热化学方程式精选(九篇)
第1篇：热化学方程式范文
在化学反应中，物质发生化学变化的同时，还伴随有能量的变化，通常以热能的形式表现出来，称为反应热。这种化学反应的热效应（反应中吸收或放出的热量）可用热化学方程式来表示。在旧教材中热化学方程式是这样表示的：
C（固）+O2（气）=CO2（气）+393.5kJ
上式表示标准状态（即反应体系在压强为101kPa和温度为25℃时的状态）下，1mol固态碳和1mol氧气反应生成1mol二氧化碳气体时放出393.5kJ的热量。这种表示方法的优点是写法直观，容易为学生所理解。但由于物质的化学式具有表示物种及其质量之意义，化学方程式揭示的又是物质的转化关系，而热化学方程式的这种表示方法把反应中物质的变化和热量的变化用加号连在一起是欠妥的。因此，“国标”规定，热量（Q）应当用适当的热力学函数的变化来表示，如用“T·ΔS”或“ΔH”表示（ΔS是熵的变化，ΔH是焓的变化）。
在中学化学中，一般仅研究在一定压强（即恒压条件）下，在敞开容器中发生的反应所放出或吸收的热量。因此根据热力学第一定律：系统在过程中的热力学能（旧称内能）变化“ΔU”等于传给系统的热量“Q”与外界对系统所作功“W”之和，即：ΔU=Q+W。当系统处于恒压过程时，则有：
QP=ΔH
式中“QP”叫恒压热，是指封闭系统不做除体积功以外的其他功时，在恒压过程中吸收或放出的热量。上式表明，恒压热等于系统焓的变化。所以，在中学化学所研究的范围之内，Q=QP=ΔH，这就是新教材中引入ΔH的依据。
二、引入ΔH后的热化学方程式表示方法
新教材引入ΔH这个物理量后，热化学方程式的表示方法同旧教材相比发生了如下变化。
1.根据《课程标准》，在热力学中将内能U改称为热力学能。其定义为：
ΔU=Q+W
对于热力学封闭系统，式中“Q”是传给系统的能量，“W”是对系统所做的功。Q、W都是以“系统”的能量增加为“+”来定义的。而旧教材中，Q是以“环境”的能量增加（或以“系统”的能量减少）为“+”来定义的，这样，旧教材中热化学方程式中反应热的“+”、“－”所表示的意义正好与《课程标准》的规定相反。因此，引入ΔH以后，当反应为放热反应时，ΔH为“－”或ΔH＜0（表明系统能量减少）；当反应为吸热反应时，ΔH为“+”或ΔH＞0（表明系统能量增加）。
2.在旧教材里，热化学方程式中物质的聚集状态用中文表示，如固、液、气等。根据《课程标准》，应当用英文字母（取英文词头）表示，如“s”代表固体（solid）、“l”代表液体（liquid）、“g”代表气体（gas）、“aq”表示水溶液（Aqueous solution）等。
3.热化学方程式中反应热的单位不同。旧教材中反应热的单位是J或kJ，而ΔH的单位为J/mol或kJ/mol。
根据引入ΔH以后的这些变化，类似以下热化学方程式的表示方法已经废除：
C（固）+O2（气）=CO2（气）+393.5kJ
C（固）+H2O（气）=CO（气）+H2（气）－131.5kJ
正确的表示方法为：
在化学方程式中用规定的英文字母注明各物质的聚集状态。然后写出该反应的摩尔焓［变］ΔrHm（下标“r”表示反应，“m”表示摩尔）。实际上通常给出的是反应体系处于标准状态（指温度为298.15K，压强为101kPa时的状态）时的摩尔焓［变］，即反应的标准摩尔焓［变］，以“ΔrHm”表示（上标“”表示标准）。方程式与摩尔焓［变］间用“；”隔开。
三、ΔH的单位与反应进度
基于对中学化学知识的要求深度，新教材中没有引入“反应进度（ξ）”这个物理量。但应明确，ΔH的单位“kJ/mol”中的“mol”是指定反应体系的反应进度的国际单位制（简称SI）单位，而不是物质的量的单位。下面将对反应进度做一简单解释：
对于任何一个化学反应我们可以表示为：
νDD+νEE+…νFF+νGG+…
式中νD、νE、νF、νG表示所给化学反应式中各物质的化学计量数，是无量纲的，对反应物ν取负值，对生成物ν取正值，在如下反应中：
νDD + νEE = νFF + νGG
当t=0，ξ=0 nD′ nE′ nF′ nG′
当t=0，ξ=ξ nD nE nF nG
则反应进度定义为：
ξ=■-nB′（B代表任一组分）
由此可见：ξ=■
在此所定义的反应进度，显然只与指定反应系统的化学方程式的写法有关，而与选择系统中何种物质B无关。反应进度与物质的量具有相同的量纲，SI单位为mol。由于ξ的定义与νB有关，因此在使用ξ及其与此相关的其他物理量时必须指明化学方程式，否则是无意义的。反应进度是研究化学反应过程状态变化的最基础的物理量。由于化学中引入了此量，使涉及化学反应的量纲和单位的标准化大大前进了一步，也很好地解决了一系列物理量在量纲上出现的困难和矛盾。
第2篇：热化学方程式范文
一、热化学方程式的书写
书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外，还应注意几个方面。
（1）反应热与反应物和生成物所呈现的聚集状态有关，在热化学方程式中必须标明各物质的状态（g、l、s、aq）；
（2）反应热与反应温度和压强有关，中学所用ΔH一般是指101KPa和25℃因此不特别指明。但需注明ΔH的“+”与“-”，放在方程式的右边，“+”表示吸热，“-”表示放热。
（3）ΔH的单位kJ?mol-1是指热化学方程式中化学计量数在计量反应热时是以“mol”为单位的，并不一定是指1mol物质。所以热化学方程式中各物质化学式前的计量数可用整数或分数表示，且ΔH与化学计量数成比例。同一反应，化学计量数不同，ΔH也不同。
（4）当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。
（5）书写燃烧热的热化学方程式，应以燃烧1mol物质为标准来配平其他物质的化学计量数。
例（2004年全国理综Ⅱ）：已知
（1）H（g）+1/2O（g）=HO（g） ΔH=akJ?mol
（2）2H（g）+O（g）=2HO（g） ΔH=bkJ?mol
（3）H（g）+1/2O（g）=HO（l） ΔH=ckJ?mol
（4）2H（g）+O（g）=2HO（l） ΔH=dkJ?mol
下列关系式中正确的是（ ）
A.a＜c＜0 B.b＞d＞0 C.2a=b＜0 D.2c=d＞0
解析由热化学方程式中的ΔH与化学方程式中各物质前面的化学计量数有关，以及物质燃烧时都放热得：ΔH=2ΔH＜0，ΔH=2ΔH＜0；又气态水变为液态水这一过程要放热，则c＜a＜0，d＜b＜0。综上所述答案为：C。
二、化学反应中能量与化学键的关系
反应中的热效应等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。当结果小于零时为放热反应。当结果大于零时为吸热反应。
例：化学键的键能是原子间形成化学键（或其逆过程）时释放（或吸收）的能量。以下是部分共价键键能数据H-S 364KJ/mol，S—S 266KJ/mol，S==O 522KJ/mol，H—O 464KJ/mol。
（1）试根据这些数据计算下面这个反应的反应热：2HS（g）+SO（g）=3S（g）+2HO（g）反应产物中的S实为S，实际分子是一个8元环状分子（如图），则反应热为?解析：因为S分子中有8个S原子，由图可知共有8个共价键。每个S就有1个S—S共价键。则该反应的反应热为：
4×364KJ/mol＋2×522KJ/mol-3×266KJ/mol-4×464KJ/mol=-154KJ/mol.
