2013年高考一轮：第十三章第2单元固体、液体和气体

[思维启动]在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图13－2－1中(1)、(2)、(3)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________(填“单晶体”、“多晶体”、“非晶体”)。图13－2－1提示：多晶体非晶体单晶体晶体分类比较单晶体多晶体非晶体外形规则不规则不规则熔点确定不确定[知识联动]晶体分类比较单晶体多晶体非晶体物理性质各向异性各向同性原子排列有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则无规则晶体分类比较单晶体多晶体非晶体形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的晶体。同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香[应用升级]1．（双选）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是()A．金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体B．晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点D．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的解析：金刚石、水晶和食盐是晶体，玻璃是非晶体，A错误；晶体的分子排列规则，且有固定的熔点，非晶体的分子排列不规则，且没有固定的熔点，故B、C正确；单晶体的物理性质是各向异性，多晶体和非晶体的物理性质是各向同性，故D错误。答案：BC[思维启动]如图13－2－2所示为一沾有肥皂膜的闭合金属框，若将膜面上棉线圈内部的膜戳破后，棉线圈会被拉成圆形，这是因为________的作用；与戳破前相比，肥皂膜的内能________(选填“增加”、“减少”或“不变”)。图13－2－2提示：液体表面张力减少[知识联动]1．液体的表面张力(1)概念：液体表面各部分间互相吸引的力。(2)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。(3)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直。(4)大小：液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大。2．液晶(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性；(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体；(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是杂乱无章的；(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。3．毛细现象浸润液体在细管中上升的现象以及不浸润液体在细管中下降的现象。[应用升级]2．（双选）关于液晶，下列说法中正确的是()A．液晶是一种晶体B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性C．液晶的光学性质随温度的变化而变化D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化解析：液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误。外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质。温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，故选项C、D正确。答案：CD[思维启动]一定质量的理想气体，在状态变化过程中的p－T图像如图13－2－3所示，在A状态时的体积为V0，试画出对应的V－T图像和p－V图像。图13－2－3提示：如图所示：[知识联动]1．气体的三个实验定律(1)等温变化——玻意耳定律①内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。②公式：p1V1＝p2V2或pV＝C(常量)③微观解释：一定质量的某种理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变。气体的体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比。(2)等容变化——查理定律①内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比。②公式：p1p2＝T1T2或pT＝C(常数)③推论式：Δp＝p1T1·ΔT。④微观解释：一定质量的某种理想气体，体积保持不变，分子的密集程度保持不变。当温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大。温度降低时，情况相反。(3)等压变化——盖­吕萨克定律①内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比。②公式：V1V2＝T1T2或VT＝C(常数)③推论式：ΔV＝V1T1·ΔT。④微观解释：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的密集程度才行。2．理想气体及其状态方程(1)理想气体：①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体。实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。(2)状态方程：p1V1T1＝p2V2T2或pVT＝恒量3．一定质量的气体不同图像的比较类别图线特点举例p－VpV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p－1Vp＝CT1V，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高类别图线特点举例p－Tp＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大，体积越小V－TV＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大，压强越小[应用升级]3．一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10－3m3。用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300K和1.0×105Pa。推动活塞压缩气体，稳定后测得气体的温度和压强分别为320K和1.6×105Pa。(1)求此时气体的体积；(2)保持温度不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104Pa，求此时气体的体积。