高中物理竞赛辅导物态变化Word文档格式.docx

1、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TT临界点气C.当时，可以存在沸腾现象S三相点D.当 pp三相点 时，它是一种稳定的液体OtocE. 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T T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

2、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 T T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。p p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

3、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=mL4 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。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

4、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

5、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 / g2.26106 J / kg4.07104 J / 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

6、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，E p（VgVL ）E pV gE RT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paV 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nRTps （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

7、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。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C tBt2A t1图 4-2-1t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

8、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

9、。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，mAAp A M A即 mBpB M B，式中 p A , 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， t 2 =100 .4 22、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

10、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。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

11、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V1 V2 V , BV1C V2m

12、 ，解得：C Vm,V2BVV1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

13、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p1px3atm, p22atm, p3 pp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（3px ）22.4 （ 244.8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2 44.8 p 22.4 4p

14、=1atmp1V3n1 1.46mol容器内空气的摩尔数 RT1 ，末态时空气和水汽的总摩尔数2.92molRT1故容器内水和水汽的总摩尔数n2 n n11.46mol 。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

15、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M RTm空而对潮湿空气有p1V湿M空 RTp2V湿M水 RTm水而p20.98M , m水0.02M故得pV湿0.980.02MRTV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 V0M，p湿V00.98M RT0.02M RT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故要求的三个压强之比为p : p干 : p湿1.980.02 : 0.98 0.022 m空=1.006:1.012说明湿空气在未达到饱和前遵循

16、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 23、空气的湿度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pt100%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

17、体感到适中的相对湿度是6070%。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 d h 绝对湿度。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。p kPa如果空气中含有较多的尘埃或离子，达到饱和的水气将65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

18、以下，因此常形成为雾。43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。210 6 m 3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0.6

19、00m，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 / mm5212591006851h/ mm200400500600 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p 1/ V ，所以对本题表示数据的合适方法是作 p1/ V 图。对题中给定的数据适当变换得表格如下：p /1.125 2.25 4.5 5.7 6.8kPaV1 / 106 m3

20、 0.611 1.23 3.18 4.69 6.25利用这些数据作出 p 1/ 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。3228当水汽的分压 pwp饱和 时，有24pV（W ）RTW）RT20 Q，其中 为空气 （ A） 或水 （ W）或的摩尔数， 另由 pWVm RT 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 2.2510Pa ，然后从标准饱和蒸气压表中查2030出温度，从图中的两条直线可得图 4-2-52.910 7 mol4.47 molRT /V8.6 g 的 7.9 g。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