1.化学变化的方向和限度 在指定条件下，一个化学反应能否朝着预定的方向进行，如果该反应能够进行，则它 将达到什么限度？外界条件如温度，压力，浓度等对反应的方向和平衡位置有什么影响，如何 控制外界条件使我们所设计的反应途径按预定的方向进行：对于一个给定反应，能量的变化关 系怎样，这些问题的研究都属于物理化学中的化学热力学范畴，它以热力学两个基本定律为基 础，主要解决化学变化的方向以及与平衡有关的一些问题。 2.化学反应的速率和机理 我们知道化学反应千差万别，速率有快有慢，快的瞬间完成，慢的需几十年甚至上千 年。一个化学反应速率为什么有这样大的差别。在一定条件下，一个化学反应的速度究竞有多 大？反应是经过什么样的机理进行的，外界条件温度，压力，浓度，催化剂对反应速率有什么 影响？怎样才能有效的控制化学反应，抑制副反应的发生，使之按照我们所需要的方向以适当 速度进行。这些问题的研究属于物理化学中化学动力学范畴 3.物质结构和性能之间的关系 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的，深入了解物质内部的结构， 不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当的外因作用下，物质的结构将发 生怎样的变化，这对于合成有特殊用途的新材料方面提供方向和线索。 总的说来，物理化学的任务是把化学领域中各个现象联系起来，对其中的一般规律性与以更深 刻、更本质的探讨。并通过揭示的客观规律来指导化工生产和科学研究的实践。 §0.3物理化学的研究方法 1.科学研究方法 物理化学是探求化学内在的，普遍规律性的一门学科，使自然学科中的一个分支，他的 研究方法和一般的科学研究方法有着共同之处。物理化学理论的发展完全符合辩证唯物论的认 识论。注重实践，按照实践-一认识再实践的这一形式。往复循环，以至无穷。每一循环的内 容，都比较地进入到高一级的程度。使物理化学学科不断深入发展。科学的研究方法，首先是 观察客观现象，在已有知识基础上，进行有计划地重现试验，这种重现实验可以人为的控制一 些因素和条件，忽略次要因素抓住主要矛盾，从复杂的现象中找出规律性的东西。这是初步实 践，然后根据实验数据，分析，归纳出若干经验定律。当然这种定律还只是客观事物规律性的 描述，还不能了解这种规律性的本质和内在原因，这是初步认识或者叫感性认识，为了揭示这 种定律的内在原因，就必须根据已知试验事实，通过归纳，演绎，提出假说或模型，根据假说 作出逻辑性的推理，还可以预测客观事物新的现象和规律，如果这种预测能为多方面的实验所 证实，则假说就成为理论，这可以看成是理性认识。但随着人们时间范围的扩大从及人们认识
1. 化学变化的方向和限度 在指定条件下，一个化学反应能否朝着预定的方向进行，如果该反应能够进行，则它 将达到什么限度？外界条件如温度，压力，浓度等对反应的方向和平衡位置有什么影响，如何 控制外界条件使我们所设计的反应途径按预定的方向进行；对于一个给定反应，能量的变化关 系怎样，这些问题的研究都属于物理化学中的化学热力学范畴，它以热力学两个基本定律为基 础，主要解决化学变化的方向以及与平衡有关的一些问题。 2. 化学反应的速率和机理 我们知道化学反应千差万别，速率有快有慢，快的瞬间完成，慢的需几十年甚至上千 年。一个化学反应速率为什么有这样大的差别。在一定条件下，一个化学反应的速度究竟有多 大？反应是经过什么样的机理进行的，外界条件温度，压力，浓度，催化剂对反应速率有什么 影响？怎样才能有效的控制化学反应，抑制副反应的发生，使之按照我们所需要的方向以适当 速度进行。这些问题的研究属于物理化学中化学动力学范畴。 3. 物质结构和性能之间的关系 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的，深入了解物质内部的结构， 不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当的外因作用下，物质的结构将发 生怎样的变化，这对于合成有特殊用途的新材料方面提供方向和线索。 总的说来，物理化学的任务是把化学领域中各个现象联系起来，对其中的一般规律性与以更深 刻、更本质的探讨。并通过揭示的客观规律来指导化工生产和科学研究的实践。 §0.3 物理化学的研究方法 1．