平衡右移有利。這些雖然在無(wú)機(jī)化學(xué)中勒沙特列原理中已經(jīng)講過(guò)，但是，無(wú)機(jī)和分析等等其實(shí)都只是應(yīng)用了結(jié)果，而物理化學(xué)會(huì)用可靠的計(jì)算來(lái)證明。

除了溫度和壓力，其實(shí)還有一些因素比如“循環(huán)氣”、“惰性氣”也會(huì)影響到轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率，可以借助下面兩道例題讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算來(lái)總結(jié)規(guī)律。

例1：1 000K時(shí)，生成水煤氣的反應(yīng)為C（s）+H2O（g）= CO（g）+H2（g）在100kPa時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率α=0.8。求（1）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ；（2）200kPa時(shí)的轉(zhuǎn)化率；（3）若在溫度為1 200K時(shí)的Kθ為38.0，試計(jì)算1 000K～1 200K之間的平均標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓△rHmθ；（4）溫度在1 100K時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；（5）該反應(yīng)為增分子還是減分子反應(yīng)？比較不同壓力下的轉(zhuǎn)化率，你有什么發(fā)現(xiàn)？（6）該反應(yīng)為吸熱還是放熱反應(yīng)？比較不同溫度下的平衡常數(shù)，你得出什么結(jié)論？

1）773K時(shí)，總壓為100kPa和30MPa下的反應(yīng)；

2）30MPa下，1∶3的N2和H2的原料氣中另外還含有10%的惰性氣體CH4和Ar。

3）由以上結(jié)果說(shuō)明壓強(qiáng)變化以及CH4和Ar的存在對(duì)轉(zhuǎn)化率有什么影響。

4　由反應(yīng)條件學(xué)習(xí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)

前面提到合成氨是放熱減分子反應(yīng)，降溫和加壓對(duì)提高平衡轉(zhuǎn)化率有利，但是工業(yè)上卻是在高溫高壓下進(jìn)行，為什么？?jī)蓚€(gè)反應(yīng)都采用了催化劑，又是為什么？

原來(lái)生產(chǎn)上不僅要考慮轉(zhuǎn)化率，還要考慮一個(gè)重要因素，就是——反應(yīng)速率。雖然降溫對(duì)提高合成氨的平衡轉(zhuǎn)化率有利，但是由阿雷尼烏斯溫度定律可知，溫度低時(shí)反應(yīng)速率低，只有產(chǎn)率和速率都合適了，企業(yè)的效益才能達(dá)到最高。

那么，反應(yīng)速率又怎么表示？又有哪些影響因素呢？怎樣才能加快反應(yīng)速率呢？最佳反應(yīng)溫度怎么確定？如果是復(fù)雜反應(yīng)呢？最佳反應(yīng)時(shí)間等？這樣就引出了“化學(xué)動(dòng)力學(xué)”的核心內(nèi)容，一切水到渠成、信手拈來(lái)！

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)先應(yīng)用貼近實(shí)際和學(xué)生的認(rèn)知水平的情境幫學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)，再講解相關(guān)理論，可以讓學(xué)生帶著欲望去學(xué)習(xí)，既激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性，又便于將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，做到融會(huì)貫通，達(dá)到了職業(yè)教育學(xué)以致用的目的。

［1］ 姜大源.當(dāng)代德國(guó)職業(yè)教育主流教學(xué)思想研究［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

收稿日期：2016-05-10

作者簡(jiǎn)介： 眭惟紅（1971—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，講師，主要研究方向?yàn)槲锢砘瘜W(xué)與化工專業(yè)課程改革。

Based on Five Years of Physical Chemistry Teaching in Vocational Integration Scenarios

Sui Wei-hong

Physical chemistry as chemistry，chemical engineering professional courses，four basic chemistry chemical engineering is the most difficult courses，students logical thinking and high computing power requirements，in order to stimulate students' interest in learning，improve their analysis and ability to solve problems，I try to ammonia process as an example of the physical chemistry curriculum-based integration work context，theory and practice linked to achieve mastery，and achieved good results.

vocational years；physical chemistry；teaching reform；working situation

064-4

A

1003-6490（2016）05-0158-02

2016-05-11

賀欣（1991—），女，吉林吉林人，碩士在讀，主要研究方向?yàn)橛蜌饧敗?/p>

班久慶（1991—），男，黑龍江大慶人，碩士在讀，主要研究方向?yàn)橛蜌饧敿胺謱幼⒉杉夹g(shù)。