解析：(1)从气体状态Ⅰ到状态Ⅱ的变化符合理想气体状态方程，由p1V1T1＝p2V2T2解得V2＝p1T2p2T1V1＝1.0×105×320×3.0×10－31.6×105×300m3＝2.0×10－3m3(2)由气体状态Ⅱ到状态Ⅲ为等温变化过程，有p2V2＝p3V3解得V3＝p2V2p3＝1.6×105×2.0×10－38.0×104m3＝4.0×10－3m3答案：(1)2.0×10－3m3(2)4.0×10－3m3[思维启动]干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成，由于蒸发________，湿泡所示的温度________(选填“大于”或“小于”)干泡所示的温度。干湿泡温度计温差的大小与空气湿度有关，温度相差越大，说明空气越________(选填“干燥”或“潮湿”)。提示：吸热小于干燥饱和蒸汽、湿度[知识联动]1．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。2．饱和汽压(1)定义：饱和汽所具有的压强。(2)特点：饱和汽压随温度而变。温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。3．湿度(1)定义：空气的潮湿程度。(2)描述湿度的物理量①绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强。②相对湿度：在某一温度下，空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比，称为空气的相对湿度，即相对湿度(B)＝水蒸气的实际压强p1同温下水的饱和汽压ps。[应用升级]4．下列说法正确的是()A．饱和蒸汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大B．饱和蒸汽是指液体不再蒸发，蒸汽不再液化时的状态C．所有晶体都有固定的形状、固有的熔点和沸点D．所有晶体由固态变成液态后，再由液态变成固态时，固态仍为晶体解析：饱和蒸汽压与温度有关，A正确；饱和蒸汽是指蒸发和液化处于动态平衡，B错误；单晶体有固定形状，而多晶体没有固定形状，C错误；水晶为晶体，熔化再凝固后变为非晶体，D错误。答案：A[知识检索]1．平衡状态下气体压强的求法(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。(2)力平衡法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强。(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。2．加速运动系统中封闭气体压强的求法选与气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。[典题例析][例1]如图13－2－4所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S。现用水平图13－2－4恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p。(已知外界大气压为p0)[审题指导]选与气体相接触的活塞为研究对象，进行受力分析，再利用牛顿第二定律列方程求解。[解析]选取汽缸和活塞整体为研究对象。相对静止时有：F＝(M＋m)a再选活塞为研究对象，根据牛顿第二定律有：pS－p0S＝ma解得：p＝p0＋mFSM＋m。[答案]p0＋mFSM＋m[知识检索]应用气体定律或状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象(即选取一定质量的气体)；(2)确定气体在始、末状态的参量；(3)结合气体定律或状态方程列式求解；(4)讨论结果的合理性。[典题例析][例2]一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝350K。(1)求此时气体的压强。(2)保持T1＝350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。图13－2－5[审题指导]分清初末状态的参量，根据等容过程、等温过程分别列方程；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断剩余气体是吸热还是放热，注意理想气体的内能只与温度有关。[解析](1)设升温后气体的压强为p1，由查理定律得p0T0＝p1T1①代入数据得p1＝76p0②(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V，由玻意耳定律得p1V0＝p0V③联立②③式得V＝76V0④设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k，由题意得k＝V0V⑤联立④⑤式得k＝67⑥吸热。因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热。[答案](1)76p0(2)67见解析[拓展训练]1．一气象探测气球，在充有压强为1.00atm(即76.0cmHg)、温度为27.0℃的氦气时，体积为3.50m3。在上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmHg，气球内部因启动一持续加热装置而维持其温度不变。此后停止加热，保持高度不变。已知在这一海拔高度气温为－48.0℃。求：(1)氦气在停止加热前的体积；(2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积。解析：(1)在气球上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程。根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2①式中，p1＝76.0cmHg，V1＝3.50m3，p2＝36.0cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积。由上式得V2＝7.39m3。②(2)在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T1＝300K下降到与外界气体温度相同，即T2＝225K。这是一等压过程。根据盖－吕萨克定律有V2T1＝V3T2③式中，V3是在此等压过程末氦气的体积。由上式得V3＝5.54m3。④答案：(1)7.39m3(2)5.54m3[知识检索](1)理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内能只取决于温度，而与体积无关。(2)在气体状态变化过程中，三个状态参量(p、V、T)遵循理想气体状态方程p1V1T1＝p2V2T2(或pVT＝恒量)，气体的内能只需分析气体的温度，温度升高(或降低)，内能增大(或减小)。(3)由气体体积变化情况分析做功情况，气体体积增大，气体对外做功，气体体积减小，外界对气体做功。然后由热力学第一定律ΔU＝Q＋W确定热