关于无机化学课程中焓及焓变物理意义的教学探讨

Φ2166

4557332737474167458750075247

61.37078.887.596.3105113.8

5661608165016921734177618181

3.3以实例说明进行实用性对比

由于桨叶干燥机与盘式干燥机的热传导很相似，我们假设他们的热效率是一样的，及蒸发1kg溶剂所需的传热面积是相同的，我们来举个实例对比一下：

假设有一批中间相炭微球，初始含湿率为35%，要求干燥后含湿率为0.5%，要求处理量湿料量为240Kg/h，物料的初始温度均为30℃，物料的干燥温度为110℃，采用的热源均为0.5MpaG的饱和蒸汽。

3.3.1选型结果如下：设备类型桨叶干燥机盘式干燥机

干燥面积（m2）

4040

设备规格6781x3230x1853Φ

3125x4821

设备功率

电耗（0.6元/度）10.562.64

运行成本（元/吨）

4411

关于无机化学课程中焓及焓变物理意义的教学

探讨

张传磊王彦（安庆师范大学化学化工学院，

安徽安庆246133）

摘要：无机化学课程热化学部分关于焓的概念，引入太直接，论述太抽象，公式推导不严谨，学生们的接受程度很低。鉴于此，文章在融合了国内外关于焓的物理意义的学术探讨的基础上，以通俗易懂的表述手法，从教学角度探讨焓及焓变的物理意义，促进学生理解，并为其后续课程相关知识的学习打下一定的基础。

关键词：焓；焓变；物理意义

无机化学中热化学作为整个化学反应原理的基础，在整个无机化学课程中起着举足轻重的作用。[1]这部分内容虽是打开化学反应原理大门的钥匙，却不能太过深入地探讨，只能从教学手法上找对策，让学生在有限的知识储备和时间上对这部分内容有个清晰地认识。焓及焓变是热化学中非常重要且难懂的概念，文章通过对无机化学教材中焓概念引入缺陷的分析和近年来相关领域关于焓物理意义学术探讨的总结，根据自己的教学经验，以更加浅显易懂的表达方式向学生们阐述其形象化的物理意义。

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3.3.2桨叶干燥机和盘式干燥机优缺点对比：（1）制造成本：桨叶干燥机一般采用双轴，面积较大时采用四轴结构，结构较复杂；盘式干燥机一般为单轴，规格不同时仅轴管规格变化，结构较简单；（2）使用成本：同等面积的情况下，桨叶式干燥机所占长度比较长，而盘式干燥机仅在高度上调整，故盘式干燥机的占地面积较小；（3）运行成本：桨叶式干燥机采用双轴啮合共同推动物料前进，运行阻力较大，所需的电机功率较大；盘式干燥机采用耙板刮料，且每层多根耙杆，相邻两个形成流动通道，运行阻力较小，同等面积，盘式干燥机运行阻力约为桨叶式干燥机的1/3~1/4，因此运行成本较低；（4）安全可靠性：桨叶式干燥机采用双轴或多轴结构，桨叶为空心桨叶，物料直接摩擦叶片，长时间后叶片会因为磨损而造成泄露，后期维修成本较大；而盘式干燥机是靠耙叶对物料的推动，物料与盘面间有一小层物料残留层，减少了物料对盘面的磨损，且耙叶可较长时间使用，更换率更低；后期维修成本桨叶式干燥机高于盘式连续干燥机；

1无机化学教材中焓的概念的引入缺陷分析

无机化学教材往往是介绍完热力学第一定律后，紧跟着恒容热容和恒压热容的简单推到。在恒压热容中顺带给出焓的表达式，即：

“恒压反应中，Dp=0

则有DU=Qp+W=Qp+(−pDV)=Qp−D(pV)所以Qp=DU+D(pV)(因为p1=p2=p)则Qp=D(U+pV)函数。

令H≡U+pV，即：Qp=DH

H称热焓，或焓，是一个新的状态函数。热焓。”

这种推导方式不严谨，论述太抽象，使得焓的概念成为了恒压热容附带的产物。且由于p为恒定值，不再具备状态函数的特性，在H=U+pV的基础上推导焓的变化量DH时，多出的VDp就显得无所适从。在工程热力学中，由于U和pV如影随

2019年07月

4结语

故从制造成本、使用成本、运行成本及安全可靠性多方面

来比较后，盘式干燥机的优势远超于桨叶式干燥机，而且经过市场运行，盘式干燥机的使用效果远超桨叶式干燥机，因此也打开了盘式干燥机在中间相炭微球制备干燥工艺阶段的使用领域。

即Qp=(U2−U1)+(pV2−pV1)=(U2+pV2)−(U1+pV1)由于U,p,V都是状态函数，所以U+pV也是一个状态

参考文献：

[1]《沥青基炭材料》化学出版社，王成扬、陈明鸣、李明伟,,

编著；

[2]《现代干燥技术》化学出版社，潘永康，王喜忠，刘相东主编；

作者简介：崔晓云（1983-），女，工程师，从事化工设备设计工作。

在恒压反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的

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化工教研形般的出现而人为定义的焓的概念，既有其计算上的方便，也有着其他方面的原因。

