1、物理选修33同步课件第9章 固体液体和物态变化 第34节 饱和汽与饱和汽压 物态变化中的能量交换第3、4节饱和汽与饱和汽压_物态变化中的能量交换1.在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，当这两个同时存在的过程达到动态平衡时，宏观的蒸发也停止了，这种与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。2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在某一温度下，水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比称为空气的相对湿度。4某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热。5某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比
2、，称做这种物质在这个温度下的汽化热。一、汽化1汽化物质从液态变成气态的过程。2汽化的两种方式比较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；液体表面处空气流动的快慢液体表面处大气压的大小，大气压较高时，沸点也比较高相同点都是汽化现象，都要吸热二、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。2饱和汽与液体处于动态平衡的蒸汽。3未饱
3、和汽没有达到饱和状态的蒸汽。4饱和汽压一定温度下饱和汽的压强。5饱和汽压的变化随温度的升高而增大。饱和汽压与蒸汽所占的体积无关，和蒸汽体积中有无其他气体无关。三、空气的湿度和湿度计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。相对湿度。3常用湿度计干湿泡湿度计、毛发湿度计、传感器湿度计。四、熔化热与汽化热1物态变化中的能量交换2熔化热(1)某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热。(2)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。(3)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，因此不
4、同晶体的熔化热也不相同。(4)非晶体在不同温度下熔化时吸收的热量是不同的，因此非晶体没有确定的熔化热。3汽化热(1)某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，称做这种物质在这个温度下的汽化热。(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。1自主思考判一判(1)蒸发只发生在液体表面，而且是在一定温度下才能发生。()(2)物质从液态变成固态的过程是凝固。()(3)晶体熔化时向外界放出热量，其温度不断降低。()(4)密闭容器内水蒸气未达到饱和时，只有蒸发，没有凝结。()(5)密闭容器里的液体和气体达到平衡时蒸发仍在进行。()(6)密闭容器中有未饱和的水
5、蒸气，向容器中注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱和。()2合作探究议一议(1)为什么盛在敞口容器中的水，经过一段时间后就没有了；而盛在密闭容器中的水经过相当长的时间后仍然跑不掉？提示：这是因为盛在敞口容器中的水蒸发掉了，而盛在密闭容器中的水蒸发后能形成一种动态平衡，水蒸气的密度不再变化，液体水也不再减少。(2)为什么高海拔地区煮东西煮不熟？提示：液体沸腾时需要达到的温度叫沸点。沸点与大气压有关，大气压越大，沸点越高。而在高海拔地区大气压强小，沸点低，故煮东西煮不熟。(3)夏日无风的傍晚，人们往往感到闷热潮湿，身上的汗液也蒸发不出去，这是为什么？人体感觉到的“干爽”和“潮湿”取决于什么？提示：
6、(1)这是因为在闷热潮湿的天气里，空气的湿度比较大，汗液的蒸发和周围的空气达到了一种动态平衡状态。(2)“干爽”和“潮湿”取决于相对湿度。空气中水蒸气的压强与饱和汽压相差越大，越有利于蒸发，人体感觉到“干爽”；空气中水蒸气的压强与饱和汽压相差越小，越难以蒸发，人体感觉到“潮湿”。对动态平衡和饱和汽压的理解1动态平衡的理解(1)动态平衡的实质：处于动态平衡时，液体的蒸发仍在不断进行；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；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