科学研究方法 物理化学是探求化学内在的，普遍规律性的一门学科，使自然学科中的一个分支，他的 研究方法和一般的科学研究方法有着共同之处。物理化学理论的发展完全符合辩证唯物论的认 识论。注重实践，按照实践-认识-再实践的这一形式。往复循环，以至无穷。每一循环的内 容，都比较地进入到高一级的程度。使物理化学学科不断深入发展。科学的研究方法，首先是 观察客观现象，在已有知识基础上，进行有计划地重现试验，这种重现实验可以人为的控制一 些因素和条件，忽略次要因素抓住主要矛盾，从复杂的现象中找出规律性的东西。这是初步实 践，然后根据实验数据，分析，归纳出若干经验定律。当然这种定律还只是客观事物规律性的 描述，还不能了解这种规律性的本质和内在原因，这是初步认识或者叫感性认识，为了揭示这 种定律的内在原因，就必须根据已知试验事实，通过归纳，演绎，提出假说或模型，根据假说 作出逻辑性的推理，还可以预测客观事物新的现象和规律，如果这种预测能为多方面的实验所 证实，则假说就成为理论，这可以看成是理性认识。但随着人们时间范围的扩大从及人们认识
客观世界工具的改造（新的科学仪器）又会不断提出新的问题和观察到新的现象。这就是再实 践。如果新的事实，与旧的理论发生矛盾，不能为旧理论所解释时，则必须对旧理论加以修正， 甚至抛弃旧理论，建立新的理论，这就是再认识。这样人们对客观世界的认识又深入一步。任 何一门科学都是由感性认识，积累经验，总结归纳提高到理性认识，理性认识又反过来指导实 践成了推求未知事物的根据。物理化学的定律，理论较多，可以充分体会到辩证唯物主义的认 识论，体会科学的研究方法。 2.具体的研究方法 物理化学的研究方法除必须遵循一般的科学方法，由于研究对象的特殊性，还有其特殊 的研究方法，一般分为热力学方法，统计力学方法，量子力学方法，化学动力学方法。 (1)热力学方法 从很多质点构成的客观体系为研究对象，以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严密 的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用来解决化学反应的方向和平衡，以及能量交换问题。 在处理问题时采取宏观的办法，不需要知道体系的微观运动，不需要知道变化细节，只需知道 起始和终了状态，通过宏观热力学量的改变就可以得到许多普遍性结论。采取热力学方法研究 化学平衡，相平衡，反应热效应，电化学等都非常成功。结论可靠，是研究化学的最基本方法。 (2)统计力学方法 从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒子所组成的体系规律，把构成宏观体系的各个 微粒的运动做出一定的模型进行统计处理，从而解释宏观现象，从而认识其微观性质。例如： 气体压力是一个宏观可测量，从微观角度看，它是大量分子与器壁碰撞后动量改变的统计平均 结果。统计力学的方法把大量粒子构成的体系的微观运动和宏观表现联系起来，根据分子的性 质计算宏观热力学性质，使我们加深对热力学定律的认识。 (3)量子力学方法 量子力学与经典力学完全不同。构成分子的电子和原子核不遵从经典力学而服从量子力学 规律。能量有一个很小单位。量子化物质具有波粒二象性，遵守薛定谔方程，用来研究分子内 电子的运动规律。 (4)化学动力学方法 主要研究反应速率和机理。任何反应总是通过分子间的瞬时接触交换能量或传递电子而完 成的，过去由于实验手段的限制，人们很难追踪分子反应的细节，只能从总体上了解反应速率， 得到动力学方程式来解释一些反应的规律，这属于客观反应动力学。近十几年来，实验手段的 提高，激光器和大型计算机的应用，能够检测到百万分之一秒，甚至102秒的反应速度。许多 快速反应，化学异构，光分解都可以进行测量。还可以设计成单个分子的碰撞，来检测产物， 使研究水平达到了分子级，形成了分子反应动力学
