高中物理竞赛辅导物态变化Word文档格式.docx
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T三相点时，可以存在升华现象
固
临界点
B.在凝固过程中体积增大
T
T临界点
气
C.当
时，可以存在沸腾现象
S
三相点
D.当p
p三相点时，它是一种稳定的液体
O
toc
E.以上说法都不对
分析:
将液体和固体上方的饱和汽压随温度变化的曲线
SK，
图4-1-1
升华曲线SO，以及熔点随温度变化的熔化曲线
SL，同时画在P-T
图上（图2-1-1），我们就能标出固、液、汽三态存在的区域；
每条曲线对应着两态平衡共存的
情况，三根曲线的交点S，对应着三态平衡共存的惟一状态，称为三相点，图线叫三相图。
当
TT三相点
时，这种物质从固态必须经过液态才能变化为汽态，所以选项
A不正确。
在凝固过
程中，看固态和液态之间的
SL曲线，它们的熔点随压强的增加而升高，熔化过程中体积是膨
胀的，凝固过程中体积是细小的，与水的反常膨胀不同，所以选项
B也不正确，当TT临界点
时，这种物质不可能以液体存在，不论压强多大，它总不能凝结为液相，所以不存在沸腾现
象，临界点的温度已高于任何情况下的沸点温度。
选项
C也不正确。
pp三相点时，这种
物质只有固态与汽态而不是一种稳定的液体。
D也不正确。
解:
选项E正确。
点评这是一道考查对物质三态变化的综合题，通过三相图，认识三态之间的变化和三相点与临界点的物理意义。
用心爱心专心
4．2气液相变
物质由液态转变为气态叫汽化，由气态转化为液态的过程叫液化。
在一定压强下，单位
质量液体变为同温度气体时所吸收的热量称为汽化热，一般用L表示；
相应的一定压强下，
单位质量的气体凝结为同温度液体时所放出的热量称为凝结热，数值也是L，在汽化和凝结过
程中，吸收或放出的热量为
Q=mL
4．2、1、液体的汽化
液体的汽化有蒸发和沸腾两种不同的形式。
蒸发是发生在液体表面的汽化过程，在任何温度下都可以进行。
沸腾是整个液体内部发生汽化过程，只在沸点下才能进行。
①蒸发
从微观上看，蒸发就是液体分子从液面跑出来的过程。
分子从液面跑出来时，需要克服液体表面层中分子的引力做功，所以只有那些热运动动能较大的分子可以跑出来。
如果不吸热，就会使液体中剩余分子的平均动能减小，温度降低。
另一方面蒸气分子不断地返回到液体中去，凝结成液体。
因此液体分子蒸发的数量，是液体分子跑出液面的数量，减少蒸气分子进入液面的数量。
对于液面敞开的情况，影响蒸发快慢的因素，主要有以下三种：
一是液面的表面积，二是温度，三是液面上的通风情况。
在液面敞开的情况下，液体会不断蒸发，直到液体全部转变为蒸起为止。
在密闭的容器中，随着蒸发的不断进行，容器内蒸汽的密度不断增大，这时返回液体中的蒸气分子数也不断增多，直到单位时间内跑出液面的分子数与反回液面的分子数相等时，宏观上看蒸发现象就停止了。
这时液面上的蒸气与液体保持动态平衡，此时的蒸气叫做饱和蒸气，它的压强叫饱和蒸气压。
饱和气压与液体的种类有关，在相同的温度下，易蒸发的液体的饱和汽压大，不易蒸发的液体的饱和汽压小。
