1、第 4 节物态变化中的能量交换目标导航 学习目标 1.能说出熔化热的概念,并能从微观角度解释其原因。2.能说出汽化热的概念,并能计算相关问题。3.能解释生活中有关熔化、凝固、汽化、液化的物理问题。重点难点 重点:对熔化热和汽化热概念的理解并能进行相关的计算。难点:1.从微观角度理解晶体有确定的熔化热、非晶体没有确定的熔化热的原因。2.理解汽化热与外界气体压强有关的原因。激趣诱思俗话说“下雪不冷化雪冷”,你知道这是什么原因吗?天热的时候人为什么会出汗?出汗时如果再吹电风扇会感到更凉爽,你能用所学知识解释这些生活现象吗?简答:因为雪熔化时要吸收大量热,所以化雪时更冷。水蒸发汽化时也需吸收热量,且空
2、气流动后蒸发加快,所以高温天气人体靠汗液的蒸发带走热量,维持体温正常。预习导引一、熔化热 熔化1.熔化:物质从固态变成液态的过程叫熔化。2.凝固:物质从液态变成固态的过程叫凝固。3.熔化热:某种晶体熔化过程中所需的能量(Q)与其质量(m)之比,叫作这种晶体的熔化热。用 表示晶体的熔化热,则=,在国际单位制中熔化热的单位是焦耳每千克(J/kg)。4.说明:不同的晶体有不同的结构,要破坏不同物质的结构,所需的能量也就不同。所以不同的晶体有不同的熔化热;同种晶体有相同的熔化热。一定质量的晶体,熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。非晶体在熔化过程中温度会不断变化,而不同温度下物质由固态变为液态时吸
3、收的热量是不同的,所以非晶体没有确定的熔点。二、汽化热 汽化1.汽化:物质从液态变成气态的过程叫汽化。2.液化:物质从气态变成液态的过程叫液化。3.汽化热:某种液体汽化成同温度气体时,所需的能量(Q)与其质量(m)之比叫这种物质在这个温度下的汽化热。用 L 表示汽化热,则 L=,在国际单位制中汽化热的单位是焦耳每千克(J/kg)。4.说明:液体的汽化热与液体的温度、外界的大气压强均有关;一定质量的物质在一定温度和压强下,汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等。答案:(1)固体(晶体)只在温度达到熔点时熔化,而液体可以在任何温度下汽化,所以提到汽化热时一定要注意是在什么温度下的汽化热。液体汽化过
4、程中体积增大很多,体积膨胀时要克服外界气压做功,因此也要吸收热量。(2)一定质量的物质,在一定的温度和压强下,汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等。预习交流你如何理解汽化热?一、熔化与熔化热知识精要1.晶体熔化过程中的能量特点固体分子间的强大作用使固体分子只能在各自的平衡位置附近振动。对固体加热,在其开始熔化之前,获得的能量主要转化为分子的动能,使温度升高,当温度升高到一定的程度,一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚,从而可以在其他分子间移动,固体开始熔化。2.固体熔化过程的温度特点晶体熔化过程,当温度达到熔点时,吸收的热量全部用来破坏空间点阵,增加分子势能,而分子平均动能却保持不变,所以
5、晶体有确定的熔点。非晶体没有空间点阵,吸收的热量主要转化为分子的动能,不断吸热,温度就不断上升。由于在不同温度下,物质由固体变成液体时吸收的热量不同,而晶体有确定的熔点,因此有确定的熔化热,非晶体没有确定的熔点,也就没有确定的熔化热。注意:一定质量的晶体,熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。思考探究在如图所示的装置中加热冰水混合物,请注意观察,在冰未完全化成水以前,温度计的示数变化;冰全部熔化后,温度计的示数怎样变化?为什么?答案:冰熔化过程中,温度计示数不变,保持 0。全熔化完后温度计示数上升。原因是冰吸收的热量全部用来破坏晶体结构,增加晶体分子势能,所以熔化过程中温度不变。典题例解【例
6、 1】如果已知铜制量热器小筒的质量是 150 g,里面装着100 g 16 的水,放入 9 g 0 的冰,冰完全熔化后水的温度是 9,利用这些数据求冰的熔化热是多少?铜的比热容 c 铜=3.9102J/(kg)解析:9 g 0 的冰熔化为 0 的水,再升高到 9,总共吸收的热量Q 吸=m 冰+m 冰 c 水(9-0)量热器中的水和量热器小筒从 16 降到 9 放出的热量Q 放=m 水 c 水(16-9)+m 筒 c 铜(16-9)因为 Q 吸=Q 放,所以 m 冰+m 冰 c 水(9-0)=(m 水 c 水+m 筒 c铜)(16-9)统一单位后,把数值代入上式,可得=3.3105 J/kg。答
7、案:3.3105 J/kg迁移应用下列说法不正确的是()A.不同晶体的熔化热不相同B.一定质量的晶体,熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等C.不同非晶体的熔化热不相同D.汽化热与温度、压强有关解析:不同的晶体有不同的结构,要破坏不同物质的结构,所需的能量也不同。因此,不同晶体的熔化热不相同,故选项 A 正确;一定质量的晶体,熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等,故选项 B正确;非晶体在液化过程中温度会不断改变,而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是不同的,所以非晶体没有确定的熔化热,故选项 C 不正确;汽化热与温度、压强有关,故选项 D 正确。答案:C二、汽化与汽化热知识精要1.晶体
8、只在熔点时熔化,而液体可以在任何温度下汽化,所以提到汽化热时一定要注意是在什么温度下的汽化热。液体汽化时体积会增大很多,分子吸取的热量不只用于挣脱其他分子的束缚,还用于体积膨胀时克服外界气压做功,所以汽化热还与外界气体的压强有关。2.一定质量的物质,在一定的温度和压强下,汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等。3.物质的汽化热是指单位质量的某种液体在某一温度、某一压强下汽化成同温度的气体吸收的热量,通常指物质在 1 标准大气压下的沸点时的汽化热。4.汽化热的计算(通常计算在 1 标准大气压时,沸点下的汽化热)公式。设某物质在一个大气压下,在沸点下的汽化热为 L,物质的质量为 m,则 Q=Lm。
9、汽化热的单位为:焦耳每千克,即 J/kg。思考探究人从游泳池中刚上岸时感到冷,如果有风会觉得更冷,甚至会发抖,这是为什么?答案:人刚上岸时,身体上的水分蒸发带走热量,有风加快蒸发,所以人感觉更冷甚至会发抖。典题例解【例 2】0 的冰和 100 的水蒸气混合后。(1)若冰刚好全部熔化,则冰和水蒸气的质量比是多少?(2)若得到 50 的水,则冰和水蒸气的质量比是多少?(已知水在 100 的汽化热是 L=2.25106 J/kg,冰的熔化热是=3.34105J/kg)解析:(1)设冰的质量为 m1,水蒸气的质量为 m2,则有m1=m2L+cm2t,所以12=+=2.25106+4.21031003.
