摘 要： 在化學教學中結(jié)合熵增加原理的應(yīng)用實例進行教學可以幫助學生認識化學科學在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，使學生認識到我們所學的化學是在生產(chǎn)和生活中有著廣泛應(yīng)用的科學，進而激發(fā)學生學好化學的興趣。
　　關(guān)鍵詞： 高中化學新課程 熵變 激發(fā)興趣
　　
　　《普通高中化學課程標準（實驗）》（以下簡稱化學課程標準）在內(nèi)容標準中明確要求：能用焓變和熵變說明化學反應(yīng)的方向。這是我國自1949年以來首次在中學化學課程目標中提出熵變的知識要求，根據(jù)化學課程標準編寫的高中化學教材中也以不同的方式呈現(xiàn)了熵變的相關(guān)內(nèi)容。為什么在中學化學課程中要增加熵變的內(nèi)容呢？在化學教學中如何進行熵變的教學？我就這一問題談?wù)勏敕ā?br/>　　1.熵和熵變
　　熵（entroy）的概念最早由克勞修斯引進熱力學的。1877年，波爾茲曼從微觀角度對熵加以詮注：熵是組成系統(tǒng)的微觀粒子熱運動混亂程度大小的量度，系統(tǒng)微觀態(tài)數(shù)目（Ω）與組成系統(tǒng)的微觀粒子熱運動的混亂程度（S）成正比，即S=klnΩ。
　　當系統(tǒng)發(fā)生變化時，其方向和限度可以用熵變來度量。在孤立系統(tǒng)（體系與環(huán)境之間既沒有物質(zhì)交換，也沒有能量交換）中進行的一切不可逆變化過程總是向熵增加的方向進行，這就是著名的熵增大原理。對于可逆過程，在孤立體系中，系統(tǒng)自發(fā)地由非平衡態(tài)趨向平衡態(tài)的過程是一種熵增加的過程，平衡態(tài)的熵最大。
　　對于通常討論的化學反應(yīng)系統(tǒng)，往往都不是孤立（或絕熱）系統(tǒng)，而是與環(huán)境之間僅有能量交換沒有物質(zhì)交換的封閉體系，體系的自由能變與體系的焓變和熵變之間存在著下列關(guān)系：
　　ΔG=ΔH-T?ΔS。
　　體系的自由能變ΔG可用作化學反應(yīng)的方向和限度的判據(jù)。
　　ΔG＜0（反應(yīng)正向自發(fā)進行）=0（反應(yīng)達到平衡狀態(tài)）＞0（反應(yīng)逆向自發(fā)進行）
　　2.中學化學教學中熵變的教學要求
　　為了落實化學課程標準對熵變的教學要求，人民教育出版社出版的高中化學教材在《化學反應(yīng)原理》中給出了這樣的描述：“在自然界還存在著另一種能夠推動體系變化的因素，即在密閉條件下，體系有由有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向……在與外界隔離的體系中，自發(fā)過程將導致體系的熵增大，這個原理也叫熵增加原理，在用得來判斷過程方向時，就稱為熵判據(jù)。由能量判據(jù)（以焓變?yōu)榛A(chǔ)）和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)，將更適合于所有的過程。”江蘇教育出版社出版的高中化學教材在《化學反應(yīng)原理》中也給出了相似的描述：“除了熱效應(yīng)外，決定化學反應(yīng)能否自發(fā)性進行的另一個因素是體系的混亂程度，衡量一個體系混亂程度的物理量叫做熵，反應(yīng)前后體系熵的變叫做反應(yīng)的熵變（ΔS）?；瘜W反應(yīng)的ΔS越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進行……體系能量降低和體系混亂度增大都有促使反應(yīng)自發(fā)進行的傾向，要正確判斷一個化學反應(yīng)是否能自發(fā)進行，必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變?！?br/>　　分析化學課程標準熵變的教學要求和高中化學教材中熵變內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，中學化學課程中“熵變”的學習目標可概括為：
　　（1）知道可以用熵衡量一個體系混亂程度。
　?。?）知道體系的熵增大有利于反應(yīng)的自發(fā)進行。
　　（3）能用焓變和熵變對常見簡單化學反應(yīng)方向做出說明。
　　因而，在實際化學教學中，我們應(yīng)根據(jù)課程標準和教材的教學要求組織教學，重點是讓學生知道不僅僅是放熱有利于反應(yīng)的自發(fā)進行，體系的熵增大也能促使反應(yīng)自發(fā)進行。而對于“能用焓變和熵變說明化學反應(yīng)的方向”的教學要求的落實，我們要很好地理解“說明”二字，不能要求學生用焓變和熵變“判斷”化學反應(yīng)的方向，因為對反應(yīng)方向的判斷必須要綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變。例如，我們可以要求學生：說明常溫常壓下反應(yīng)2H（g）+O（g）=2HO（g）能自發(fā)進行的原因（答案：ΔH＜0），或說明高溫下反應(yīng)2HO（g）=2H（g）+O（g）能自發(fā)進行的原因（答案：ΔS＞0），由于學生已有的知識和經(jīng)驗知道氫氣在氧氣中燃燒是放熱反應(yīng)，而水分解成氫氣和氧氣的反應(yīng)體系的混亂度增加，因而學生能夠順利地回答這類問題。但是我們不能要求學生回答諸如“判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進行”或“指出下列反應(yīng)自發(fā)進行的方向”等問題，因為學生已有的知識不能回答這類問題，而且這類問題的解決也超出了中學化學課程標準的要求。