客观世界工具的改造（新的科学仪器）又会不断提出新的问题和观察到新的现象。这就是再实 践。如果新的事实，与旧的理论发生矛盾，不能为旧理论所解释时，则必须对旧理论加以修正， 甚至抛弃旧理论，建立新的理论，这就是再认识。这样人们对客观世界的认识又深入一步。任 何一门科学都是由感性认识，积累经验，总结归纳提高到理性认识，理性认识又反过来指导实 践成了推求未知事物的根据。物理化学的定律，理论较多，可以充分体会到辩证唯物主义的认 识论，体会科学的研究方法。 2．具体的研究方法 物理化学的研究方法除必须遵循一般的科学方法，由于研究对象的特殊性，还有其特殊 的研究方法，一般分为热力学方法，统计力学方法，量子力学方法，化学动力学方法。 （1）热力学方法 从很多质点构成的客观体系为研究对象，以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严密 的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用来解决化学反应的方向和平衡，以及能量交换问题。 在处理问题时采取宏观的办法，不需要知道体系的微观运动，不需要知道变化细节，只需知道 起始和终了状态，通过宏观热力学量的改变就可以得到许多普遍性结论。采取热力学方法研究 化学平衡，相平衡，反应热效应，电化学等都非常成功。结论可靠，是研究化学的最基本方法。 （2）统计力学方法 从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒子所组成的体系规律，把构成宏观体系的各个 微粒的运动做出一定的模型进行统计处理，从而解释宏观现象，从而认识其微观性质。例如： 气体压力是一个宏观可测量，从微观角度看，它是大量分子与器壁碰撞后动量改变的统计平均 结果。统计力学的方法把大量粒子构成的体系的微观运动和宏观表现联系起来，根据分子的性 质计算宏观热力学性质，使我们加深对热力学定律的认识。 （3）量子力学方法 量子力学与经典力学完全不同。构成分子的电子和原子核不遵从经典力学而服从量子力学 规律。能量有一个很小单位。量子化物质具有波粒二象性，遵守薛定谔方程，用来研究分子内 电子的运动规律。 （4）化学动力学方法 主要研究反应速率和机理。任何反应总是通过分子间的瞬时接触交换能量或传递电子而完 成的，过去由于实验手段的限制，人们很难追踪分子反应的细节，只能从总体上了解反应速率， 得到动力学方程式来解释一些反应的规律，这属于客观反应动力学。 近十几年来，实验手段的 提高，激光器和大型计算机的应用，能够检测到百万分之一秒，甚至 10-12 秒的反应速度。许多 快速反应，化学异构，光分解都可以进行测量。还可以设计成单个分子的碰撞，来检测产物， 使研究水平达到了分子级，形成了分子反应动力学
0.4物理化学的学习方法 物理化学内容较多，理论性较强，概念比较抽象，公式多。 1.打好专业基础 了解化学变化过程中的一些基本规律。加深对先行课程的理解，做到知识面要宽、基础要深。 物化课程，重点在于掌握热力学处理问题的方法和化学动力学的基本知识，了解动力学的一些 新进展。 2.培养自己的独立工作能力，提高自学能力。 学习前人提出问题、考虑问题和解决问题的方法。 3.抓住重点，在理解上下功夫 要明确每一章的主要内容，主要解决什么问题，采用什么方法，引出什么定律，有什么用 途，公式的使用条件是什么。这些问题在开始学习时，可能还不太清楚，但学完一章后，应该 理出个头绪。对于公式的推导要求理解，要注意公式的使用条件，物理意义，注意章节之间的 联系，要学会把原书读薄。 既识树木，又识森林。学习中注意辩证唯物主义思维方法的指导的培养 4.适当注意习题演算 习题是培养独立思考问题和解决问题能力的重要手段，只有通过习题可以检查你对课程内 容的理解程度或加深对课程内容的理解，只有多做习题才能见多识广，熟能生巧，提高和培养 分析和解决问题的能力
0.4 物理化学的学习方法 物理化学内容较多，理论性较强，概念比较抽象，公式多。 1． 打好专业基础 了解化学变化过程中的一些基本规律。加深对先行课程的理解，做到知识面要宽、基础要深。 物化课程，重点在于掌握热力学处理问题的方法和化学动力学的基本知识，了解动力学的一些 新进展。 2． 培养自己的独立工作能力，提高自学能力。 学习前人提出问题、考虑问题和解决问题的方法。 3． 抓住重点，在理解上下功夫 要明确每一章的主要内容，主要解决什么问题，采用什么方法，引出什么定律，有什么用 途，公式的使用条件是什么。这些问题在开始学习时，可能还不太清楚，但学完一章后，应该 理出个头绪。对于公式的推导要求理解，要注意公式的使用条件，物理意义，注意章节之间的 联系，要学会把原书读薄。 既识树木，又识森林。学习中注意辩证唯物主义思维方法的指导的培养。 4．适当注意习题演算 习题是培养独立思考问题和解决问题能力的重要手段，只有通过习题可以检查你对课程内 容的理解程度或加深对课程内容的理解，只有多做习题才能见多识广，熟能生巧，提高和培养 分析和解决问题的能力
