基于工作情境的五年高職物理化學教學整合

眭惟紅（江蘇省泰興中等專業學校，江蘇泰興 225400）

基于工作情境的五年高職物理化學教學整合

眭惟紅
（江蘇省泰興中等專業學校，江蘇泰興 225400）

物理化學作為化學、化工專業的必修課，是化工專業四大基礎化學中最難的課程，對學生的邏輯思維和運算能力要求極高，為了激發學生的學習興趣，提高學生分析和解決問題的能力，筆者嘗試以合成氨的工藝為例對物理化學課程進行基于工作情境的整合，將理論與實踐聯系起來，做到融會貫通，取得了較好的效果。

五年高職；物理化學；教學改革；工作情境

物理化學作為化學、化工專業的必修課，是綜合運用數學、物理方面的知識和方法解決化學問題的一門學科，而5a高職學生的數學基礎薄弱，課時相對較少，并且目前也沒有針對5a高職學生的教材，這樣既影響學生的學習熱情，也不利于學生分析和解決問題的能力的培養，違背了高職的教育培養應用型技能型人才的原則。

考慮到我校化工系（5a高職）學生之前已經系統學習了無機、有機和分析化學等課程，物理化學的主要任務是為化學平衡和反應速率奠定理論基礎，依據教育部關于高職高專教育應以培養技術應用能力為主線設計培養方案的思想，筆者嘗試以大家都熟悉的合成氨的工藝為例對物理化學課程進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習物質基礎知識

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，為一種基本無機化工工藝。

反應式如下：

其中N2氣來源于空氣，工業上將空氣壓縮成液態，再根據各個氣體的沸點不同，升溫時蒸發次序不同而分離。氧氣沸點小于氮氣，升到適當溫度，氧氣先蒸發出來，余下的就是較純的液態氮氣。由此可以將理想氣體的性質和狀態方程、真實氣體的性質和液化等知識逐一講解。

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組成的多種表示方法、平均摩爾質量的計算等等。

原料氣H2來自水煤氣變換（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。

2　由反應可行性和反應熱學習熱力學三定律

熱力學三大定律是物理化學課程中最難的內容，也是整個物理化學課程中最精華的部分，借助三大定律就可以體驗“紙上談兵”、“運籌帷幄”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激發學生們的學習欲望。

學生都知道合成氨是由N2和H2反應而成，但是能不能讓N2和H2O反應生成NH3和O2？甚至還可以鼓勵他們天馬行空去設想其他反應途徑，從而引出熱力學三大定律：

化學反應伴隨化學鍵的斷裂和重組，必然產生熱量交換，比如合成氨工藝中制水煤氣的反應是吸熱反應，氮氫化合是放熱反應，只有知道反應放出或者吸收多少熱，才能保證反應過程中要求溫度基本恒定，而反應熱的計算，就由第一定律來解決。

3　由平衡移動學習反應平衡

合成氨中制水煤氣的反應是在高溫常壓下進行，而氮氫化合則在高溫高壓下進行，是因為兩個反應具有不同的特點：前者是吸熱增分子反應，升溫和減壓對平衡右移有利，而后者是放熱減分子反應，降溫和加壓對平衡右移有利。這些雖然在無機化學中勒沙特列原理中已經講過，但是，無機和分析等等其實都只是應用了結果，而物理化學會用可靠的計算來證明。

除了溫度和壓力，其實還有一些因素比如“循環氣”、“惰性氣”也會影響到轉化率或產率，可以借助下面兩道例題讓學生通過計算來總結規律。

例1：1 000K時，生成水煤氣的反應為C（s）+H2O（g）= CO（g）+H2（g）在100kPa時，平衡轉化率α=0.8。求（1）標準平衡常數Kθ；（2）200kPa時的轉化率；（3）若在溫度為1 200K時的Kθ為38.0，試計算1 000K～1 200K之間的平均標準摩爾反應焓△rHmθ；（4）溫度在1 100K時反應的標準平衡常數；（5）該反應為增分子還是減分子反應？比較不同壓力下的轉化率，你有什么發現？（6）該反應為吸熱還是放熱反應？比較不同溫度下的平衡常數，你得出什么結論？

1）773K時，總壓為100kPa和30MPa下的反應；

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）由以上結果說明壓強變化以及CH4和Ar的存在對轉化率有什么影響。

4　由反應條件學習化學動力學

前面提到合成氨是放熱減分子反應，降溫和加壓對提高平衡轉化率有利，但是工業上卻是在高溫高壓下進行，為什么？兩個反應都采用了催化劑，又是為什么？

原來生產上不僅要考慮轉化率，還要考慮一個重要因素，就是——反應速率。雖然降溫對提高合成氨的平衡轉化率有利，但是由阿雷尼烏斯溫度定律可知，溫度低時反應速率低，只有產率和速率都合適了，企業的效益才能達到最高。

那么，反應速率又怎么表示？又有哪些影響因素呢？怎樣才能加快反應速率呢？最佳反應溫度怎么確定？如果是復雜反應呢？最佳反應時間等？這樣就引出了“化學動力學”的核心內容，一切水到渠成、信手拈來！

5　結束語

綜上所述，通過先應用貼近實際和學生的認知水平的情境幫學生建立感性認識，再講解相關理論，可以讓學生帶著欲望去學習，既激發了學習積極性，又便于將理論與實踐聯系起來，做到融會貫通，達到了職業教育學以致用的目的。

［1］ 姜大源.當代德國職業教育主流教學思想研究［M］.北京：清華大學出版社，2007.

收稿日期：2016-05-10

作者簡介： 眭惟紅（1971—），女，江蘇鎮江人，講師，主要研究方向為物理化學與化工專業課程改革。

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，主要研究方向為油氣集輸。

班久慶（1991—），男，黑龍江大慶人，碩士在讀，主要研究方向為油氣集輸及分層注采技術。