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第15講 物態變化
15.1 學習提要
15.1.1 分子動理論
1. 分子動理論基本內容
物體是由大量分子組成的；分子永不停息地做無規則運動；分子間存在著相互作用的引力和斥力。
2. 物體是由大量分子組成的
這里的分子是指構成物質的單元，即具有各種物質化學性質的最小微粒；可以是原子、離子，也可以是分子。在運動中它們遵從相同的規律，所以統稱為分子。
3.分子的熱運動
（1）分子熱運動，物體里大量分子做永不停息的無規則運動，隨溫度的升高而加劇。擴散現象和布朗運動可以證明分子熱運動的存在。
（2）布朗運動，是指懸浮在液體中的花粉顆粒永不停息的做無規則運動。它并不是分子本身的運動。液體分子的無規則運動是布朗運動產生的原因，布朗運動雖不是分子的運動，但其無規則性正反應了液體分子運動的無規則性。
4. 分子間的相互作用力
（1）分子間同時存在著相互作用的引力和斥力，引力和斥力都隨分子間距的增大而減小，隨分子間距離減小而增大，但斥力的變化比引力的變化快，實際表現出來的分子力是引力和斥力的合力。
（2）分子間作用力（指斥力和引力的合力）隨分子間距離而變的規律如下：
①當分子間距離小于10-10m時表現為斥力；
②當分子間距離大于10-10m時表現為引力；
③當分子間距離大于分子直徑10倍時，分子力變得十分微弱，可以忽略不計。

15.1.2 熱量
物體在熱傳遞過程中放出或吸收的能量的多少叫做熱量，用字母Q表示。熱量的國際單位是焦耳，簡稱焦。
熱量是個過程量，只有在物體間發生熱傳遞時才有意義，不能表示某物體含有多少熱量。
15.1.3 熔化和凝固
1.熔化
物體由固態變為液態的過程叫熔化。
（1） 晶體熔化時，有確定的熔化溫度。在熔化過程中，晶體吸收熱量，但溫度保持不變。
（2） 非晶體熔化時，沒有確定的熔化溫度，在熔化過程中，非晶體吸收熱量，溫度不斷上升。
（3） 熔點：晶體熔化時的溫度叫熔點。不同晶體的熔點不同， 非晶體沒有一定的熔點。
（4） 熔化熱：單位質量的某種晶體，在熔點變成同溫度的液體時吸收的熱量，叫做這種物質的熔化熱，用字母λ表示。質量為m的某種晶體在熔點變成同溫度液體時吸收的熱量為 Q = λm
2. 凝固
物質從液態變成固態的過程叫凝固。
（1） 晶體凝固時，有確定的溫度。在凝固過程中，晶體要放出熱量，但溫度保持不變。
（2） 非晶體凝固時，沒有確定的溫度，在凝固過程中，非晶體放出熱量，溫度不斷降低。
（3） 凝固點：物質從液態凝固成晶體時的溫度叫做凝固點。同一種物質的凝固點跟它的熔點相同，非晶體沒有一定的凝固點。
（4） 單位質量的某種液體，在凝固點變成同溫度的晶體時，放出的熱量等于它的熔化熱。
（5） 熔化和凝固隨時間變化的圖像，如圖15-1所示
AB段：晶體吸收熱量，溫度升高；
BC段：晶體開始熔化直到熔化結束，在熔化過程中，固液共存，吸收熱量，溫度保持不變；
CD段：晶體熔液吸收熱量，溫度升高
DE段：晶體熔液放出熱量，溫度降低
EF段：晶體熔液開始凝固直到凝固結束，在凝固過程中，固液共存，溫度保持不變
FG段：晶體放出熱量，溫度降低

15.1.4 汽化和液化
1.汽化
物質從液態變成氣態的過程叫做汽化。汽化的方式有兩種：蒸發和沸騰。
（1）蒸發和沸騰的區別與共同點如表15-1所示
蒸發 沸騰
區別 發生部位 只在液體表面進行 在液體表面和內部同時進行
劇烈程度 比較緩慢 劇烈
溫度條件 在任何溫度下均可發生 達到沸點時才能發生
溫度變化 自身及周圍物體溫度降低有
致冷作用 溫度保持不變（等于沸點）
影響因素 溫度、表面積、氣流速度 氣壓增大沸點升高
共同點 （1）都是汽化現象
（2）都要吸熱
（2）沸點：液體沸騰時的溫度叫做沸點，不同液體的沸點是不相同的。
（3）汽化熱：單位質量的某種液體變成同溫度的氣體時吸收的熱量，叫做這種液體的汽化熱，用字母L表示，國際單位是焦/千克（J/Kg）。用質量為m的某種液體變成同溫度氣體時吸收的熱量為 Q = Lm
2..液化
物質從氣態變成液態的現象叫做液化。使氣體液化的方法有降溫和加壓。所有的氣體在溫度降到足夠低時，都可以液化，且氣體的液化溫度跟壓強有關，壓強越大，它的液化溫度越高，越容易液化。氣體液化時，要放出熱量。
15.1.5 升華和凝華
1.升華
物質由固態直接變成氣態叫做升華。固體升華時要吸收熱量，有致冷作用。
2.凝華
物質從氣態直接變成固態叫凝華。氣體凝華時要放熱。