三、可逆反应的反应热
例已知一定温度和压强下，N（g）和H（g）反应生成2mol NH（g），放出92.4KJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1molN和3molH，达平衡时放出热量为QKJ；向另一体积相同的容器中通入0.5molN和1.5moLH，相同温度下达到平衡时放出热量为QKJ。则下列叙述正确的是（ ）
A.2Q＞Q=92.4KJ B.2Q=Q=92.4KJ
C.2Q＜Q＜92.4KJ D.2Q=Q＜92.4KJ
解析：92.4KJ为1molN（g）与3molH（g）恰好完全反应生成2molNH（g）时所放出的热量。而在实际反应中由于存在平衡状态，反应物不可能完全转化，因此Q＜92.4KJ。当温度不变，相同的密闭容器中，起始反应物物质的量减半（相当于减压）时，由平衡移动原理可知，平衡向逆反应方向移动，有2Q＜Q。故答案为C。
四、盖斯定律的应用
例（2012理综新课标高考）：工业上利用天然气（主要成分CH）与CO进行高温重整制备CO，已知CH、H、CO的燃烧热（ΔH）分别为-890.4KJ/mol、-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol，则生成1m（标准状况）CO所需能量为 。
解析：①CH（g）+2O（g）=HO（l）+CO（g） ΔH=-890.4kJ?mol
②H（g）+1/2O（g）=HO（l） ΔH=-285.8kJ?mol
③CO（g）+1/2O（g）=CO（g） ΔH=-283.0kJ?mol
①-2×②-2×③得：
第3篇：热化学方程式范文
关键词：系统节能原理；课程改革；教学实践；石化特色
作者简介：马利敏（1978-），女，辽宁西丰人，中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，讲师；姬忠礼（1963-），男，山东汶上人，中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，教授。（北京 102249）
基金项目：本文系“2010年中国石油大学（北京）校级重点教学改革项目”及“2012年中国石油大学（北京）青年教师专项培养基金”（项目编号：KYJJ20120415）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）35-0106-02
一、系统节能原理课程改革的背景
在强调节能、注重环保的今天，使从事与能源开发、利用与转化紧密相关工作的学生掌握系统节能原理的精髓并能够学以致用有着非常重要的社会意义。系统节能原理是中国石油大学（以下简称“我校”）能源与动力工程专业一门重要专业课，32学时。其基础理论部分，以工程热力学基本定律为基础。工程热力学重点讲授热力学第一定律和热力学第二定律的熵分析法，引入分析法。在本课程中，上述内容仍是重点，需重复介绍。基础理论是晦涩与枯燥的，如只是重复介绍，不易激发学生学习兴趣，难以获得满意的教学效果。因此，研究如何组织教学工作，使本课程与工程热力学做好衔接，激发学生学习兴趣，帮助其加深对基础理论的理解，提高解决实际问题的能力，是十分必要的。同时，本课程还缺乏适合的教材，需要编写课程讲义。目前，缺乏能够同时将经典及新兴能量分析法进行全面介绍的教材，而在能量分析法的应用部分，也需要结合我校行业特点、毕业生就业去向，针对石油石化领域工程应用背景设置教学案例。我校于2010年批准了该课程的教学改革计划，经过近几年的努力，该教改计划已经初步完成。
二、课程教学内容体系建设
教学内容改革是教学改革最核心、最基本的问题。教学内容主要由热力学第一定律、热力学第二定律熵分析法和分析、新的能量系统分析评价方法介绍组成。其中，根据教学目的与任务有效组织教学内容，要与基础课程工程热力学第一定律、第二定律知识点的学习有机结合，既避免教学内容的简单重复，又要使学生通过本课程的学习对第一定律、第二定律有更为深刻的认知，并使学生能够利用两个热力学基本定律熟练进行能量系统分析与评价、以及高效学习和应用新的分析、评价与优化方法。
1.热力学第一定律
热力学第一定律是工程热力学教学内容的重点，主要讲授闭口系统与稳流开口系的热力学第一定律能量方程式的表达式及应用。在本课程中，进一步强调热力学第一定律的一般表达式即：“进入系统的能量-离开系统的能量=系统总储存能的变化”的正确灵活应用，重点介绍如何分析、列出非稳态充、放气热力过程的能量方程式，帮助学生进一步增强利用第一定律进行能量分析的能力。同时，通过对节流、自由膨胀、混合、换热、可逆定温放热压缩等热力过程分析来帮助同学们对第一定律的局限性有更为深入的理解。
2.热力学第二定律熵分析法
热力学第二定律是工程热力学教学内容的重点与难点，主要讲授热力学第二定律的数学表达式，具体包括：卡诺循环+卡诺定理、克劳修斯积分不等式、闭口系及开口系统熵方程、孤立系统熵增原理。在本课程中，考虑到判断一个热力循环是否可行、可逆的数学判据容易理解而且是热力过程的特例，故重点讲述闭口系及开口系熵方程、孤立系统熵增原理。
在该部分从以下四个方面进行介绍：对于状态参数熵的辨析：辨析熵是状态参数与过程无关，强调判断一个热力过程能否进行、可逆的参量不是过程熵变而是过程熵产，引出后面由熵方程及孤立系统熵增原理计算过程熵产的知识点；重点讲授熵方程的一般表达式，即：“进入系统的熵-离开系统的熵+过程熵产=系统熵变化”，通过典型例题帮助同学能够利用熵方程列出闭口及开口系熵方程，并求取过程熵产；重点解析孤立系统熵增原理的实质及解题特点，并通过典型例题帮助学生认识到孤立系统熵增原理与熵方程的一致性：孤立系统熵增即熵方程中的熵产；作功能力损失方面除了介绍计算公式、通过计算热力过程熵产及作功能力损失，还着重结合对节流、自由膨胀、混合、换热、可逆定温放热压缩等具体热力过程分析让学生体会第一定律与第二定律之间的联系及第二定律的独有贡献。
3.热力学第二定律分析法
由于学时有限并且概念抽象难以理解，分析法在工程热力学中属于选讲内容，即便讲授，也多是简要介绍。本课程中，分析法是授课重点，从以下四个方面进行讲授：第一，概念及计算公式，包括机械、热量（冷量）、内能、焓和化学。第二，重点讲授方程的一般表达式“进入系统的-离开系统的-过程损=系统变化”，通过典型例题帮助同学能够利用方程列出闭口及开口系方程，并求取过程损。同时，在分析典型例题时，引导学生同时用熵分析法来计算过程的作功能力损失，让学生自觉地认识到分析法中所得到的损失即熵分析法中计算的作功能力损失、体会两种分析法的一致性及分析法的优势。第三，效率、损系数的概念及公式，以及在典型热力设备、过程及热力循环中的计算。第四，针对本学科领域典型的火力发电装置、燃气轮机发电装置和低温制冷装置、LNG液化装置、天然气净化装置、油田联合站等，设置工程背景很强的案例，教师与同学们一起分析循环装置及各组成设备的效率、损失及损系数等，让同学们认识到分析法在进行系统能量分析时的重要性及提高利用该方法解决实际工程问题的能力。
4.新发展起来的能量系统分析与优化方法
