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第五讲 ?物态变化?补充阅读材料 固体、液体和气体是通常存在的三种物质状态在一定条件下，这三种物质状态可以相互转化，即发生物态变化，水结成冰或变成水蒸气就是常见的物态变化的例子物态变化跟日常生活和工农业生产有密切关系，有许多实际应用在课堂上我们学过一些物态变化的知识，这一讲进一步扩大和加深这方面的知识，同时学习一些新知识一、熔解和凝固 物质从固态变成液态叫做熔解，从液态变成固态叫做凝固 我们知道，固体分晶体和非晶体晶体物质和非晶体物质在熔解和凝固时情况是不同的晶体有一定的熔解温度——熔点给晶体加热，当温度升高到熔点时，晶体开始熔解，在熔解过程中温度保持不变，到全部熔解后，温度才继续上升它们的液体冷却时，温度降低到熔点时开始凝固，在凝固过程中温度也保持不变，到全部凝固后，温度才继续下降 非晶体没有一定的熔点温度升高时，非晶体先是由硬变软，再逐渐变成粘稠状液体，最后逐渐变成液体在整个过程中，温度不停地上升，没有一定的熔解温度冷却时，随着温度的下降，液体由稀变稠，由软变硬，最后成为固体在整个过程中，温度不停地下降，没有一定的凝固温度 晶体物质熔解和凝固时的特点，可用晶体的微观结构来解释。

在晶体中，微粒排列成有规那么的空间点阵，维持这种规那么排列的是微粒之间的相互作用；微粒的热运动缺乏以克服这种相互作用，微粒一般只能在平衡位置附近做无规那么的振动给晶体加热时，晶体从外界得到能量，微粒的热运动加剧，到达一定的温度时，一局部微粒具有了足够的动能，能够克服微粒间的作用力，离开平衡位置这时晶体的点阵结构被破坏，晶体开始熔解在熔解过程中，外界供给晶体的能量，全部用来破坏晶体的点阵结构，增加分子间的势能，所以温度不发生变化凝固时，情况正好相反微粒排列成点阵结构时，微粒间的势能减小，因此虽然放出能量，温度却保持不变，直到全部凝固成晶体 非晶体的微观结构本来就跟液体类似，非晶体在熔解过程中不必为破坏点阵结构而消耗能量，所以温度不停地上升 实验说明，大多数物质熔解时体积膨胀，凝固时体积缩小然而也有少数物质跟上述情况相反例如水、灰铸铁、锑、铋等，它们在熔解时体积缩小，凝固时体积膨胀用铸铁浇铸成的工件，形状跟铸模完全相似，正是利用了铸铁凝固时体积膨胀的特点水结冰时体积膨胀，所以在冬季水管和盛水的容器常会冻裂，需要加以防止 物质的熔点跟压强有关系熔解时体积膨胀的物质，如果所受的压强增大，熔解将受到阻碍，只有在更高的温度下才能熔解，所以熔点升高。

熔解时体积缩小的物质，如果所受的压强增大，会促进熔解的进行，所以熔点降低冰在熔解时体积缩小，因而冰在受到巨大的压强时，在0℃以下也能熔解不过压强对熔点的影响并不显著，例如每增加1标准大气压，冰的熔点才降低℃下表列出了几种物质在1标准大气压下的熔点物质熔点〔℃〕物质熔点〔℃〕物质熔点〔℃〕固态氦—272海波48铜1083固态氢—259奈灰铸铁1177固态氮—210锡232钢1515固态酒精—117铅328铁1535固态甲苯—95铝660钨3410固态水银—39银962碳3550冰0金1064 一般说来，纯物质中掺进另一种物质，熔点要降低例如海水比淡水的熔点低冰和食盐的混合物，熔点可以降低到零下二十多摄氏度冰和氯化钙的混合物，熔点可以降低到零下五十多摄氏度 某些合金的熔点较低例如铅锑合金的熔点为246℃，锡铅合金的熔点为170℃，由铋、镉、锡、铅组成的伍德合金，其熔点仅70℃这些低熔点合金在生产技术中具有广泛的应用 熔点是物质的重要性质之一，在实际中常常要根据需要选用不同熔点的物质例如，制做白炽灯丝要用熔点高的钨，而焊接电路那么用熔点较低的铅锡合金二、熔解热 晶体在熔解过程中不断从外界吸收热量，但温度却保持不变。