7、新的平衡。2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，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，原来的饱和蒸汽变成了未饱和蒸汽，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
8、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速率也跟原来相同，所以压强也不改变。1(多选)关于饱和汽压，下列说法正确的是()A温度相同的不同饱和汽，饱和汽压都相同B温度升高时，饱和汽压增大C温度升高时，饱和汽压减小D饱和汽压与饱和汽的体积无关解析：选BD不同的饱和汽在相同温度下的饱和汽压不同，同种饱和汽其饱和汽压随温度升高而增大，故A、C错误，B正确；饱和汽压
9、与饱和汽的体积无关，故D正确。2(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解析：选AB由动态平衡概念可知A正确；在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，它随着温度的升高而增大，所以B正确；一定温度下的饱和汽压与饱和汽的体积无关，所以C错误；理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽压和绝对温度的关系不成正比，饱和汽压随温度的升高增大得比线性关系更快，所以D错误。3(多选)一个玻璃瓶中
10、装有半瓶液体，拧紧瓶盖经过足够长一段时间后，则()A不再有液体分子飞出液面B停止蒸发C蒸发仍在进行D在相同时间内从液体里飞出去的分子数等于返回液体的分子数，液体的饱和汽压达到了动态平衡解析：选CD拧紧瓶盖后，随着液体不断蒸发，经一段时间后，液面上方的蒸汽达到饱和，气体达到饱和后，仍有气体分子从液体中飞出，同时也有气体分子回到液体中，在一定温度下，液体与上方蒸汽最终处于动态平衡，此时从液体里飞出去的分子数等于返回液体的分子数，故C、D对。对绝对湿度和相对湿度的理解相对湿度与绝对湿度和温度都有关系，在绝对湿度不变的情况下：温度越高，相对湿度越小，人感觉越干燥；温度越低，相对湿度越大，人感觉越潮湿。
11、空气的湿度对人的生活有很大影响，医学研究表明，夏季引发中暑有三个临界点：气温在30 31 ，相对湿度大于85%。气温超过38 ，相对湿度大于50%。气温超过40 ，相对湿度大于30%。可以看出，在相对湿度较大时，较低的温度就能引起中暑。(1)根据相对湿度，也即B100%，知道了水蒸气的实际压强和同温度水的饱和汽压，代入公式即求得相对湿度。(2)注意单位的统一，水蒸气的实际压强和同温度水的饱和汽压的单位是毫米汞柱(mmHg)。(3)在某一温度下，水的饱和汽压是一定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度；反之，知道了相对湿度也能算出绝对湿度。1(多选)下列说法中正确的是()A在一定温度下，同种液体的饱
12、和汽的密度是一定的B饱和汽近似地遵守理想气体定律C在潮湿的天气里，空气的相对湿度大，水蒸发得慢，所以洗了衣服不容易晾干D在绝对湿度相同的情况下，夏天比冬天的相对湿度大解析：选AC饱和汽的密度仅由温度决定，温度越高，饱和汽的密度越大，饱和汽压越大。由相对湿度100%可知，在p1相同的情况下，ps越大，相对湿度越小。人感觉“潮湿”和“干燥”及蒸发快慢取决于相对湿度。2某食堂的厨房内，温度是30 ，绝对湿度p12.1103 Pa，而这时室外温度是19 ，绝对湿度p21.3103 Pa。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p34.2103
13、 Pa,19 时水的饱和汽压为p42.2103 Pa)解析：厨房内的相对湿度B150%。厨房外的相对湿度B259%。厨房内外空气的相对湿度相差BB2B159%50%9%。所以，厨房外的相对湿度较大，即厨房外感觉潮湿。答案：见解析物态变化中的能量1晶体的熔化过程(1)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)温度特点晶体熔化过程中，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
14、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。(3)熔化热的计算如果用表示物质的熔化热，m表示物质的质量，Q表示熔化时所需要吸收的热量，则：Qm。熔化热的单位：焦耳/千克，即J/kg。2液体的汽化过程(1)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。(2)汽化热的计算(通常计算在1个标准大气压时，在沸点下的汽化热)设某物质在1个标准大气压下，在沸点时的汽化热为L，物质的质量为m，则QLm。汽化热的单位：焦耳/千克，即J/kg。典例如果已知铜制量