对于同一种液体，饱和汽压随温度的升高而增大。
饱和汽压的大小还与液面的形状有关，对于凹液面，分子逸出液面所需做的功比平液面时小。
反之，对于凸液面，如小液滴或小气泡，才会显示出来。
饱和汽压的数值与液面上蒸汽的体积无关，与该体积中有无其他气体无关。
在汽化过程中，体积增大，要吸收大量的热量。
单位质量的液体完全变成同温度下的蒸
汽所吸收的热量，叫做该物质在该温度下的汽化热。
如100℃水的汽化热
539cal/g
2.26
106J/kg
4.07
104J/mol。
液体汽化时吸热，一方面用于改变
系统的内能，同时也要克服外界压强作功。
如果
1mol液体和饱和汽的体积分别为
VL,Vg，且
VL<
<
Vg，对饱和汽采用理想气体方程近似处理，
Ep（Vg
VL）
EpVg
ERT
②沸腾
液体内部和容器壁上存有小气泡，它能使液体能在其内部汽化，起着汽化核的作用。
nRT
泡内的总压强是泡内空气分压强
pa
V和液体的饱和汽压ps之和；
气泡外的压强是液面
上的外界压强p外和gh之和，通常情况下，液体静压强
gh忽略不计。
因此，在某一温度
n
RT
ps（T）p外
V
下，液内气泡的平衡条件为
。
当液体温度升高时，ps增大，同时由温
度升高和汽化，体积膨胀，导致ps下降，这样在新的条件下实现与p外的平衡。
当ps
无论气泡怎样膨胀也不能实现平衡，处于非平衡状态。
此时骤然长大的气泡，在浮力作用下，迅速上升到液面破裂后排出蒸气，整个液体剧
p外时，
烈汽化，这就是沸腾现象。
相应的温度叫做沸
点。
对于同种液体，沸点与液面上的压强有关，压强越大，沸点越高。
沸点还与液体的种类有关，在同一压强下，不同液体的沸点不同。
③双层液体沸腾的分析
在外界压强p0的条件下，若液体A的沸点77℃，液体B的沸点100℃。
现将等质量的互不相容的液体A和B注入一个容器内，形成图
4-2-1的双层液体。
液体B的表面上再覆盖一
Ct
B
t2
At1
图4-2-1
t
薄层非挥发性的，与液体
A、B互不相溶的液体
C，目的是防止液体B上表面的
自由蒸发。
现将此液体缓慢加热，它们的温度始终相等，液体温度随时间
变化关系为
图示。
加热刚开始，对应图线左侧斜坡部分，液体
B不能经上表面自由蒸发。
下面考察系统内
部的蒸发，设想在液体
A或B内部，或在A、B分界面上各形成一个气泡，仅当泡内压强等于
外界压强p0时，它才能保持上升而逸出此系统。
液体
A、B内部形成的气泡的内压强，分别等
于A、B的饱和汽压，A、B交界面上形成气泡的内压强则为
A、B的饱和汽压之和，因为这种
气泡同时与A、B接触。
因此加热时，液体交界面上形成气泡的压强首先达到
p0温度t1正是对
应这种液体在相互接触区域发生的共同沸腾。
t1低于A、B各自的沸点，如
t1=67℃。
当A、B
中的一个全部蒸发后，系统的温度便会再次上升，对应图线的第二斜坡。
温度
t2即为容器中
余留液体的沸点。
谁先全部蒸发呢？
这取决于温度
t1时，液体A、B在每个升高气泡中饱和蒸气的质量比，
mA
A
pAMA
即mB
pBMB
，式中pA,pB为温度t1时A、B的饱和气压。
mB，则A先
全部蒸发，余留液体B，t2=100℃.
