高中竞赛教程4.4.3-固液相变与固气相变

物理课件网（）欢迎您！物理课件网（）----全力打造物理课件、物理试题、物理教案、物理视频第一交流平台！§4.3固液相变与固气相变4．3．1、固液相变①熔解物质从固态变成液态，叫做熔解。对于晶体来说，熔解就是在一定的温度下进行的，该温度叫做这种晶体的熔点。晶体在熔解的过程中要吸收热量，但温度保持在其熔点不变，直至全部熔解为止。对于大多数晶体，熔解时体积增大，但还有少数的晶体，如冰、铋、灰铸铁在熔解时体积反而缩小。晶体的熔点与晶体的种类有关，对于同一种晶体，其熔点与压强有关。熔解时体积增大的物质，其熔点随压强的增加而增大，熔解时体积减小的物质，其熔点随压强的增大而减小。晶体在熔解时，要吸收的热量，单位质量的某种物质，由固态熔解为液态时，所吸收的热量叫做物质的熔解热，记为λ，因此对质量为m的物体全部熔解所需吸收的热量Q=λm。②凝固物质由液相变为固相称为凝固。其中晶体的熔液凝固时形成晶体，这个过程又称为结晶。结晶的过程是无规则排列的粒子形成空间点阵的过程，在此期间，固、液两态平衡共存，温度保持不变。在结晶过程中，单位质量的物质对外释放的热量称为凝固热。它与该物质在同温度下的熔解热相同。4．3．2、固气相变物质从固态直接变为气态的过程叫做升华。从气态直接转变为固态的过程叫物理课件网（）欢迎您！物理课件网（）----全力打造物理课件、物理试题、物理教案、物理视频第一交流平台！凝华。常温常压下，干冰、硫、磷等有显著的升华现象。大气中水蒸气分压低于4.6mmHg，气温降到0℃以下，水蒸气便直接凝华成冰晶为结霜。升华时粒子直接由点阵结构变为气体分子，一方面要克服粒子间的作用力做功，同时还要克服外界压强作功。使单位质量的物质升华时所吸收的热力做功，同时还要克服外界压强做功。使单位质量的物质升华时所吸收的热量称为升华热，它等于汽化热与熔解热之和，即汽熔升LLL。例：已知冰、水和水蒸气在一密闭容器内(容器内没有任何其他物质)，如能三态平衡共存，则系统的温度和压强必定分别是01.01t℃和mmHgp58.41。现有冰、水和水蒸气各1g处于上述平衡状态。若保持总体积不变而对此系统缓慢加热，输入的热量Q=0.255kJ。试估算系统再达到平衡后，冰、水和水蒸气的质量。已知此条件下冰的升华热gkJL83.2升；水的汽化热gkJL49.2汽。分析:gkJLLL34.0汽升熔。比较熔L与Q的大小关系，判断出冰不能全部熔化，物态变化过程中始终是三态共存且接近平衡，所以系统的温度和压强均不变。解:估算在题给温度和压强条件下水蒸气的密度RTMp汽，M是水蒸气的摩尔质量，代入数据，得33105mkg汽。同样条件下水的密度33101mkg水,33109.0mkg冰。水的三个状态在质量相同条件下，水蒸气的体积远大于水和冰的体积之和。又已知冰熔化成水时体积变化不大。在总体积不变的条件下，完全可以认为这系统的物态变化中水蒸气的体积不变，也就是系统再次平衡时水蒸气的质量是1g。这样，系统的物态变化几乎完全是冰熔化为水的过程。设再次平衡后冰、水、水蒸气的质量分别是x、y、z，则有物理课件网（）欢迎您！物理课件网（）----全力打造物理课件、物理试题、物理教案、物理视频第一交流平台！z=1gx+y=2g熔LxQ)1(将Q、熔L数值代入得x=0.25g,y=1.75g。例：两个同样的圆柱形绝热量热器，高度均为h=75cm。第一个量热器1/3部分装有水，它是预先注入量热器内的水冷却而形成的：第二个量热器内1/3部分是温度水t=10℃的水。将第二个量热器内的水倒入第一个量热器内时，结果它们占量热器的2/3。而当第一个量热器内的温度稳定后，它们的高度增加了△t=0.5cm。冰的密度水冰9.0，冰的熔解热=340kJ/kg，冰的比热)/(1.2KkgkJc冰，水的比热)/(2.4KkgkJc水。求在第一个量热器内冰的初温冰t。解:如果建立热平衡后，量热器内物体的高度增加了，这意味着有部分水结冰了(结冰时水的体积增大)，然后可以确信，并不是所有的水都结冰了，否则它的体积就要增大到1.1/冰水倍，而所占量热器的高度要增加cmh5.2)11.1(3，其实按题意△t只有0.5cm，于是可以作出结论，在量热器内稳定温度等于0℃。利用这个条件，列出热平衡方程冰冰冰水水水tmcmtmc0()0(①式中冰t是冰的初温，而△m是结冰的水的质量。前面已指出，在结冰时体积增大到冰水/倍，这意味着1冰水hS水m②式中S是量热器的横截面积，从②式中得出△m代入①式，并利用关系式物理课件网（）欢迎您！物理课件网（）----全力打造物理课件、物理试题、物理教案、物理视频第一交流平台！ShmShm冰冰水水3,3得到。由此得33hStchSthSc冰冰冰冰水水冰水水水即水冰水冰水冰水水冰冰tcchhct3代入数据得冰t=-54.6℃说明处理物态变化问题，确定最终的终态究竟处于什么状态十分重要，对本题，就可能存在有三种不同的终态：a、只有冰；b、冰和水的混合物；c、只有水。当然如能用定性分析的方法先确定末状态则可使解题变得较为简捷。