10、34105=8。即 m1m2=81(2)同(1)可得方程式如下:m1+m1ct=m2L+cm2t,即12=+=2.25106+4.2103503.34105+4.2103504.5。答案:(1)81(2)4.5迁移应用在一个大气压下,1 g 100 的水吸收 2.26103 J 热量变为 1 g 100 的水蒸气。在这个过程中,以下四个关系式正确的是()A.2.26103 J=水蒸气的内能+水的内能B.2.26103 J=水蒸气的内能-水的内能C.2.26103 J=水蒸气的内能+水的内能+水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功D.2.26103 J=水蒸气的内能-水的内能+水变成水蒸气体积膨胀对外
11、界做的功解析:液体汽化时吸收的热量一部分用来克服分子引力做功,增加内能,一部分用来膨胀对外界做功。答案:D物态变化过程中物体内能的变化案例探究下列说法中正确的是()A.1 g 0 的冰和 1 g 0 的水分子动能、分子势能和内能均相同B.1 g 0 的冰比 1 g 0 的水分子动能、分子势能和内能都要小C.1 g 100 的水和 1 g 100 的水蒸气分子平均动能和分子总动能都相同D.1 g 100 的水的内能比 1 g 100 水蒸气的内能小解析:0 的冰熔化成 0 的水,温度不变,分子的平均动能不变,分子总数不变,总动能不变,而冰在熔化过程中吸收的热量用来增大分子势能,内能增大,选项 A
12、、B 错误;由水的汽化过程可知选项C、D 正确。答案:CD方法规律物态变化过程中,温度仍然是分子平均动能的标志。晶体熔化时吸收的热量主要是破坏晶体的分子结构,增大分子势能,所以物体的内能因吸热而增大。1.水的凝固点是 0,如果把 0 的冰放到 0 的房间时,则()A.冰一定会熔化B.冰一定不会熔化C.冰可能熔化,也可能不熔化D.冰将全部熔化解析:冰是晶体,它的熔化需满足两个条件:一是温度要达到 0;二是要继续吸收热量。0 的冰不能从 0 的环境里吸收热量,故不能熔化。答案:B2.100 的水蒸气和等质量 0 的冰混合后达到热平衡时为(已知水的汽化热 L=2.26106 J/kg,冰的熔化热=3
13、.34105 J/kg)()A.0 的冰、水混合物B.0 的水C.高于 0 的水D.100 的水、汽混合物解析:设水蒸气和冰的质量均为 m kg,混合后若水蒸气完全液化成100 的水,放出的热量 Q1=Lm=2.26106m。冰完全熔化成 0 的水需吸收的热量 Q2=m=3.34105m,0 的水温度上升至 100 需要吸收的热量 Q3=cmt=4.2103m(100-0)=4.2105m,因为Q1Q2+Q3,可见水蒸气并未完全液化,所以两者混合后达到热平衡时为 100 的水、汽混合物。答案:D3.目前,有些大酒店在洗手间安装了热风干手器,手靠近它就有热风吹到手上,使手上的水很快蒸发掉,且卫生
14、。使水快速蒸发的原因是()A.加快了水面附近空气流动并提高了水的温度B.增大了水的表面积并提高了水的温度C.加快了水面附近空气的流动并增大了水的表面积D.减小了水的表面积并加快了水面附近空气的流动解析:水蒸发的快慢与水的温度、水的表面积及水表面上方的空气流速有关。热风干手器吹出的热风能给手上的水提供两个加快蒸发的条件:升温和加快空气流速,这样,手上的水就干得快。答案:A4.如图所示,在一个大烧杯 A 内放一个小烧杯 B,杯内部都放有水,现对 A 的底部加热,则()A.烧杯 A 中的水比 B 中的水先沸腾B.两烧杯中的水同时沸腾C.烧杯 A 中的水会沸腾,B 中的水不会沸腾D.上述三种情况都可能解析:沸腾的条件:(1)达到沸点;(2)能继续吸热。对烧杯 A 加热到水的沸点后,若继续加热,烧杯 A 中的水会沸腾。由于沸腾时水的温度保持在沸点不变,即烧杯 B 中的水也达到沸点,但由于它与烧杯 A 中的水处于热平衡状态,两者间无温度差,无法再从烧杯 A 的水中吸收热量,因此烧杯 B 中的水只能保持在沸点而不会沸腾,故选项 C 正确。答案:C
