关于物理化学课堂教学中的兴趣教育

在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱， 将冰箱门打开， 并接通电源使其工作， 过一段时间之后， 室内的平均气温将如何变化? ——升高。根据热力学第一定律，Q=0，W>0，所以热力学能升高，温度升高。 因为北冰洋没有可饮用的淡水，全是海水(海水中NaCl含量为2.5%)，所以爱斯基摩人需要到冰山上去取回冰来熔化，爱斯基摩人应在怎样的环境温度下取冰? ——H2O-NaCl相图，爱斯基摩人应在温度为252~273 K的季节取冰[3]。 3将物理化学与工农业生产联系起来，提高学生学习的积极性和创造性 物理化学所具有的基础性、理论性、先导性和综合性的特点，使之成为工农业生产的一块重要基石，在工农业生产中起着重要作用。恰当地将教学内容与工农业生产联系起来，遵循“提出工农业生产中的实例（问题）——引入讲授新内容——启发学生总结答案——给出答案”，使学生对理论实质产生更深的认识，增长实践经验，避免理论与实践脱节，既提高了学习兴趣，又培养了学生的科学思维与解决问题能力。为简便起见，下面仅列出问题与答案要点。 经典范例，同为碳元素，298 K，标准压力下，石墨能否转变为金刚石？可以用几个判据来判断？如果不能，那么怎样使石墨转变成金刚石？转变程度是多大？怎样提高转变速率？——不能，可以用熵判据和吉布斯自由能判据来判断和计算，采用加压的办法（压强大于1.5×109 Pa）可使石墨转变成金刚石，利用ΔrG m=-RTlnK ，可求出K ，加热。 冬天，工业上用管道运送硫酸时为什么要稀释？——形成稳定化合物相图，纯硫酸的熔点在283 K左右，而与一水化合物的低共熔点在235 K，所以在冬天用管道运送硫酸时应适当稀释，防止硫酸冻结。 结晶法精制粗盐的原理是什么？——水-盐相图，首先盐的组成必须大于低共熔点时盐的组成才能通过降温得到盐的晶体。 当乙醇含量低于95.57%时，能否通过精馏得到无水乙醇？怎样才能得到？——双液系最低恒沸点相图，不能，先加入分子筛等吸水剂，使乙醇含量超过95.57%，再精馏可得无水乙醇。 工业上制备高纯物质（如8个9以上的半导体材料）原理是什么？——固相完全互溶相图，区域熔炼。 工农业生产中通过测量水的电导率来检验水的纯度，依据是什么？——纯水的电导率k=5.5×10-6 S•m-1，普通蒸馏水的电导率是1×10-3 S•m-1，重蒸馏水和去离子水的电导率均小于1×10-4 S•m-1，所以只要测定水的电导率就可以知道水的纯度是否符合要求。 电解α± =1的ZnSO4水溶液，在阴极上Zn2+和H+ 哪个优先被还原？——Zn2+优先被还原。极化电势高的优先析出，因为氢有较大的超电势，使得氢的极化电势低于锌。 化工厂的一些管道或容器为什么常连到外加直流电源的负极上？——防腐，阴极保护法。 为什么大量处理固体粉尘的工厂，必须高度重视防止粉尘爆炸？——表面能高不稳定。 化工生产中采用的喷雾干燥工艺的原理是什么？——开尔文公式，小液滴饱和蒸气压大。 农药中加入少量润湿剂的作用是什么？采油时为什么要加入润湿剂？——增加润湿，减小液固和气液界面张力。 泡沫浮选为什么可以提高矿石品位？——降低润湿，增大液固界面张力。 金属陶瓷复合材料综合性能的发挥取决于陶瓷与金属之间的润湿性能的大小。烧银法，是指在陶瓷表面烧渗一层银，由于银的导电能力很强，抗氧化性能好，在银面上可直接焊接金属。若已知高温下的各个表面张力，那么液态银能否润湿瓷件表面？[3] ——用杨氏方程求接触角。 