15、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3.9102 J/(kg)思路点拨(1)该过程中量热器小筒和水放热，热量利用Qcm(t1t2)计算。(2)冰融化吸热，热量为Qm。解析9 g 0 的冰融化为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 )把数值代入上式，可得3.3105 J/kg。答案
16、3.3105 J/kg物态变化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。 1火箭在大气中飞行时，它的头部跟空气摩擦发热，温度可达几千摄氏度，在火箭上涂一层特殊材料，这种材料在高温下熔化并且汽化，能起到防止烧坏火箭头部的作用，这是因为()A熔化和汽化都放热 B熔化和汽化都吸热C熔化吸热，汽化放热 D熔化放热，汽化吸热解析：选B物质在熔化和汽化过程中都是吸收热量的，故B选项正确。2今有1 kg温度为90 的水，在标准状况下把它变成100 的水蒸气，共吸收了44.05 kJ的
17、热量，求水的汽化热L。假设在整个过程中无热量损失，水的比热容为4.2 kJ/(kg)解析：根据能量守恒得c水mtmLQ，所以L代入数值得L2.05 kJ/kg2.05103 J/kg。答案：2.05103 J/kg 1下列关于蒸发和沸腾的说法中，正确的是()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解析：选D蒸发和沸腾都是汽化现象。蒸发在任何温度下都可以发生，只在液体表面进行；沸腾是剧烈的汽化现象，沸腾只在一定温度(沸点)下进行，在液体表面和内部同时发生，故D对。2(多选)在高原地区烧水需要
18、使用高压锅。水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽。停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却。在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为()A压强变小 B压强不变C一直是饱和汽 D变为未饱和汽解析：选AC高压锅在密封状态下缓慢冷却过程中，锅内水蒸气体积不变，温度降低，则压强变小，但锅内水蒸气发生的是动态变化过程，一定是饱和汽。故选项A、C正确。3我们感到空气很潮湿时，是因为()A这时空气中所含水汽较多B这时的气温较低C这时的绝对湿度较大D这时空气中的水汽离饱和状态较近解析：选D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，也不是气温的高低，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，人
19、对湿度的感觉由相对湿度决定，相对湿度越大，人感到越潮湿，故D对。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()A先降低后升高 B先升高后降低C一直降低 D一直升高解析：选A开始时，温度计上的酒精汽化，带走热量，使温度降低，故示数降低；酒精完全汽化后，温度计在热风作用下温度升高，A正确。5一定质量的0 的冰融化成0 的水时，其分子动能之和Ek和分子势能之和Ep的变化情况是()AEk变大，Ep变大 BEk变小，Ep变小CEk不变，Ep变大 DEk不变，Ep变小解析：选C0 的冰融化成0的水，温度不变，故分子的平均动能不变，分子总数不变，所以Ek不变；冰融化过程中吸热，吸收的热量用来增大
20、分子的势能，所以Ep变大，故C正确。6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空气的相对湿度越大C空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近D空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远解析：选D示数差距越大，说明湿泡的蒸发越快，空气的相对湿度越小，即水蒸气的实际压强(绝对湿度)与饱和汽压差距大，离饱和程度越远，故D对。7在某温度时，水蒸气的实际气压为p200 mmHg，此时的相对湿度为40%，则此时的绝对湿度为多少？饱和汽压为多大？解析：根据绝对湿度的定义可知：此时的绝对湿度为200 mmHg。由相对湿度的定义式B，解得ps mmHg500 mmHg。答案：200 mmHg500 mmHg8从电冰箱中取出质量为50 g、温度为10 的冰块，放进一杯0 的水中，若与外界无热交换，则有多少水会冻结到冰块上？已知冰的比热容为2.1103 J/(kg)，熔化热为3.36105 J/kg解析：从冰箱中取出的冰块温度从10 升高到0 时，吸收的热量Q1cmt，水凝结成冰放出热量，设有m的水冻结到冰上，放出热量Q2m，根据能量守恒有Q1Q2，即cmtm，代入数据可得m3.125 g。答案：3.125 g
