化学热力学的教学设计研究

张晶晶

摘 要：化学热力学是一种非常有用的基础理论，在大学化学中占有重要地位。本文以化学热力学为研究对象，通过分析教学对象、教学内容，研究教学问题，来更好地进行教学过程设计，方便学生更好地接受新知识，从而达到较好的教学效果。

关键词：化学热力学 教学设计

1 教学对象分析

学生来源不同，所学习的教材版本不同，其中以人教版教材使用最为广泛。学生在中学化学中已经学习过热力学的相关知识，此外，在大学物理的学习中也已经学习过热力学的相关概念定理，知道热力学基本定律的内容，了解了其在生产实践中的相关应用，会进行简单的计算，具有一定的知识储备。这些都有利于教师根据人的认知发展规律来开展教学，由浅入深、由已知到未知来进行教学設计，以便学生能够更加容易接受新的概念知识。

2 教学内容分析

化学热力学知识在《大学化学》[1]第二篇“化学反应的基本规律”中进行讲授，包括四部分。第一部分介绍了化学热力学的基本概念，包括系统与环境、系统的性质和状态、过程和途径、状态函数。第二部分介绍了热力学第一定律，包括热力学能、热和功、热力学第一定律的数学表达式。第三部分介绍了焓与化学反应的热效应，包括焓、化学反应的热效应、盖斯定律、化学反应热效应的计算。第四部分介绍了化学反应的方向，包括自发过程、热力学第二定律、熵、化学反应的熵变、吉布斯函数和化学反应的方向。

3 教学过程设计

在课题导入时，可以从学生以往的知识经验入手，设计以下问题：什么是热力学？什么是化学热力学？化学热力学的研究对象及其局限性是什么？化学热力学与化学动力学的区别在哪？采用提问的方法让学生思考，引导学生从化学思想的角度分析问题，培养学生的化学思维。这样可以引发学生思考，使学生更容易接受新的知识，从而引出课题化学热力学。紧接着举例说明化学热力学在航空航天及军事上的应用，来让学生进一步感知学习、研究化学热力学的重要性。

此外，注意从学生熟悉的概念入手，由浅入深，方便学员接受新知。比如在讲授状态和状态函数这一对新概念时，可以这样来讲授：一个体系的状态是由它的一系列物理量所确定的。例如用来表明气体状态的物理量有P，V，T和n， 当这些物理量都有确定值时，我们就说该气体体系处于一定的状态。如果其中一个物理量发生改变，则体系的状态就随之而变。我们把这些决定体系状态的物理量称为状态函数。用数学语言来说就是，系统的性质和状态间，存在着一一对应的关系，也就是说存在着一定的函数关系。系统的每一个物理、化学性质都是状态的函数，简称状态函数。这样通过学生熟悉的描述气体状态的各物理量入手，可以帮助学生理解复杂概念。并辅以练习，帮助学员巩固理解所学习的新知识。

将易混淆的概念，进行对比分析，帮助学员厘清概念本质区别。比如，可以将标准摩尔燃烧焓和标准摩尔生成焓对比进行分析，抓住其定义中的关键词和不同点，对比进行记忆。即标准摩尔生成焓强调反应物为最稳定单质以及生成物物质的量为1mol，而标准摩尔燃烧焓强调反应物物质的量为1mol以及反应物完全燃烧（或完全氧化），这样放一起对比清晰明了，学生也不易混淆，对概念的理解也会进一步加深，可以让学生主观上进行知识框架的建构，形成整体的感知，而不是单调的机械记忆。

在讲授化学反应方向一节时，可通过比较热力学第一定律和第二定律的研究方向，引发学生共鸣，从而引出主题。再举例说明日常生活中常见的一些自发过程，如热总是会从高温物体传向低温物体，直至温度相同;水会自发地从高处流向低处;还有锌置换硫酸铜这个反应，由金属活动性顺序表我们知道，锌的活动性顺序在铜前面，可以将其从盐溶液中置换出来，这个反应能够自发进行，不需要外加条件;此外，还有我们生活中常见的现象，钢铁放久了，表面会有一层铁锈生成，这个过程也是自发地。像这种，在指定条件下，不需要外力作用就能够自动进行的过程或者反应，我们称之为自发过程或自发反应。这样设计从学生熟知的生活现象入手，很自然的引出自发过程的定义。一切自发过程都具有确定的方向，那么，对于某一个化学反应来说，找到判断自发过程方向的判据具有重要意义。紧接着举例吸热反应也可以自发进行，从而引起学生认知冲突，设置好问题情境，接着进一步提问：怎样判断化学反应的方向呢？影响过程自发性的因素有两种，我们如何统一呢？这样可以引起学生的思维发生碰撞主动参与进课堂中去，更好地理解知识，这时候再来总结影响自发过程的因素。然后从高中所学习过的热力学第二定律及热力学第三定律入手，进而引出熵，熵增加原理，熵变，方便学生接受新的概念知识。在此基础上，引出非常重要的状态函数即吉布斯函数，之后再重点讲解怎样判断化学反应的方向及如何计算标准摩尔反应吉布斯函数变。每一种计算方法后辅以练习，巩固理解新知识，使学生能够理清思绪，并将难以区分、易混淆的概念抓住要点进行对比分析记忆。

参考文献：

[1] 张炜.大学化学[M].北京：化学工业出版社，2008.

陆军步兵学院 （江西省南昌市 330000）

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