考古工作中怎样根据动力学原理估算尸体的埋葬时间？——根据一级反应的动力学方程来计算。由于古尸上裹的布碎片中放射性14C的衰变是一级反应，利用衰变半衰期及其活性可以估算。 4将物理化学与其他化学课和实验操作联系起来，提高学生解决实际问题的能力 物理化学是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律，所以我们可以利用物理化学原理来解决其他化学学科学习或化学实验操作中遇到的问题。恰当地将教学内容与它们联系起来，遵循“化学学习或实验操作中的问题——引入讲授新内容——给出答案”，可以培养学生的科学思维与解决问题能力，提高学习物理化学的积极性。为简便起见，下面仅列出问题与答案要点。 为什么用二氧化锰和盐酸反应制备氯气时必须用浓盐酸？——将二者反应设计成电池，电池的电动势要大于零，根据能斯特公式可求出盐酸必须是浓盐酸。 如何用电化学法测定一些难溶盐的溶度积或弱电解质的解离常数？——将沉淀溶解平衡或解离平衡反应设计成原电池，再根据E = RT zF lnK 计算出K 即可。 实验室用蒸馏水洗涤容器为什么提倡少量多次？——分配定律。 分析化学中为什么常用含HCl 20.24%的溶液作为标准溶液？——最高恒沸点相图，最高恒沸点温度为381.65 K，含HCl 20.24%。 碱性溶液中，氯气能发生歧化反应，那么Br2能发生吗？——能发生。计算Br2与其氧化态和还原态所构成的两个电极的电势差是否大于零。 蒸馏时为什么要加入沸石？——开尔文公式，过热液体，防止暴沸。 分离操作中陈化的原理是什么? ——开尔文公式，晶体颗粒越小溶解度越大。 实验室玻璃仪器洗干净的标准是什么？——蒸馏水对干净的玻璃接触角约为0°，水应完全润湿玻璃仪器，均匀分布成膜，不挂水珠或成股流下。 实验室的电子天平罩里为什么要放硅胶？——吸附空气中的水蒸气，气固吸附。 5挖掘科学技术前沿中的物理化学知识，激发学生学习兴趣和探索创新精神 我们的教育对象年轻，精力旺盛，好奇心强，易接受新事物。在教学中适当介绍本学科的最新成就及发展前景，可激发学生学习物理化学的兴趣和探索创新精神，从而吸引学生的注意。 比如在讲热力学第二定律时，可以引入非平衡态热力学知识，提出以下问题：生命体的熵怎么计算？熵与生命有何关系？一个正常的生命体可视为一个处于非平衡的开放系统，即是一个耗散结构。开放系统的总熵变为：dS deS+diS，其中deS 为系统与环境进行的物质、能量交换产生的熵流；diS为生命体内的所有不可逆过程(消化、吸收等过程)产生的熵变。对生命体这个开放体系，deS≠0，若有生命体从外界获得负熵流(deS <0)，并且有获得的负熵流大于生命体内部产生的熵变，即| deS |>diS时，则有生命体的熵变dS<0，这时系统的熵是减少的，因而系统的有序性增加，这时生命体充满活力，生命体将进化与发展，这就是生命体的发育、生长过程。如果在一定时期内，生命体自身内部产生的熵变(diS)和生命体与外界交换物质、能量而产生的负熵(deS)恰好相等，那么系统的熵变dS=0，系统将维持一定的有序结构，生命有机体便处在稳态、成熟的阶段。正常情况下机体是靠热辐射、排泄废物等方式向体外排出多余的熵的，当机体热辐射受阻或排泄受阻时，都会导致熵流受阻而造成积熵从而形成“熵病”。如发烧和中暑就是典型的熵病，治疗的原则从热力学的角度看，就是“清除积熵”。当生命体的熵累积到最大时，整个生命机体呈现出高度无序性，处于高度混乱状态，这就是生命的终止———死亡[4-5]。