4．2．2、气体的液化
我们知道，当饱和气的体积减小或温度降低时，它就可以凝结为液体，因此要使未饱和
气液化，首先必须使之变成饱和气，方法有二：
a、在温度不变的条件下，加大压强以减小未饱和气体积，相应就可以增大它的密度，直至达到该温度下饱和气的密度，从而把未饱和气
变为饱和气；
b、对较高温度下的未饱和气，在维持体积不变的条件下降低其温度，也可以使它变为在较低温度下的饱和气。
把未饱和气变为饱和气以后，只要继续减小其体积或降低其温度，多余的气就可凝结成液体。
但各种气体有一个特殊温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，都不能使它液化，
这个温度就称为该气体的临界温度。
①气液转变的等温线
要使未饱和汽转变成饱和汽并使之液化，在等压条件下，气体通过降温可以转变为液体；
在保持温度不变的条件下，通过增大压强减小体积的方式，也可以使气体液化。
图4-2-2为某气体液化的过程曲线AB是液化以前气体的等温压缩过程，气体逐渐趋于饱和状态，B点对应于饱和汽状态，继续压缩就会出现
液体；
在液化过程
BC中，压强p0保持不变，气液化
D
的总体积减小，
过程中每一状态都是气液平衡共
BC
存的状态，因此p0为这一温度下的饱和汽压。
C点相
C
当于气体全部液化时的状态；
段就是液体的等温
CD
压缩过程。
应该指出：
由于各种气体都有一个特殊温度，
在
这个温度以上，无论怎样增大压强也不能使气体液
化，这个温度称为临界温度。
因此上述气液等温转变
图4-2-2
只能在气体的临界度以下进行。
若等温转变时饱和汽
密度为B，BC段液体密度为
C，系统的总质量为
m，当气液平衡共存时的体积为
V，其中
汽、液的体积分别是
V1,V2,有V1V2V,BV1
CV2
m，解得：
CV
m
V2
BV
V1
②混合气的等温液化
混合气体的等温转变，应分解为各组分气体的等温转变过程来考虑不周。
沸点不同的各
组分气体，当等温压缩时，达到饱和开始液化的先后不同。
同在1atm沸点高的气体，其饱和汽密度要小些，等温压缩它会先达到饱和开始液化。
混合气体等温线的转折点，一定是某组
分气体物态的转变点。
例：
有一体积22.4L的密闭容器，充有温度T1、压强3atm的空气和饱和水汽，并有少量
的水；
今保持温度T1不变，将体积加倍，压强变为2atm，底部的水恰好消失，试问T1是多少？
若保持温度T1不变，体积增为最多体积的4倍，试问这时容器内的压强是多少？
容器内水和空气的质量各是多少？
设饱和水汽可看作是理想气体。
解:
设初态、中态和末态中空气分压强分别为
p1,p2,p3；
初态、中态中的水汽均为温度T1
的饱和汽，设饱和水汽压为
px；
末态中的水汽为温度T1的未饱和汽，水汽分压为p。
若末
态气体的压强为
p，则有
p1
px
3atm,p2
2atm,p3p
p
从初态变为中态的过程中，空气质量未变而水汽质量增加，对空气分压可用玻意尔定律
（3
px）
22.4（2
44.8
得px=1atm，故T1=373K,p1=2atm，p2=1atm。
从中态变为末态的过程，水汽和空气的总质量不变，应用玻意耳定律
244.8p22.44
p=1atm
p1V3
n11.46mol
容器内空气的摩尔数RT1，末态时空气和水汽的总摩尔数
2.92mol
RT1
故容器内水和水汽的总摩尔数
n2nn1
1.46mol。
由固态导热材料做成的长方体容器，被一隔板等分为两个互不连通的部分，其中分
别贮有相等质量的干燥空气和潮湿空气，在潮湿空气中水汽质量占
2%。
（1）若隔板可自由无摩擦地沿器壁滑动，试求达到平衡后干、湿空气所占体积的比值。
（2）若一开始采用能确保不漏气的方式将隔板抽出，试求达到平衡后容器内气体的压强与
未抽出隔板时干、湿空气各自的压强这三者的比值（设干、湿空气均可视为理想气体）。
解：
（1）隔板平衡的条件是：
隔板两侧气体的压强相同，温度也相同（因容器和外界导热），所以对干空气有
pV干
MRT
m空
①
而对潮湿空气有
p1V湿
M空RT
p2V湿
M水RT
m水
而
p2
0.98M,m水
0.02M
故得
pV湿
0.98
0.02
MRT
②
V干:
V湿
1
:
1:
1012
得
（2）隔板抽出前，干湿空气的体积为
V0，压强分别为
p干,p湿，则由克拉伯龙方程得
p干V0
M
，
③
p湿V0
