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案 新人教版選修3-3

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1、 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動動能較大的分子。這樣，如果不從外界補充能量，蒸發(fā)的結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，在液體表面和內部同時發(fā)生劇烈的汽化現(xiàn)象，相應的溫度叫沸點。水在標準大氣壓下的沸點為100

2、℃。 談重點：氣壓與沸點　 氣壓減小，水的沸點降低；氣壓增大，水的沸點升高。 【例1】 有甲、乙、丙三支相同的溫度計，其中一支不準確，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，三支溫度計的示數(shù)都是22 ℃，則(　　) A．甲不準確 B．乙不準確 C．丙不準確 D．不能判定哪支不準確 解析：蒸發(fā)吸熱，液體本身的溫度要降低，甲溫度計上無液體，不存在蒸發(fā)現(xiàn)象；乙放在密閉的酒精瓶中，蒸發(fā)受阻不能進行，故溫度計的示數(shù)與周圍環(huán)境的溫度相同，應準確；丙在開口酒精瓶中，酒精蒸發(fā)吸熱，酒精溫度應降低，所以應低于22 ℃，故丙不準確。 答案：C

3、辨誤區(qū)：蒸發(fā)與沸騰　 蒸發(fā)的結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，當這兩個同時存在的過程達到動態(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，因而飽和汽的壓強也是一定的，這個壓強叫做這種液體的飽和汽壓。 (3)影

4、響飽和汽壓的因素 ①飽和汽壓跟液體的種類有關 實驗表明，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，所以水銀氣壓計水銀柱上方的空間可以認為是真空。 ②飽和汽壓跟溫度有關 飽和汽壓隨溫度的升高而增大，這是因為溫度升高時，液體里能量較大的分子數(shù)增多，單位時間內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動的平均動能也增大，因此導致飽和汽壓增大。 ③飽和汽壓跟體積無關 在溫度不變的情況下

5、，飽和汽的壓強不隨體積變化而變化，其原因是：當體積增大時，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，汽分子熱運動的平均動能也跟原來一樣，所以壓強不改變。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，汽分子熱運動的平均速率也跟原來相同，所以壓強也不改變。 (4)臨界溫度 在某個溫度上，無論怎樣增大壓強，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)

6、平衡 在相同時間內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，與其他氣體的壓強無關。 【例2－1】 關于飽和汽，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)，當液化和汽化速率相等時，液體和蒸汽達到的一種平衡狀態(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

7、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增大 解析：在飽和狀態(tài)下，液化和汽化達到動態(tài)平衡，即達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以A、C正確；液體的飽和汽壓與其溫度有關，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，與其他氣體的壓強無關，所以B錯誤。 答案：ACD 點技巧：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，測得水汽的壓強為p，體積為V，當保持溫度不變時，以下說法正確的是(　　) A．上提活塞使汽的體積增為2V時，汽的壓強變?yōu)閜/2 B．下壓活塞使汽的體積變?yōu)閂/2時，汽的壓

8、強變?yōu)?p C．下壓活塞時，汽的質量減少，汽的密度不變 D．下壓活塞時，汽的質量和密度都變小 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?，壓強變成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，部分汽會凝結成水，汽的壓強仍為p，只是汽的質量減少了。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)方程和氣體實驗定律。 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來表示的濕度叫做空氣的絕對濕度。 (2)空氣的

9、相對濕度 空氣中水蒸氣的壓強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 空氣的相對濕度常用濕度計來測量。常用的濕度計有干濕泡濕度計、毛發(fā)濕度計和濕度傳感器等。 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

10、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 p1＝p0×65%＝4.242×103×65% Pa≈2.757×103 Pa 因為p1＞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：相對濕度 能更有效地描述空氣的潮濕程度。涉及相對濕度的計算，通常以百分數(shù)的形式給出，區(qū)別絕對濕度和相對濕度應該用比較的方法去辨析。 【例3－2】 氣

11、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：絕對濕度　 絕對濕度不變時，空氣中水汽密度

12、不變，溫度越高，它離飽和的程度越遠，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，而是跟相對濕度有關。絕對濕度相同時，溫度越高，離飽和狀態(tài)越遠，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；

13、在水沸騰時，氣泡上升情況是________圖。 解析：在水還沒有達到沸點之前，氣泡浮起后由于上層水溫較低，使泡內壓強降低，從而使氣泡的體積縮小，到近液面時變得幾乎看不見。當溫度升高到水的沸點時，上下溫度一致，水不斷向氣泡內蒸發(fā)，泡內氣壓大于外界壓強，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用 液體沸騰的條件就是飽和汽壓和外部壓強相等。沸點就是飽和汽壓等于外部壓強時的溫度。因飽和汽壓必須增大到和外部壓強相等時才能沸騰，所以沸點隨外部壓強的增大而升高。通過下面圖象可以形象地看出飽和汽壓、沸點與溫度的關系。 水的飽和汽壓與溫度的關系

14、 水的沸點與大氣壓的關系 要了解動態(tài)平衡的本質，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。 【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系 A．飽和汽壓與溫度有關 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．未飽和汽的壓強一定小于飽和汽的壓強 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，你可從溫度計上看到，當溫度接近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，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相等。正常情況下，當溫度接近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。當用力推壓針筒活塞來增大瓶里的壓強時，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，水就不會沸騰，也就是我們常說的“水的沸點升高了”。 答案：見解析 5