选修3-3（高中物理旧教材同步讲义）第9章 4 物态变化中的能量交换同步讲义

4物态变化中的能量交换[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解固体熔化热，知道不同固体有不同的熔化热.2.了解汽化的两种方式，知道沸点与大气压的关系.3.了解熔化、凝固、汽化和液化的概念及过程中的能量转化．科学思维：能解释生活中有关熔化、凝固、汽化、液化的物理问题．一、熔化热1．熔化和凝固(1)熔化：物质从固态变成液态的过程．(2)凝固：物质从液态变成固态的过程．2．熔化热(1)概念：某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比．(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．二、汽化热1．汽化和液化(1)汽化：物质从液态变成气态的过程．(2)液化：物质从气态变成液态的过程．2．汽化热(1)概念：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，叫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．判断下列说法的正误．(1)固体熔化过程，温度不变，并放出热量．(×)(2)不同晶体的熔化热不同．(√)(3)汽化时放出热量．(×)(4)汽化热只与温度有关．(×)一、熔化热固体熔化时为什么会吸热？晶体和非晶体在熔化过程中有什么差别？答案固体熔化时要克服分子间引力做功，吸热能增加分子势能；晶体在熔化过程中温度不变，而非晶体在熔化过程中温度会发生变化．1．固体熔化过程中的能量特点(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．2．不同的晶体有不同的结构，要破坏不同晶体的结构，所需的能量就不同，因此不同晶体的熔化热不相同．熔化热是晶体的热学特征之一．3．熔化热的计算公式如果用λ表示物质的熔化热，m表示物质的质量，Q表示物质熔化时所需要吸收的热量，则Q＝λm.熔化热的单位是：焦耳/千克，即J/kg.例1(多选)当晶体的温度正好是熔点或凝固点时，它的状态()A．一定是固体 B．一定是液体C．可能是固体或液体 D．可能是固液共存答案CD解析晶体温度升高到熔点，将开始熔化，而且整个熔化过程温度保持不变；而液态晶体在降低到一定温度时，若继续放热，将会发生凝固现象，而且整个凝固过程温度不变，这个温度称为凝固点．对于同一种晶体来说，熔点和凝固点是相同的．因此在这个确定的温度下，晶体既可能是固体(也许正准备熔化)，也可能是液体(也许正准备凝固)，也可能是固液共存，例如：有0℃的水，0℃的冰，也有0℃的冰水混合物，0℃的水放热将会结冰，而0℃的冰吸热将会熔化成水．例2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．熔化热与温度、压强无关D．熔化热与温度、压强有关答案D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B正确；熔化热与温度、压强无关，故C正确，D错误．二、汽化热(1)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？(2)液体汽化时为什么会吸热？汽化热与哪些因素有关？答案(1)利用水汽化时要吸热，使周围环境温度不致太高．(2)液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引而做功，因此要吸热．汽化热与物质汽化时的温度及外界气体压强有关．1．液体汽化过程中的能量特点液体汽化时，液体分子离开液体表面，要克服其他液体分子的吸引而做功，因此要吸收热量．汽化过程中体积膨胀要克服外界气压做功，也要吸收热量．2．液体汽化时的汽化热与温度和外界气压都有关系．3．汽化热的计算公式设某物质在一个标准大气压时，沸点下的汽化热为L，物质的质量为m，Q表示所需要吸收的热量，则Q＝Lm.汽化热的单位为：焦耳/千克，即J/kg.例3在一个大气压下，1g100℃的水吸收2.26×103J热量变为1g100℃的水蒸气．在这个过程中，以下四个关系式正确的是()A．2.26×103J＝汽的内能＋水的内能B．2.26×103J＝汽的内能－水的内能C．2.26×103J＝汽的内能＋水的内能＋水变成汽体积膨胀对外界做的功D．2.26×103J＝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，D对．三、从能量和微观角度理解熔化过程与汽化过程1．熔化时，物体体积变化较小，吸收的热量主要用来克服分子间的引力做功．2．汽化时，体积变化明显，吸收的热量一部分用来克服分子间的引力做功，另一部分用来克服外界气压做功．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．例4一定质量的0℃的冰熔化成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()A．Ek变大，Ep变大B．Ek变小，Ep变小C．Ek不变，Ep变大D．Ek不变，Ep变小答案C解析0℃的冰熔化成0℃的水，温度不变，故分子的平均动能不变，而分子总数不变，Ek不变；冰熔化过程中吸收的热量用来增大分子势能，故C正确．解答此类问题要抓住两点：一是温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变；二是抓住物态变化中的宏观特征是吸热还是放热，再依据能量守恒的观点，分析能量的变化情况.1．(熔化热的理解)(多选)(2018·信阳市期末)下列说法正确的是()A．晶体有确定的熔化热，非晶体没有确定的熔化热B．不同的晶体的熔化热不同C．晶体熔化时吸收热量而温度不变，主要用于增加分子势能D．