选修3-3（高中物理旧教材同步讲义）第9章 3 饱和汽与饱和汽压同步讲义

3饱和汽与饱和汽压[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道饱和汽、未饱和汽及饱和汽压这些概念的含义.2.了解相对湿度概念的含义以及它对人的生活和植物生长等方面的影响.3.了解湿度计的结构与工作原理．一、汽化1．定义：物质从液态变成气态的过程叫做汽化．2．两种方式(1)蒸发：只发生在液体表面，而且在任何温度下都能发生．(2)沸腾：在液体表面和内部同时发生，只在一定温度(沸点)下才会发生．3．沸腾条件：(1)达到沸点；(2)能继续吸热．4．沸点与大气压强有关：大气压强越高，沸点越高．二、饱和汽与饱和汽压1．动态平衡：在相同时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数，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．饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽．(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽．3．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，这个压强就叫做这种液体的饱和汽压．4．影响饱和汽压的因素饱和汽压随温度的升高而增大．饱和汽压与蒸汽所占的体积无关(填“有关”或“无关”)，与该蒸汽中有无其他气体也无关(填“有关”或“无关”)．三、空气的湿度湿度计1．空气的湿度(1)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强．(2)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，即相对湿度＝eq\f(水蒸气的实际压强,同温度水的饱和汽压)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．2．湿度计：常用的湿度计有干湿泡湿度计、毛发湿度计、传感器湿度计．1．判断下列说法的正误．(1)在任何温度下蒸发和沸腾都能进行．(×)(2)达到动态平衡后，不再有液体内的分子从液体里面飞出来．(×)(3)饱和汽压与温度无关．(×)(4)空气的相对湿度越大，则人越感觉潮湿．(√)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________，未饱和汽的压强________饱和汽压．答案饱和汽压小于一、汽化(1)为什么在高海拔地区煮东西煮不熟？(2)为什么用高压锅蒸米饭、炖肉汤比较快，而且易烂？答案(1)液体沸腾时需要达到的温度叫沸点．沸点与大气压强有关，大气压强越小，沸点越低．而在高海拔地区大气压强小，沸点低，故煮东西煮不熟．(2)高压锅内大气压强大，沸点高，故用高压锅蒸米饭、炖肉汤比较快，而且易烂．液体蒸发时，如果不从外界吸收热量，液体温度会降低；液体沸腾时，需从外界吸收热量，吸收的热量全部用于液体的汽化上，温度不再升高，直到液体全部变成气体为止．例1如图1所示，在一个大烧杯A内放一个小烧杯B，杯内都放有水，现对A的底部加热，则()图1A．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答案C解析对烧杯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的水中吸热，因此烧杯B中的水只能保持在沸点而不会沸腾．二、饱和汽与饱和汽压(1)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存在，这是为什么呢？(2)有人说在密闭容器里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？答案(1)前者的水蒸发掉了，而后者由于密闭，水蒸气最终与水形成一种动态平衡．(2)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，并非分子停止运动．1．动态平衡(1)处于动态平衡时，液体分子的热运动仍在不断进行．(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．影响饱和汽压的因素(1)饱和汽压跟液体的种类有关．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．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．在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积而变化．①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．②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．特别提醒把未饱和汽变成饱和汽的方法(1)在体积不变的条件下，降低未饱和汽的温度，可以使较高温度时的未饱和汽变成较低温度时的饱和汽．(2)在温度不变的条件下，减小未饱和汽的体积，增大未饱和汽的压强可以使未饱和汽变成饱和汽．例2如图2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，平衡后底部仍有部分水，则()图2A．