【物理】2020届一轮复习人教版饱和汽与饱和汽压物态变化中的能量交换学案 8页

3 饱和汽与饱和汽压 4 物态变化中的能量交换 [学习目标] 1.知道饱和汽、未饱和汽和饱和汽压等概念．(重点) 2.了解相对湿度概念的含义以及它 对人们生活和植物生长方面的影响. (重点) 3.了解固体熔化热，知道不同固体有不同的熔化热．(重点) 4. 了解液体的汽化热，了解液体变成气体吸收热量是为了克服分子引力做功与克服大气压力做功．(难点) 知识点一汽化 1．汽化的定义 物质从液态变成气态的过程． 2．汽化的两种方式 蒸发 沸腾 区别 特点 只在液体表面进行，在 任何温度下都能发生； 是一种缓慢的汽化过程 在液面和内部同时发生；只在 一定的温度下发生；沸腾时液 体温度不变；是一种剧烈的汽 化过程 影响因素 液体温度的高低；液体 表面积的大小；液体表 面处气流的快慢 液体表面处气压的大小 相同点 都是汽化现象，都要吸热 [思考] 在高山上，用普通锅煮鸡蛋，即使水沸腾了，鸡蛋也没有熟，这是什么原因？ 【提示】 高山上大气压低，水的沸点低，所以水沸腾而鸡蛋却没有熟． [判断] 1．蒸发在任何温度下都能发生．(√) 2．在温度升高时，蒸发会变得更快些．(√) 3．大气压较高时液体的沸点也较高．(√) 知识点二饱和汽与饱和汽压 1．动态平衡 在相同时间内回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数．这时，水蒸气的密度不再增大，液体水 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． 2．饱和汽和饱和汽压 与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽，而没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽．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．未饱 和汽的压强小于饱和汽压． 3．饱和汽压的变化 饱和汽压随温度而变．温度升高时，液体分子的平均动能增大，单位时间里从液面飞出的分子数增多， 原来的动态平衡被破坏，液体继续蒸发，蒸汽的压强继续增大，直至达到新的动态平衡． [思考] 有人说在密闭容器里的液体和气体达到平衡时蒸发就停止了，分子运动也停止了，这种说法对吗？ 【提示】 这种说法不对．达到平衡时单位时间内逸出液面的分子数与回到液面的分子数相等，是一 种动态平衡，并非分子运动停止． [判断] 1．未饱和汽是液体与气体处于动态平衡．(×) 2．未饱和汽的压强小于饱和汽压．(√) 3．饱和汽压只与温度有关，与体积无关．(√) 知识点三绝对湿度和相对湿度的概念 1．绝对湿度概念 空气中所含水蒸气的压强． 2．相对湿度概念 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比，即相对湿度＝ 水蒸气的实际压强 同温度水的饱和汽压. 3．常用湿度计 干湿泡湿度计、毛发湿度计、传感器湿度计． [思考] 雾、露、霜是生活中常见的现象．你知道它们产生的原因吗？ 【提示】 白天气温高，空气中所含的水蒸气未达到饱和；到了夜间，气温降低，水蒸气就可能达到 饱和．于是，地面附近空气中的水蒸气就以尘埃等小颗粒为凝结中心，形成许多小水滴悬浮在空中，使空 气变得不透明，这就是雾．如果水蒸气凝结成水珠，附着在物体表面，就形成了露，当外界温度低于 0 ℃， 水蒸气直接凝华成为霜. [判断] 1．人们对潮湿的感受决定于空气的绝对湿度．(×) 2．人们对干爽与潮湿的感受与气温有关．(√) 3．相对湿度可以描述空气的潮湿程度．(√) 知识点四熔化热与汽化热 1．物态变化中的能量交换 2．熔化热和汽化热 熔化热：晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比． 汽化热：液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比． [思考] 发射火箭时，火箭点燃后尾部的火焰如果直接喷到发射台上，发射架要熔化．为了保护发射架，往往 在发射台底建一个大水池，让火焰喷到水池中，这样做有什么道理？ 【提示】 利用水汽化时要吸热，使周围环境温度不致太高． [判断] 1．晶体在熔化过程中吸收热量来增大分子势能，破坏晶体结构，变为液态．(√) 2．晶体的熔化热随晶体质量的增加而增大．(×) 3．液体的汽化热与液体的温度和外界压强都有关．(√) 考点一 动态平衡和饱和汽压 1．动态平衡的理解： (1)动态平衡的实质： ①处于动态平衡时，液体的蒸发仍在不断进行； ②处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸汽密度越大； ③在密闭容器中的液体，最后必定与上方的蒸汽处于动态平衡状态中． (2)动态平衡的条件：外界条件变化时，原来的动态平衡状态被破坏，经过一段时间会达到新的平衡． 