淺談《物理化學(xué)》教材中的幾個(gè)熱力學(xué)問題

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(成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系)

物理化學(xué)主要是運(yùn)用物理和數(shù)學(xué)的有關(guān)理論與方法，從物理現(xiàn)象與化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，研究物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，因此又叫“理論化學(xué)”。該課程對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高科學(xué)素質(zhì)有極其重要的作用，在人才培養(yǎng)中有極其重要的地位。學(xué)好物理化學(xué)，才能從本質(zhì)上理解化學(xué)運(yùn)動(dòng)，從理論上解釋化學(xué)現(xiàn)象，才能更系統(tǒng)、更深刻地掌握化學(xué)規(guī)律。學(xué)習(xí)物理化學(xué)，能幫助學(xué)生樹立正確的自然觀，掌握科學(xué)的方法論。

不管是理科，還是工科的學(xué)生很多專業(yè)比如化學(xué)、化工、材料、生物、醫(yī)藥、地質(zhì)等，物理化學(xué)學(xué)習(xí)的好壞會(huì)直接影響他們后期課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。特別是化工專業(yè)，我們學(xué)校的化學(xué)工程專業(yè)的后期課程有化工原理、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、相平衡等都會(huì)用到物理化學(xué)所學(xué)的基礎(chǔ)知識。據(jù)化工專業(yè)老師的說法是，化工專業(yè)課學(xué)不好是因?yàn)椤段锢砘瘜W(xué)》課沒有學(xué)好，當(dāng)然我們不管這個(gè)說法的對錯(cuò)，這也說明了《物理化學(xué)》課程學(xué)習(xí)的重要性。

《物理化學(xué)》是物理和化學(xué)的交叉學(xué)科，理論性、邏輯性都很強(qiáng)，公式多、概念比較抽象。不管是老師，還是初學(xué)的學(xué)生都有一定的難度。現(xiàn)將幾個(gè)在物理化學(xué)教學(xué)中的幾個(gè)問題總結(jié)出來供大家思考。

一、《物理化學(xué)》中邏輯思維的建立

物理化學(xué)是四大化學(xué)：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)中最難學(xué)的一門學(xué)科，難學(xué)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(xué)實(shí)踐中體會(huì)到，要化難為易，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，除了上好理論課外，習(xí)題課是個(gè)重要的、必有可少的環(huán)節(jié)。物理化學(xué)尤其是化學(xué)熱力學(xué)公式多、限制條件多，公式的應(yīng)用必須注意公式的使用條件，否則解題結(jié)果就是錯(cuò)誤的。物理化學(xué)中的許多公式是由最基本的公式通過純數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來的，推導(dǎo)過程中提出的條件就是公式的應(yīng)用條件。要理解公式的推導(dǎo)過程來記憶公式和公式的使用條件。所以在學(xué)習(xí)中建立學(xué)生的邏輯思維很重要，對學(xué)習(xí)物理化學(xué)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(huán)境條件下，系統(tǒng)發(fā)生由始態(tài)到終態(tài)的變化，我們稱系統(tǒng)發(fā)生了一個(gè)熱力學(xué)過程，簡稱過程。”途徑的定義是：“系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的變化可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)不同的步驟來完成，這種具體的步驟則稱為途徑。”這兩個(gè)概念對初學(xué)者來說可能有點(diǎn)混淆。其實(shí)過程就是：在一定環(huán)境條件下，系統(tǒng)由一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化；途徑是系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的整個(gè)變化，它可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)不同的過程來完成。

三、化學(xué)熱力學(xué)中一些公式在應(yīng)用時(shí)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(diǎn)：(1)變化無限小，由一系列非常接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成；(2)系統(tǒng)由始態(tài)過程發(fā)生后，沿著原來的途徑再回到原來的狀態(tài)，系統(tǒng)和環(huán)境同時(shí)復(fù)原；(3)在等溫可逆膨脹過程中系統(tǒng)對環(huán)境做最大功，在等溫可逆壓縮過程中環(huán)境對系統(tǒng)做最小功。通常情況下簡單變化過程是否是可逆過程根據(jù)可逆過程的特點(diǎn)來判斷；相變化過程通常把在相變點(diǎn)發(fā)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(gè)問題在很多版本的習(xí)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(guī)定

在熱力學(xué)中功的符號規(guī)定有兩種，面對這兩種符號規(guī)定的不同，體積功W的計(jì)算公式和熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式都不一樣。一種是：系統(tǒng)對環(huán)境做功，系統(tǒng)失功，功值為“-”，環(huán)境對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)得功，功值為“+”：

物理學(xué)中很多教材W的符號規(guī)定是第一種，物理化學(xué)的教材中兩種都有。對于初學(xué)物理化學(xué)的學(xué)生來說，經(jīng)常會(huì)混淆在一起，公式交叉用，計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

總之，在物理化學(xué)的學(xué)習(xí)中有很多類似的問題，當(dāng)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(jìn)行探討。