人教版 (新课标)选修33 饱和汽与饱和汽压学案及答案

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一、饱和汽与饱和汽压
1．汽化现象
(1)汽化：物质从液态变成气态的过程．
(2)方式：蒸发和沸腾．
(3)说明
①蒸发只发生在液体表面，而且在任何温度下都能发生．沸腾是在液体表面和液体内部同时发生的剧烈的汽化现象．
②沸腾只在一定的温度下才会发生，这个温度就是液体的沸点．沸点与大气压有关，大气压较高时沸点也比较高．
2．饱和汽与饱和汽压
(1)动态平衡
在相同时间内回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数．这时，水蒸气的密度不再增大，液体水也不再减少，液体与气体之间达到了平衡状态，蒸发停止．这种平衡是一种动态平衡．
(2)饱和汽和饱和汽压
与液体处于动态平衡的蒸汽叫作饱和汽，而没有达到饱和状态的蒸汽叫作未饱和汽．在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫作这种液体的饱和汽压．未饱和汽的压强小于饱和汽压．
(3)饱和汽压的变化
饱和汽压随温度而变．温度升高时，液体分子的平均动能增大，单位时间里从液面飞出的分子数增多，原来的动态平衡被破坏，液体继续蒸发，蒸汽的压强继续增大，直至达到新的动态平衡．
3．绝对湿度和相对湿度
(1)绝对湿度概念
空气中所含水蒸气的压强．
(2)相对湿度概念
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比，即相对湿度＝eq \f(水蒸气的实际压强,同温度水的饱和汽压).
(3)常用湿度计
干湿泡湿度计、毛发湿度计、传感器湿度计．
二、物体变化中的能量变换
1．熔化和凝固：熔化指的是物质从固态变成液态的过程，而凝固指的是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．
3．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．
4．汽化热：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．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)相对湿度可以描述空气的潮湿程度．(√)
(2)晶体熔化时向外界放出热量，其温度不断降低．(×)
(3)晶体在熔化过程中吸收热量来增大分子势能，破坏晶体结构，变为液态．(√)
(4)液体的汽化热与液体的温度和外界压强都有关．(√)
2．(多选)关于饱和汽，下列说法正确的是( )
A．达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大
B．达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不变
C．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变，减小体积
D．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变，降低温度
BCD [饱和汽是指单位时间内逸出液面的分子数和返回液面的分子数相等的状态，分子密度不变，A项错误，B项正确；在一定温度下，通过减小体积增加分子密度使未饱和汽转化为饱和汽，C项正确；在体积不变的情况下，可以通过降低温度来降低饱和汽压，使未饱和汽达到饱和状态，D项正确．]
3．(多选)关于固体的熔化，下列说法正确的是( )
A．固体熔化过程，温度不变，吸热
B．固体熔化过程，温度升高，吸热
C．常见的金属熔化过程，温度不变，吸热
D．对固体加热，当温度升高到一定程度时才开始熔化
CD [只有晶体熔化时，温度才不变；在温度达到熔点之前，吸收的热量主要用来增加分子的平均动能，因而温度一直升高；当温度达到熔点开始熔化时就不再变化．]
1．动态平衡的理解
(1)动态平衡的实质
①处于动态平衡时，液体的蒸发仍在不断进行；
②处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸汽密度越大；
③在密闭容器中的液体，最后必定与上方的蒸汽处于动态平衡状态中．
(2)动态平衡是有条件的，当外界条件变化时，原来的动态平衡状态被破坏，经过一段时间会达到新的平衡．
2．影响饱和汽压的因素
(1)饱和汽压跟液体的种类有关
实验表明；在相同的温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的．挥发性大的液体，饱和汽压大．
(2)饱和汽压跟温度有关
微观解释：饱和汽压随温度的升高而增大．这是因为温度升高时，液体里能量较大的分子增多，单位时间内从液面飞出的分子也增多，致使饱和汽的密度增大，同时蒸汽分子热运动的平均动能也增大，导致饱和汽压增大．
(3)饱和汽压跟体积无关
微观解释；在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积而变化．
①当体积增大时，容器中蒸汽的密度减小，原来的饱和蒸汽变成了未饱和蒸汽，于是液体继续蒸发．直到未饱和汽成为饱和汽为止，由于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，蒸汽分子热运动的平均动能也跟原来一样，所以压强不改变．
②体积减小时，容器中蒸汽的密度增大，回到液体中的分子数多于从液面飞出的分子数，于是，一部分蒸汽变成液体，直到蒸汽的密度减小到等于该温度下饱和汽的密度为止．由于温度没有改变，饱和汽密度不变，蒸汽分子热运动的平均动能也跟原来相同，所以压强也不改变．