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量不相等答案ABC解析只有晶体才有固定的熔点，有确定的熔化热，A正确；熔化热与晶体的种类有关，B正确；晶体熔化时吸收热量，内能增加，但温度不变，分子平均动能不变，因此吸收的热量主要增加分子势能，C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，D错误．2.(熔化热的计算)一电炉的功率P＝200W，将质量m＝240g的固体样品放在炉内，通电后电炉内的温度变化如图1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？图1答案60℃1.0×105J/kg解析熔化时温度不变，从图象直接得到熔点为60℃；从图象得到熔化时间为2min＝120s，根据能量守恒定律，有：Pt＝λm，解得：λ＝eq\f(Pt,m)＝eq\f(200×120,0.24)J/kg＝1×105J/kg.3．(汽化热的理解)(多选)能使气体液化的方法是()A．在保持体积不变的情况下不断降低气体的温度B．在保持体积不变的情况下使气体温度升高C．在保持温度不变的情况下增大压强，能使一切气体液化D．降低气体的温度到某个特定温度以下，然后增大压强答案AD解析从能量转化的角度分析只要放出热量，就可以使气体液化，但从影响气体液化的因素分析，只要不断降低温度或降低温度到某一特定值以下，再增大压强就可以使气体液化．4．(汽化热的计算)在压强为1.01×105Pa时，使10kg20℃的水全部汽化，需要吸收的热量是多少？[已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，100℃时水的汽化热为L＝2260kJ/kg]答案2.596×107J解析压强为1.01×105Pa时，水在达到沸点时的汽化热为2260kJ/kg.要使20℃的水全部汽化，应先使水的温度上升到100℃，则需吸收的热量总共为Q＝cmΔt＋m·L＝4.2×103×10×(100－20)J＋10×2260×103J＝2.596×107J.一、选择题考点一熔化热的理解1．关于物质的熔化和凝固，下列说法正确的是()A．各种固体都有确定的熔点B．各种固体都有确定的凝固点C．各种晶体的熔点相同D．非晶体熔化要吸热，温度不断上升答案D解析固体包括晶体和非晶体，只有晶体具有确定的熔点，且不同晶体的熔点一般不同．非晶体熔化时要吸热，在熔化过程中温度不断升高．2．如图所示的四个图象中，属于晶体凝固图象的是()答案C解析晶体凝固时有确定的凝固温度，非晶体没有确定的凝固温度，故A、D图象是非晶体的图象，A、D错误；晶体熔化时在达到熔点前是吸收热量，温度升高，而凝固过程则恰好相反，故B错误，C正确．3．(2018·太原市模拟)晶体在熔化过程中所吸收的热量，将主要用于()A．增加分子的动能B．增加分子的势能C．既增加分子的动能，也增加分子的势能D．既不增加分子的动能，也不增加分子的势能答案B解析晶体在熔化过程中，吸收热量，但温度不变，吸收的热量用来克服分子间的作用力做功，即增加分子的势能，故B选项正确．考点二汽化热的理解4．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，汽化吸热答案B解析物质在熔化和汽化过程中都是吸收热量的，故B选项正确．5．(多选)(2018·南昌市模拟)关于液体的汽化和汽化热，下列说法正确的是()A．液体分子离开液体表面要克服其他液体分子的引力而做功B．液体的汽化热是与某个温度对应的C．某个温度下，液体的汽化热与外界气体的压强有关D．汽化时吸收的热量等于液体分子克服分子引力而做的功答案ABC解析汽化时液体吸收的热量一部分用于液体分子克服分子引力做功，另一部分用于气体体积膨胀克服外界气压做功，所以A正确，D错误；汽化热与液体温度、外界气压有关，温度不同，液体的汽化热不同，所以B、C正确．考点三综合应用6．(多选)下列说法中正确的是()A．1g0℃的冰和1g0℃的水的分子动能、分子势能和内能均相同B．1g0℃的冰比1g0℃的水的分子动能、分子势能和内能都要小C．1g100℃的水和1g100℃的水蒸气分子平均动能和分子总动能都相同D．1g100℃的水的内能比1g100℃的水蒸气的内能小答案CD解析一定质量的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，A、B错；由水的汽化过程可知C、D对．7．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“白汽”，这是汽化现象答案B解析熔化不仅需要温度达到熔点，还需要继续吸热，故A错；液体温度高，其分子运动加剧，容易跑出液面，即蒸发变快，故B对；0℃时水分子也在永不停息地做热运动，其内能不为零，故C错；冬天嘴中的气体温度较高，呼出遇到冷空气后液化为小水滴，即为“白汽”，故D错．二、非选择题8.(2018·烔炀中学高二下月考)如图1所示是萘晶体的熔化曲线，由图可知，萘的熔点是多少，熔化时间为多少？若已知萘的质量为m，固态时比热容为c1，液态时比热容为c2，熔化热为λ，试计算在0～T1、T1～T2和T2～T3这三个时间间隔中吸收的热量及能量转化情况．(全过程忽略因汽化引起的质量变化)图1答案c1m(t2－t1)λmc2m(t3－t2)解析由题图可知，萘的熔点是t2，熔化的时间为T2－T1，0～T1内，萘为固态，萘从外界吸收热量，主要用来增加萘分子的平均动能Q1＝c1m(t2－t1)T1～T2内，萘为固液共存，萘从外界吸收热量，完全用于增加萘分子的势能Q2＝λmT2～T3内，萘为液态，萘从外界吸收热量，大部分用来增加萘分子的平均动能Q3＝c2m(t3－t2)9．绝热容器里盛有少量温度为0℃的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发，而其余的水都凝结成0℃的冰．则凝结成的冰的质量是原有水质量的多少倍？已知0℃的水的汽化热