0.98MRT
0.02MRT
④
抽出隔板以后，干、湿空气混合以后系统的压强为
p，则
p（2V0）
1.98M
⑤
故要求的三个压强之比为
p:
p干:
p湿
1.98
0.02:
0.980.02
2m空
=1.006:
1.012
说明湿空气在未达到饱和前遵循理想气体状态方程，当然克拉珀方程也适用，而在达到饱和以后，克拉珀龙方程仍可用，但理想气体状态方程则不适用了，因为水气的质量会发生变化。
4．2．3、空气的湿度
①空气的绝对湿度和相对湿度
由于地面水分的蒸发，空气中总会有水蒸气，而空气中所含水汽的多少就决定了空气的潮湿程度。
a、绝对湿度空气中所含水气的分压强大小。
b、相对湿度某温度时空气的绝对湿度跟同一温度下水的饱和气压的百分比。
如果B表示相对湿度，Pt表示绝对湿度，P表示同温度下饱和气的压强，则
pt
100%
空气干燥、潮湿程度直接决定于相对湿度，当相对湿度接近
100%时，空气中水气接近饱
和状态，水分难于蒸发，衣服晾不干，人也觉得十分烦闷，人体感到适中的相对湿度是
60—
70%。
②露点
空气里的未饱和气在气温降低时会逐渐接近饱和，使空气里的水气恰好达到饱和时的温度，称为露点。
通过测定露点可以测出空气的湿度，因为当空气中水气的密
度保持不变时，露点温度下的饱和水气压强就可以认为是空气的dh绝对湿度。
③露、霜、雾及其他
大气中的水气在气温降低时也同样趋于饱和，白天温度较高
图4-2-3
时处于未饱和状态的水气，夜里气温下降时如达到露点或露点以
下（0℃以上），则空气中水气将在树叶、草皮上凝结，这就
7
是露。
pkPa
如果空气中含有较多的尘埃或离子，
达到饱和的水气将
6
5
以尘埃或离子为中心凝结，这就形成雾，开启冰箱门，
“冷
气”所到之处，常达到露点以下，因此常形成为雾。
4
3
地面附近的空气中的水蒸气遇冷
（0℃以下）而直接凝华
的小冰粒，附着地面物体上成为霜。
2
106m3
湿度计是用来测量空气湿度的仪器。
露点湿度计：
它通
过测定露点，然后查出该露点的饱和水气压和原温度的饱和
水气压，即可求出相对湿度。
干湿泡湿度计：
它在一支温度
图4-2-4
计泡上包着纱布，纱布下端浸入水中。
若空气中水气未饱和，
湿纱布的水会蒸发，温度降低。
这样湿泡温度计的温度值比干泡温度计的要低些。
相对湿度
越小，这个差值就越大。
利用这个差值的大小可由表检查出空气的相对湿度。
毛发湿度计：
利用脱脂毛发长度的变化来控制指针偏转，直接指示相对湿度。
有一根玻璃毛线管，长为
0.600m，内径2.00mm，内有50mm水银柱，水银柱把长细
管分成两部分，一部分为真空，另一部分为空气和水气的混合物。
倾斜管子，气室的长度可
以变化，做实验时，改变倾斜度，得到数据如下表，符号在图
4-2-3中示出。
每次测量后，
要等气体恢复平衡。
求管内空气和水各有多少？
d/mm
521
259
100
68
51
h/mm
200
400
500
600
温度不变时，一定质量的理想气体遵循玻意耳定律，即压强
p与体积V之间满足
p1/V，所以对本题表示数据的合适方法是作p
1/V图。
对题中给定的数据适当变换得表
格如下：
p/
1.1252.254.55.76.8
kPa
V1/106m30.6111.233.184.696.25
利用这些数据作出p1/V图线如图8-2-4所示，这样可发现数据分成两部分，一部分形成通过
原点的直线，压强高时数据位于不通过原点的直线上，而只要是水汽没有饱和，水汽也可看作理想气体，当水汽开始凝结时，水汽分压是常数，而空气分压遵循玻意耳定律，这就是形成图示数据关系的原因。
32
28
当水汽的分压pw
p饱和时，有
24
pV
（
W）RT
W）RT
20Q
，其中γ为空气（A）或水（W）
或
的摩尔数，另由pWV
mRT算出的pw大于p饱和时，
16
实际水气分压为
p饱和
，故满足于
12
从图上将直线外延求得饱和蒸气压，
p饱和2.25
10
Pa，然后从标准饱和蒸气压表中查
20
30
出温度，从图中的两条直线可得
图4-2-5
2.9
107mol
4.4
7mol
RT/V
8.6μg的7.9μg。
所以，管内空气和水分别有
说明因试题中没有给出温度
，另一个方法是可以假设室温为
20℃，因为10℃的温
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