介绍能级分析法、经济学、夹点技术、全生命周期分析法、能值理论等新发展起来的能量系统分析与优化方法的基本理论及应用，鼓励学生查阅相关文献获取更多知识。这部分内容与留给学生的学习报告紧密相关，将在下文介绍。
目前还没有适合于本专业本科教学的系统节能方面的教材，本课程教学内容主要参考自沈维道等[1]主编《工程热力学》、朱明善等[2]编著《工程热力学》、傅秦生[3]编著《能量系统的热力学分析方法》和冯霄[4]编著《化工节能原理与技术》、何雅玲[5]主编《工程热力学精要分析典型题解》等教材及专著，结合教学团队多年来收集整理的工程案例编写成讲义供教师及学生使用。
三、教学方式改革
教学中的主体是学生，调动学生学习主动性，提高其学习兴趣和学习效果是教学方式改革的目的。学生们对于国际上最新的、与未来工作紧密相关及实用性强的知识以及确实能提高自身素质与能力的教学环节更感兴趣。
1.采用多媒体与板书有机结合的教学模式
充分利用多媒体教学信息量大，图像、视频生动形象的特点，同时结合传统板书讲解复杂推导更容易被学生掌握的优点以提升教学效果。这种授课方式既可以增大授课信息量、有效吸引学生注意力，同时又能使学生通过与老师一起板书推导对所学重点、难点有更为深刻的认知。
2.提高课堂教学吸引力
通过针对每一个重要概念及知识点设计的系列典型例题、思考题吸引学生注意力，激发学生学习兴趣，引导其积极参与到教学中来。而且教学团队经过多年的教学和科研积累，收集并提炼出与石化工程紧密关联的工程案例，通过案例的讨论和分析，增强学生学习理论知识的兴趣，提升课堂教学的互动效果，增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。
3.布置作业形式灵活多样
对于重要的基本概念，以读书笔记的作业形式激发学生学习兴趣。本课程涉及众多抽象概念和公式，追溯热量、温度、熵、热力学第二定律、等重要基本概念的由来、发展历程，可使学生在搜集资料的过程中对这些概念有一个直接的感性认知，同时也有助于学生认识到这些知识在本学科发展中的重要作用。
要求学生组成2～3人的学习小组，除常规课下作业外，课上作业以小组为单位完成。课上作业为教师针对每次课的重点和难点内容设计的多为填空、选择和问答形式的练习题，课前打印好分发给每个学习小组。在讲课过程中，留出适合时间让学生及时完成。教学实践表明课上作业非常利于学生把握住和消化吸收重难点知识，且能提高学生学习的注意力，达到良好的教学效果。
四、课程考核方式的教学改革
本课程考试采用闭卷+学习报告的形式。在闭卷考试中，只有一种类型题，即计算题。本课程一个重要教学目的就是使学生能够熟练、正确应用第一、第二定律尤其是分析法分析实际装置的用能情况，所以考查学生的学习效果应用型计算题是较为合适的。
学习报告要求每个学习小组（2～3人组成）围绕与本学科紧密相关的实际装置进行国内外能量分析与优化方面的调研，提交1份不少于4000字、有5篇以上参考文献的学习报告，并根据报告内容制作ppt，每小组选派1名学生进行报告，汇报10分钟，讨论5分钟。报告题目凭学生兴趣自选。学习报告这种考核形式不仅促使学生自主学习，开阔视野，加深认知，而且可以锻炼和提高学生多方面的能力。学生们自选的题目有：超临界及超超临界蒸汽动力装置；燃气轮机装置；燃气蒸汽联合循环装置；冷热电三联供装置；地源热泵装置；低温磁制冷装置；煤制油装置；燃料电池；低温地热发电装置；天然气压气站燃气轮机余热利用；天然气净化装置；油田联合站；LNG接收站冷能利用等等。
近4年的教学实践也表明学生们非常接受和欢迎这种考核形式，并且每一年都会有让教师感到惊喜的学习报告，这也说明要想学生切实提高学习能力、扎实掌握专业知识确实也需要教师有意识地去创造机会及科学引导。
五、教学效果
经过近4年的教学实践，团队通过对历年学生评教、学生考试成绩分析以及学生在本科毕业设计及成为本校研究生后所选与系统节能原理相关方向课题的表现等进行了调研，证明该课程改革是卓有成效的。学生对工程热力学及系统节能知识的接受能力增强，学习兴趣明显提高。灵活适宜的授课方式、作业形式以及考试方式受到学生的普遍欢迎。总之，通过课程建设与教学实践，使学生在学习过程中发挥了主体作用，激发了学生学习兴趣，提高了学生的综合能力，教学效果良好，达到了既定教学目标。
参考文献：
[1] 沈维道，童钧耕. 工程热力学[M]. 第四版.北京：高等教育出版社，2007.
[2] 朱明善，刘颖，林兆庄，等.工程热力学[M]. 第二版.北京：清华大学出版社，2011.
[3] 傅秦生. 能量系统的热力学分析方法[M]. 西安：西安交通大学出版社，2005.
第4篇：热化学方程式范文
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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[3]常贺英，马沛生.论化工热力学在化工类课程体系中的核心作用[J].化工高等教育，2005，（4）：28-30.
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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。
第5篇：热化学方程式范文
关键词：《材料热力学》；教学效果；教学内容；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A ？摇文章编号：1674-9324（2013）41-0107-02
《材料热力学》是材料科学与工程专业的专业基础课，是一门理论性和应用性较强的课程。通过《材料热力学》课程的学习，学生能够掌握《材料热力学》的基本概念和理论，并利用《材料热力学》进行相变、表面和界面等的分析和研究。然而《材料热力学》具有概念多而易混淆、公式多而难记忆以及内容抽象难懂等特点，学生系统掌握该课程的内容比较困难，本文尝试对教学内容和教学方法等方面进行探索，以提高《材料热力学》课程的教学效果。
一、教学内容与实践相结合
1.突出应用目的。本科《材料热力学》教学重点在于热力学基本原理及其在相平衡、表面和界面等领域的应用。由于学生在学习材料热力学之前，已经学习过物理化学等课程，因此讲授《材料热力学》时，应将重点放在运用热力学基本原理解决材料科学中的问题这一方面。在热力学基本原理这部分内容的讲授中，为了理论体系的完整性，我一般会对重要的定理和公式进行简单地推导，使同学掌握基本原理的来龙去脉，而对于其他的定理和公式，我一般简单分析一下它们的内涵和适用范围，不做详细的推导。我把热力学原理在材料科学中的应用作为我的讲课重点。我使用江伯鸿编写的《材料热力学》这本教材中有很多例题，但是我重点挑选与相变有关的典型例题来讲解，比如：选择熔化和凝固过程的热量计算以说明热力学第一定律在计算相变热效应的应用，选择熔化和凝固过程的熵变或自由能变化计算以说明热力学第二定律在判断相变方向的应用等，以突出《材料热力学》课程以热力学基本原理解决材料科学问题的讲课重点。