2．饱和汽 与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽．没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽．在一定温度下，饱 和汽密度一定，且大于未饱和汽的密度． 3．饱和汽压 某种液体的饱和汽所具有的压强叫做这种液体的饱和汽压．在一定温度下，一种液体的饱和汽压是一 定的，且大于未饱和汽的压强． 4．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． (2)饱和汽压跟温度有关 微观解释：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增多，单位 时间内从液面飞出的分子也增多，致使饱和汽的密度增大，同时蒸汽分子热运动的平均动能也增大，这也 导致饱和汽压增大． (3)饱和汽压跟体积无关 微观解释：在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积而变化．其原因是：当体积增大时，容器中 蒸汽的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽，于是液体继续蒸发，直到未饱和汽成为饱和汽为止．由 于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，蒸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，容器中蒸汽的密度增大，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 蒸汽变成液体，直到蒸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，蒸汽分子热运动的平均动能也跟原来相同，所以压强也不改变． 【例题 1】 (2015·佛山一中检测)如图 932，一个有活塞的密闭容器内仅有饱和水蒸气与少量的水， 则可能发生的现象是( ) A．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大 B．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强不变 C．温度保持不变，慢慢地拉出活塞，容器内压强会减小 D．不移动活塞而将容器放在沸水中，容器内压强不变 【答案】 B 【规律总结】 液面上部饱和汽特点 1．液面上部的蒸汽达到饱和，是一种动态平衡． 2．在相同时间内从水面飞出去的分子数等于回到水中的分子数，故这时仍有液体分子从液面飞出． 3．从整体看来，蒸汽的密度不再增大，液体也不再减少，从宏观上看，蒸发停止了． 【及时训练】1．(多选)下列关于饱和汽与饱和汽压的说法中，正确的是( ) A．饱和汽与液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程．且进行的速率相等 B．一定温度下的饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大 C．一定温度下的饱和汽压随饱和汽的体积增大而增大 D．饱和汽压跟绝对温度成正比 【答案】 AB 2．(多选)(2015·西安检测)如图 933 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．上提活塞使汽体的体积增为 2V 时，汽体的压强变为 p/2 B．下压活塞使汽体的体积变为 V/2 时，汽体的压强变为 2p C．下压活塞时，汽体的质量减少，汽体的密度不变 D．下压活塞时，汽体的质量和密度都变小 【答案】 AC 考点二 物态变化中的能量和温度(深化理解) 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，使物体温度升高，当温度升高 到一定程度，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．液体汽化过程中的能量特点：液体汽化时，由于体积明显增大，吸收热量，一部分用来克服分子 间引力做功，另一部分用来克服外界压强做功． 3．互逆过程的能量特点： (1)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． (2)一定质量的某种物质，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. 4．固体熔化过程中的温度特点： (1)晶体熔化过程中，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，所以晶体有固定的熔点．