报国赤心·守正创新·倾心育新——电动势法测定化学反应热力学函数实验的课程思政设计

课程思政的有效融入是教学质量提升和高素质人才培养的关键。我们以“电动势法测定化学反应的热力学函数”这一实验项目为例,构建了一次深入的实验探究与思政教育相结合的教学实践活动。通过对电动势测定原理和方法的探讨以及反应热力学量的导出,学生们不仅深化了对相关基础理论知识的理解,提升了他们解决实际问题的实验技能和创新能力;同时强化了学生的家国情怀以及责任担当意识。

巧用坐标系记忆热力学函数关系式

热力学函数关系式是物理化学和化工热力学课程中的基础知识,主要包含4个热力学基本关系式、4个Maxwell关系式和4个对应系数关系式。这12个关系式是由8个热力学性质按照一定函数关系构成的微分方程,热力学性质包括内能(U)、热力学焓(H)、亥姆霍兹自由能(A)、吉布斯自由能(G)、温度(T)、压力(p)、体积(V)和熵(S)。这些热力学关系式较为复杂,初学者难以记忆,为了便于学习,采用坐标系来记忆热力学函数关系式。

不同品种高油酸花生热风干燥特性及热力学性质研究

为探究高油酸花生干燥过程中的水分变化规律,本文研究了不同风温(35、40、45、50℃)、风速(0.5、0.8、1.1 m/s)对三种不同高油酸花生热风干燥特性的影响,并借助Weibull分布函数分析干燥过程。结果表明,高油酸花生干燥过程以降速干燥为主;风温、风速越高,高油酸花生有效水分扩散系数越大、干燥速率越快,干燥用时越短。其中,‘圣油3号’花生水分扩散速率最快、活化能最低,与Weibull分布函数拟合结果最佳;尺度参数α值随风温、风速的升高而降低,风温对α值影响极显著(P<0.01),风速对α值影响显著(P<0.05);干燥条件对形状参数β值无显著影响。另外,温度的升高促进了焓值和熵值的降低和吉布斯自由能的增加,表明干燥过程需要从干燥介质中吸收能量方能进行。Weibull分布函数可用于描述高油酸花生的热风干燥过程,为高油酸花生的工业化干燥提供技术依据,奠定理论基础。

分子动力学模拟研究水/乙醇二元体系的热力学性质

采用分子动力学模拟方法研究了常温常压下水/乙醇体系的热力学性质,得到了不同浓度下二元体系的密度、自扩散系数、超额摩尔体积和径向分布函数。结果表明:随着乙醇摩尔分数的增加,二元体系的密度呈递减趋势,超额摩尔体积则先减小后增大且存在最小值,而乙醇的自扩散系数增大;结合径向分布函数分析可知,在乙醇低浓度时,水分子间的氢键网络结构较强,乙醇分子分散于其中,而随着乙醇浓度的增加,乙醇-乙醇分子之间的关联性增强,形成自己的氢键网络,而水分子仍倾向于自聚集,两种氢键网络相互交错。

2-氯-6-氟苯甲酸钆配合物的晶体结构及热分解反应动力学和热力学研究

采用超声法合成了钆的三元配合物[Gd(2-Cl-6-FBA)_(3)(4-OH-terpy)(CH_(3)CH_(2)O)]·0.75CH_(3)CH_(2)OH(BA=苯甲酸,terpy=2,2′:6′,2″-三联吡啶).通过元素分析、红外光谱(IR)、拉曼光谱(R)、单晶X射线衍射(SXRD)以及X射线粉末衍射(PXRD)等手段对配合物进行了表征.晶体结构分析表明,该配合物为单核分子,属于单斜晶系,P2_(1)/c空间群,中心金属离子配位数为9.研究了配合物在不同升温速率下的热分解反应机理,并采用非线性等转化率积分(NL-INT)法和迭代Ozawa法分别求得了配合物在第1步热分解过程中的活化能,2者结果基本一致.采用差示扫描量热(DSC)技术测定了配合物的摩尔热容,利用最小二乘法将平均摩尔热容与折合温度进行拟合得到多项式方程,通过多项式方程和热力学方程计算得到配合物的舒平摩尔热容和热力学函数值.

化学热力学函数教学的几点思考

物理化学对化学材料类本科生重要性不言而喻。本文针对热力学函数教学过程中的实际情况进行了分析,从理解热力学函数概念,牢记热力学基本计算公式,熟悉热力学描述变化过程的语言,掌握热力学函数计算思路和基本方法等方面,提出了几点思考,以帮助学生更好地掌握相关内容,培养学生的逻辑思维能力,切实提高课程教学效果,为后续内容学习打下基础。