液面上方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解析在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，饱和汽的压强也是一定的．活塞上提前，密闭容器中水面上水蒸气为饱和汽，水蒸气密度一定，其饱和汽压一定．当活塞上提时，密闭容器中水面会有水分子飞出，最终使其上方水蒸气与水又重新处于动态平衡，达到饱和状态．在温度保持不变的条件下，水蒸气密度不变，饱和汽压也保持不变．故选D.例3(2018·南通市期中)关于饱和汽，下列说法错误的是()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，向容器中注入足够量的空气，加大气压可使水蒸气饱和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，温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，饱和汽压增大答案B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；饱和汽压与液体蒸汽中其他气体的压强无关，所以B错误．三、空气湿度湿度计(1)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，这是为什么呢？(2)在绝对湿度相同的情况下，夏天和冬天的相对湿度哪个大？为什么？答案(1)在闷热潮湿的天气里，由于空气湿度大，汗液的蒸发和空气中的水蒸气的液化达到一种动态平衡．(2)在绝对湿度相同的情况下，水的饱和汽压在温度高时大，温度低时小，根据相对湿度＝eq\f(水蒸气的实际压强,同温度水的饱和汽压)，夏天和冬天相比，冬天的相对湿度大．1．对湿度的理解(1)许多和湿度有关的现象，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，温度越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿．(2)空气的干湿程度和空气中所含有的水蒸气接近饱和的程度有关，而和空气中含有水蒸气的绝对数量无直接关系．在某一温度下，水的饱和汽压是一定值，已知绝对湿度可以计算相对湿度；反之，已知相对湿度也可计算绝对湿度．2．湿度计(1)湿度计是用来测量空气相对湿度的仪器．(2)常用的几种湿度计①干湿泡湿度计：由两个相同的温度计组成，其中一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布另一端浸在水中，由于蒸发吸热，湿泡所示的温度小于干泡所示的温度，蒸发的快慢与空气的湿度有关，也与气温有关，读出干、湿两支温度计的读数，即可查到当时空气的相对湿度．②毛发湿度计：头发脱脂后可以吸收水分，吸水后伸长，干燥后缩短，把头发的长短变成指针的转动，就制成了毛发湿度计．③传感器湿度计：在基片上涂着能够吸收水分的导电物质，当空气湿度变化时，导电物质中水分增加或减少，导致元件的电阻值变化，从而影响电路中的电流，通过电流确定空气的湿度．例4学校气象小组在某两天中午记录如下数据：第一天气温为30℃，空气中水蒸气的压强为15.84mmHg.第二天气温为20℃，绝对湿度为10.92mmHg.查表知，气温为30℃时，水的饱和汽压为4.242×103Pa；气温为20℃时，水的饱和汽压为2.338×103Pa.已知1标准大气压(1×105Pa)等于75cmHg，试根据采集的数据计算说明哪一天中午人感觉较潮湿？答案第二天中午人感觉较潮湿解析气温为30℃时，水的饱和汽压ps1＝4.242×103Pa，而这时水蒸气的实际压强p1＝15.84mmHg＝2.112×103Pa，则第一天中午空气的相对湿度B1＝eq\f(p1,ps1)×100%＝eq\f(2.112×103Pa,4.242×103Pa)×100%≈49.79%；气温为20℃时，水的饱和汽压ps2＝2.338×103Pa，而此时水蒸气的实际压强即绝对湿度p2＝10.92mmHg＝1.456×103Pa，则第二天中午空气的相对湿度B2＝eq\f(p2,ps2)×100%＝eq\f(1.456×103Pa,2.338×103Pa)×100%≈62.28%.显然B2>B1，可知第二天中午人感觉较潮湿.1．(饱和汽与饱和汽压)(多选)在高原地区烧水需要使用高压锅，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．变为未饱和汽答案AC解析停止加热后，高压锅在密封状态下缓慢冷却，此过程中锅内水蒸气仍是饱和汽，由p－t关系知，p减小．故A、C项正确．2．(饱和汽与饱和汽压)(多选)将未饱和汽转化成饱和汽，下列方法可行的是()A．保持温度不变，减小体积B．保持温度不变，减小压强C．保持体积不变，降低温度D．保持体积不变，减小压强答案ACD解析未饱和汽的密度小于饱和汽的密度，压强小于饱和汽压，因未饱和汽对气体实验定律是近似适用的，保持温度不变，减小体积，可以增大压强，增大饱和汽的密度，A正确，B错误；若体积不变，当降低温度时，可使压强减小到降低温度后的饱和汽压，则C、D正确．3．(空气湿度的理解及应用)(多选)在相对湿度相同的情况下，比较可得()A．冬天的绝对湿度大 B．夏天的绝对湿度大C．冬天的绝对湿度小 D．夏天的绝对湿度小答案BC解析因冬天比夏天的气温低，对应的水的饱和汽压小，又根据相对湿度公式可知，冬天的绝对湿度小，夏天的绝对湿度大，所以B、C对．4．(湿度计的理解)下列关于干湿泡湿度计的说法正确的是()A．干湿泡湿度计测的是绝对湿度B．湿泡温度计所示的温度高于干泡温度计所示的温度C．干泡温度计所示的温度高于湿泡温度计所示的温度D．