山东理工大学教案 第2 次课教学课型：理论课实验课口习题课口实践课口技能课口其它口 主要教学内容（注明：·重点 #难点)： 第二章热力学第一定律及应用 §2.1热力学概论 §2.2热平衡和热力学第零定律 §2.3热力学的一些基本概念 52.4热力学热力学第一定律 (1)热力学的研究对象、热力学的方法和局限性 (2)热力学第零定律温度的概念 *#(3)基本概念：系统和环境（敞开系统，密闭系统，隔绝系统） 状态和状态性质 状态函数及数学特征 过程和途径 内能 热和功 (4)热和功取“正负号”的惯例 (5)热力学平衡包括四个平衡：热平衡，机械平衡，化学平衡，相平衡 *(6)热力学第一定律：表述及数学表达式 *能量守恒定律：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另 一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。 教学目的要求 掌握热力学中的重要基本术语 掌握热力学第一定律的表述及数学表达式 教学方法和教学手段： 讲授，多媒体 讨论、思考题、作业： 习题：1 参考资料 《物理化学解题指导》，孙德坤，沈文霞等，江苏教有出版社，1998年 《物理化学》，刁兆玉，姜云生等，山东教育出版社，1994年 《物理化学题解》，李忠德，向建敏等，华中科技大学出版社，2002 注：教师讲稿附后
山 东 理 工 大 学 教 案 第 2 次课 教学课型：理论课□ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：* 重点 # 难点 ）： 第二章 热力学第一定律及应用 §2.1 热力学概论 §2.2 热平衡和热力学第零定律 §2.3 热力学的一些基本概念 §2.4 热力学热力学第一定律 （1）热力学的研究对象、热力学的方法和局限性 （2）热力学第零定律-温度的概念 *#（3）基本概念：系统和环境（敞开系统，密闭系统，隔绝系统） 状态和状态性质 状态函数及数学特征 过程和途径 内能 热和功 （4）热和功取“正负号”的惯例 （5）热力学平衡包括四个平衡：热平衡，机械平衡，化学平衡，相平衡 *（6）热力学第一定律：表述及数学表达式 *能量守恒定律：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另 一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。 教学目的要求： 掌握热力学中的重要基本术语 掌握热力学第一定律的表述及数学表达式 教学方法和教学手段： 讲授，多媒体 讨论、思考题、作业： 习题：1 参考资料： 《物理化学解题指导》，孙德坤，沈文霞等，江苏教育出版社，1998 年 《物理化学》，刁兆玉，姜云生等，山东教育出版社，1994 年 《物理化学题解》，李忠德，向建敏等，华中科技大学出版社，2002 注：教师讲稿附后 √
§2.1热力学概论 热力学的基本内容 热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。它包含系统变化所引起的物理量的变化 或当物理量变化时系统的变化。 热力学研究问题的基础是四个经验定律（热力学第一定律，第二定律和第三定律，还有热力 学第零定律)，其中热力学第三定律是实验事实的推论。这些定律是人们经过大量的实验归纳和 总结出来的，具有不可争辩的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。 热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的，在生产和科研中发挥着 重要的作用。如一个系统的变化的方向和变化所能达的限度等。 热力学研究方法和局限性 研究方法： 热力学的研究方法是一种演绎推理的方法，它通过对研究的系统（所研究的对象）在转化 过程中热和功的关系的分析，用热力学定律来判断该转变是否进行以及进行的程度。 特点： 首先，热力学研究的结论是绝对可靠的，它所进行推理的依据是实验总结的热力学定律 没有任何假想的成分。另外，热力学在研究问题的时，只是从系统变化过程的热功关系入手， 以热力学定律作为标准，从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。