2.增加科研和生产方面的内容。笔者经过几年的材料热力学的教学实践，总结出：在教学过程中教师必须将科研和工程案例与教学内容相结合，这样不仅让学生在科研和工程案例中理解材料热力学的基本概念和原理，同时了解理论对实践的重要指导作用，激发学生的学习兴趣。我们学院的一些学生承担本校激光研究所钛基激光熔覆层方面的大学生创新项目，我在讲解自由能判据这部分内容时会引入这方面的实例，比如：为什么添加B4C的镍粉在高能激光照射下会在钛基体中形成TiB和TiC增强相。我的一个科研项目是有关碳纤维/铜基滑动轴承材料粉末冶金制备工艺的，我将这部分科研内容引入到表面和界面这一章中，向同学们讲授为什么粉末冶金法制备碳纤维/铜基复合涂层时要使用表面预镀铜的碳纤维为原料。我还经常将企业的生产内容融入到《材料热力学》的教学中，比如我将人造金刚石的生产过程引入到封闭体系的热力学基本方程这一章的教学中，以说明公式（？坠G/？坠T）P=-S和（？坠G/？坠P）T=V的应用；我还将氧化锆生产过程中氯化铵废水的处理和循环使用这部分内容引入到渗透压的教学内容中，说明如何根据氯化铵废水中离子的浓度计算出渗透压，进而为反渗透设备中泵的选型提供依据。
3.增加实验教学的内容。实验教学是高等学校教学中的重要内容，具有直观性、实践性和客观性的特点。以实验作为主要手段进行的教学活动，可以揭示自然科学现象、验证科学规律、探索未知、发展科学，更为重要的是在实验中能够培养学生务实求真的科学态度。我使用江伯鸿编写的《材料热力学》这本教材中没有实验教学方面的内容，为了弥补这一缺陷，我增加了“差示扫描量热法测量材料的比热容”和“计算机在相图计算中的应用”等实验内容。《材料热力学》的实验教学应达到以下目标：①帮助学生掌握《材料热力学》的基本原理；②让学生初步了解科学研究的方法；③培养学生自主解决问题的能力。因此在实验教学过程中，①强调实验课前的预习，要求学生根据实验指导书写出预习报告；②实验过程中的检查学生操作情况，要求学生独立操作，如实记录实验数据；③教师课后批阅实验报告，鼓励学生在实验过程中发现问题、提出问题和解决问题。
二、改进教学方法
1.讨论式教学。我会结合刚讲授过《材料热力学》知识，设计一些与科研和工程密切相关的问题，让学生以小组的形式相互讨论共同完成。在下次上课时，我会让某个或某几个小组推举同学上台讲解，其他同学提问，最后老师点评和总结，以培养学生自主解决问题能力。
2.多媒体教学。笔者在讲授《材料热力学》时，通常采用板书的形式，因为我觉得板书能将公式的推导和例题的计算一步一步清晰地展现出来，让同学们能清楚地了解老师的解题思路。采用多媒体教学能提供形象、生动、直观的画面和视频，增加信息量，节约教师板书和画图的时间，提高讲课效率，我曾经尝试过使用多媒体来展示解题过程，但效果并不理想。近年来，我倾向于以板书为主，多媒体为辅的教学方法。我一般将课堂要讲述的主干内容用板书简单、扼要、清晰地列在黑板上，使同学跟上老师的讲课思路，对于一些抽象难懂的概念，我经常找一些图片和视频，使讲授的知识更直观、形象和生动。
三、改进考试方法
考试是知识水平的鉴定方法，大学阶段的考试成绩与学生评优、毕业甚至就业直接相关，学生的学习过程大多围绕考试这根指挥棒转，因此如何用好考试这根指挥棒，对提高教学效果至关重要。我倾向《材料热力学》采用开卷考试的考核方式，在试题的设计上，避免出一些填空和名词解释等一些死记硬背的题目，而出一些判断题和选择题等灵活运用热力学基本原理解决问题的题目，问答题和计算题都是与材料科学具体问题相关联的，必须掌握热力学基本原理及其实际应用才能正确解答。我希望通过这种考核方式，改变学生在应试教育下形成的学习方式，明确学习目的，提高自身运用知识解决实际问题的能力，养成独立思考的习惯。
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第6篇：热化学方程式范文
“传热学”是一门研究由温度差引起的热能传递规律的学科，[1]根据热力学第二定律，只要是有温差存在，就有热能自发地从高温物体传递给低温物体。[2]而无论是自然环境里，还是在人类生产技术领域里，到处都存在着温差，所以热能传递现象在我们生存的世界中广泛存在。因此，作为一门研究热量传递规律的科学，传热学所涉及的范围极其广泛，成为了人类认识世界、改造世界的重要工具。
随着科技的进步，新能源、化工制药、航天航空等领域都在蓬勃发展，而它们都离不开大量的或简单、或复杂的传热过程。所以，在当代的高等教育中，“传热学”课程不仅是能源动力类专业主要的专业基础课，同样也是建筑环境、化学工程、机械制造等专业学科的重要课程。[3]
一、传热学课程存在的问题及CFD技术简介
1.传热学教学中存在的问题
传热学的教学内容丰富，因专业所需不同、所用教材版本不同，所以侧重点也不尽相同，但通常都包括稳态和非稳态的热传导及其数值解法、对流传热相关理论和计算、热辐射相关理论和计算，以及传热过程分析等内容。我国开设传热学的历史已颇悠久，广大教育工作者在长期的教学实践中总结出了很多有效、实用的教学方法。但由于热量的传递过程比较抽象，而且通常伴随着流体的流动现象，过程复杂多变，学生理解起来往往很吃力。
实验教学无疑是帮助学生理解传热现象的好途径，但成本甚高、操作复杂，如果实验设备昂贵笨重则更是根本无法带到课堂上来。而且流动传热过程往往瞬息万变，稍纵即逝的实验现象不易捕捉、显示，这也为实验教学带来了一定困难。传统的粉笔黑板式教学模式经济、简便，但相对古板、静态，难以将热量传递现象描述得流畅生动。新兴的多媒体教学是很适合讲解传热学的教学方式，但如果没有专门的配图、动画等资源来辅助，也很难将复杂的流动、传热过程表达清楚。所以，急需寻找一种能针对具体物理过程的演示方法，为课堂教学提供支持，以便学生更好地观摩、理解传热过程。
2.CFD技术简介
CFD是Computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称，特指通过计算机的数值计算和数据汇总处理、图像显示等功能，是对包含有流体流动和传热等相关物理现象进行求解分析的技术。通过CFD技术，我们可以利用计算机来计算、分析并显示流动与传热现象，在较短的时间内解决流体力学、传热学问题。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场），用有限个离散点上的变量的集合来代替，通过一定的方式建立起关于这些离散点上场变量之间的代数方程组，然后通过对代数方程组的迭代求解，来获得场变量的近似值。[4]
一个完整的CFD模拟过程通常包含如下几个主要环节：根据实际情况建立数学模型；将计算区域离散化；选择合适的数值算法求解；计算结果的显示与后处理。
简单地说，CFD相当于“虚拟”地在计算机里做实验，用以模拟实际的流体流动与传热情况。由于其不用搭建实体的试验台，不用购买、制作真实的工程仪器，仅仅把计算机作为工具和场所，所以相对于传统实验研究具有速度快、成本低、操作性强等优势。
随着计算机技术的蓬勃发展，越来越多的科研工作者和工程技术人员把实验室搬到了电脑里，用数值模拟方式代替传统实验，取得了理想的结果。如今，CFD在各行各业都有广泛应用，大到飞机的外部流场和电站锅炉内部燃烧、传热过程的仿真，小到燃料电池内的化学反应、人体血管血液流动过程的模拟，都有CFD参与其中。