15.2 難點解釋
15.2.1 晶體和非晶體
固體分為晶體和非晶體。石英、云母、明礬、食鹽等晶體，玻璃、橡膠、松香、瀝青等是非晶體。晶體和非晶體在外形和物理性質上有很大的區別。
晶體具有規則的天然幾何外形，它的外形是若干個平面圍城的多面體。如食鹽晶體是立方體，石英晶體中間是六面棱柱，兩端是六面棱錐，明礬晶體是八面體。而非晶體則沒有規則的幾何外形。
晶體加熱熔化時有固定不變的溫度。晶體加熱過程中，隨加熱時間增加，它的溫度升高，從晶體開始熔化到全部熔化完畢，這段時間內雖然繼續給它加熱，溫度卻保持不變，此溫度叫晶體的熔點。晶體全部熔化成為液體后，繼續加熱，溫度又不斷升高。相反的過程，即液體凝固成晶體，也是在一定的溫度下發生的，在這個過程中，液體雖然不斷向外放出熱量，溫度卻保持不變，這個溫度叫做晶體的凝固點。
非晶體對的熔化不同于晶體。非晶體受熱時，先從硬變軟，然后逐漸變為液體，在這個過程中，溫度不斷升高，沒有一定的熔化溫度。
1912年人們用X射線探測晶體內的內部結構得出結論：晶體內部的物質微粒（分子、原子或離子）依照一定的規律在空間排成整齊的行列，構成所謂空間點陣。晶體的物質微粒的空間點陣結構排列有兩個特點：一是周期性，二是對稱性。晶體外形的規則性實際上是物質微粒的規則排列引起的。
非晶體固體實際上可以看成是粘滯性極大的液體。非晶體內部物質微粒的排列是無規則的，起結構非常類似液體。因此非晶體沒有規則天然幾何外形，也沒有固定的熔化溫度。嚴格說來，只有晶體才是真正的固體。
晶體和非晶體在適當條件下也是也可以轉化的。
15.2.2 晶體熔化時吸收熱而溫度不變
晶體的分子是按一定的規則排列成為空間點陣。分子只能在平衡位置附近不停地振動，因此它具有動能，同時，在空間點陣中，由于分子之間相互作用，它同時具有勢能。晶體在開始熔化之前，從熱原獲得的能量，主要轉變為分子的動能，因而使物質的溫度升高。但在溶解開始時，熱原傳遞給它的能量，使分子有規則的排列發生變化，分子之間的距離增大以及分子離開原來的平衡位置移動。這樣加熱的能量就用來克服分子之間的引力做功。使分子結構渙散而呈現液態，也就是說，在破壞晶體空間點陣的過程中，熱原傳入的能量主要轉變為分子間的勢能，分子動能的變化很小，因此，物質的溫度也就沒有顯著的改變。所以溶解過程是在一定溫度下進行的。不同的晶體，由于空間點陣不同，一般熔點也不相同。
15.2.2 晶體熔化時吸收熱而溫度不變
從分子動力學角度看，在液體表面，只有動能足夠大的分子才有可能逃脫其他分子的束縛，脫離液體表面而成為氣態分子。液體的溫度高，液體的表面積大，都為這些分子脫離液體表面提供了有利條件；另一方面，液體表面分子脫離液體表面進入空氣，液體表面空氣的壓強越小，密度越低，空氣的流速越大，液體表面分子脫離表面的條件就越優越。所以蒸發的快慢跟液體的溫度、表面積和液面氣流速度有關。
沸騰是液體表面和內部同時發生的劇烈的汽化現象。當液體溫度升高時，液體內部的分子開始汽化，并與液體中的空氣共同形成氣泡。氣泡中的氣體是該溫度下的飽和氣，在上升過程中，當它的壓強比外界大氣壓小時，將逐漸變小，直至消失。只有當氣泡中的飽和氣壓和外界中的大氣壓相等時，氣泡才可能上升到頁面破裂，所以沸騰時必須達到一定的溫度。當外部氣壓降低時，氣泡內的飽和氣壓也隨之降低，所以氣壓減小，沸點降低、
15.3 例題解析
15.3.1 晶體的熔點
例1 海波（硫代硫酸鈉）是一種晶體，它的熔點是48℃，那么溫度是48℃的海波一定是（ ）
A 固態 B 液態 C 固液共存態 D 以上三種情況都有可能
【點撥】海波的熔點是48℃，凝固點也是48℃
【解析】海波的熔化和凝固圖像如圖15-2所示。由15-2可知，如果是晶體海波吸熱升溫，溫度剛好達到熔點48℃時，即圖像中B點，海波應該是固體；如果是繼續吸熱，就開始熔化但溫度不變，即圖像中的BC段，這時候海波固液共存態；再繼續吸熱，海波剛好達到完全熔化時，即圖中的C點，這時海波是液態。所以48℃的海波可能是固液共存態或者液態。
【答案】D