　　3.中學化學課程中增加熵變內(nèi)容的意義
　　3.1激發(fā)學生學習化學的興趣
　　雖然熵和熵變最初是兩個基本的熱力學的概念，但熵的概念已經(jīng)滲透到化學、生物學、經(jīng)濟學、社會學等自然科學和社會科學的各個領(lǐng)域。近代社會中的資源問題，環(huán)境問題，人口爆炸性增長問題，也存在著熵的問題，已有人提出，熵是一種新的世界觀。在化學教學中結(jié)合熵增加原理的應(yīng)用實例進行教學可以幫助學生認識化學科學在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，使學生認識到我們所學的化學是在生產(chǎn)和生活中有著廣泛應(yīng)用的科學，是能夠造福社會造福人類的科學，進而激發(fā)學生學好化學的興趣。
　　例如，生命體的生長、發(fā)展、繁殖和新陳代謝，是靠生物體中成千上萬個生物化學反應(yīng)高度有序、協(xié)同一致來實現(xiàn)的。破壞了這種對于生命系統(tǒng)的有序，生命就無法持維。生命體是一個與周圍環(huán)境不斷進行物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總熵變?yōu)椋?br/>　　ΔS=ΔS+ΔS。
　　式中ΔS為系統(tǒng)的總熵變化率，ΔS為系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量所引起的熵變，ΔS為系統(tǒng)內(nèi)部的不可逆過程引起的熵變，根據(jù)熵增加原理，ΔS≥0，若ΔS＜ΔS，即系統(tǒng)通過與外界交換物質(zhì)和能量獲取的負熵足夠強。它除了抵消系統(tǒng)內(nèi)部的熵增外，還能使系統(tǒng)的總熵減少，表示系統(tǒng)將從無序轉(zhuǎn)向有序。
　　達爾文進化論指出，進化的方向由簡單到復雜、由低級到高級。總之，是朝有序的方向發(fā)展的。生物體從外界吸收營養(yǎng)、排出廢物就是吸收高度有序的低熵大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、淀粉）而排出無序的高熵小分子物體，使體系的總熵減小，從而維持生命。
　　3.2幫助學生形成科學發(fā)展觀
　　讓學生形成構(gòu)建和諧社會和可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展觀是化學教育的重要目標之一，在化學教學中增加熵變內(nèi)容的教學可以幫助學生很好地理解科學發(fā)展觀的本質(zhì)，促使學生為構(gòu)建和諧社會和可持續(xù)發(fā)展做出努力。
　　從熱力學角度來看社會，人類社會是一個開放的系統(tǒng)。社會系統(tǒng)要維持內(nèi)部的有序性與進化，必須首先依靠能量、負熵的輸入。在這個意義上，“能量流”是社會的生命與發(fā)展之源，社會發(fā)展依賴于更大規(guī)模的獲取、儲存和利用能量。但論在地球上還是在宇宙任何地方建立起任何秩序，都必須以周圍環(huán)境的更大混亂為代價，因為宇宙的能量總和是個常數(shù)，總的熵是不斷增加的。當熵達到最大值時，則表示一切有效能量均消耗殆盡。
　　地球環(huán)境—能源（資源）—人類社會共同構(gòu)成一個復雜的復合系統(tǒng)。人類通過生產(chǎn)活動（進行能量轉(zhuǎn)換的活動）從自然界獲得能量，當能量通過生產(chǎn)活動進入人類社會以后，它要流經(jīng)社會的每一部分，最后被消耗掉，廢物排放到自然環(huán)境。由于人類無節(jié)制地開采和消耗化石能源和其他礦物資源，從而不僅使大面積的地質(zhì)環(huán)境和地表環(huán)境受到破壞，使海洋環(huán)境受到嚴重污染，而且由于超極限的排放CO、SO、NO等溫室氣體和酸性氣體的污染物質(zhì)，引發(fā)了氣候變暖、酸沉降和大氣污染、土地荒漠化、生物多樣性銳減等全球性的環(huán)境問題，使人類的可持續(xù)生存和發(fā)展面臨空前的危機。
　　熵增加原理告訴我們，要擺脫社會可持續(xù)發(fā)展與昂貴的生存環(huán)境代價的兩難境地，人類必須自覺走進低能耗和低熵社會。要以環(huán)境能源（資源）倫理道德體系和法律政策體系為社會支持，規(guī)范人們的能源（資源）開發(fā)和消費方式、生產(chǎn)活動方式和社會生活方式，實現(xiàn)人類社會由工業(yè)化的生產(chǎn)、生活方式向生態(tài)社會的生產(chǎn)、生活方式的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)低熵的人類社會與低熵的地球環(huán)境系統(tǒng)的和諧相處、共同進化和發(fā)展。
　　
　　參考文獻：
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