高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài)變化 3 飽和汽與飽和汽壓學(xué)案 新人教版選修3-3

3　飽和汽與飽和汽壓 1．蒸發(fā)與沸騰 (1)蒸發(fā)：發(fā)生在液體表面，即液體分子由液體表面跑出去的過程叫蒸發(fā)。 (2)影響蒸發(fā)的因素：表面積、溫度、通風(fēng)狀況、液面氣壓高低。 (3)蒸發(fā)的作用：蒸發(fā)可使液體降溫。 (4)蒸發(fā)的微觀解釋：分子由液面逸出時，需要在表面層中克服液體分子引力做功，所以跑出去的只能是那些熱運(yùn)動動能較大的分子。這樣，如果不從外界補(bǔ)充能量，蒸發(fā)的結(jié)果將使留在液體中的分子的平均動能變小，因而使液體溫度降低，故蒸發(fā)可以制冷。 (5)沸騰：在一定大氣壓下，加熱液體到某一溫度時，在液體表面和內(nèi)部同時發(fā)生劇烈的汽化現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度叫沸點(diǎn)。水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)為100 ℃。 談重點(diǎn)：氣壓與沸點(diǎn)　 氣壓減小，水的沸點(diǎn)降低；氣壓增大，水的沸點(diǎn)升高。 【例1】 有甲、乙、丙三支相同的溫度計(jì)，其中一支不準(zhǔn)確，將甲放在空氣中，乙放在密閉的酒精瓶中，將丙放在開口的酒精瓶中，過一段時間，三支溫度計(jì)的示數(shù)都是22 ℃，則(　　) A．甲不準(zhǔn)確 B．乙不準(zhǔn)確 C．丙不準(zhǔn)確 D．不能判定哪支不準(zhǔn)確 解析：蒸發(fā)吸熱，液體本身的溫度要降低，甲溫度計(jì)上無液體，不存在蒸發(fā)現(xiàn)象；乙放在密閉的酒精瓶中，蒸發(fā)受阻不能進(jìn)行，故溫度計(jì)的示數(shù)與周圍環(huán)境的溫度相同，應(yīng)準(zhǔn)確；丙在開口酒精瓶中，酒精蒸發(fā)吸熱，酒精溫度應(yīng)降低，所以應(yīng)低于22 ℃，故丙不準(zhǔn)確。 答案：C 辨誤區(qū)：蒸發(fā)與沸騰　 蒸發(fā)的結(jié)果將使動能大的分子跑到液體外面，留在液體中的分子的平均動能變小，因而使液體溫度降低。沸騰時由于汽化的劇烈進(jìn)行，外界供給的熱量全部用于液體的汽化上，所以沸騰時溫度不再升高，直到液體全部變成氣體為止。 2.飽和汽與飽和汽壓 (1)飽和汽 在密閉容器中的液體不斷地蒸發(fā)，液面上的蒸氣也不斷地凝結(jié)，當(dāng)這兩個同時存在的過程達(dá)到動態(tài)平衡時，宏觀的蒸發(fā)也就停止了，這種與液體處于動態(tài)平衡的蒸氣叫做飽和汽。沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽叫做未飽和汽。 (2)飽和汽壓 在一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強(qiáng)也是一定的，這個壓強(qiáng)叫做這種液體的飽和汽壓。 (3)影響飽和汽壓的因素 ①飽和汽壓跟液體的種類有關(guān) 實(shí)驗(yàn)表明，在相同的溫度下，不同液體的飽和汽壓一般是不同的，揮發(fā)性大的液體，飽和汽壓大。例如20 ℃時，乙醚的飽和汽壓為5.87×104 Pa，水的為2.34×104 Pa，水銀的飽和汽壓很小，20 ℃時僅為1.60×10－14 Pa，所以水銀氣壓計(jì)水銀柱上方的空間可以認(rèn)為是真空。 ②飽和汽壓跟溫度有關(guān) 飽和汽壓隨溫度的升高而增大，這是因?yàn)闇囟壬邥r，液體里能量較大的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)從液面飛出的分子數(shù)也增多，致使飽和汽的密度增大；同時飽和汽分子的熱運(yùn)動的平均動能也增大，因此導(dǎo)致飽和汽壓增大。 ③飽和汽壓跟體積無關(guān) 在溫度不變的情況下，飽和汽的壓強(qiáng)不隨體積變化而變化，其原因是：當(dāng)體積增大時，容器中汽的密度減小，原來的飽和汽變成了未飽和汽，于是液體繼續(xù)蒸發(fā)，一直達(dá)到飽和汽為止，由于溫度沒有改變，飽和汽的密度跟原來的一樣，汽分子熱運(yùn)動的平均動能也跟原來一樣，所以壓強(qiáng)不改變。