部体现在热量的吸收或释放上。

2焓的物理意义的学术探讨

部分教材中认为焓具有能量的单位，但并不是系统中所含的能量，其本身没有明确的物理意义，纯粹是为了计算的方便而人为引进的关系式；但却都给出了焓变的物理意义，即恒压条件下，系统与环境所发生的热交换。试想：如果焓没有特定的物理意义，焓变的物理意义从何而来呢？对于H=U+pV,pV处在与具有明确物理意义的内能U的并列地位，必然是有其深刻的物理原因的。

王伯年认为，只要压力场是定常的，就可以赋予pV以压力势能的概念，因而在此条件下，焓就是内能与压力势能之和，即焓是一种加和的能量。[3]A.C.雅斯特列姆斯基认为，焓是气体的能量，即气体的内能和压力势能之和。[4]H.D.贝尔认为，能

4焓变物理意义的形象化阐述

文章以地面上的气球在热气流作用下上升到一定海拔高度的能量变化为例，以不太严谨的比喻手法形象化阐释其中各部分的物理含义（△H,△U,V△p,p△V）。

图1热气球模型展示焓变的物理意义

量pV只应说明介质通过开口体系固定边界时的特性；pV是介质流通过体系边界时所转移的能量；穿透控制空间边界的运动介质带给开口体系的除了比内能U、动能和位能外，还有比流动能pV。[5]

从以上观点可以看出，焓具有一定的物理意义是有着广泛共识的，只是在pV部分能量的指定上还存在一定的分歧。文章基于非学术层面，接受pV是一种势能的观点，仅从教学角度探讨焓及焓变的物理意义。

如图1所示，气球在热气流作用下从地面上升到一定高度，此过程体系的潜能变化即为焓变△H。其中，蜡烛燃烧前后的能量变化即为内能变化△U；气球由未膨胀状态到膨胀状态势能潜功即为体积功p△V；气球上升到一定高度的势能潜热即为压力变化导致的V△p。

5结语

无机化学教材中焓的引入是通过无非体积功的恒压变化引出的，但绝不意味着只有在无非体积功的恒压过程才有焓的存在。焓是体系的状态函数，状态确定，焓值便有定值。文章从教学角度探讨出焓的物理意义即为确定封闭体系的潜在能量（内能U和潜在势能pV之和），而这种潜在能量只有在发生变化的气相体系中才表现出来。相应地，焓变的物理意义即为体系的潜能变化。当体系处于恒压条件下，焓变的物理意义可直接表示为恒压热容。

3焓及焓变物理意义的教学探讨

从焓的定义式H=U+pV可知，焓是两项能量的加和形式，即内能U和势能pV。对一确定的封闭体系来讲，其一切能量的总和已经由内能U所定义，包括动能和势能。显然，焓并非表示确定体系所含有的能量，而是在其基础上附带了潜在的pV势能，且此潜在势能只有在发生变化的气相体系中才表现出来。

pV虽是状态函数（p、V都是状态函数），但其变化量D(pV)

参考文献：

教育出版社,2018:249-251.

[1]武汉大学,吉林大学.无机化学[M].第三版.北京:高等[2]连理工大学无机化学教研室.无机化学[M].第五版.北[3]王伯年.论焓的物理意义[J].上海机械学院学报,1985[4]A.C.雅斯特列姆斯基著,沈维道译.雅氏工程热力学[5]H.D.贝尔著,杨东华等译.工程热力学理论基础及工程

却是能量的其它形式（pDV表示体积功，VDp表示热），为非状态函数。功是强度因素与广度因素变化量的乘积，强度因素的大小决定了能量的传递方向，而广度因素则决定了功值的大小，因此，pDV表示体积功。由理想气体状态方程pV=nRT知，在发生变化的气相体系中，当容器容积保持不变，且物质的量变化不大时，压强的增加将直接导致体系温度的升高，因此，VDp表示热。从微观角度讲，功是大量质点以有序运动而传递的能量，热是大量质点以无序运动方式而传递的能量。

因而，对于定义式H=U+pV，其变化量△H=△U+△(pV)=△U+V△p+p△V=Q+W+V△p+p△V=Q+W+

=△U。其中，Q’+W’=(Q+Q’)+(W+W’)=Q+WQ’=V△

京:高等教育出版社,2018:28-29.(4):27-34.

[上册][M].北京:电子工业出版社,1964.应用[M].北京:科学出版社,1983a.

基于配位键的智能材料。

作者简介：张传磊(1986-)，男，安徽六安人，博士后，研究方向：基金项目：1.安庆师范大学2018年度校级质量工程，课题名称：趣味性教学策略在无机化学课程中的系统性运用(2018aqnu‐jyxm052)；

2.安徽省高等学校省级教学研究项目，课题名称：晶体工程研究辅助结构化学教学的探索与实践（2017jyxm0300）

p，表示势能潜热，W’=p△V表示势能潜功，Q表示体系潜热，

表示体系潜功，WU表示体系潜能。

可以看出，焓变普适性的物理意义即为体系的潜能变化。对于恒压反应：V△p=0，则有，△H=△U+△(pV)=△U+V△p+p△V=△U−W=Qp。即在恒压反应过程中，体系的焓变全

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