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1 学案4 物态变化中的能量交换

[目标定位] 1.了解熔化热、汽化热，并能从微观角度解释相关过程.2.会计算与熔化热、汽化热相关的问题.3.能解释生活中有关熔化、凝固、汽化、液化的物理问题．

一、熔化热

[问题设计]

固体熔化时为什么会吸热？晶体和非晶体在熔化过程中有什么差别？

答案 固体熔化时要克服分子间引力做功，吸热能增加分子势能；晶体在熔化过程中温度不变，而非晶体在熔化过程中温度会发生变化．

[要点提炼]

1．熔化指的是物质从固态变成液态的过程，而凝固指的是物质从液态变成固态的过程．

2．熔化时吸热，凝固时放热．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等．

3．熔化热：某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热．

4．不同的晶体有不同的结构，要破坏不同晶体的结构，所需的能量就不同．因此不同晶体的熔化热不相同．熔化热是晶体的热学特征之一．

5．非晶体熔化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是不同的，所以非晶体没有确定的熔化热．

6．熔化热的计算公式

如果用λ表示物质的熔化热，m 表示物质的质量，Q 表示物质熔化时所需要吸收的热量，则Q ＝λm .

熔化热的单位是：焦耳/千克，即J/kg.

7．熔化吸热，凝固放热的原因

固体物质分子受到其他分子的强大作用，被束缚在一定的位置附近振动．对固体加热，一部分分子的能量足以摆脱其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔化，故熔化需要吸热．凝固是熔化的逆过程，所以要放出热量．

二、汽化热

[问题设计]

液体汽化时为什么会吸热？汽化热与哪些因素有关？

答案 液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引而做

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……………………………………………………………名校名师推荐………………………………………………… 2 功，因此要吸热．汽化热与物质汽化时的温度及外界气体压强有关．

[要点提炼]

1．汽化指的是物质从液态变成气态的过程，液化指的是从气态变成液态的过程．

2．某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，称作这种物质在这个温度下的汽化热．

3．汽化时吸热，液化时放热．一定质量的物质，在一定温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等．

4．液体汽化时的汽化热与温度和外界气压都有关系．

5．汽化热的计算公式

设某物质在一个标准大气压时，沸点下的汽化热为L ，物质的质量为m ，则Q ＝Lm .汽化热的单位为：焦耳/千克，即J/kg.

6．汽化吸热，液化放热的原因

液体汽化时吸热，一方面是因为液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引而做功，另一方面是液体汽化时体积膨胀要克服外界气压做功．液化是汽化的逆过程，所以要放出热量．

一、熔化热的理解及计算

例1 关于熔化及熔化热，下列说法正确的是( )

A ．熔化热在数值上等于熔化单位质量晶体所需的能量

B ．熔化过程吸收的热量等于该物质凝固过程放出的热量

C ．熔化时，物质的分子动能一定保持不变

D ．熔化时，物质的分子势能一定保持不变

解析 只有晶体熔化过程吸收的热量等于凝固过程放出的热量，并且温度保持不变，分子动能不变．熔化吸热，对于晶体而言，只增加分子势能．对非晶体上述关系都不成立． 答案 A

例2 一电炉的功率P ＝200 W ，将质量m ＝240 g 的固体样品放在电炉内，通电后电炉内的温度变化如图1所示，设电能全部转化为热能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？

图1

解析 由题图知，样品的熔点为60 ℃，熔化时间t ＝2 min ，电流做功W ＝Pt .设样品的熔

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3 化热为λ，样品熔化过程中共吸收热量Q ＝m λ.由W ＝Q ，即Pt ＝m λ，得λ＝Pt m ＝200×2×60240×10

－3 J/kg ＝1×105

J/kg.

答案 60 ℃ 1×105 J/kg

二、汽化热的理解和计算

例3 关于汽化热的概念，下列描述准确的是( )

A ．某种液体在一定温度下汽化时所吸收的能量与其质量之比

B ．某种液体沸腾时，所吸收的热量与其质量之比

C ．某种液体在特定的温度下汽化时所吸引的能量与其质量之比

D ．某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比

解析 汽化热是某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，所以只有D 正确．

答案 D

例4 水在不同温度下有不同的汽化热，温度升高，水的汽化热________(填“增大”或“减小”)．水在100 ℃时的汽化热是 2.26×106 J/kg ，它表示使1 kg 、100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气需吸热______，这些热量完全用于增加水分子的______．

解析 温度越高，水分子运动的平均动能越大，越容易克服液体内部的水分子对它的束缚变成气体分子，因此汽化所需热量减少；Q ＝mL ＝1 kg×2.26×106 J/kg ＝2.26×106 J ．水在沸点变成同温度的水蒸气时，分子平均动能不变，分子势能增大．

答案 减小 2.26×106 J 分子势能

1．(熔化热的理解)关于熔化热，下列说法正确的是( )

A ．熔化热只与物质的种类有关

B ．熔化热只与物质的质量有关

C ．熔化热与物质的种类、质量都有关

D ．以上说法都不正确

答案 A

解析 要理解熔化热就要从熔化热的概念入手，熔化热是指晶体熔化过程中所需能量与其质量的比值，故A 正确．

2．(熔化热的理解)下列说法中正确的是( )

A ．晶体有确定的熔化热，非晶体没有确定的熔化热

B ．不同的晶体的熔化热不同

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4 C ．晶体熔化时吸收热量而温度不变，主要用于增加分子势能

D ．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量不相等

答案 ABC

解析 只有晶体才有固定的熔点，有确定的熔化热，A 正确；熔化热与晶体的种类有关，B 正确；晶体熔化时吸收热量，内能增加，但温度不变，分子平均动能不变，因此吸收的热量主要增加分子势能，C 正确；一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等，D 错误．

3．(汽化热的理解)用吹风机的热风吹一支蘸了酒精的温度计时，温度计的示数是( )

A ．先降低后升高

B ．先升高后降低

C ．一直降低

D ．一直升高

答案 A

解析 温度计表面的酒精要发生蒸发现象，因此要从温度计吸热，故温度计温度先降低；当蒸发完毕后，因为是热风，温度计的温度又会升高，故选A.

4．(汽化热的理解)100 ℃的水完全变成100 ℃的水蒸气的过程中( )

A ．水分子的平均动能增加

B ．水分子的势能增加

C ．水所增加的内能小于所吸收的热量

D ．水所增加的内能等于所吸收的热量

答案 BC

解析 温度不变，水分子的平均动能不变，故A 错误．吸收热量使水分子的势能增加，故B 正确．吸收的热量一部分增加水的内能，另一部分对外界大气做功，故C 正确，D 错误．

物态变化中的能量交换