干泡温度计与湿泡温度计所示的温度差越大，相对湿度越大答案C解析因为干湿泡湿度计由两支相同的温度计组成，其中一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的另一端浸在水中，是湿泡温度计，由于水蒸发吸热，湿泡温度计的示数总小于干泡温度计的示数，且温度差越大，相对湿度越小，故C选项正确．一、选择题考点一蒸发和沸腾1．下列关于蒸发和沸腾的说法正确的有()A．蒸发可在任何温度下发生，沸腾亦然B．蒸发只能在一定温度下进行，沸腾亦然C．蒸发发生在液体内、外，沸腾亦然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D2．要使水在100℃以上沸腾，可以采用下列哪种方法()A．移到高山上 B．在锅上加密封的盖C．延长加热时间 D．加大火力答案B解析气压增大，水的沸点升高．在高山上，气压低，沸点下降；而在锅上加密封的盖，锅内气压增大，沸点升高；延长加热时间和加大火力并不能升高沸点，故选B.考点二饱和汽与饱和汽压3．(2018·长春市测试)下列关于饱和汽与饱和汽压的说法中，正确的是()A．密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，蒸汽仍是饱和的B．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大C．温度不变时，饱和汽压随饱和汽体积的增大而增大D．相同温度下，各种液体的饱和汽压都相同答案B解析密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，就会变成不饱和汽，所以A项错误；温度一定时，同种液体的饱和汽压与饱和汽的体积无关，但饱和汽压会随温度的升高而增大，所以B项正确，C项错误；相同温度下，不同液体的饱和汽压是不相同的，所以D项错误．4．下列对饱和汽压随温度的变化，表述正确的是()A．温度升高，单位时间内从液体表面飞出的分子数减少B．温度降低，单位时间内从液体表面飞出的分子数增多C．温度升高，单位时间内从液体表面飞出的分子数增多，液体继续蒸发，压强增大D．温度降低，单位时间从液体表面飞出的分子数大于返回液体表面的分子数答案C解析温度越高，液体分子热运动的平均动能越大，单位时间内从液面飞出的分子数增多，原来的动态平衡被打破，液体继续蒸发，蒸汽的压强继续增大，直至达到新的平衡，故C正确．5．(多选)一个玻璃瓶中装有半瓶液体，拧紧瓶盖经过很长一段时间后，则()A．不再有液体分子飞出液体表面B．仍有液体分子飞出液体表面C．在相同时间内从液体里飞出去的分子数大于返回液体的分子数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，液体和蒸汽达到了动态平衡答案BD6．一瓶矿泉水喝完一半之后，把瓶盖拧紧，不久瓶内水面的上方形成了水的饱和汽．下列关于温度变化时，瓶内水的饱和汽压随温度变化关系的图象正确的是()答案B解析对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大，故B正确，A、C、D错误．考点三空气湿度湿度计7．(多选)关于空气的湿度，下列说法正确的是()A．当人感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B．当人感到干燥时，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汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比答案BC解析空气的相对湿度越大，人感到越潮湿，但相对湿度大时，绝对湿度不一定大，故A错误；相对湿度较小时，人感到干燥，故B正确；用空气中水蒸气的压强表示的湿度叫做空气的绝对湿度，空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的比值叫做空气的相对湿度，故C正确，D错误．8．(多选)某日白天的气温是20℃，空气中水蒸气的压强是1.1×103Pa；夜间，空气中水蒸气的压强不变，气温降到10℃，白天水的饱和汽压为2.3×103Pa，夜间水的饱和汽压为1.2×103Pa，则我们感觉到的潮湿与干爽情况是()A．夜间干爽 B．白天潮湿C．白天干爽 D．夜间潮湿答案CD解析人体对干爽和潮湿的感受决定于相对湿度．白天与夜间空气中水蒸气的实际压强不变，而白天水的饱和汽压大于夜间的饱和汽压，身体表面的水分蒸发在白天比在夜间快，因而白天感觉干爽，夜间感觉潮湿．9．(多选)(2019·盐城市高二下期末)如图1所示为干湿泡湿度计．湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示此时()图1A．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与饱和汽压相差很小D．空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差很大答案BD解析示数差距越大，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)与饱和汽压相差越大，故B、D正确，A、C错误．10.(2018·江苏单科)如图2所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中．纱布中的水在蒸发时带走热量，使温度计示数低于周围空气温度．空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则()图2A．空气的相对湿度减小