15.3.2 影響蒸發快慢的三個因素
例2 如圖15-3所示，某教師在汽化教學中使用的演示實驗裝置。置于講桌上的兩個完全相同的燒杯，內盛從同一自來水管口流入的清水。已知甲杯中的質量大于乙杯中水的質量，關于甲乙兩杯中水蒸發快慢的以下說法中，正確的是（ ）
A 甲被中水蒸發快
B 乙杯中水蒸發快
C 甲乙兩杯中水的蒸發快慢相同
D 無法判斷

【點撥】從影響蒸發快慢的三個因素著手
【解析】“置于講桌上的兩個燒杯”表明水面上方空氣流動快慢相同；“內盛從同一自來水管口流入的清水”表明水的溫度相同；“完全相同的兩個燒杯”表明杯內水面積相同。因此，甲乙兩杯水的蒸發快慢相同。
【答案】C
【反思】在解題中要注意“快慢”“多少”的語義是不同的。同時要將液體質量這個影響蒸發快慢的無關變量從思維中剔除掉。
15.3.3 控制變量的科學方法
例3 某同學在研究影響蒸發快慢因素的實驗中，用滴管將酒精分別滴在課桌的不同位置上，再攤開成面積大小不同的兩塊，稍后一會。通過觀察發現，面積較大的酒精先消失，這表明______________________________________.
【點撥】影響蒸發快慢的因素有液體溫度、表面積和液面氣流速度。本實驗中研究蒸發與液體表面積的關系，應該控制液體的溫度和液面氣流速度，使其保持不變。
【解析】通過觀察發現，面積較大的酒精先消失。這表明在液體的溫度和液面氣流速度均不變的情況下，液體的表面積越大，蒸發越快。
【答案】在液體溫度和液面氣流速度均不變的情況下，液體的表面積越大，蒸發越快。
【反思】本題答案蘊含著控制變量這個重要的思想。所以完整答案應包括對相關控制量的語言敘述與交代。
15.3.4 汽化現象
例4 將水滴滴在燒得很熱的鐵板上，會看到水滴在鐵板上反復跳動，然后消失。試解釋這種現象。
【點撥】水滴在鐵板上向上跳動，說明水滴受到了向上的作用力；水滴反復跳動，說明水滴受到向上的作用力時有時無。
【答案】水滴滴在燒得很熱的鐵板上時，接觸處的水急劇汽化形成一層水蒸氣，這層水蒸氣托起了尚未汽化完全的水滴，減緩了水滴汽化的速度。由于水蒸氣的散失，水滴下落又與熱鐵板接觸，再次形成汽化而托起水滴，如此反復，水滴不斷跳動并且逐漸減小直至消失。
15.3.5 復沸現象
例5 把透明容器中的水加熱至沸騰后密封，同時停止加熱并迅速在容器外表澆以冷水加以冷卻，這時可以看到（）
A 水迅速蒸發 B 水溫急劇下降
C 水又沸騰起來 D 什么現象也沒有發生
【點撥】沸點與外界氣壓有關
【解析】氣壓減小，沸點降低；氣壓增大，沸點升高。當水沸騰以后，將容器密封，水的上部空間充滿水蒸氣的飽和汽。在停止加熱后迅速在容器外表澆以冷水時，水蒸氣遇冷凝結成水。由于水蒸氣的液化使密封氣體壓強明顯變小，這時水的沸點也隨之降低，水又沸騰起來，這種現象成為“復沸現象”
【答案】C
15.3.6 物態變化的綜合應用
例6 在一個與外界隔熱的容器內，盛有一些0℃的水，如果將容器內的空氣迅速抽出去，那么發生是現象是
A 一部分水結成冰，冰和水均為0℃ B 容器內只有0℃的水，水的質量不變
C 容器內是有℃的水，水的質量減小 D 容器內只有0℃以下的冰，水全部被抽走
【點撥】液體蒸發要吸熱，晶體溶液在凝固時溫度不變。
【解析】容器內的空氣迅速抽去，造成氣壓下降，容器內0℃的水因放熱而凝結為0℃的冰。但水的快速蒸發造成液面上氣壓變大，快速蒸發不再繼續，因而容器內有一部分水結成冰，冰和水的溫度均為0℃。
【答案】A


A 卷