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中学化学教师关于熵的相关概念的常见迷思概念
 
更新日期:2020-07-22   来源:   浏览次数:176   在线投稿
 
 

核心提示:(1)将可逆反应与可逆过程混淆随堂学案中第2题中当问及教师什么是可逆过程时?,13.5%的教师认为相同条件下可以逆回到原始状态,48.1%的教师认为相同

 
 (1)将可逆反应与可逆过程混淆
随堂学案中第2题中当问及教师“什么是可逆过程时?”,13.5%的教师认为“相同条件下可以逆回到原始状态”, 48.1%的教师认为“相同条件下正逆反应同时进行”,15.4%的教师认为“正逆倾向相近”, 5.8%的教师认为“不同意上面任何三种说法”,只有7.7%的教师明确表示“可逆反应与可逆过程不同”,还有9.6%的教师空答。
说明大部分教师将可逆反应与可逆过程混淆。实际上可逆过程是:某过程之后,系统恢复原状的同时,环境也恢复了原状,并且环境中无任何能量的耗散。可逆反应是:在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应的方向进行的化学反应。可逆反应与可逆过程所描述的对象有本质差异,二者不能等同。从定义来看,可以这么理解,化学反应中,除了平衡状态,都是不可逆过程。但大部分中学化学教师并不清楚二者之间的关系,只是因为二者都有“可逆”二字,往往混为一谈,因此在用熵判据判断反应方向时容易出错。热力学第二定律是说孤立体系中,可逆过程中熵变为0,不可逆过程中熵变大于0,而非可逆反应与不可逆反应。
(2)忽视了熵值的规定性
熵值大小是人为规定的,是将热容从绝对零度到该温度进行积分所得,并且规定完美晶体在绝对零度熵值为0。大部分教师不清楚标准熵的大小到底代表了什么,也不清楚熵值的零点是怎么规定的。这种认识缺失的证据如下。
前测第7题中,对“并非所有晶体在绝对零度熵值都为0”的说法,只有19.2%的教师表示“原来就清楚地这样认识”。学案第12题的第2问,“从氢气和氧气的标准熵值大小来判断两种物质从0K加热到298K所吸收的热的关系的原因”,只有46.2%的教师认为“熵越大,储热能力越强”,25.0%的教师认为“没有提供热容数据,无法计算”,9.6%的教师认为“绝对温度与分子的动能成正比,所以相等”,5.8%的教师认为“氧气分子的质量大”,1.9%的教师认为“氢气分子的运动速度快”,还有11.6%的教师空答。
(3)片面地认为微观状态数的多少就等于微粒空间排列的方式数或某微观状态的无序程度
熵值大小与微观状态数多少的对数呈正比。而微观状态数的多少不等于某微观状态的无序程度,微观状态数的多少还表达了微粒占据不同能级的分布情况的总数,微观状态数刻画的是微粒的所有可能的微观状态的多少。但由于课本经常强调“熵是无序程度的量度”以及类比小球分配情况计算微粒空间分布的概率,教师往往会片面地认为微观状态数的多少就等于微粒空间排列的方式数或某微观状态的无序程度。
前测第2题中,关于“微观状态数表达微粒占据不同能级水平的分布方式的总数”的认同程度,只有5.8%的教师表示“原来就这样清楚的认识”。学案第9题第2问,对于“微观状态更无序不等于微观状态数更大,即熵值更大”的说法,只有17.3%的教师表示“原来就清楚地这样认识”。
(4)错误地认为体系熵变越大,体系的做功能力越大
体系熵值增加越多,表示体系做功能力减少地越多,即能量退降程度越大。但大部分教师并不清楚熵值变化与做功能力变化的关系,甚至错误地认为“体系熵变越大,体系的做功能力越大”。
前测第29题中,关于“体系的熵变与做功能力的关系”,只有21.2%的教师认为“体系的熵增越大,做功能力越弱”,44.2%的教师认为“体系的熵增越大,做功能力越强”,还有35.8%的教师不清楚。说明大部分教师存在该迷思概念。
(5)割裂地看待自由能,片面地认为体系自发倾向于低焓和高熵
自由能本质上是总熵的函数,自由能的减少代表总熵的增加。吉布斯公式ΔG=ΔH-TΔS中,ΔH代表了环境的熵变,ΔS代表了体系的熵变。根据热力学第二定律,只有总熵的变化才能决定自发反应的方向。所以割裂地去看待自由能的两部分,认为体系自发倾向于低焓和高熵是片面的,焓增或熵减的反应同样能自发。
前测第12题中,关于“根据自由能公式,体系倾向于低能量和高熵”的说法,40.4%的教师表示“原来就清楚地认识”,30.8%的教师表示“看到表示认同”。说明大部分教师存在该迷思概念。
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