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． (2)由于在不同温度下物质由固态变成液态时吸收的热量不同，而晶体有固定的熔点，因此有固定的熔 化热，非晶体没有固定的熔点，也就没有固定的熔化热． 【例题 2】 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 ℃，试利用这些数据求出冰的熔化热．[铜的比热容 c 铜＝3.9×102 J/(kg·℃)，冰的比热容 c 冰＝2.1×103 J/(kg·℃)，水的比热容 c 水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 【思路点拨】 (1)冰在熔化和熔化成水后温度升高的过程中都需要吸收热量． (2)水和量热器小筒都要放出热量． 【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λ＋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λ＋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λ＝3.5×105 J/kg. 【答案】 冰的熔化热为 3.5×105 J/kg 【规律总结】 高温物体与低温物体组成的系统内部进行能量交换时，根据能量守恒定律有，低温物体增加的能量等 于高温物体减少的能量． 【及时训练】1．下列说法中正确的是( ) A．冰在 0℃时一定会熔化，因为 0℃是冰的熔点 B．液体蒸发的快慢与液体温度的高低有关 C．0℃的水，其内能为零 D．冬天看到嘴里吐出“白气”，这是汽化现象 【答案】 B 2．(2015·银川高二检测)在一个大气压下，1 g 100℃的水吸收 2.26×103 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．2.26×103 J＝汽的内能＋水的内能 B．2.26×103 J＝汽的内能－水的内能 C．2.26×103 J＝汽的内能＋水的内能＋水变成汽体积膨胀对外界做的功 D．2.26×103 J＝汽的内能－水的内能＋水变成汽体积膨胀对外界做的功 【答案】D 学法指导判断周围环境潮湿程度的方法 1．空气的潮湿情况，不是由空气的绝对湿度决定，而是由空气的相对湿度决定的，在判断过程中应 通过相对湿度的定义公式并查表求出一定温度下空气的相对湿度来解答． 2．根据相对湿度越大，蒸汽越接近饱和，水分蒸发越慢，会使人感到潮湿来判定． 【例题 3】 某食堂的厨房内，温度是 30 ℃，绝对湿度 p1＝2.1×103 Pa，而这时室外温度是 19 ℃， 绝对湿度 p2＝1.3×103Pa.那么，厨房内外空气的相对湿度相差多少？在厨房内感觉潮湿还是在厨房外感觉 潮湿？(30 ℃时水的饱和汽压为 p3＝4.2× 103Pa,19 ℃时水的饱和汽压为 p4＝2.2×103Pa) 【解析】 厨房内的相对湿度 B1＝p1 p3 ＝2.1×103Pa 4.2×103Pa ＝50%.厨房外的相对湿度 B2＝p2 p4 ＝1.3×103 Pa 2.2×103 Pa ＝59%. 厨房内外空气的相对湿度相差ΔB＝B2－B1＝59%－50%＝9%.所以，厨房外的相对湿度较大，即厨房外感觉 潮湿． 【规律总结】许多和湿度有关的现象，如蒸发的快慢、动物的感觉等，不是直接跟大气的绝对湿度有 关，而是跟大气的相对湿度有关．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． 【及时训练】(多选)关于空气湿度，下列说法正确的是( ) A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大 B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小 C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示 D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比 【答案】 BC 【课后作业】[基础练] 1．(2015·大庆高二检测)下列关于蒸发和沸腾的说法中，正确的有( ) A．蒸发和沸腾都可在任何温度下发生 B．蒸发和沸腾只能在一定温度下进行 C．蒸发和沸腾可发生在液体内部和表面 D．蒸发只发生在液体表面，沸腾发生在液体内部和表面 【答案】 D 2．对动态平衡说法不正确的是( ) A．当气态分子数的密度增大到一定程度时就会达到这样的状态 B．在相同时间内回到液体中的分子数等于从液体表面飞出去的分子数 C．此时，蒸发的速度不再增大，液体也不再减少 D．