高中物理第九章固体、液体和物态变化3饱和汽与饱和汽压学案新人教版选修3-31 5页

3 饱和汽与饱和汽压 1．蒸发与沸腾 (1)蒸发：发生在液体表面，即液体分子由液体表面跑出去的过程叫蒸发。 (2)影响蒸发的因素：表面积、温度、通风状况、液面气压高低。 (3)蒸发的作用：蒸发可使液体降温。 (4)蒸发的微观解释：分子由液面逸出时，需要在表面层中克服液体分子引力做功，所 以跑出去的只能是那些热运动动能较大的分子。这样，如果不从外界补充能量，蒸发的结果 将使留在液体中的分子的平均动能变小，因而使液体温度降低，故蒸发可以制冷。 (5)沸腾：在一定大气压下，加热液体到某一温度时，在液体表面和内部同时发生剧烈 的汽化现象，相应的温度叫沸点。水在标准大气压下的沸点为 100 ℃。 谈重点：气压与沸点 气压减小，水的沸点降低；气压增大，水的沸点升高。 【例 1】 有甲、乙、丙三支相同的温度计，其中一支不准确，将甲放在空气中，乙放 在密闭的酒精瓶中，将丙放在开口的酒精瓶中，过一段时间，三支温度计的示数都是 22 ℃， 则( ) A．甲不准确 B．乙不准确 C．丙不准确 D．不能判定哪支不准确 解析：蒸发吸热，液体本身的温度要降低，甲温度计上无液体，不存在蒸发现象；乙放 在密闭的酒精瓶中，蒸发受阻不能进行，故温度计的示数与周围环境的温度相同，应准确； 丙在开口酒精瓶中，酒精蒸发吸热，酒精温度应降低，所以应低于 22 ℃，故丙不准确。 答案：C 辨误区：蒸发与沸腾 蒸发的结果将使动能大的分子跑到液体外面，留在液体中的分子的平均动能变小，因而 使液体温度降低。沸腾时由于汽化的剧烈进行，外界供给的热量全部用于液体的汽化上，所 以沸腾时温度不再升高，直到液体全部变成气体为止。 2.饱和汽与饱和汽压 (1)饱和汽 在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸气也不断地凝结，当这两个同时存在的过 程达到动态平衡时，宏观的蒸发也就停止了，这种与液体处于动态平衡的蒸气叫做饱和汽。 没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。 (2)饱和汽压 在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压 强叫做这种液体的饱和汽压。 (3)影响饱和汽压的因素 ①饱和汽压跟液体的种类有关 实验表明，在相同的温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的，挥发性大的液体，饱 和汽压大。例如 20 ℃时，乙醚的饱和汽压为 5.87×104 Pa，水的为 2.34×104 Pa，水银的 饱和汽压很小，20 ℃时仅为 1.60×10－14 Pa，所以水银气压计水银柱上方的空间可以认为 是真空。 ②饱和汽压跟温度有关 饱和汽压随温度的升高而增大，这是因为温度升高时，液体里能量较大的分子数增多， 单位时间内从液面飞出的分子数也增多，致使饱和汽的密度增大；同时饱和汽分子的热运动 的平均动能也增大，因此导致饱和汽压增大。 ③饱和汽压跟体积无关 在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积变化而变化，其原因是：当体积增大时， 容器中汽的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽，于是液体继续蒸发，一直达到饱和汽 为止，由于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，汽分子热运动的平均动能也跟原来 一样，所以压强不改变。体积减小时，容器中汽的密度增大，回到液体中的分子数多于从液 面飞出的分子数，于是，一部分汽变成液体，直到汽的密度减小到等于该温度下饱和汽的密 度为止。由于温度跟原来相同，饱和汽密度不变，汽分子热运动的平均速率也跟原来相同， 所以压强也不改变。 (4)临界温度 在某个温度上，无论怎样增大压强，都不可能使某种气体液化，这个温度叫做这种气体 的临界温度。 (5)动态平衡 在相同时间内从水面飞出的分子数等于回到水中的分子数，这时水蒸气的密度不再增 大，液态水也不再减少，液体与气体之间达到了平衡状态，蒸发停止。这种平衡是一种动态 平衡。 辨误区：饱和汽压 只是指空气中这种液体蒸汽的气压，与其他气体的压强无关。 【例 2－1】 关于饱和汽，正确的说法是( ) A．在稳定情况下，密闭容器中如有某种液体存在，其中该液体的蒸汽一定是饱和的 B．密闭容器中有未饱和的水蒸气，向容器内注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱 和 C．随着液体的不断蒸发，当液化和汽化速率相等时，液体和蒸汽达到的一种平衡状态 叫动态平衡 D．对于某种液体来说，在温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，所 以其蒸汽饱和所需要的压强增大 解析：在饱和状态下，液化和汽化达到动态平衡，即达到稳定状态，所以 A、C 正确； 液体的饱和汽压与其温度有关，即温度升高，饱和汽压增大，所以 D 正确；饱和汽压是指液 体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关，所以 B 错误。 答案：ACD 点技巧：饱和状态 是一种动态平衡状态，要注意用分子动理论的知识来理解它。 【例 2－2】如图所示的容器，用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，测得水汽的压强为 p， 体积为 V，当保持温度不变时，以下说法正确的是( ) A．上提活塞使汽的体积增为 2V 时，汽的压强变为 p/2 B．下压活塞使汽的体积变为 V/2 时，汽的压强变为 2p C．下压活塞时，汽的质量减少，汽的密度不变 D．下压活塞时，汽的质量和密度都变小 解析：容器中的水汽刚好饱和，表示容器中已没有水。上提活塞使汽的体积增为 2V 时， 容器中的汽变为未饱和汽，它遵循玻意耳定律，压强变成 p/2。下压活塞使汽的体积变为 V/2 时，由于温度不变，饱和汽的密度不变，部分汽会凝结成水，汽的压强仍为 p，只是汽的质 量减少了。所以 A、C 对。 答案：AC 辨误区：解玻意耳定律与饱和汽相结合的问题 要注意饱和汽不遵守理想气体状态方程和气体实验定律。 3．空气的湿度 (1)空气的绝对湿度 用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。 (2)空气的相对湿度 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压的比值叫做空气的相对湿度。 即：相对湿度＝ 水蒸气的实际压强 同温下水的饱和汽压 ，也即 B＝p ps ×100%。 (3)湿度计 空气的相对湿度常用湿度计来测量。常用的湿度计有干湿泡湿度计、毛发湿度计和湿度 传感器等。 特别提醒：空气的湿度是表示空气潮湿程度的物理量，但影响蒸发快慢以及影响人们对 干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对数量，而是空气中水蒸气的压强与同一温 度下水的饱和汽压的差距。 【例 3－1】 白天的气温是 30 ℃，空气的相对湿度是 65%，天气预报说夜里的气温要 降到 20 ℃，那么空气中的水蒸气会不会成为饱和汽？夜里的空气绝对湿度是多大？相对湿 度是多大？(30 ℃饱和汽压为 4.242×103 Pa, 20 ℃饱和汽压为 2.338×103 Pa) 解析：由饱和汽压和相对湿度定义可知，30 ℃时的水蒸气的压强 p1＝p0×65%＝4.242×103×65% Pa≈2.757×103 Pa 因为 p1＞p2＝2.338×103 Pa，故晚上会形成饱和汽，晚间的绝对湿度即晚间的饱和汽压 为 2.338×103 Pa，相对湿度即饱和汽的相对湿度为 100%。 