浅谈《物理化学》教材中的几个热力学问题

刘光灿 李绛

【摘要】  从物理 化学的逻辑思维的建立、一些热力学公式在应用时概念的混淆、可逆过程、W的符号规定等几个问题入手，说明《物理化学》教材中抽象不好理解、容易混淆和不好掌握的一些概念，并对一些公式进行解读。

【关键词】  化学热力学 逻辑思维 吉布斯函数

物理化学主要是运用物理和数学的有关理论与方法，从物理现象与化学现象的联系入手，研究物质化学运动的普遍规律，因此又叫“理论化学”。该课程对培养学生创新能力，提高科学素质有极其重要的作用，在人才培养中有极其重要的地位。学好物理化学，才能从本质上理解化学运动，从理论上解释化学现象，才能更系统、更深刻地掌握化学规律。学习物理化学，能帮助学生树立正确的自然观，掌握科学的方法论。

不管是理科，还是工科的学生很多专业比如化学、化工、材料、生物、医药、地质等，物理化学学习的好坏会直接影响他们后期课程的学习和应用。特别是化工专业，我们学校的化学工程专业的后期课程有化工原理、化工热力学、化学反应工程、相平衡等都会用到物理化学所学的基础知识。据化工专业老师的说法是，化工专业课学不好是因为《物理化学》课没有学好，当然我们不管这个说法的對错，这也说明了《物理化学》课程学习的重要性。

《物理化学》是物理和化学的交叉学科，理论性、逻辑性都很强，公式多、概念比较抽象。不管是老师，还是初学的学生都有一定的难度。现将几个在物理化学教学中的几个问题总结出来供大家思考。

一、《物理化学》中逻辑思维的建立

物理化学是四大化学：无机化学、有机化学、分析化学和物理化学中最难学的一门学科，难学的原因在于它有许多基本概念、基本定律非常抽象，不好理解和掌握。我们在教学实践中体会到，要化难为易，提高学生学习积极性，除了上好理论课外，习题课是个重要的、必有可少的环节。物理化学尤其是化学热力学公式多、限制条件多，公式的应用必须注意公式的使用条件，否则解题结果就是错误的。物理化学中的许多公式是由最基本的公式通过纯数学推导出来的，推导过程中提出的条件就是公式的应用条件。要理解公式的推导过程来记忆公式和公式的使用条件。所以在学习中建立学生的逻辑思维很重要，对学习物理化学可以起到事半功倍的作用。

二、过程与途径的定义

有的书上过程的定义是：“在一定环境条件下，系统发生由始 态到终态的变化，我们称系统发生了一个热力学过程，简称过程。”途径的定义是：“系统由始态到终态的变化可以经由一个或多个不同的步骤来完成，这种具体的步骤则称为途径。”这两个概念对初学者来说可能有点混淆。其实过程就是：在一定环境条件下，系统由一个状态到另一个状态的变化;途径是系统由始态到终态的整个变化，它可以经由一个或多个不同的过程来完成。

三、化学热力学中一些公式在应用时概念的混淆

四、可逆过程的判断

可逆过程的概念很抽象，很多人很难理解，也很难把握哪些过程才能看成是可逆过程来处理。可逆过程有特点：（1）变化无限小，由一系列非常接近平衡的状态所构成;（2）系统由始态过程发生后，沿着原来的途径再回到原来的状态，系统和环境同时复原;（3）在等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功，在等温可逆压缩过程中环境对系统做最小功。通常情况下简单变化过程是否是可逆过程根据可逆过程的特点来判断;相变化过程通常把在相变点发生的相变用可逆过程来处理。对于恒温过程是否是可逆过程？这个问题在很多版本的习题的里面都有，有的答案是：可逆过程;有的答案是：不是可逆过程;有的答案是：

不一定是可逆过程。

五、W的符号规定

在热力学中功的符号规定有两种，面对这两种符号规定的不同，体积功W的计算公式和热力学第一定律的表达式都不一样。一种是：系统对环境做功，系统失功，功值为“-”，环境对系统做功，系统得功，功值为“+”：

物理学中很多教材W的符号规定是第一种，物理化学的教材中两种都有。对于初学物理化学的学生来说，经常会混淆在一起，公式交叉用，计算结果错误。

总之，在物理化学的学习中有很多类似的问题，当然本文章对这些问题的看法也不一定正确，只是抛出一些问题进行探讨。

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