t-BAMBP分离铷钾萃取机理及热力学函数研究

为了提取稀有金属铷,研究了4-叔丁基-2-(α-甲苄基)酚(t-BAMBP,简称ROH)/二甲苯从高含量Na+,K+的碱性水溶液中萃取铷、钾的萃取机理。通过考察分配比D与pOH以及ROH浓度的关系,使用斜率法和饱和法测得萃取反应的萃合物组成为MOR.2ROH(M为K+,Rb+),证明了萃取机理为阳离子交换反应,确定萃取反应式为:M(+a)+OH(-a)+3ROH(o)MOR.2ROH(o)+H2O(a),进而计算得Rb,K的表观平衡常数K分别为2.729和1.317。由分配比与温度的关系,求得Rb,K的萃取热焓ΔH分别为-48.65,-23.99 kJ/mol,由ΔH以及表观平衡常数K计算得Rb,K的萃取反应的自由能ΔG分别为-2.487,-0.683 kJ/mol;熵变ΔS分别为-154.9,-78.21 J/(K.mol),证明萃取反应是放热反应。Rb的萃取能力大于K。

电化学法测定几种稀土贮氢合金的热力学函数

贮氢材料由于能可逆地吸放氢,得到了广泛地应用.特别是以贮氢材料为负极制成的氢镍二次电池,容量为同类型镉镍电池的1.5～2倍,且电压又相近,是镉镍电池的理想换代产品,受到人们普遍的关注。LaNi4.5Mn0.5,LaNi4.9Sn0.1和La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Al0.1是电化学性能较优越的贮氢合金。LaNi4.5Mn0.5的电化学容量高,理论容量可达400mAh.g-1.LaNi4.9Sn0.1和La0.8Nd0.

用分子子图法计算烷烃热力学函数

在一种新的烷烃分子子图编码方法基础上 ,对烷烃的系列热力学函数进行了拟合和预测 ,取得了满意结果。对吉布斯自由能ΔGf,原子生成热ΔHatm,热容 Cp,蒸发热ΔHV,液态生成热ΔHf( l) 和熵 S的拟合方程的回归系数分别为 0 .9559,1 .0 0 0 0 ,0 .990 5,0 .9969,0 .9973和 0 .992 2。

PuH分子的X^8Σ^+ 态的势能函数及热力学函数的从头计算

在考虑相对论有效原子实势(RECP)近似下,用QCISD方法计算了PuH分子基态X8Σ+的MurrellSorbie解析势能函数和热力学函数。Re,De,Be,αe,ωe,ωeχe的理论计算值,分别为2.28,1.2227eV,3.2334,0.07742,1146.2632,24.7514(cm-1)。还给出了PuH(g)在298.15-911K之间的生成热力学函数ΔH0,ΔS0。

锆钴合金氢化反应热力学函数的计算

在有效原子实势近似下，采用 Ｇａｕｓｓｉａｎ ９８计算程序及 Ｂ３ＬＹＰ／ＳＤＤ密度泛函方法计算得到了 ＺｒＣｏ和ＺｒＣｏＨ分子的结构、力常数、离解能，能量（Ｅ）、熵（Ｓ）以及ＺｒＣｏ与氢同位素气体反应的热力学函数．在固态ＺｒＣｏ、ＺｒＣｏＨ（Ｄ、Ｔ）的Ｅ和Ｓ的计算中，近似以气态分子总能量中的振动能Ｅｖ代替该分子处于固态时的振动能量，以电子运动和振动运动熵ＳＥｖ代替分子处于固态的熵，在这种近似下，计算了不同温度下ＺｒＣｏ与Ｈ２、Ｄ２、Ｔ２反应的 Ｈ 、 Ｇ 、 Ｓ 及氢化反应平衡压力，导出了氢化反应温度与平衡压力的依赖关系．计算得出：ＺｒＣｏＨ、ＺｒＣｏＤ、ＺｒＣｏＴ的生成焓（３９８～５９８ Ｋ）分别为 ８２．８１、８１．５４和 ８０．４９ ｋＪ·ｍｏｌ－１，与实验结果有很好的一致性，表明这种近似处理方法是合理的，可以用于一些未知氢化物的热力学函数的近似计算。

长期秸秆还田对农田土壤水分运动与热力学函数关系初探

利用长期定位试验的土壤,研究了温度、水分、热力学函数之间的关系。结果表明,不同玉米秸秆还田土壤比较,土壤水势温度效应为高量玉米秸秆还田>低量玉米秸秆还田>单施化肥;在同一温度条件下,提高土壤水势可增加土壤非饱和导水率,呈现高量玉米秸秆还田>低量玉米秸秆还田、单施化肥;在相同的土壤含水量条件下,增加温度可提高土壤非饱和导水率,其导水率温度效应值(dk/dt)高量玉米秸秆还田<低量玉米秸秆还田和单施化肥。土壤含水量一定时,随着相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变增大,土壤非饱和导水率也增大,并且高量玉米秸秆还田大于低量玉米秸秆还田和单化施肥,拟合得出的相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变与土壤非饱和导水率方程,具有较好的适应性。