蒸发停止 【答案】 D 3．(多选)(2014·沈阳高二检测)下列说法正确的是( ) 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 【答案】 ABD 4．用吹风机的热风吹一支蘸了酒精的温度计时，温度计的示数是( ) A．先降低后升高 B．先升高后降低 C．一直降低 D．一直升高 【答案】 A 5．如图 934 所示，在一个带活塞的容器底部有一定量的水，现保持温度不变，上提活塞，当底部 仍有部分水时，则( ) A．液面上方的水蒸气从饱和变成未饱和 B．液面上方水蒸气的质量增加，密度减小 C．液面上方水蒸气的密度减小，压强减小 D．液面上方水蒸气的密度和压强都不变 【答案】 D 6．印刷厂里为使纸张好用，主要应控制厂房内的( ) A．绝对湿度 B．相对湿度 C．温度 D．大气压强 【答案】 B 7．(2014·青岛高二检测)住在非洲沙漠中的居民，由于没有电，夏天无法用冰箱保鲜食物，一位物理 教师发明了一种“沙漠冰箱”罐中罐，由内罐和外罐组成，且两罐之间填上潮湿的沙子，如图 93 5 所示，使用时将食物和饮料放在内罐，罐口盖上湿布，然后放在干燥通风的地方，并经常在两罐 间的沙子上洒些水，这样就能起到保鲜的作用．问题： (1)经常在两罐间洒些水的原因是_________________________________． (2)放在干燥通风的地方是为了___________________________________． 【解析】 (1)经常在两罐间洒些水，就能起到保鲜作用，先联系实际，非洲地区比较热，食物和饮料 在高温环境中易变质，再考虑水蒸发能吸热，所以洒水的原因应为利用水蒸发吸热降低食物和饮料的温度， 便于长期保存；(2)放在干燥通风的地方很自然想到是为了加快水分蒸发从而吸收更多的热，使食物和饮料 温度不致过高，起到保鲜作用． 【答案】 (1)利用水蒸发时吸热来降低温度 (2)加快水的蒸发 8．白天的气温是 30 ℃，空气的相对湿度是 60%，天气预报夜里的气温要降到 20 ℃，那么夜里会不 会有露珠形成？为什么？(30 ℃时，空气的饱和汽压为 4.24×103 Pa；20 ℃时，饱和汽压为 2.3×103 Pa) 【答案】 有露珠形成．B＝p ps ，p＝Bps＝60%×4.24×103 Pa＝2.544×103 Pa＞2.3×103 Pa，大于 20 ℃ 时的饱和汽压，故夜里会出现饱和汽，即有露珠形成． [超越自我·提升练] 9．(多选)(2015·深圳一中高二检测)干湿泡湿度计的湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示 ( ) A．空气的绝对湿度越大 B．空气的相对湿度越小 C．空气中水蒸气的实际压强离饱和程度越近 D．空气中水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远 【答案】 BD 10．(多选)(2014·贵州高二检测)关于汽化热的说法正确的是( ) A．在相同的条件下不同的物质的汽化热不相同 B．汽化热与温度有关，与其他因素无关 C．汽化热等于单位质量液体汽化时吸收的热量 D．汽化过程就是使分子离开液体的过程 【答案】 AD 11．一电炉的功率 P＝200 W，将质量 m＝240 g 的固体样品放在炉内，通电后的电炉内的温度变化如 图 936 所示．设全部电能转化为热能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？ 【解析】 由熔化曲线上温度不变的部分可找出熔点，根据熔化时间和电炉功率可知电流做功的多少， 这些功全部转化为热并全部用于样品的熔化． 样品的熔点为 60 ℃，熔化时间 t＝2 min，电流做功 W＝Pt，设样品的熔化热为λ， 样品熔化过程中共吸收热量 Q＝λm. 由 W＝Q，即 Pt＝λm 得λ＝Pt m ＝200×2×60 240×10－3 J/kg＝1×105 J/kg. 【答案】 60 ℃ 1×105 J/kg 12．(2015·青岛高二检测)绝热容器里盛有少量温度是 0 ℃的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部 分水急剧地蒸发，而其余的水都结成 0 ℃的冰，则结成冰的质量是原有水质量的多少？已知 0 ℃的水的 汽化热 L＝2.49×106J/kg，冰的熔化热λ＝3.34×105J/kg. 【解析】 设蒸发的水的质量是 m1，结成冰的质量是 m2，蒸发所需吸收的热量 Q1＝m1L，水结成冰 所放出热量 Q2＝m2λ，由于容器与外界不发生热交换，由 Q1＝Q2，即 m1L＝m2λ，得m2 m1 ＝ L λ.所以结成冰 的质量与原有水质量之比： m2 m1＋m2 ＝ L λ＋L ＝ 2.49×106 3.34×105＋2.49×106 ＝0.88，即 m2＝88%m 水．