淺談《物理化學》教材中的幾個熱力學問題

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(yīng)用時概念的混淆、可逆過程、W的符號規(guī)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(guān)鍵詞】? 化學熱力學 邏輯思維 吉布斯函數(shù)

物理化學主要是運用物理和數(shù)學的有關(guān)理論與方法，從物理現(xiàn)象與化學現(xiàn)象的聯(lián)系入手，研究物質(zhì)化學運動的普遍規(guī)律，因此又叫“理論化學”。該課程對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，提高科學素質(zhì)有極其重要的作用，在人才培養(yǎng)中有極其重要的地位。學好物理化學，才能從本質(zhì)上理解化學運動，從理論上解釋化學現(xiàn)象，才能更系統(tǒng)、更深刻地掌握化學規(guī)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(yè)比如化學、化工、材料、生物、醫(yī)藥、地質(zhì)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(yīng)用。特別是化工專業(yè)，我們學校的化學工程專業(yè)的后期課程有化工原理、化工熱力學、化學反應(yīng)工程、相平衡等都會用到物理化學所學的基礎(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(xiàn)將幾個在物理化學教學中的幾個問題總結(jié)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(huán)節(jié)。物理化學尤其是化學熱力學公式多、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)果就是錯誤的。物理化學中的許多公式是由最基本的公式通過純數(shù)學推導出來的，推導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(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)生了一個熱力學過程，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(huán)境條件下，系統(tǒng)由一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化;途徑是系統(tǒng)由始態(tài)到終態(tài)的整個變化，它可以經(jīng)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(yīng)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(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)境同時復原;（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)可逆過程的特點來判斷;相變化過程通常把在相變點發(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(guī)定

在熱力學中功的符號規(guī)定有兩種，面對這兩種符號規(guī)定的不同，體積功W的計算公式和熱力學第一定律的表達式都不一樣。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“+”：

物理學中很多教材W的符號規(guī)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(jīng)常會混淆在一起，公式交叉用，計算結(jié)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。

參考文獻：

[1] 傅獻彩，沈文霞，姚天揚.物理化學[M].高等教育出版社，2006.

[2]張宵鵬.物理化學同步輔導及習題全解[M].中國礦業(yè)大學出版社，2007.

[3]劉光燦.物理化學中化學熱力學的教與學[J].中國校外教育，2011，（06）：174.

[4]梁世強.了解物理化學前沿成果，啟迪學生的創(chuàng)新思維[J].廣州化工，1999，（04）：114.

[5]趙劍宇，劉滿紅.《物理化學》課程體系框架設(shè)計與實踐初探[J].云南民族學院學報，2002，（01）：578.

[6]劉輝.化學熱力學的記憶方法[J].大學教育，2014，（12）.

[7]傅楊武，陳明君.化學熱力學教學的思考與實踐[J].中國西部科技，2009，（08）：95.

[8]陳波珍，陳世枝.關(guān)于地質(zhì)類院校化學課程地位的再認識和體系改革的思考[J].中國地質(zhì)教育，1997，（02）：15.

[9]胡彩玲，李平輝，陳東旭.物理化學教學改革探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，（05）：188.

[10]謝輝.物理化學課程教學改革研究與實踐[J].化學試劑，2008，（10）：791.

[11]肖士民，謝家聲.在物理化學教學中突出教學方法的講授[J].化工高等教育，2003，（03）：68.