目前全世界已有几十种求解流动与传热问题的商用CFD软件，比较著名的有FLUENT、CFX、PHOENICS、Icepak等，而FLUENT是其中较为成熟、使用较为广泛的一款。FLUENT内置了多种算法（包括非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法），包含丰富而先进的物理模型，能够胜任对各种流体的对流换热、固体或流体间的热传导、热辐射等复杂传热现象的模拟。而且其操作界面友好、迭代过程迅速准确、计算结果显示美观清晰，无疑是传热学多媒体教学的好帮手。
作者基于多年传热学教学经验，希望通过用fluent软件模拟传热过程的方式，在课堂上简洁、生动地展示传热现象，为学生对流动传热过程的理解提供帮助。
二、CFD软件在课堂教学中的应用
1.CFD教学模式的优势
与常规的多媒体课件模式（以下简称为“传统模式”）相比，直接用CFD软件在课堂教学中进行演示（以下简称为“CFD模式”）有如下优势：
（1）CFD模式使学生产生强烈的“参与感”。在传统模式教学中，多媒体课件往往是教师根据教材和教学大纲在课下制作的，包括思路的整理、教学内容的展示、素材的选取等，都是由教师一手操办，再到课堂上宣讲。在这种传统模式下的教学，学生没有看到知识点的组织和梳理过程，更没有亲身去参与到其中，这样他们往往是在被动地接受知识，缺少参与感。而CFD模式则不然，它可以直接针对具体的传热过程实例，教师在课下先画好模型，在课堂上用fluent软件一步步地设置边界条件、物性参数、求解方法。这样，例子的求解全过程同学们都能参与到，该过程是对流还是辐射、是层流还是紊流、是可压缩还是不可压缩、是定常还是非定常，同学们都能亲眼看到。可见，CFD模式可以把知识概念的灌输，变成知识脉络的整理，这对巩固学生们的知识、加深同学们对传热流动现象的理解都有巨大帮助。
（2）CFD模式能极好地活跃课堂氛围。在传统模式教学中，尽管多媒体课件中有较为丰富的图片、动画等元素，比粉笔黑板式教学要多元化得多，但教师在依靠其授课的过程中，本质仍是在照本宣科，只不过“本”换成了“课件”。除去教师个人能力因素来看，只依靠多媒体课件，课堂气氛难以活跃。在CFD模式中，对多媒体课件的“依靠”变成了对CFD软件的“操作”，教师把参数的设置过程、求解的迭代过程、后处理的显示过程全部展现在了同学们的面前。设置参数时的周密思考，求解时的紧张兴奋，结果显示时的成就感，甚至计算失误时的小失落，都会使课堂气氛变得活跃、热烈。
（3）CFD模式能有效激发学生对传热学的兴趣。在传统模式教学中，复杂的公式和抽象的边界条件只能借助一些相对活泼新鲜的图片或简单动画来显示，无法在学生脑中形成感性认识，更难以把传热问题复杂的求解过程“平易化”，很难激发学生的兴趣。我们知道，对于当代大学生来说，生活中最熟悉的东西莫过于电脑了，计算机技术的飞速发展使电脑普及到学生身边，新鲜的、功能强大的软件是大多数年轻人关注的热点，也是强烈的兴趣点。而CFD模式则正是利用fluent等商业软件，使相对枯燥的数学模型变得生动，把抽象的传热现象通过眼前新鲜的软件展示出来。这样能使学生对软件产生浓厚的兴趣，甚至会把兴趣带到课下，在摸索、学习软件的过程中自觉地加强对传热学、流体力学等基础课程的学习，把被动接受知识变成主动汲取知识。
2.CFD教学模式过程中需要注意的问题
作者通过在课堂上对CFD模式的摸索实践，深切感受到其优势，同时也发现了一些需要注意的问题。
（1）CFD模式对教师的软件操作能力要求较高。传统模式教学中，课件是事先做好的，课堂上只要按照预先的准备来放映即可，节奏与内容都很容易掌握。但在CFD模式中，由于教师要在课堂上当场用fluent演示全部求解过程，甚至即兴根据所讲的知识点进行建模和求解，所以需要教师对CFD软件有深刻的理解和高超的操作水平。
（2）CFD模式需要教师具备一定的临场应变能力。而且课堂上同学们可能会希望看到更多工况下的模拟结果，对于这些工况教师在课前未必会准备得很充分，不可避免会使教学过程出现小波折，比如出现求解不收敛、结果伪收敛等情况，这就需要教师有相应的应变能力，将这些小瑕疵转化成活跃课堂气氛的兴趣点。
（3）CFD模式对电脑有一定要求。CFD软件的求解过程需要电脑的CPU和内存共同高速运转，如果电脑状况很差，处理的模型比较大、网格比较多，就可能会出现死机现象。这种情况在课堂教学中真的很扫兴，应该尽量避免出现。所以需要教室内配备有相应配置的电脑，或是由教师自带性能足够的笔记本电脑，以便顺利完成教学。
三、教学实例
根据《传热学》中外部强制对流传热部分，[1]模拟流体横掠管束的传热过程。外掠管束换热在各种换热设备中极为常见，通常管束的排列有叉排和顺排两种方式。为帮助同学们理解，现假设了如下两个模型（见图1）：
温度为T1=300K的空气以u=1m/s的速度分别冲刷叉排和顺排的两组管束，管束的温度均为T2=700K。d=100mm，s1=s2=150mm。
网格事先画好，在课堂上利用fluent软件对此二维模型进行模拟，展示相应的参数设置（见图2）。湍流模型选用k-ε模型，气体的粘度等参数按照相应温度下的物性设置，松弛因子用软件默认的即可（若希望加快收敛，可以将相应方程的松弛因子调低些）。
计算收敛后可以清晰地得到流场的速度云图（见图3，图5）、温度云图（见图4，图6）、局部放大速度矢量图（见图7），非常直观地展示了两种排列方式流动、换热过程的异同。
通过观看、参与参数的设置过程，使同学们明确了解决传热学问题的步骤和条件；而通过计算后得到的这些物理场图，可以加深同学们对空气流冲刷管束时强制对流传热的感性认识。
为进一步帮助学生对传热过程的理解，可以将稳态问题转化成非稳态问题，逐时进行求解。即在求解器中将Steady改成Transient（见图8），并设置时间步长（见图9），模拟出传热过程中特定时刻的状态。
图10-图13分别显示了叉排横掠管束内t=0.03s、t=0.1s、t=0.5s和t=1s时的温度云图。从这几张图中可清晰地看到叉排横掠管束强制对流的换热过程：换热器内原本温度较高，当空气流入时，由于管子与空气间存在温差，二者间发生了热的传递。流入的空气逐渐被高温管子加热，而内部原本温度很高的流场则被流入的空气冷却。整个过程最终会趋于稳态，渐渐与图4的稳态温度云图相吻合。
最后，用fluent进行简单的后处理，生成两种排列方式出口处的温度曲线图（见图14），叠在一起后便可以看出两种方式的换热差别。
可见，通过对传热过程的稳态模拟和逐时模拟，可以把原本难以捕捉的传热过程生动地展现出来，把抽象问题具体化、形象化，大大加深学生对传热过程的理解，激发大家对传热学的兴趣。
四、结论
综上所述，将CFD软件引入传热学课堂教学的教学方式能使学生更清晰地观察到流动传热现象，弥补现有多媒体教学中存在的缺陷。教师可以根据教学计划，在课堂上实时地模拟稳态和非稳态的传热过程，加深学生对传热过程的理解。
第7篇：热化学方程式范文
关键词：化工原理；教学；工程观念
“化工原理”课程包括教学、实验、设计三个环节，是化工类专业的基础必修课之一，是学生专业知识构建中的一门“承前启后”的重要课程，也是学生从“化学”到“化工”认知过程中的纽带与桥梁。近20年来，全国许多工科高校包括一些林业院校纷纷开设了“化工原理”课程。由于“化工原理”课程涉及范围广、内容多，加上相关实验与设计对学生的动手能力和计算能力的要求较高，因此如何与专业发展方向相衔接开展教学，是一项非常重要、难度颇大的研究课题。