體積減小時，容器中汽的密度增大，回到液體中的分子數(shù)多于從液面飛出的分子數(shù)，于是，一部分汽變成液體，直到汽的密度減小到等于該溫度下飽和汽的密度為止。由于溫度跟原來相同，飽和汽密度不變，汽分子熱運(yùn)動的平均速率也跟原來相同，所以壓強(qiáng)也不改變。 (4)臨界溫度 在某個溫度上，無論怎樣增大壓強(qiáng)，都不可能使某種氣體液化，這個溫度叫做這種氣體的臨界溫度。 (5)動態(tài)平衡 在相同時間內(nèi)從水面飛出的分子數(shù)等于回到水中的分子數(shù)，這時水蒸氣的密度不再增大，液態(tài)水也不再減少，液體與氣體之間達(dá)到了平衡狀態(tài)，蒸發(fā)停止。這種平衡是一種動態(tài)平衡。 辨誤區(qū)：飽和汽壓 只是指空氣中這種液體蒸汽的氣壓，與其他氣體的壓強(qiáng)無關(guān)。 【例2－1】 關(guān)于飽和汽，正確的說法是(　　) A．在穩(wěn)定情況下，密閉容器中如有某種液體存在，其中該液體的蒸汽一定是飽和的 B．密閉容器中有未飽和的水蒸氣，向容器內(nèi)注入足夠量的空氣，加大氣壓可使水汽飽和 C．隨著液體的不斷蒸發(fā)，當(dāng)液化和汽化速率相等時，液體和蒸汽達(dá)到的一種平衡狀態(tài)叫動態(tài)平衡 D．對于某種液體來說，在溫度升高時，由于單位時間內(nèi)從液面汽化的分子數(shù)增多，所以其蒸汽飽和所需要的壓強(qiáng)增大 解析：在飽和狀態(tài)下，液化和汽化達(dá)到動態(tài)平衡，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以A、C正確；液體的飽和汽壓與其溫度有關(guān)，即溫度升高，飽和汽壓增大，所以D正確；飽和汽壓是指液體蒸汽的分氣壓，與其他氣體的壓強(qiáng)無關(guān)，所以B錯誤。 答案：ACD 點(diǎn)技巧：飽和狀態(tài) 是一種動態(tài)平衡狀態(tài)，要注意用分子動理論的知識來理解它。 【例2－2】如圖所示的容器，用活塞封閉著剛好飽和的一些水汽，測得水汽的壓強(qiáng)為p，體積為V，當(dāng)保持溫度不變時，以下說法正確的是(　　) A．上提活塞使汽的體積增為2V時，汽的壓強(qiáng)變?yōu)閜/2 B．下壓活塞使汽的體積變?yōu)閂/2時，汽的壓強(qiáng)變?yōu)?p C．下壓活塞時，汽的質(zhì)量減少，汽的密度不變 D．下壓活塞時，汽的質(zhì)量和密度都變小 解析：容器中的水汽剛好飽和，表示容器中已沒有水。上提活塞使汽的體積增為2V時，容器中的汽變?yōu)槲达柡推裱Ｒ舛?，壓?qiáng)變成p/2。下壓活塞使汽的體積變?yōu)閂/2時，由于溫度不變，飽和汽的密度不變，部分汽會凝結(jié)成水，汽的壓強(qiáng)仍為p，只是汽的質(zhì)量減少了。所以A、C對。 答案：AC 辨誤區(qū)：解玻意耳定律與飽和汽相結(jié)合的問題　 要注意飽和汽不遵守理想氣體狀態(tài)方程和氣體實(shí)驗(yàn)定律。 3．空氣的濕度 (1)空氣的絕對濕度 用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)來表示的濕度叫做空氣的絕對濕度。 (2)空氣的相對濕度 空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時水的飽和汽壓的比值叫做空氣的相對濕度。 即：相對濕度＝，也即B＝×100%。 (3)濕度計(jì) 空氣的相對濕度常用濕度計(jì)來測量。常用的濕度計(jì)有干濕泡濕度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)和濕度傳感器等。 特別提醒：空氣的濕度是表示空氣潮濕程度的物理量，但影響蒸發(fā)快慢以及影響人們對干爽與潮濕感受的因素，不是空氣中水蒸氣的絕對數(shù)量，而是空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度下水的飽和汽壓的差距。 【例3－1】 白天的氣溫是30 ℃，空氣的相對濕度是65%，天氣預(yù)報說夜里的氣溫要降到20 ℃，那么空氣中的水蒸氣會不會成為飽和汽？夜里的空氣絕對濕度是多大？相對濕度是多大？(30 ℃飽和汽壓為4.242×103 Pa, 20 ℃飽和汽壓為2.338×103 Pa) 解析：由飽和汽壓和相對濕度定義可知，30 ℃時的水蒸氣的壓強(qiáng) p1＝p0×65%＝4.242×103×65% Pa≈2.757×103 Pa 因?yàn)閜1＞p2＝2.338×103 Pa，故晚上會形成飽和汽，晚間的絕對濕度即晚間的飽和汽壓為2.338×103 Pa，相對濕度即飽和汽的相對濕度為100%。 