9.4《物态变化中的能量交换》选修3-3

9.4《物态变化中的能量交换》教学目标•知识与能力•1．知道熔化和熔化热、汽化和汽化热的概念。•2．会用熔化热和汽化热处理有关问题。•3．体会能的转化与守恒在物态变化中的应用。•重点、难点：•知道熔化和熔化热、汽化和汽化热的概念•会用熔化热和汽化热处理有关问题。固态液态气态熔化吸热汽化吸热凝固放热液化放热一、熔化热物质从固态变成液态的过程。物质从液态变成固态的过程。熔化是凝固的逆过程。1.熔化与凝固熔化：凝固：由于固体分子间的强大作用，固体分子只能在各自的平衡位置附近振动，对固体加热，在其熔解之前，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。而凝固是熔化的逆过程，所以要放热。为什么熔化会吸热，凝固放热？2.熔化热：①某种晶体熔化过程中所需的能量(Q)与其质量(m)之比叫做这种晶体的熔化热．②用λ表示晶体的熔化热，则λ＝Q/m，在国际单位制中熔化热的单位是焦耳/千克(J/kg)．•特别提醒：①熔化过程指的是晶体在刚到达熔点，到全部熔化的这一段时间，而不是从刚开始加热到晶体全部融化的过程。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由于不同物质其晶体的空间点阵不同，要破坏不同物质的结构，所需的能量就不同．因此不同晶体的熔化热也不相同．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，熔化时不需要去破坏空间点阵，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，所以非晶体没有固定的熔点。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，对于晶体有固定的熔点，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。为什么晶体有确定的熔点和熔化热，非晶体却没有？生活在北方的人都知道“下雪不冷化雪冷”，意思是说融雪天往往比下雪天更冷，这是为什么呢？•答案：融雪时，水由固态变成液态要从周围吸收大量的熔化热，使周围的气温更低，人感觉更冷.二、汽化热1.汽化与液化汽化：物质从液态变成气态的过程液化：物质从气态变成液态的过程液体汽化时,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,故要吸收能量.液化是汽化的逆过程，所以液化要放出热量。2.汽化热汽化热跟温度和压强有关t/0C100Q/(J.g-1)50010001500200025000200300400水在大气压强为1.01x105Pa下汽化热与温度的关系①某种液体汽化成同温度的气体时所需要的能量(Q)与其质量(m)之比叫做这种物质在这一温度下的汽化热．②用L表示汽化热，则L＝Q/m，在国际单位制中汽化热的单位是焦耳/千克(J/kg)．•特别提醒：•①一定质量的物质，在一定温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等．•②晶体只在熔点时熔化,而液体可以在任何温度下汽化，所以提到汽化热时一定要指明是在什么温度下的汽化热．液体汽化时体积会增大很多，分子吸收的能量不只用于挣脱其他分子的束缚离开液体表面，还用于体积膨胀时克服外界气压做功，所以汽化热还与外界气体的压强有关．会吸收大量的热量。•汽化热与哪些因素有关？•答案：汽化时体积变化很大，所以除克服液体分子引力做功所需能量以外，还要在体积膨胀时克服外界气压做功而需要能量．而这部分能量与外界气体压强有关，所以汽化热与对应温度有关，与气体压强有关，与物质的种类(不同物质分子引力不同)有关．•绝热容器里盛有少量温度是0℃的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发，而其余的水都结成0℃的冰，则结成冰的质量是原有水质量的多少？已知0℃的水的汽化热L＝2.49×106J/kg，冰的熔化热λ＝3.34×105J/kg.•点评：水蒸发时需要的汽化热是由其余的水结成冰所放出的内能所提供的．解析：设蒸发的水的质量是m1，结成冰的质量是m2，蒸发所需吸收的热量Q1＝m1L，水结成冰所放出热量Q2＝m2λ，由于容器与外界不发生热交换，由Q1＝Q2，即m1L＝m2λ，得m2m1＝Lλ.所以结成冰的质量与原有水质量之比：m2m1＋m2＝Lλ＋L＝2.49×1063.34×105＋2.49×106＝0.88，即m冰＝88%m水．•水的凝固点是0℃，如果把0℃的冰放到0℃的房间里，则()•A．冰一定会熔化•B．冰一定不会熔化•C．冰可能熔化，也可能不熔化•D．条件不足无法判断•答案：B•解析：冰是晶体，它的熔化需满足两个条件，温度达到熔点0℃，还要继续吸收热量.0℃的冰不能从0℃的环境里吸收热量，故不能熔化.•质量为m的0℃的冰雹，在空中由静止下落，由于空气阻力的作用，其中1%质量的冰在下落过程中完全融化成0℃的水脱离冰雹，若落地时的速度为400m/s，求：•若落地时，动能全部转化成热，问能否将冰雹融化？•(设冰的融化热λ＝3.34×105J/kg，g为10m/s2)•分析：由于存在空气阻力，冰雹下落时将重力势能转化为内能和动能．内能被冰吸收而部分冰发生融化．(2)假设能全部融化，则需满足12(1－1%)mv2≥m(1－1%)λ.而12(1－1%)v2＝12×(1－1%)×4002J＝0.8×105J，(1－1%)λ≈3.31×105J.显然由动能全部转化成的热不足以满足冰全部融化的需要，故不能．•点评：开始时冰雹质量为m，落地时质量变为(1－1%)m，不理解题中条件易出现错误．•在一个大气压下，1克100℃的水吸收2.26×103J热量变为1克100℃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•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．•2．一定质量的晶体熔化吸收的热量凝固时放出的热量．•3．非晶体确定的熔化热．•4．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．熔化热等于无汽化热