物理化学学习方法

物理化学学习方法

关于热力学定律和热力学基本方程物理化学学习方法

物理化学学习方法

在谈学习方法之前，首先要转变一个观念，夸大教师在学习上的作用。关于教与学，向来就有猎枪与干粮、渔与鱼之争，干粮与鱼总有吃尽的时候，而唯有成为渔翁和猎人才有取之不尽的食物，那种把一切都在课堂上讲懂的是不负责任的大学教师，一个孩子总要断奶，教师的作用是释疑，使学生在学习时少走弯路、事半功倍。丢掉幻想，一切靠自己钻研、思考和领悟。

犹如没有包医百病的灵丹妙药，不存在适合于任何人的奇妙的学习方法。

我自己学习物理化学的方法，应该说也走过弯路，最后形成了自己的方法，择其一二介绍如下。

一、勤于思考：十分重视教科书，把其原理、公式、概念、应用一一认真思考，不粗枝大叶，且眼手并用，不放过细节，如数学运算。对抽象的概念如熵等千方百计领悟其物理意义，甚至不妨采用形象化的理解。适当地与同学老师交流、讨论，在交流中摒弃错误。

二、勤于应用：在学习阶段要有意识地应用原理去解释客观事物，去做好每一道习题，与做物化实验一样，“应用”对加深对原理的理解有神奇的功效，有许多难点是通过解题才真正明白的。做习题不在于多，而在于精。对于典型的题做完后一定要总结和讨论，力求多一点“觉悟”。以我的习惯宁肯精做一题，也不马虎做十题。过分地依赖题解书是十分有害的。

三、勤于对比与总结：这里有纵横二个方面，就纵向来说，一个概念原理总是经历提出、论证、应用、扩展等过程，并在课程中多次出现，进行总结定会给你豁然开朗的感觉。就横向来说，一定存在相关的原理，其间一定有内在的联系，如熵增原理、Gibbs自由能减少原理、平衡态稳定性等，通过对比对其相互关系、应用条件等定会有更深的理解，又如把许多相似的公式列出对比也能从相似与差别中感受其意义与功能。初学物化一定要有自己的笔记本，在课堂上做笔记，在自习时进行总结，并随时记下自己学习中的问题及感悟到的思想火花。

书本上的、课堂上的物化都不属于自己，只有经历刻苦学习转化为自己的“觉悟”才是终身有用的。

第二、三章是热力学部分的核心与精华，在学习和领会本章内容中，有几个问题要作些说明。

1. 热力学方法在由实践归纳得出的普遍规律的基础上进行演绎推论的一种方法。

热力学中的归纳，是从特殊到一般的过程，也是从现象到本质的过程。拿第二定律来说，人们用各种方法制造第二类永动机，但都失败了，因而归纳出一般结论，第二类永动机是造不出来的，换句话说，功变为热是不可逆过程。第二定律抓住了所有宏观过程的本质，即不可逆性。

热力学方法的主体是演绎。热力学的整个体系，就是在几个基本定律的基础上，通过循环和可逆过程的帮助，由演绎得出的大量推论所构成。有些推论与基本定律一样具有普遍性，有些则结合了一定的条件，因而带有特殊性。例如从第二定律出发，根据可逆过程的特性，证明了卡诺定理，并得出热力学温标，然后导出了克劳修斯不等式，最终得出了熵和普遍的可逆性判据。以后又导出一些特殊条件下的可逆性判据。这个漫长的演绎推理过程，具有极强的逻辑性，是热力学精华之所在。采用循环和以可逆过程为参照，则是热力学独特的基本方法。

2. 热力学基本方程是热力学理论框架的中心热力学基本方程将p、V、T、S、U、H、A、G 等八个状态函数及其变化联系起来，它是一种普遍联系，可以由一些性质预测或计算另一些性质。只要输入的数据是可靠的，得到的结果必定可靠。例如根据由基本方程导得的克拉佩龙-克劳修斯方程，可由较容易测定的

饱和蒸气压随温度的变化，预测较难测定的相变热，这种预测是热力学理论最能动之所在。

3. 解决实际问题时还必须输入物质特性热力学理论是一种普遍规律，必须结合实际系统的特点，才能得出有用结果。实际系统的物质特性主要有两类，即第一章所介绍的pVT关系和标准态热性质。这两类性质本身并不能从热力学理论得到，它们来自直接实验测定、经验半经验方法，或更深层次的统计力学理论。

4. 过程的方向和限度以及能量的有效利用是两类主要的应用它们都植根

于可逆性判据或不可逆程度的度量。由此得出的平衡判据，即前者的依据，由此得出的功损失和有效能概念，则是后者的出发点。还要指出，不可逆程度还将引出第三个重要的应用领域，即不可逆过程的热力学，不可逆程度与时间联系，就是不可逆过程热力学中的重要概念"熵产生"。

5. 热力学计算主要内容是Q、W、ΔU、.H、ΔS、ΔA和ΔG的计算。最基本的公式有两个，还有六个最基本的定义式，由此派生出的许多公式，大都是结合某种条件的产物。当求解具体问题时，要注意：

⑴明确所研究的系统和相应的环境。

⑵问题的类型：I. 理想气体的pVT变化；Ⅱ.实际气体、液体或固体的pVT 变化；Ⅲ.相变化；Ⅳ.化学变化；Ⅴ.上述各种类型的综合。

⑶过程的特征：a. 恒温可逆过程；b. 恒温过程；c. 绝热可逆过程；d. 绝热过程；e. 恒压过程；f.恒容过程；g. 上述各种过程的综合；h. 循环过程。

⑷确定初终态。

⑸所提供的物质特性，即pVT关系和标准热性质。

⑹寻找合适的计算公式。这是最费神也是最重要的一步。复杂性在于：a. 具体计算公式都是有条件的，不同类型不同过程的公式不能张冠李戴。b. Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG是相互关联的，计算时要注意方法和技巧。先计算哪一个要根据具体情况而定，选择得合适往往可以大大简化计算过程。c. 有些还需要设计过程进行计算。设计过程是因为直接计算有困难，但由于状态函数的变化只决定于初终态，因而可以利用题目所给条件，设计有效过程，达到原来的计算目的。

关于多组分系统的热力学，逸度和活度

本章的两大部分分别是第二章和第一章内容向多组分系统的延伸。

第一部分是多组分系统的热力学普遍规律，核心是引入化学势μi。组成可变的多组分系统热力学基本方程与组成不变的相应方程的区别，就在于多了一项系数Σμidni。由此得到适用于相变化和化学变化过程的平衡判据，并得出用化学势表示的相平衡条件和化学平衡条件。它们将成为进一步研究相平衡和化学平衡的出发点。但正如本书着重强调的，普遍规律必须结合物质特性才能解决实际问题，后者就是第二部分的中心内容，它总结了本世纪初至今物理化学和化工热力学界所积累的丰富经验，其目标是提供统一而又简洁的化学势表达式。这就要求对物质特性作重新概括。逸度和活度的引入是这种重新概括的成果。它们共同的巧妙之处，在于选用了恰当的参考状态，或已经包含了物质特性的相当重要部分，而这部分在进一步推导时又大多消去。剩下的实际组分与处于参考状态的