“化工原理”是一门以典型的单元操作为主要内容，以传递过程和研究方法论为主线的工程技术基础课。它不同于物理和化学等基础学科，因为基础学科以简单的、理想的模型为研究对象，采用的是严密的数学分析法；而工程学科面临着真实、复杂的实际生产问题，加上待处理物系千变万化、影响因素多而复杂、操作条件各不相同，除了少数简单的问题可采用数学解析法以外，大多数问题需要依靠理论指导下的工程化方法来解决。
“化工原理”实验和课程设计更是强调学生运用工程方法和工程手段将书本知识实现应用的环节，即是强化学生将理论的感性认识上升到理性认识，达到“学以致用”的目的。这就要求学生尽早建立工程意识，树立工程观念，培养工程思维，最终能用工程观念分析、解决工程实际问题。本文拟从“化工原理”理论教学、课后实验、课程设计三个角度来探讨学生工程观念培养的问题。
一、教学中提炼工程观念
教学活动是在教师指导下学生积极参与学习的过程，其中教师的引导显得非常重要和关键。教学中应有意识地让学生建立起一种工程意识，用工程的价值观念来分析解决工程实际问题。其中，注意引入一些有效的工程应用方法，可达到事半功倍的效果。
(一)联系实际法
在课堂教学中，可以采用集体讨论、教师点评等形式，调动学生的参与意识，尽量选择一些与现实生产、生活联系紧密的工程问题进行引导、分析、讨论和归纳总结。例如，在流体流动章节的教学中，引导学生留心观察宿舍在用水高峰期与非高峰期出水量的大小来理解分支管路中流量分配的特征，并可结合家庭装修中如何合理选择和铺设水管等具体问题来理解流体流动阻力的概念，深入浅出地加以引导和启发。每次讨论时，要注意引导学生从生产技术性、经济合理性方面进行系统的“工程”考虑，要对不同的方案进行“工程”比拟，深入剖析问题，得出结论，从中提炼工程意识，形成工程观点，强化工程思想。
再比如，在传热学的教学过程中，可就家庭热水器的安装和热水管的布置，家用电暖炉的工作原理、传热方式等与人们密切相关的生活事例来分析传热的原理，讨论如何有效地传热以及如何防止在传热过程中的热损失等相关的工程实际问题。这不仅能充分调动学生的洞察、想象和思维能力，强化对工程观念的检验和应用，同时也能培养学生对“化工原理”课程的兴趣，有利于工程观念的建立和提升。
(二)数学模型法
数学模型法是在对研究的问题有充分认识的基础上，将复杂的问题作合理又不过于失真的简化，提出一个近似实际过程且易于用数学方程式描述的物理模型，并对所得到的物理模型通过物料衡算、热量衡算、平衡计算等找出模型参数之间的关系，进而建立数学模型，然后确定该方程的初始条件和边界条件，求解方程，最终通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。
在“化工原理”课程中，最著名、最实用的模型当属膜模型，它普遍适用于动量、热量和质量三种传递。此外，还有许多其它问题的求解也可采用建模来解决。例如，在讲授非均相体系分离中的沉降过程时，以求取流体通过固定床的压降为例，可用实物图片告知学生固定床中颗粒间的空隙形成许多可供流体通过的细小通道，这些通道是曲折的而且是互相交联的，同时，这些通道的截面和形状又是很不规则的，流体通过如此复杂的通道时的压降自然很难进行理论计算，引导学生借用数学模型法来解决。即，将床层中复杂的不规则的通道简化成许多管径为d。、长度为L。的平行细管，简化后的模型通过引入模型参数结合范宁公式计算阻力，最后通过实验来确定模型参数和检验数学模型的有效性。这样，就把一个复杂的实际工程问题简化为一个简单的流体流动问题。学生在其中经历了提出问题、分析问题、解决问题的过程，既加深了对公式的理解和认识，又掌握了一种实用的工程问题解决方法。
(三)因次分析法
许多工程的实际问题，涉及的变量较多，过程较复杂，一般很难从理论上进行描述，通常采用因次分析法。该法不需要对过程机理有深入的理解，只需尽可能地分析并正确列出影响过程的主要变量，通过无因次化减少变量的数目，再通过实验确定具体的函数关系。因次分析法用无因次数群代替单个变量，大大地减少了实验的工作量，并且实验中不需要采用真实的物料、真实的流体或实际的设备尺寸，只需借助模拟物料，由一些预备性的实验或理性的推断得出过程的影响因素，进而加以归纳和概括，形成经验方程。
以流体流动章节中获得流体在管内流动的阻力和摩擦系数入的关系式为例。根据摩擦阻力的性质和有关实验研究，得知由于流体内摩擦而出现的压力降Pf与管径d、管长1、液体黏度u、液体密度p、流速u、管壁粗糙度ε等6个因素有关，但无法写出具体的函数表达式。将问题写明摆在学生面前，并适时地传授给学生一种实用的工程方法——因次分析法，即根据因次一致性原则和白金汉的7c定理，引导学生将上述6个参数对压降Apf的影响转化为dup／u(雷诺数)、1／d、ε／d 3个无因次数群对Pf／pu2(欧拉数)的影响，使得实验研究可从原来考察7个参数之间的关系减少为4个无因次数群之间的关系，大大减少了实验的工作量，让学生切身体会到该法的方便性与实用性。
因次分析法另一个重要的特性是，可将水、空气的实验结果通过无因次数群类比法推广应用于其它流体，将小尺寸模型的实验结果应用于大型实验装置。让学生明白实验前的无因次化工作是规划实验的一种有效手段，在化工中应用广泛。这样，学生今后遇到类似的实际问题，就可大胆地应用已学过工 程方法，达到解决问题的目的。
(四)近似估算法
一般来说，影响工程问题的因素众多，在处理工程实际问题时考虑所有影响因素是很难的，所以在处理实际工程问题时只要保证结果在允许的误差范围内，工程上是可以接受的。因此，学生有必要掌握工程上近似处理、近似计算的思想和方法。例如，在传热计算中总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是换热器的传热计算所需的基本数据。在忽略换热器污垢热阻的前提下，K的表达式为：1／K。=1／ao+(b／λ)(do／dm)+(1／ai)(do／di)。可以看出，总传热系数的倒数，即总热阻由三部分组成：管外传热热阻、管壁导热热阻、管内传热热阻。当ao>>ao时，Ko=ai成立。即，总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制。而在工业上换热操作中，通常都是由饱和热蒸汽加热冷流体，其中水蒸气的对流传热系数ao相当大，因此可将总传热系数K作近似处理，其值约等于冷流体的对流传热系数ai值。同时在实际操作中，欲提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的a。
可见，在教学中应让学生逐步掌握工程上近似处理的思想和方法。在课堂上的例题与习题讲授过程中，应经常穿插一些工程实际问题，要求学生大胆快速地进行近似估算。这样，不仅能使学生深化对理论教学内容的认识，而且还可使学生做到举一个“例题习题”而反思三个“工程问题”，进一步完善对工程意识的建立，巩固工程观念。
(五)过程分解法
在处理工程实际问题时，将一个复杂的过程(或系统)分解为联系较少或相对独立的若干个子过程(或子系统)，分别研究各子过程(或子系统)的特有规律，然后将各个子过程(或子系统)联系起来，探求各子过程(或子系统)之间的相互影响及总体效应，再分别采取各自合适的研究方法，这就是过程分解法。