函数热力学一致性基础

近年来 ,随着国家能源利用技术、环境保护技术水平的提高 ,作为一个重要而有效的理论工具 ,火用分析方法已经从一般的过程能量分析发展到过程经济评价甚至过程的环境影响评价 ,即所谓过程可持续性评价的定量化分析 .给出了体现热力学一致性的火用函数普遍化基础表述及计算原理 ,强调火用分析采用合理的环境参考态模型、统一的热力学标准性质数据以及适宜的热力学模型的重要性 .基于ISO 136 0 0系列能源系统标准(1999～ )的概念和IUPAC的化学热力学标准压力的规定 ,基于国际上具有权威性的最新化合物标准生成Gibbs函数数据等修正了龟山等人提出的热力学平衡环境参考态模型 .修正模型由 2 98.15K和 1bar下的大气圈、水圈和地壳岩石圈中的选定基准物体系所组成 .提出了一个包含 80种常见化学元素标准火用数据体系 .另外 ,给出的氨水均相混合物计算实例表明 ,物质标准火用的数值是混合物火用函数的最主要构成 。

锆氢化反应热力学函数的计算

用B3LYP/SDD密度泛函方法计算了ZrH的微观性质,气态ZrH(D,T)的能量(E),熵(S)以及Zr与氢同位素气体反应的热力学函数.在ZrH(s)、ZrD(s)和ZrT(s)的E和S的计算中,近似以分子总能量中的振动能Ev代替固态能量,以电子和振动熵SEv代替固态熵.在这种近似下,计算了不同温度下Zr与H2、D2、T2反应的ΔH、ΔG、ΔS及氢化反应平衡压力,导出了与温度的依赖关系.计算结果表明,ZrH(s)的生成热为161.34 kJ·mol－1,与实验值(173.5 kJ·mol－1)接近,表明这种近似处理方法是合理的,可以用于研究贮氢材料氢化反应的热力学.

PuN基态分子势能函数与热力学函数的理论计算

在Pu的相对论有效原子实势近似和N原子 6 - 311G 全电子基函数下 ,用密度泛函B3LYP方法计算得到PuN分子基态X6Σ+ 的结构与势能函数、力常数与光谱数据 .同时计算得到PuN(g)分子在 2 98K时的标准生成热力学函数ΔfH0 、ΔS0 和ΔfG0 ,分别为 - 4 87.2 39kJ/mol、95 .345J/molK和 - 5 15 .6 6 6 1kJ/mol.

封闭体系热力学函数之间关系和四方形规则

在物理化学的教学与研究中 ,复杂的封闭体系热力学函数之间的关系一直是学习基础热力学的一个难题 ,本文在总结了大量应用实例的基础上 ,归纳出适合各种封闭体系热力学函数之间的经验规则——四方形规则。有利于封闭体系热力学函数关系式的记忆、应用与推导。

热平衡等离子体热力学函数理论计算

以统计热力学和化学平衡理论为基础,引用原子、分子的光谱数据,计算了在温度300～20000K范围内,双原子分子体系的热平衡等离子体的热力学函数(H、Cp,m)。给出了氮等离子体体系的分子离解度、电离度和摩尔定压热容随温度变化的关系曲线。所得结果在较低温度范围与经验公式表达的结果良好相符。对较高温度区间的结果作了分析和讨论,并利用最小二乘法给出了氮体系的摩尔热容量的拟合公式。为热等离子体的应用提供了可以参考的数据。

非饱和土壤水分运动与热力学函数关系初探

在不同的温度条件下，研究了土壤水势对水分运动的影响。结果表明，在同一温度条件下，提高土壤水势可增加土壤非饱和导水率，呈现黄绵土＞ 土。在相同的土壤含水量条件下，增加温度可提高土壤非饱和导水率，其导水率温度效应值 土＞黄绵土。土壤含水量一定时，随着相对偏摩尔自由能变 和相对偏摩尔焓变 增大，土壤非饱和导水率也增大，并且呈现出黄绵土＞ 土，拟合得出的相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变 与土壤非饱和导水率方程，具有较好的适应性。

盐类溶解动力学的数学模型和热力学函数

总结了研究盐类溶解动力学的方法和数学模型。采用C语言编写了自动寻优的单线形法 ,实现了含 4个参数的通用程序 ,并例举了研究实例。另外讨论了热力学函数的处理 。

微乳液的热力学性质 Ⅰ.芳烃类的侧链链长对微乳液热力学函数影响

本文研究以非离子型表面活性剂-正辛醇-水-芳烃类所组成的微乳液,探讨醇从油相转移到界面相时的自由能变化,以及温度对自由能的影响。计算出熵和焓的变化,发现在实验范围内,上述热力学函数的对数值与芳烃侧链的碳原子数(n)呈线性关系: ln(-⊿G_(30°O)~0,s→i)=-8.67+0.118n ln⊿H_(s→i)=12.0-0.604n ln⊿S_(s→i)~0=6.32-0.55n 这些关系式对微乳液的构成和稳定性的讨论是重要的,还对几种芳烃异构体所构成的微乳液的热力学函数进行了实验和讨论。