答案：會　2.338×103 Pa　100% 釋疑點(diǎn)：相對濕度 能更有效地描述空氣的潮濕程度。涉及相對濕度的計(jì)算，通常以百分?jǐn)?shù)的形式給出，區(qū)別絕對濕度和相對濕度應(yīng)該用比較的方法去辨析。 【例3－2】 氣溫為10 ℃時，測得空氣的絕對濕度p＝800 Pa，則此時的相對濕度為多少？如果絕對濕度不變，氣溫升至20 ℃，相對濕度又為多少？(已知10 ℃時水的飽和汽壓為p1＝1.228×103 Pa,20 ℃時水的飽和汽壓為p2＝2.338×103 Pa) 解析：10 ℃時水的飽和汽壓為p1＝1.228×103 Pa，由相對濕度公式得此時的相對濕度： B1＝×100%＝×100%≈65.1% 20 ℃時水的飽和汽壓為p2＝2.338×103 Pa，同理得相對濕度： B2＝×100%＝×100%≈34.2%。 答案：65.1%　34.2% 談重點(diǎn)：絕對濕度　 絕對濕度不變時，空氣中水汽密度不變，溫度越高，它離飽和的程度越遠(yuǎn)，人們感覺越干燥。掌握相對濕度的公式，體會相對濕度與絕對濕度的區(qū)別與聯(lián)系。許多跟濕度有關(guān)的現(xiàn)象，如蒸發(fā)的快慢、植物的枯萎、動物的感覺等，不是直接跟大氣的絕對濕度有關(guān)，而是跟相對濕度有關(guān)。絕對濕度相同時，溫度越高，離飽和狀態(tài)越遠(yuǎn)，越容易蒸發(fā)，感覺越干燥；相反，氣溫越低，越接近飽和狀態(tài)，感覺越潮濕。相對濕度是100%時，氣體達(dá)到飽和汽壓，飽和汽壓隨溫度的改變而改變。 4．圖表法比較蒸發(fā)和沸騰現(xiàn)象 其比較如下表： 【例4】 下列甲、乙、丙、丁四個圖是表示對壺底加熱過程中，水中氣泡在上升時候的變化情況，則：在水沸騰前，氣泡上升情況是________圖； 在水沸騰時，氣泡上升情況是________圖。 解析：在水還沒有達(dá)到沸點(diǎn)之前，氣泡浮起后由于上層水溫較低，使泡內(nèi)壓強(qiáng)降低，從而使氣泡的體積縮小，到近液面時變得幾乎看不見。當(dāng)溫度升高到水的沸點(diǎn)時，上下溫度一致，水不斷向氣泡內(nèi)蒸發(fā)，泡內(nèi)氣壓大于外界壓強(qiáng)，氣泡上升時越來越大，最后浮到液面而破裂。 答案：甲　乙 5．沸騰和飽和汽壓在生活中的應(yīng)用 液體沸騰的條件就是飽和汽壓和外部壓強(qiáng)相等。沸點(diǎn)就是飽和汽壓等于外部壓強(qiáng)時的溫度。因飽和汽壓必須增大到和外部壓強(qiáng)相等時才能沸騰，所以沸點(diǎn)隨外部壓強(qiáng)的增大而升高。通過下面圖象可以形象地看出飽和汽壓、沸點(diǎn)與溫度的關(guān)系。 水的飽和汽壓與溫度的關(guān)系 水的沸點(diǎn)與大氣壓的關(guān)系 要了解動態(tài)平衡的本質(zhì)，蒸發(fā)和沸騰是汽化的兩種方式，飽和汽和飽和汽壓與蒸發(fā)的動態(tài)平衡相對應(yīng)。 【例5－1】 如圖為水的飽和汽壓圖象，由圖可以知道(　　) 水的飽和汽壓與溫度的關(guān)系 A．飽和汽壓與溫度有關(guān) B．飽和汽壓隨溫度升高而增大 C．飽和汽壓隨溫度升高而減小 D．未飽和汽的壓強(qiáng)一定小于飽和汽的壓強(qiáng) 解析：這是水的飽和汽壓隨溫度的變化圖線，由圖知，水的飽和汽壓隨溫度的升高而增大。 答案：AB 【例5－2】 在燒瓶中盛半瓶水，用一個插有玻璃管和溫度計(jì)的塞子塞緊瓶口，再用一段橡皮管把玻璃管和注射器連通(或者連接一個小氣筒)。用酒精燈給燒瓶加熱，你可從溫度計(jì)上看到，當(dāng)溫度接近100 ℃時，瓶里的水沸騰了。這時你用力推壓針筒活塞(或者壓氣筒活塞)，增大瓶里的壓強(qiáng)，你會看到，雖然仍在加熱，水的溫度也略有升高，但是沸騰停止了。試解釋這個現(xiàn)象。 解析：液體沸騰的條件就是在某個溫度下的飽和汽壓與外界壓強(qiáng)相等。正常情況下，當(dāng)溫度接近100 ℃時，瓶里的水沸騰了，這說明水在100 ℃時的飽和汽壓接近等于一個大氣壓。當(dāng)用力推壓針筒活塞來增大瓶里的壓強(qiáng)時，如果水的溫度仍為100 ℃，則此時水的飽和汽壓就小于外界氣體壓強(qiáng)，水就不會沸騰，也就是我們常說的“水的沸點(diǎn)升高了”。 答案：見解析 5