關(guān)于《物理化學(xué)》課堂教學(xué)的思考

石月丹　劉春光　關(guān)曉輝

摘 要：在課堂教學(xué)中采用將相平衡教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的“理論聯(lián)系實(shí)際”的教學(xué)方式，有助于學(xué)生理解并掌握枯燥的相平衡理論知識，培養(yǎng)了學(xué)生的解決實(shí)際問題能力及理論聯(lián)系實(shí)際能力。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué) 相平衡 精餾

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1578（2015）10-0026-02

對于二組分體系，根據(jù)相率：C=2，f=C-Φ+2，Φmin=1，fmax=3，即有三個(gè)獨(dú)立可變因素，這三個(gè)變量通常是T，p和組成x。所以表示二組分體系狀態(tài)的相圖，需用三個(gè)坐標(biāo)的立體圖表示。但是由于三維立體圖一方面難畫，另一方面也難理解，所以對于二組分體相圖，通常保持一個(gè)變量不變，而得到立體圖形的截面圖，即用直角坐標(biāo)圖表示另外兩個(gè)量之間的關(guān)系，有如下三種情況[1-3]：

（1）保持溫度不變，得 p-x 圖 較常用

（2）保持壓力不變，得 T-x 圖 常用

（3）保持組成不變，得 T-p 圖 不常用。

兩個(gè)純液體可按任意比例互溶，每個(gè)組分都服從Raoult定律，這樣組成了理想的完全互溶雙液系，或稱為理想的液體混合物，如苯和甲苯，正己烷與正庚烷等結(jié)構(gòu)相似的化合物可形成這種雙液系。

1 理想的二組分液態(tài)混合物—完全互溶雙液系相圖

對于圖2要向?qū)W生交代清楚：①在等溫條件下，p-x-y 圖分為三個(gè)區(qū)域。在液相線之上，體系壓力高于任一混合物的飽和蒸氣壓，氣相無法存在，是液相區(qū)。②在氣相線之下，體系壓力低于任一混合物的飽和蒸氣壓，液相無法存在，是氣相區(qū)③在液相線和氣相線之間的梭形區(qū)內(nèi)，是氣-液兩相平衡。這樣學(xué)生容易理解并掌握p-x-y 圖，也有助于學(xué)生對T-x 圖的理解。

1.3 T-x 圖（沸點(diǎn)-組成圖）

首先，回顧前面所學(xué)沸點(diǎn)的定義及沸點(diǎn)與飽和蒸氣壓的關(guān)系：

沸點(diǎn)：外壓為大氣壓力，當(dāng)溶液的蒸氣壓等于外壓時(shí)，溶液沸騰，這時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)。純液體的飽和蒸氣壓越小，則沸點(diǎn)越高，反之亦然。相點(diǎn)：表示各相組成的點(diǎn)。系統(tǒng)點(diǎn)（物系點(diǎn)）：表示系統(tǒng)組成的點(diǎn)。

這里要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)：①某組成的蒸氣壓越高，其沸點(diǎn)越低，反之亦然。②在T-x 圖上氣相線與液相線均為曲線，且氣相線在上，液相線在下。③ T-x圖在討論蒸餾時(shí)十分有用，因?yàn)檎麴s通常在等壓下進(jìn)行。④相點(diǎn)與系統(tǒng)點(diǎn)的區(qū)別：在單相區(qū)內(nèi)二者重合，在兩相平衡區(qū)內(nèi)二者分離。⑤氣相線又稱為露點(diǎn)線，液相線又稱為泡點(diǎn)線。

2 杠桿規(guī)則（Lever rule）

在T-x圖上，由nA和nB混合成的物系的組成為xA。加熱到T1溫度，物系點(diǎn)C 落在兩相區(qū)，DE線稱為等溫連結(jié)線，落在DE線上所有物系點(diǎn)的對應(yīng)的液相和氣相組成，都由D點(diǎn)和E點(diǎn)的組成表示。如圖5所示。

3.1簡單蒸餾

簡單蒸餾只能把雙液系中的A和B粗略分開。（如圖6所示）

在A和B的T-x圖上，純A的沸點(diǎn)高于純B的沸點(diǎn)，則蒸餾時(shí)氣相中B組分的含量較高，液相中A組分的含量較高。一次簡單蒸餾，餾出物中B含量會顯著增加，剩余液體中A組分會增多。

3.2精餾

精餾是多次簡單蒸餾的組合。（如圖7所示）

假設(shè)原混合物的組成為x，系統(tǒng)的溫度已達(dá)到T3，物系點(diǎn)為O點(diǎn)，此時(shí)氣、液兩相的組成分別為x3和y3。將氣、液兩相分開，考慮氣相，把組成為y3的氣相冷卻到T2，此時(shí)物系點(diǎn)對應(yīng)的液相組成為x2，氣相組成為y2。將氣液兩相分開，使組成為y2的氣相冷卻到T1，此時(shí)物系點(diǎn)對應(yīng)的液相組成為x1，氣相組成為y1。以此類推，可得到y(tǒng)3

總之，采用在課堂教學(xué)中采用將相平衡教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的“理論聯(lián)系實(shí)際”的教學(xué)方式，助于學(xué)生理解并掌握枯燥的相平衡基礎(chǔ)理論知識，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際問題的能力及理論聯(lián)系實(shí)際能力的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)等.物理化學(xué)（第五版）[M].北京：高教出版社，2005.

[2]王正烈，周亞平.物理化學(xué)（第四版）[M].北京：高教出版社，2003.

[3]王新平，王旭珍，王新葵.物理化學(xué)[M].北京：高教出版社，2005.