【例1】 关于饱和汽压随温度变化的原因，下列说法正确的是( )
A．温度升高，单位时间里从液体表面飞出的分子数减少
B．温度降低，单位时间里从液体表面飞出的分子数增多
C．温度升高，单位时间里从液体表面飞出的分子数增多，液体继续蒸发，饱和汽压增大
D．温度降低，单位时间里从液体表面飞出的分子数大于返回液体表面的分子数
C [饱和汽压决定于单位体积内的分子数和分子的平均速率．当温度升高(降低)时，分子的平均速率变大(变小)，这使得单位时间内从液体表面飞出的分子数增多(减少)，饱和汽压变大(变小)，选项C正确．]
对饱和汽压的理解
(1)饱和汽压的大小取决于物质的种类和温度，与体积无关．
(2)饱和状态下的蒸汽不遵循理想气体实验定律，未饱和汽近似遵循理想气体实验定律．
1.(多选)如图所示，一个有活塞的密闭容器内盛有饱和水蒸汽与少量的水，则可能发生的现象是( )
A．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大
B．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强不变
C．温度保持不变，慢慢地拉出活塞，容器内压强不变
D．不移动活塞而将容器放在沸水中，容器内压强不变
E．不移动活塞而将容器放在沸水中，容器内压强变大
BCE [慢慢推进活塞和慢慢拉出活塞，密闭容器内体积发生变化，而温度保持不变，饱和汽的压强只和温度有关，与体积无关，故A错误，B、C正确；不移动活塞而将容器放入沸水中，容器内饱和汽温度升高，故压强变大，D错误，E正确．]
1．空气的湿度
(1)空气湿度分为绝对湿度和相对湿度，两者均与温度有关．
(2)水蒸气的实际压强(绝对湿度)＝相对湿度×同温度水的饱和汽压．
2．相对湿度的计算
(1)根据相对湿度＝eq \f(水蒸气的实际压强,同温下水的饱和汽压)，即B＝eq \f(p,ps)×100%，知道了水蒸气的实际压强和同温下水的饱和汽压，代入公式即可求得．
(2)注意单位的统一，水蒸气的实际压强和同温度下水的饱和汽压要采用同一单位．
(3)在某一温度下，饱和汽压是一定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度；反之，知道了相对湿度也能算出绝对湿度．
(4)环境温度变化时，水的饱和汽压和水蒸气的实际压强都发生变化，但相对湿度不会超过100%.
3．空气湿度的改变方法
(1)增加空气湿度的方法：
①增加空气中水蒸气的含量，如采用加湿器加湿；
②降低空气的温度，增加相对湿度．
(2)减小空气湿度的方法：
①减少空气中水蒸气的含量，如使用干燥剂；
②升高空气的温度，减小相对湿度．
【例2】 (多选)空气湿度对人们的生活有很大影响，当湿度与温度搭配得当，通风良好时，人们感觉舒适．关于空气湿度，以下结论正确的是( )
A．绝对湿度大而相对湿度不一定大，相对湿度大而绝对湿度也不一定大，必须指明温度这一条件
B．相对湿度是100%，表明在当时的温度下，空气中水蒸气已达到饱和状态
C．在绝对湿度一定的情况下，气温降低，相对湿度将减小
D．在绝对湿度一定的情况下，气温升高，相对湿度将减小
ABD [由相对湿度公式B＝eq \f(p,ps)×100%可知，当绝对湿度大时，相对湿度不一定大；相对湿度越大，空气中水蒸气压强就越接近饱和汽压，而饱和汽压的大小与温度有关，温度越高，饱和汽压越大．在绝对湿度一定的情况下，气温越低，相对湿度越大．]
影响相对湿度的因素
相对湿度与绝对湿度和温度都有关系，在绝对湿度不变的情况下，温度越高，相对湿度越小，人感觉越干燥；温度越低，相对湿度越大，人感觉越潮湿．
2．某食堂的厨房内，温度是30 ℃，绝对湿度p1＝2.1×103 Pa，而这时室外温度是19 ℃，绝对湿度p2＝1.3×103Pa.那么，厨房内外空气的相对湿度相差多少？在厨房内感觉潮湿还是在厨房外感觉潮湿？(30 ℃时水的饱和汽压为p3＝4.2×103 Pa,19 ℃时水的饱和汽压为p4＝2.2×103 Pa)
[解析] 厨房内的相对湿度B1＝eq \f(p1,p3)＝eq \f(2.1×103Pa,4.2×103Pa)＝50%.厨房外的相对湿度B2＝eq \f(p2,p4)＝eq \f(1.3×103 Pa,2.2×103 Pa)＝59%.厨房内外空气的相对湿度相差ΔB＝B2－B1＝59%－50%＝9%.所以，厨房外的相对湿度较大，即厨房外感觉潮湿．
[答案] 见解析
1．晶体熔化过程中的能量特点
固体分子间的强大作用使固体分子只能在各自的平衡位置附近振动．对固体加热，在其开始熔化之前，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．
2．固体熔化过程中的温度特点
(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，所以有固定的熔化热，非晶体没有固定的熔点，也就没有固定的熔化热．
3．液体汽化过程中的能量特点
液体汽化时，由于体积明显增大，吸收热量，一部分用来克服分子间引力做功，另一部分用来克服外界压强做功．
4．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3】 一电炉的功率P＝200 W，将质量m＝240 g的固体样品放在炉内，通电后的电炉内的温度变化如图所示．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？
思路点拨：由题图可知，AB段为吸热过程，BC段为熔化过程，CD段为吸热过程．
[解析] 样品的熔点为60 ℃，熔化时间t＝2 min，电流做功W＝Pt，设样品的熔化热为λ，样品熔化过程中共吸收热量Q＝λm.由W＝Q，即Pt＝λm.
