物理化學學習方法探討

摘 要：物理化學是化工專業四大基礎化學之一，由于其概念繁多且抽象，學生在學習的過程中難免會遇到很多困難。本文給出了三種學習物理化學的方法，以期幫助學生們能更好地學習這門課程。

關鍵詞：列點對比法 數學證明法 由表及里法 物理化學

引言

物理化學是化工專業必修的專業基礎課程，是一門理論性和應用性較強的課程。由于本課程的基本概念和理論抽象，公式推導與計算較難，學生系統掌握該課程的內容比較困難。為了使學生更好地理解和掌握其基本原理及實

際應用，筆者在長期研究這門課程特點的基礎上，給出了三種學習該課程的方法。

一、列點對比法

列點對比法是針對該課程中基本概念繁雜而提出的。先將概念橫向分解成各個小的知識點，以表格或者點狀的形式，分成定義、公式、意義、應用條件等一一列舉出來，然后將相似的概念放在一起，縱向加以對比，這樣可以使知識明了、思路清晰。在此以三大常用判據為例［１］，闡述這種學習方法。

（一）熵判據

1. 數學表達式：

2. 理解

（1）在絕熱的條件下，系統發生不可逆過程時，其熵值是增大的；系統發生可逆過程時，其熵值是不變的；不可能發生熵值是減小的過程，此規律也稱為熵增［１］原理。如果系統的過程不是在絕熱的條件下進行的，那么在計算和理解時應該把系統和環境加在一起看成一個整體，應用熵增原理，即系統的熵值加上環境熵值也符合以上的敘述：

（2）熵增原理是判斷隔離系統內部發生一過程時該過程是否可逆的依據，其數學表達式叫做克勞修斯不等式，又叫做熵判據。

（二）亥姆赫茲函數判據

1. 數學表達式

ΔA≤0＜自發=平衡

2. 理解

（1）條件：恒溫恒容，非體積功為零，封閉系統。

（2） 結論：系統ΔA＜0的過程為自發過程，系統ΔA=0的過程為平衡過程，不可能發生A增大的過程。

(4) 其它：A是狀態函數，單位為J，其絕對值不知，為廣度量。

(三) 吉布斯函數判據

1. 數學表達式

ΔG≤0＜自發=平衡

2. 理解

（１） 條件：恒溫恒壓，非體積功為零，封閉系統。

（２） 結論：系統ΔG＜0的過程為自發過程，系統ΔG=0的過程為平衡過程，不可能發生G增大的過程。

（4） 其它：G是狀態函數，單位為J，其絕對值不知，為廣度量。

二、數學證明法

數學證明法是針對該課程中的一些定律與公式具有相關性而提出的，主要是從純數學的角度，結合物理化學的一些基本公式，推導各個定律與公式的相關性，如三大定律、三大常用判據等，甚至一些概念也可以通過這個方法得到相互關系與推導。此處以三大判據的一致性為例，給予證明［２］，闡明數學證明法。

（一）熵判據與亥姆赫茲函數判據的一致性

三、由表及里記憶法

學習物理化學除了需要理解各個知識點以外，還需要很多記憶的知識。然而這些知識復雜、繁多，這就要求有很好的記憶方法。由表及里法就是一種較好的方法。這種方法主要是先拋開物理化學中概念的物理意義，純粹從數學與字母的角度找規律進行記憶，然后賦予其物理意義，這樣能達到意想不到的效果，如熱力學十九個公式、相圖等知識的記憶。此處以四個基本熱力學微分式為例［３］，闡述由表及里記憶法。

四個基本熱力學微分式是dG=-SdT+VdP ，dA=-SdT-PdV， dH=TdS +VdP ，dU=TdS-PdV。

觀察這些方程式不難發現，它們中的每一項都有相同的能量量綱，即都是焦耳。其次，S和T總是在一起，V和P總是在一起(相乘)，沒有例外關系。dG、dA、 dH、dU能作為過程方向的判據是一個常識，其判據條件一般情況下分別為等溫等壓、等溫等容、等熵等壓、等熵等容。通常有G=G(T，P)， A=A(T，V) ，H=H(S，P)， U=U(S，V)。

將這些判據條件dT、dP、dS、dV代入以上四個基本熱力學微分式，則dG、dA、dH、dU全部為零，聯系以上的關系，不難寫出四個基本關系式:

符號如何確定呢?記住V、T兩個變量的微分或者偏分前面的符號加負號，其他為正。

這樣上式就成了dG=-SdT+VdP。其他的三個基本關系式以及熱力學中十九個關系都可以用這種方法進行記憶。對于相圖的記憶也可以如此，先記住各個相區的字母，然后在單個記憶字母的含義，結合起來就更很好記憶了。

參考文獻:

[1] 天津大學物理化學教研室.物理化學（第四版，上冊）[M].北京:高等教育出版社，2001.

[2] 馬松艷，趙東江.熱力學過程性質及方向和限度判據的研究(Ⅱ)——熱力學判據的一致性及特點[J] .綏化學院學報，2006，26（3）:52-53.

[3] 吳新明，焦雅文.物理化學中十九個基本熱力學函數關系式的記憶方法[J].培訓與研究，湖北教育學院學報，2001，18(5):29-30.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”