吸收的热量绝大局部用于破坏晶体的点阵结构，增加分子势能对大多数熔解时体积增大的物质来说，还有一局部热量用来克服外界压强做功不过体积变化不大，这个功很小 质量相等的不同晶体熔解时吸收的热量是不同的单位质量的某种物质熔解成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种物质的熔解热在国际单位制中，熔解热的单位是焦／千克 液体凝固时要放出热量单位质量的某种物质凝固时放出的热量等于它的熔解热显然这是符合能量守恒定律的物质的熔点跟压强有关系，在不同的熔解温度下，物质的熔解热也略有不同下表列出了几种物质在1标准大气压下的熔解热物质熔解热〔J/kg〕物质熔解热〔J/kg〕铝×10 5奈×10 5冰×10 5金×10 5镍×10 5锡×10 5铁×10 5铅×10 5铜×10 5水银×10 5钨×10 5二氧化碳×10 5 熔解热常用字母λ表示知道了熔解热，就可以算出质量为m的物质熔解时吸收的热量Q： Q=λm． 熔解热可以用量热器测定现在以冰为例来说明在量热器中装入质量的水，测出水的温度，然后把正在熔解的冰块(温度为0℃)放入量热器的水中，冰将继续熔解，水的温度下降。

测出冰块全部熔解后水的末温度和水的质量根据前后两次测得的水的质量，可以求出冰块的质量冰块熔解成水并从0℃升高到末温度吸收的总热量，等于量热器中原来的水和小筒从初温度下降到末温度放出的热量从这个关系就可以求出冰的熔解热 例如，如果铜制量热器小筒的质量是150克，里面装着100克16℃的水放人9克0℃的冰，冰完全熔解后水的温度是9℃利用这些数据就可以求出冰的熔解热 9克0℃的冰熔解为0℃的水，再升高到9℃，总共吸收的热量： 量热器中的水和量热器小筒从16℃降到9℃放出的热量： 因为，所以 = 统一单位后，把数值代入上式[铜的比热]，可得焦／千克冰的熔解热很大，l千克0℃的冰熔解成0℃的水吸收的热量，相当于把l千克0℃的水升高到80℃需要的热量冰的这一特点对自然界有重要的意义，它使得初冬时，一个寒冷的夜晚不会把江河湖全部封冻起来，气温也不会骤然下降；初春时，一个阳光灿烂的晴天不会使冰雪全部熔解，造成江河泛滥，气温也不会骤然升高在日常生活中，人们利用冰熔解热大的特点来冷藏食品、冰冻饮料等练习一〔1〕把玻璃放在火上加热，观察它的熔解情况，看看玻璃是不是先变软，再流动。

玻璃是不是晶体？〔2〕解释下面的现象：把一块冰放在支承物上〔如图〕，将两端各挂一个重物的铁丝搭在冰块上过一段时间后可以看到，铁丝切进冰块，但是铁丝穿过冰块的地方并没有留下切口，冰仍然是完整的一块铁丝为什么能切进冰块？铁丝穿过后上面的冰为什么又成了完整的一块？如果有条件，自己做一做这个实验〔3〕冬季在菜窖里放上几桶水，可以使窖内的度不致降低得很多，防止把菜冻坏这是什么道理？如果在窖内放入200千克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？干木材的燃烧值为：〔4〕铜制量热嚣小筒的质量是160克，装入200克20℃的水向水里放进30克0℃的冰，冰完全熔解后水的温度是多少摄氏度？〔5〕量热器的铜制小筒里盛有200克15℃的水，小筒的质量为160克向水里放入50克0℃的冰，求量热器里的末温度是多少摄氏度？三、蒸 发 物质从液态变成气态，叫做汽化汽化有两种方式：蒸发和沸腾蒸发是在液体外表进行的汽化现象这一节我们先来研究蒸发 我们知道，液体中的分子都在不停地运动着，它们的平均动能跟温度有关系但在任何温度下，总有一局部分子的动能比平均动能大。