答案：会 2.338×103 Pa 100% 释疑点：相对湿度 能更有效地描述空气的潮湿程度。涉及相对湿度的计算，通常以百分数的形式给出，区 别绝对湿度和相对湿度应该用比较的方法去辨析。 【例 3－2】 气温为 10 ℃时，测得空气的绝对湿度 p＝800 Pa，则此时的相对湿度为 多少？如果绝对湿度不变，气温升至 20 ℃，相对湿度又为多少？(已知 10 ℃时水的饱和汽 压为 p1＝1.228×103 Pa,20 ℃时水的饱和汽压为 p2＝2.338×103 Pa) 解析：10 ℃时水的饱和汽压为 p1＝1.228×103 Pa，由相对湿度公式得此时的相对湿度： B1＝p p1 ×100%＝ 800 1.228×103×100%≈65.1% 20 ℃时水的饱和汽压为 p2＝2.338×103 Pa，同理得相对湿度： B2＝p p2 ×100%＝ 800 2.338×103×100%≈34.2%。 答案：65.1% 34.2% 谈重点：绝对湿度 绝对湿度不变时，空气中水汽密度不变，温度越高，它离饱和的程度越远，人们感觉越 干燥。掌握相对湿度的公式，体会相对湿度与绝对湿度的区别与联系。许多跟湿度有关的现 象，如蒸发的快慢、植物的枯萎、动物的感觉等，不是直接跟大气的绝对湿度有关，而是跟 相对湿度有关。绝对湿度相同时，温度越高，离饱和状态越远，越容易蒸发，感觉越干燥； 相反，气温越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿。相对湿度是 100%时，气体达到饱和汽压， 饱和汽压随温度的改变而改变。 4．图表法比较蒸发和沸腾现象 其比较如下表： 【例 4】 下列甲、乙、丙、丁四个图是表示对壶底加热过程中，水中气泡在上升时候 的变化情况，则：在水沸腾前，气泡上升情况是________图； 在水沸腾时，气泡上升情况 是________图。 解析：在水还没有达到沸点之前，气泡浮起后由于上层水温较低，使泡内压强降低，从 而使气泡的体积缩小，到近液面时变得几乎看不见。当温度升高到水的沸点时，上下温度一 致，水不断向气泡内蒸发，泡内气压大于外界压强，气泡上升时越来越大，最后浮到液面而 破裂。 答案：甲 乙 5．沸腾和饱和汽压在生活中的应用 液体沸腾的条件就是饱和汽压和外部压强相等。沸点就是饱和汽压等于外部压强时的温 度。因饱和汽压必须增大到和外部压强相等时才能沸腾，所以沸点随外部压强的增大而升高。 通过下面图象可以形象地看出饱和汽压、沸点与温度的关系。 水的饱和汽压与温度的关系 水的沸点与大气压的关系 要了解动态平衡的本质，蒸发和沸腾是汽化的两种方式，饱和汽和饱和汽压与蒸发的动 态平衡相对应。 【例 5－1】 如图为水的饱和汽压图象，由图可以知道( ) 水的饱和汽压与温度的关系 A．饱和汽压与温度有关 B．饱和汽压随温度升高而增大 C．饱和汽压随温度升高而减小 D．未饱和汽的压强一定小于饱和汽的压强 解析：这是水的饱和汽压随温度的变化图线，由图知，水的饱和汽压随温度的升高而增 大。 答案：AB 【例 5－2】 在烧瓶中盛半瓶水，用一个插有玻璃管和温度计的塞子塞紧瓶口，再用一 段橡皮管把玻璃管和注射器连通(或者连接一个小气筒)。用酒精灯给烧瓶加热，你可从温度 计上看到，当温度接近 100 ℃时，瓶里的水沸腾了。这时你用力推压针筒活塞(或者压气筒 活塞)，增大瓶里的压强，你会看到，虽然仍在加热，水的温度也略有升高，但是沸腾停止 了。试解释这个现象。 解析：液体沸腾的条件就是在某个温度下的饱和汽压与外界压强相等。正常情况下，当 温度接近 100 ℃时，瓶里的水沸腾了，这说明水在 100 ℃时的饱和汽压接近等于一个大气 压。当用力推压针筒活塞来增大瓶里的压强时，如果水的温度仍为 100 ℃，则此时水的饱 和汽压就小于外界气体压强，水就不会沸腾，也就是我们常说的“水的沸点升高了”。 答案：见解析