淺談《物理化學》教材中的幾個熱力學問題

2019-05-13 11:30:06劉光燦李絳

中國校外教育(下旬) 2019年5期

劉光燦李絳

【摘要】? 從物理化學的邏輯思維的建立、一些熱力學公式在應用時概念的混淆、可逆過程、W的符號規定等幾個問題入手，說明《物理化學》教材中抽象不好理解、容易混淆和不好掌握的一些概念，并對一些公式進行解讀。

【關鍵詞】? 化學熱力學邏輯思維吉布斯函數

物理化學主要是運用物理和數學的有關理論與方法，從物理現象與化學現象的聯系入手，研究物質化學運動的普遍規律，因此又叫“理論化學”。該課程對培養學生創新能力，提高科學素質有極其重要的作用，在人才培養中有極其重要的地位。學好物理化學，才能從本質上理解化學運動，從理論上解釋化學現象，才能更系統、更深刻地掌握化學規律。學習物理化學，能幫助學生樹立正確的自然觀，掌握科學的方法論。

不管是理科，還是工科的學生很多專業比如化學、化工、材料、生物、醫藥、地質等，物理化學學習的好壞會直接影響他們后期課程的學習和應用。特別是化工專業，我們學校的化學工程專業的后期課程有化工原理、化工熱力學、化學反應工程、相平衡等都會用到物理化學所學的基礎知識。據化工專業老師的說法是，化工專業課學不好是因為《物理化學》課沒有學好，當然我們不管這個說法的對錯，這也說明了《物理化學》課程學習的重要性。

《物理化學》是物理和化學的交叉學科，理論性、邏輯性都很強，公式多、概念比較抽象。不管是老師，還是初學的學生都有一定的難度。現將幾個在物理化學教學中的幾個問題總結出來供大家思考。

一、《物理化學》中邏輯思維的建立

物理化學是四大化學：無機化學、有機化學、分析化學和物理化學中最難學的一門學科，難學的原因在于它有許多基本概念、基本定律非常抽象，不好理解和掌握。我們在教學實踐中體會到，要化難為易，提高學生學習積極性，除了上好理論課外，習題課是個重要的、必有可少的環節。物理化學尤其是化學熱力學公式多、限制條件多，公式的應用必須注意公式的使用條件，否則解題結果就是錯誤的。物理化學中的許多公式是由最基本的公式通過純數學推導出來的，推導過程中提出的條件就是公式的應用條件。要理解公式的推導過程來記憶公式和公式的使用條件。所以在學習中建立學生的邏輯思維很重要，對學習物理化學可以起到事半功倍的作用。

二、過程與途徑的定義

有的書上過程的定義是：“在一定環境條件下，系統發生由始態到終態的變化，我們稱系統發生了一個熱力學過程，簡稱過程。”途徑的定義是：“系統由始態到終態的變化可以經由一個或多個不同的步驟來完成，這種具體的步驟則稱為途徑。”這兩個概念對初學者來說可能有點混淆。其實過程就是：在一定環境條件下，系統由一個狀態到另一個狀態的變化;途徑是系統由始態到終態的整個變化，它可以經由一個或多個不同的過程來完成。

三、化學熱力學中一些公式在應用時概念的混淆

四、可逆過程的判斷

可逆過程的概念很抽象，很多人很難理解，也很難把握哪些過程才能看成是可逆過程來處理。可逆過程有特點：（1）變化無限小，由一系列非常接近平衡的狀態所構成;（2）系統由始態過程發生后，沿著原來的途徑再回到原來的狀態，系統和環境同時復原;（3）在等溫可逆膨脹過程中系統對環境做最大功，在等溫可逆壓縮過程中環境對系統做最小功。通常情況下簡單變化過程是否是可逆過程根據可逆過程的特點來判斷;相變化過程通常把在相變點發生的相變用可逆過程來處理。對于恒溫過程是否是可逆過程？這個問題在很多版本的習題的里面都有，有的答案是：可逆過程;有的答案是：不是可逆過程;有的答案是：

不一定是可逆過程。

五、W的符號規定

在熱力學中功的符號規定有兩種，面對這兩種符號規定的不同，體積功W的計算公式和熱力學第一定律的表達式都不一樣。一種是：系統對環境做功，系統失功，功值為“-”，環境對系統做功，系統得功，功值為“+”：

物理學中很多教材W的符號規定是第一種，物理化學的教材中兩種都有。對于初學物理化學的學生來說，經常會混淆在一起，公式交叉用，計算結果錯誤。

總之，在物理化學的學習中有很多類似的問題，當然本文章對這些問題的看法也不一定正確，只是拋出一些問題進行探討。

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