那些处在液体外表层附近的动能足够大的分子，能够挣脱周围分子的引力，飞出液面，形成蒸气，这就是蒸发蒸气也常叫做汽 液体温度越高，分子的平均动能就越大，具有足够大的动能因而能够飞出液面的分子也就越多所以，温度越高，蒸发得越快泼在地上的水夏天干得快，冬天干得慢，就是这个原因液体的外表积越大，处在外表层中的分子就越多，能够从液面飞出的分子也就越多所以，外表积越大，蒸发得越快洗过的衣服抻开晾晒比团在一起干得快，原因就在这里 飞出液面的分子如果停留在液面附近，由于分子的热运动，有的分子会撞到液面，被液体分子重新拉回到液体中去，这样蒸发就变慢了如果设法把液面上形成的蒸气吹散，使汽分子不能回到液体中去，蒸发就可以加快所以，蒸发的快慢还跟液面上气体流动的快慢有关系气体流动得越快，蒸发得也越快这就是吹风能够使湿东西干得快的原因 在同样的条件下，不同液体蒸发得快慢不同水比食油容易蒸发，汽油比水容易蒸发容易蒸发的液体，我们常说它的挥发性大液体的这种差异，跟它们分子间的作用力有关系分子间作用力大的液体不容易蒸发在蒸发过程中，从液体中飞出的是动能较大的分子，这些分子飞出后，留在液体中的分子的平均动能必然减小，所以蒸发时液体的温度降低。

这时它就要从周围的物体吸收热量，因而液体蒸发有致冷作用穿湿衣服比穿干衣服感到冷，夏天扇扇子感到凉快，出汗后站在通风处容易着凉，都是由于蒸发致冷的缘故蒸发致冷作用在实际中有许多应用用火车运送容易腐烂变质的食品时，常用液态氨或液态二氧化碳的蒸发来降低车厢内的温度在医疗中，可用液态氮迅速蒸发时的冷却作用使病灶处的细胞冷冻坏死导弹在大气中高速飞行时，由于跟空气摩擦，会到达极高的温度为了保护弹壳，常在弹壳外表涂上防护层，防护层的物质受热熔解和蒸发时，要吸收大量的热量，从而降低了导弹外表的温度四、饱和汽与饱和汽压 饱和汽 装在敞口容器里的液体，由于蒸发出来的汽分子能够分散到周围空间里去，所以过一段时间后液体会全部蒸发完盛在密闭容器里的液体，即使过很长时间，也不会蒸发完，这是什么原因呢？原来在容器中的液面上同时进行着两种相反的过程：一方面分子从液面飞出来；另一方面由于液面上的汽分子不停地做无规那么的热运动，有的汽分子撞到液面上又会回到液体中去〔如图〕在密闭的容器中，随着液体的不断蒸发，液面上汽的密度不断增大，回到液体中的分子数也逐渐增多最后，当汽的密度增大到一定程度时，就会到达这样的状态：在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数。

这时汽的密度不再增大，液体也不再减少，液体和汽之间到达了平衡状态，这种平衡叫做动态平衡我们把跟液体处于动态平衡的汽叫做饱和汽把没有到达饱和状态的汽叫做未饱和汽在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，未饱和汽的密度小于饱和汽的密度 饱和汽的密度随着温度而改变温度升高时，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，液体就继续蒸发，汽的密度继续增大，直到到达新的动态平衡为止所以饱和汽的密度随着温度的升高而增大温度降低时，饱和汽的密度减小其原因请同学们自己来解释 饱和汽压 某种液体的饱和汽所具有的压强，叫做这种液体的饱和汽压用下面的实验可以测量饱和汽压把两根装满水银的细长玻璃管倒立在水银槽中(如图)a管用作气压计用弯曲玻璃管向b管中注入一些乙醚乙醚的密度比水银小，便浮到水银面上，并在水银面上方的真空中蒸发，同时b管中的水银面开始下降当乙醚汽的密度到达饱和时，水银面上还剩有一点乙醚，b管中的水银面就稳定在一定的高度不再下降a、b两管中水银面的高度差h就表示乙醚饱和汽压的。