得λ＝eq \f(Pt,m)＝eq \f(200×2×60,240×10－3) J/kg＝1×105 J/kg.
[答案] 60 ℃ 1×105 J/kg
晶体和非晶体的熔化图象不同．如图所示，晶体的熔化图象中有一段温度不变的过程，而非晶体的熔化图象是温度连续变化的图线．
3．关于汽化热的概念，下列描述准确的是( )
A．某种液体汽化成一定温度的气体时所吸收的热量和其质量之比
B．某种液体沸腾时，所吸收的能量和其质量之比
C．某种液体在一定的温度下汽化时所吸收的能量与其质量的比值
D．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
D [解答此题时要着重掌握汽化热的概念，区分其与熔化热的不同之处，汽化在任何温度下都可以发生，故提到汽化热时一定要注意是在什么温度下的汽化热. ]
1．(多选)下列对动态平衡的说法正确的是( )
A．当气态水分子的数密度增大到一定程度时就会达到这样的状态
B．在相同时间内回到液体中的分子数小于从液体表面飞出去的分子数
C．此时，蒸汽的密度不再增大，液体也不再减少
D．蒸发的速度不再改变，以恒速蒸发
E．蒸发停止
ACD [对水的蒸发过程进行分析判断：当达到动态平衡时，蒸发和凝结仍在继续进行，只不过达到动态平衡而已，故B、E选项错误．]
2．(多选)关于空气湿度，下列说法正确的是( )
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示
D．空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
BC [相对湿度越大，人感觉越潮湿，相对湿度大时，绝对湿度不一定大，故A项错误；相对湿度较小时，人感觉干燥，故B项正确；用空气中水蒸气的压强表示的湿度叫作空气的绝对湿度，空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫作相对湿度，故C项正确，D项错误．]
3．(多选)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“白气”，这是液化现象
E．不同晶体的熔化热不同
BDE [熔化不仅需要温度达到熔点，还需要继续吸热，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，B对；0 ℃的水分子也在永不停息地做热运动，其内能不为零，C错；嘴中的气体温度较高，遇到冷空气后液化为小水滴，即“白气”，D对；由晶体熔化热的定义知E正确．]
4．冬季在菜窖里放上几桶水，可以使窖内的温度不致降低得很多，防止把菜冻坏，这是什么道理？如果在窖内放入m＝200 kg、t1＝10 ℃的水，试计算这些水结成0 ℃的冰时放出的热量．这相当于燃烧多少千克干木柴所放出的热量？(木柴的燃烧值约为k＝1.26×107 J/kg，冰的熔化热取λ＝3.35×105 J/kg)
[解析] 设这些水结成0 ℃的冰时放出的热量为Q，则
Q＝mλ＋mcΔt＝200×3.35×105 J＋200×4.2×103×10 J＝7.54×107 J
设燃烧质量为M的干木柴可以释放出这么多的热量
Q＝Mk
即M＝eq \f(Q,k)＝eq \f(7.54×107,1.26×107) kg＝6.0 kg.
[答案] 因为水降温并结冰的过程中将放出热量，所以窑内温度不会太低 7.54×107 J 6.0 kg
饱和汽和饱和汽压
空气的湿度和湿度计
物态变化中的能量交换
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.汽化和液化的两种方式及特点.
2.绝对湿度、相对湿度的含义.
3.熔化和熔化热、汽化和汽化热的概念.
4.运用熔化热和汽化热解决相关问题.