不考虑系统在转化过程 中，物质微粒是什么和到底发生了什么变化。 局限性： 不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系，即不能对系统变化的具体过程和细节 做出判断。只能预示过程进行的可能性，但不能解决过程的现实性，即不能预言过程的时间性 问题。 §2.2热平衡和热力学第零定律一温度的概念 为了给热力学所研究的对象一系统的热冷程度确定一个严格概念，需要定义温度。 温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。一个不受外界影响的系统，最 终会达到热平衡，宏观上不再变化，可以用一个状态参量来描述它。当把两个系统已达平衡的 系统接触，并使它们用可以导热的壁接触，则这两个系统之间在达到热平衡时，两个系统的这 状态参量也应该相等。这个状态参量就称为温度。 那么如何确定一个系统的温度呢？热力学第零定律指出：如果两个系统分别和处于平衡的 第三个系统达成热平衡，则这两个系统也彼此也处于热平衡。热力学第零定律是是确定系统温 度和测定系统温度的基础，虽然它发现迟于热力学第一、二定律，但由于逻辑的关系，应排在 它们的前边，所以称为热力学第零定律。 温度的科学定义是由热力学第零定律导出的，当两个系统接触时，描写系统的性质的状态 函数将自动调节变化，直到两个系统都达到平衡，这就意味着两个系统有一个共同的物理性质， 这个性质就是“温度
§2. 1 热力学概论 热力学的基本内容 热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。它包含系统变化所引起的物理量的变化 或当物理量变化时系统的变化。 热力学研究问题的基础是四个经验定律（热力学第一定律，第二定律和第三定律，还有热力 学第零定律），其中热力学第三定律是实验事实的推论。这些定律是人们经过大量的实验归纳和 总结出来的，具有不可争辩的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。 热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的，在生产和科研中发挥着 重要的作用。如一个系统的变化的方向和变化所能达的限度等。 热力学研究方法和局限性 研究方法： 热力学的研究方法是一种演绎推理的方法，它通过对研究的系统（所研究的对象）在转化 过程中热和功的关系的分析，用热力学定律来判断该转变是否进行以及进行的程度。 特点： 首先，热力学研究的结论是绝对可靠的，它所进行推理的依据是实验总结的热力学定律， 没有任何假想的成分。另外，热力学在研究问题的时，只是从系统变化过程的热功关系入手， 以热力学定律作为标准，从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。不考虑系统在转化过程 中，物质微粒是什么和到底发生了什么变化。 局限性： 不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系，即不能对系统变化的具体过程和细节 做出判断。只能预示过程进行的可能性，但不能解决过程的现实性，即不能预言过程的时间性 问题。 §2. 2 热平衡和热力学第零定律－温度的概念 为了给热力学所研究的对象－系统的热冷程度确定一个严格概念，需要定义温度。 温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。一个不受外界影响的系统，最 终会达到热平衡，宏观上不再变化，可以用一个状态参量来描述它。当把两个系统已达平衡的 系统接触，并使它们用可以导热的壁接触，则这两个系统之间在达到热平衡时，两个系统的这 一状态参量也应该相等。这个状态参量就称为温度。 那么如何确定一个系统的温度呢？热力学第零定律指出：如果两个系统分别和处于平衡的 第三个系统达成热平衡，则这两个系统也彼此也处于热平衡。热力学第零定律是是确定系统温 度和测定系统温度的基础，虽然它发现迟于热力学第一、二定律，但由于逻辑的关系，应排在 它们的前边，所以称为热力学第零定律。 温度的科学定义是由热力学第零定律导出的，当两个系统接触时，描写系统的性质的状态 函数将自动调节变化，直到两个系统都达到平衡，这就意味着两个系统有一个共同的物理性质， 这个性质就是“温度