例如，在设计填料塔时，把填料层高度计算公式表示为传质单元高度HOG或HOL和传质单元数NOG或NOL之积，表面上看起来只是变量的分离和合并，但实质上却是对过程的分解。NOG、NOL与物系的相平衡及进、出口浓度有关，受工艺条件控制，反映了吸收过程进行的难易程度；而HOG、HOL则与设备形式及设备的操作条件有关，反映了设备效能的高低。这样，在选择设备之前，可以根据给定的分离任务，计算出NOG或NOL，如果NOG或NOL太大，则表明吸收剂性能太差或分离要求过高，必须选择高效设备去适应。因此，在讲授填料层高度计算时，不能简单地引入NOG、NOL及HOG、HOL等符号的定义，还要说明这样处理的优点，让学生了解如此分解的内在含义。
(六)当量处理法
当量处理法是指用一个已知的过程(或参数)代替另一个较为复杂的待定过程或参数，使该事物在过程特征的某一方面与另一较为简单的已知事物等价。在“化工原理”课程中，用当量法处理工程问题的例子很多，例如：通过引入当量直径将圆管内流动的研究结果推广于非圆管；引入当量长度计算管件、阀门的局部阻力；引入当量滤饼厚度(或当量滤液量)计算滤布阻力；引入体积当量直径和形状系数表征非球形颗粒等。这种“化繁入简”的处理手段，可直接解决工程中很多复杂的问题，应用广泛。
二、实验中确定工程观念
化工原理是人们通过长期实验总结和工程实践验证了的实验学科。我校先后从天津大学、浙江大学、南京工业大学购入全套化工单元实验装置，设备先进，自动化程度高，实验硬、软件条件齐备。我校的化学工程实验中心于2004年获中央与地方共建高校基础实验室的资助，2005年被授予“江苏省基础实验示范点”。
以往“化工原理”实验一般采纳的是“学生预习—教师讲解—学生操作—写报告”的教学模式，这种模式教学方法单一，其任务只是验证理论知识中的一些现象、结论，在这种教学模式下学生缺乏创造性，对其工程观念的培养帮助并不大。因此，我们利用实验条件的优势，大胆地进行了新的教学模式的探索，实行开放式实验教学模式。其根本目的就是真正体现以学生为教学的主体，将更多的主动权和选择权交给学生，激发学生的学习兴趣和主动性，为学生自主学习提供一个平台。在开放式的教学模式下，教师不再对实验原理、操作步骤、仪器使用等进行详细的讲解，这些内容由学生自己去学习，教师只起到督导的作用，对学生的实验过程仅提供一些指导性意见。为了很好地完成实验，学生必须做好实验前的准备工作，熟悉实验内容，查阅相关的文献资料。这样，就调动了学生学习的积极性，效果明显优于以前。虽然学生在实验过程中遇到的问题比以前更多，但在处理这些问题过程中，学生分析和解决问题的能力得到了实际的锻炼，这正是我们所期待的，有助于培养学生解决工程问题的能力。
三、设计中实践工程观念
“化工原理”课程设计是一个总结性的实践教学环节，是对学生综合应用本课程及其它相关课程的基本知识，独立完成某单元操作设计的训练。通过选题、资料的准备、化工单元过程设计和总结等相关程序，使学生真正体验解决工程问题的思路和方法，切实地感受理论知识与工程观念的结合和应用。通过课程设计的训练，营造学生模拟解决实际工程问题的场景，以达到对整个“化工原理”课程知识认识上的升华。
例如，学生做“苯一甲苯混合体系的分离”设计时，首先面临过程的选择，可以选择蒸馏或萃取这两种化工单元操作，也可选择一些新型的化工单元操作，如膜分离等。在一般情况下，首先考虑采用蒸馏，它最适合于分离大部分的液体混合物，尤其适合于大规模、自动化控制的工业分离。只有不适宜用蒸馏分离的物系，才考虑用其它的分离手段。在过程确定以后，就必须进行设备的选择。如果确定用板式塔，则还要确定用什么样的塔板。如果确定用填料塔，则还要确定用整装填料，还是用散装填料，用什么材质，等等。这些问题即为设备选择。
在确定了过程和设备之后，就要进行过程的计算和设备的设计。在这个过程中，通常必须利用物料衡算方程、热量衡算方程、操作线方程、热力学方程、传热速率方程、传质速率方程等关系式，根据所处理物系的性质和操作条件进行设计计算。设计计算过程通过各种物性数据手册和化工手册查取所需的设计数据，且经常采用一些适用的经验方程计算有关参数值。在缺乏数据的情况下，有时候则要组织实验以取得必要的设计数据。这样，既锻炼了学生查阅文献的能力，也使学生掌握了遇到实际工程问题时可以采用的各种方法。
课程设计完成后，让学生模拟面对实际的工业场合可能出现的各种设计型问题和操作型问题进行答辩。前者主要就设备参数条件选择的依据给出合理详尽的解释说明；而后者的一般表现方式是：当某一个操作参数发生变化时，通过分析判断，该参数的变化将会引起其他哪些参数发生变化以及变化的方向(变大还是变小)、变化程度的大小。只要参数变化在允许的范围内，操作仍可视为正常。而参数变化超出允许的范围时，就要进行调节。同时若设备发生故障，则要求通过分析判断发生故障的原因，并排除故障。通过上述的训练，既加深了学生对“化工原理”课程相关知识的理解和巩固，又使学生在设计中实践了工程观念。
第8篇：热化学方程式范文
[关键词] 化工原理 教学体会 案例教学 互动教学
1.引言
化工原理课是高校化学工程与工艺、应用化学、环境工程、制药工程、生物技术等专业的一门理论性、实践性很强的专业技术课。课程以工业工程应用为背景；以单元操作过程为对象；以三传一反为原理框架。它主要讲授化工单元操作过程的基本原理、典型过程设备结构，进行过程工艺设计计算、设备设计或选型及单元过程的操作分析，是理论与实践密切结合的技术基础课。化工原理是门实践性较强的学科，而学生在学习过程中缺乏生产实践及经验知识，缺少对单元过程、设备的认识和了解。因此，学生普遍感觉此门学科的理论知识和计算方法抽象，不易理解；学生普遍反映课程学习起来较困难[1]。究其原因：首先，该课程的很多知识点是工程实践直接经验化而来，其次，该课程综合了物理化学、高等数学、化工热力学、传递过程和反应工程等众多学科。再次，目前很多高校迫于政策调整，对这门课程的课时进行压缩减少，使得这门课程的理论课时减少了10-20%左右[1]。因此，对于化工原理这门学科，尤其是学时少，学生学习起来更加困难。故针对少学时的专业，设计一套更为符合本门专业学生实际情况的教学计划显得尤为重要。
2.案例互动教学
化工原理是一门实践性较强的课程，它和工业领域的实际操作过程有着紧密的联系。由于化工原理中每个单元操作都面临着复杂的实际问题。因此，使得学生学好这门课，建立起学习的兴趣是必要的。为此，笔者在教学过程中摸索出了一种因材施教的新方法，即案例互动教学。简单概括为，在每一章内容之前，介绍一个和本章关系较大的工业或者日常生活案例，案例需要具备一定的科学性以及需要用到本章原理去解释[2-3]。在介绍过程中（展示形式多样，可以口述，也可以以多媒体形式展示），适当的留一些问题，让学生带着问题去听课，之后和学生就案例中的问题进行互动讨论。以下笔者给出化工原理教学中传热案例，这样的案例将有意于激发学生的学习兴趣，让学生从易于理解的案例中获得一些科学原理，从而建立起探索科学问题的兴趣。
3.传热案例
以家庭暖气片为例：从房间内暖气片的换热现象开始，以提问的方式引导学生。首先，介绍换热片的传热原理，引出传热的第一种方式：热传导；接着，假设房间内有空气流动，如：风扇强制空气对流，这将使得传热速率加快、使得房间里远处的人很受到温度的升高，这就是“热对流”。再次，通过自然界和工业界的例子引出热辐射。这里将详细讲解传热案例。
热传导：热量为什么会传递？暖气片温度高，导致和换热片接近的空气温度升高，高温空气分子能量较高，通过在无规则的碰撞分子之间发生能量传递，高温的分子使得相邻的低温分子温度升高，从而实现热量传递。在密闭房间内，假设无空气流动，仅仅靠无规则的分子碰撞发生热量传递，这样的热传递就是热传导[4]。
热对流：在房间内，起初无空气流动，仅仅是热传导。若将电扇打开，增强空气流动，空气分子发生对流，此时可以和学生互动，让学生来解答在有空气流动和无空气流动的时候哪种方式传热更快，即哪种方式更利于暖气片散热。学生的回答是前者，即有空气流动的情况下更易于传热。此时让学生阐述为何有空气流动下更易于传热。从学生的阐述中可以了解学生对传热过程的兴趣。接着教师点评学生的观点。从学生的观点里可以提取一些比较能容易让学生接受的热对流原理。将这些原理加入科学术语，学生会有较深的映像，因为这是从学生自己的思维理解里总结出的“为什么？”。最后总结热对流的基本概念。在有介质对流的存在下，冷热的介质将热量从高温处传递到低温处的现象称为热对流。在案例中，暖气片周围温度较高，有空气对流时，空气的流动使得暖气片周围的热空气和远处的冷空气发生位移从而混合，导致冷热流体发生传热，最后导致的结果是房间内对流程度越大，房间平均温度升温越快 [5]。
热辐射：高温的物体激发产生电磁波，向空间传播，称为热辐射。太阳就是个很好的例子。阳光明媚户外里人体为什么能感受到热？这样的问题看起来很简单，学生的答案较多。热辐射这个名词听起来较深奥，但是学生们知道太阳就是热辐射的一个典型例子，就会对热辐射不陌生。热辐射有的地方需要加强有的地方需要减弱。可以适当例举一些例子加以深化说明。减弱热辐射的例子：很多工业管道上都有一层银色的保温层，这是为了减少热辐射，防止管道内热量以热辐射的方式向外传热。这是因为银色物质对热辐射有反射作用，能将辐射出的热量反射回去。在银色的保温层内都有一层海绵层，这是为了减少热传导。增强热辐射的例子：太阳能热水器的受热部位都涂有一层黑色的吸热物质。
热传导、热对流和热辐射是传热的三种方式。在自然界和工业界里很多过程都是这三种传热方式同时发生的。暖水壶是日常生活必需品，细心的同学会从暖水瓶的结构发现暖水瓶保温的原理。教师可以以互动的方式开始暖水瓶保温原理的讨论，让学生组成小组，以小组形式讨论最后得出结论。学生的结论可能较多样，且不科学。教师可以以口述和多媒体的方式讲解暖水壶内胆的结构，从结构图上讲解原理。
暖水壶的内胆是两层的玻璃，两层玻璃都镀上了硝酸银，玻璃中间是真空的。玻璃内层镀硝酸银的目的是为了降低热辐射，使得热水的热辐射被反射回去。玻璃中间抽真空的目的是为了减少热传导，这是因为真空的热导率最低。而水壶塞的作用就是将水壶内外隔开，防止热对流。而软木是较好的绝热材料，热导率较低，故一般瓶塞都用软木材料。接着提出问题，暖水壶能保热，能否保冷？热水瓶的功能是保持瓶内热水的温度，断绝瓶内与瓶外的热交换，使瓶内的“热”出不去，瓶外的“冷”进不来。如果在热水瓶里放上冰棍儿，外面的“热”同样不容易跑到瓶子里，冰棍也不容易化。所以把热水瓶叫做保温瓶是科学的，因为它既能保“热”，也能保“冷”。
4.案例互动教学的总结
在化工原理的教学中，笔者发现案例引导教学法特别适用于少学时的专业，因为这些学生不属于化学化工专业，在化工的基本过程了解较少，教师需要较多的精力去引导学生，让学生对化工原理感兴趣。本教学方法尤其适用于理科功底较浅，高考调剂的学生，在非211的省属高校里这样的专业有很多，这些学生理科功底较差，学生无法在较短的时间里很快对化工原理产生兴趣并跟上教学节奏。
参考文献：
[1] 杨宗政. 化工原理教学方法探讨[ J] . 中国轻工教育, 2008 (4): 59-61.
[2] 曾明荣, 曾庆友, 赵鹏. 化工原理实验开放教学的研究与探索[J] . 实验技术与管理. 2008 (10): 128~ 129.
[3] 曾永林，雷存喜，王锋．化工原理实验教学过程中的思考[J]．化学工程与装备，2009 (11): 189-193.
第9篇：热化学方程式范文
化学热力学 基本公式 基本函数 应用
1 前言
热力学属于物理化学研究范畴，而物理化学是化学的分支学科。化学乃自然科学之中心科学之一，是人类须臾不能离开的科学领域。
热力学是研究体系所涉及的热与其它形式的能量间转换关系的一门科学。把热力学的基本原理用来研究体系中发生的化学现象及与之相关的物理现象的科学，被称作化学热力学。传统意义上，它与化学动力学和物质结构一起成为物理化学的三大组成部分。本篇仅就化学热力学展开讨论。
化学热力学所要解决的核心问题是，在指定条件下，一个热力学体系中发生的过程变化的方向和限度（即平衡）问题。解决这种问题的基础是热力学的三大定律――热力学第一定律、第二定律、第三定律，它们是人类经验（实验）的高度概括和总结。由它们导出的结论和结果的正确性和可靠性，古今中外还没有遇到过任何例外。化学热力学理论已被广泛应用于自然科学的若干学科领域。应用热力学理论解决问题，不仅结论正确，结果可靠，而且解决问题的过程和方式也十分简洁。这里，核心和关键之处是要准确把握和正确应用热力学的基本概念和热力学的基本关系式及其适用条件。
然而，迄今为止，国内外学生在学习化学热力学课程时普遍感到困难。一是对热力学的一些概念和理论感到难于理解（最难之处莫过于对熵函数概念的理解和把握）；二是对热力学理论精髓的把握，尤其是对各种热力学条件下热力学函数的计算及其应用的把握，朦朦胧胧；三是让理应得到的创新思维和创新能力的培养湮灭在苦苦挣扎的概念理解和把握中。造成这种状况的主要原因，可能既源于热力学若干概念和理论本身的抽象，在某种意义上也似乎源于我们在这门课程的教材内容设计及授课方式上的“刻板”和对某些基本热力学量之物理意义的解释过于“肤浅”（未能完全做到随时与“能量或能量变化”这一核心丝丝紧扣和巧妙关联）。有鉴于此，本篇企图在这一教、学领域的突破方面做一点探索和尝试。这主要包括：（1）力求紧紧围绕“热力学过程变化方向和平衡条件的评判――能量交换及其清算”这条主线展开讨论，始终抓住“基本概念、基本公式、基本条件”这个纲，正确掌握各种热力学条件下热力学函数的计算及其应用；（2）尝试采用一种易于理解的从一般能量项的分解表达入手的推理方式，导出若干重要的热力学基本函数，随后再介绍其历史发展沿革，力求充分发挥化学热力学理论因其高度抽象而带来的“纲目性规律”的优势，竭力把握其知识精髓；（3）重在努力揣度和探究化学热力学理论知识的原始创新过程和创新方式，力求避免将这种把握和探索迷失在单纯的一个接一个的热力学概念的介绍和关于相应热力学公式的严格而又繁多的应用条件的讨论之中。如果说全面掌握热力学的有关理论是本篇的重心所在因而非常重要的话，那么，透过这些努力，学习抽象思维方式，学习高度归纳概括和引伸外推的科学研究方法，培养创新精神和创新能力，则更为重要。此乃本课的追求。
2 了解物理化学的前沿动态提高学生对物理化学的学习兴趣
