专题9.4 物态变化中的能量交换

第九章固体、液体和物态变化第4节物态变化中的能量交换

物体变化中的能量交换

1．熔化和凝固

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．熔化热

①概念：某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比。

②一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。

3．汽化和液化

汽化：物质从液态变成气态的过程。

液化：物质从气态变成液态的过程

4．汽化热

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。

物态变化中的能量交换

1．物态变化中的能量交换

2．固体熔化中的温度特点

固体分子间的强大作用使固体分子只能在各自的平衡位置附近振动。对固体加热，在其开始熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔化。

晶体熔化过程中，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点。非晶体没有空间点阵，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升。

3．液体汽化中的能量特点

液体汽化时，由于体积明显增大，吸收热量，一部分用来克服分子间引力做功，另一部分用来克服外界压强做功。

4．互逆过程的能量特点

（1）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。

（2）一定质量的某种物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等。

【例题】某兴趣小组以相同的烧杯盛等量的水，用相同的热源同时加热，甲杯为隔水加热，乙杯为隔油加热，丙杯为隔沙加热，加热一段时间后，测得烧杯外物质的温度分别为水温100℃、油温300℃、沙温600℃，且观察到乙、丙两烧杯中的水呈沸腾状态，则三杯水的温度高低顺序为

A．甲>乙>丙

B．甲<乙<丙

C．甲<乙=丙

D．甲=乙=丙

参考答案：D

试题解析：甲杯外水温为100 ℃，所以甲杯中的水温也为100 ℃，乙、丙两烧杯外的物质温度虽然分

别达到了300 ℃和600 ℃，但由于两烧杯中的水呈沸腾状态，所以两烧杯中的水温也同为100 ℃，D正确。

1．1 g100℃的水与1 g100℃的水蒸气相比较，下列说法中正确的是

A．分子的平均动能与分子的总动能都相同

B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同

C．内能相同

D．1 g100℃的水的内能小于1 g100℃的水蒸气的内能

2．下列关于热学问题的说法正确的是

A．草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠，这一物理过程中水分子间的引力、斥力都会增大B．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大

C．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势

D．密封在容积不变的容器内的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力一定增大3．如图所示是水在标准大气压下汽化热与温度的关系。关于汽化热，下列说法中正确的是A．液体只有在沸腾时才有汽化热

B．某种物质的汽化热是一定的

C．质量越大汽化热越大

D．汽化热与物质汽化时所处的温度和压强有关

4．能使气体液化的方法是

A．在保持体积不变的情况下不断降低气体的温度

B．在保持体积不变的情况下，使气体温度升高

C．在保持温度不变的情况下增大压强，能使一切气体液化

D．降低气体的温度到某个特殊温度以下，然后增大压强

5．下列说法中正确的是

A．冰在0℃时一定会熔化，因为0℃是冰的熔点

B．液体蒸发的快慢与液体温度的高低有关

C．0℃的水，其内能也为零

D．冬天看到嘴里吐出“白气”，这是汽化现象

6．在探究石蜡和海波的熔化规律时，小琴根据实验目的，进行了认真规范的实验，获得的实验数据如下表所示。则下列四个选项中，判断正确的是

A ．石蜡是非晶体

B ．海波熔化时的温度是48℃

C ．海波在熔化过程中不需要吸热

D ．42℃时，海波的状态是固态

7．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T 1比铁块的温度T 2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则

A ．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量

B ．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量

C ．达到热平衡时，铜块的温度T =

12

2

T T D ．达到热平衡时，两者的温度相等 8．能使气体液化的方法是

A ．在保持体积不变的情况下不断降低气体的温度

B ．在保持体积不变的情况下，使气体温度升高

C ．在保持温度不变的情况下增大压强，能使一切气体液化

D ．降低气体的温度到某个特殊温度以下，然后增大压强

9．大烧杯中装有冰水混合物，在冰水混合物中悬挂—个小试管，试管内装有冰，给大烧杯加热时，以下现象不正确的是

A ．烧杯内的冰和试管内的冰同时熔化

B ．试管内的冰先熔化

C ．在烧杯内的冰熔化完以前，试管内的冰不会熔化

D ．试管内的冰始终不会熔化

10．如图所示，是水在大气压强为1.01×105 Pa 下的汽化热与温度的关系图线，则

A．该图线说明温度越高，单位质量的水汽化时需要的能量越小

B．大气压强为1.01×105Pa时，水的沸点随温度升高而减小

C．该图线在100℃以后并没有实际意义，因为水已经汽化了

D．由该图线可知水蒸气液化时，放出的热量与温度有关

11．有一款新型水杯，在杯的夹层中封入适量的固态物质，实现了“快速降温”和“快速升温”的功能，使用时，将水杯上下晃动几分钟，可以将100℃的开水降温至55℃左右的温水，也可以将冷水升温到55℃左右的温水，这款水杯被广泛成称为“55°杯”。依据上述说明，其工作原理是（）

A．首次使用时，必须加注冷水；降温时利用物质凝固放热；升温时利用熔化吸热

B．首次使用时，必须加注热水；降温时利用物质熔化吸热；升温时利用凝固放热

C．首次使用时，加注冷热水均可；降温时利用物质熔化吸热；升温时利用凝固放热

D．首次使用时，加注冷热水均可；降温时利用物质凝固放热；升温时利用熔化吸热

12．关于液体的汽化，正确的是

A．液体分子离开液体表面时要克服其他液体分子的引力做功

B．液体的汽化热是与某个温度相对的

C．某个温度下，液体的汽化热与外界气体的压强有关

D．汽化时吸收的热量等于液体分子克服分子引力而做的功

13．如图所示是水在标准大气压下汽化热与温度的关系。关于汽化热，下列说法中正确的是

A．液体只有在沸腾时才有汽化热

B．某种物质的汽化热是一定的

C．质量越大汽化热越大

D．汽化热与物质汽化时所处的温度和压强有关

14．青藏铁路路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2米的铁棒（如图所示），我们叫它热棒。热棒在路基

下还埋有5米深，整个棒体是中空的，里面灌有液氨。热棒的工作原理很简单：当路基温度上升时，液态氨受热发生（①），上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却（②）变成了液态氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于一个天然“制冷机”。请问文中空格处的物态变化名称是（）

A．①汽化、②液化

B．①液化、②汽化

C．①升华、②液化

D．①升华、②凝华

15．住在非洲沙漠中的居民，由于没有电，夏天无法用冰箱保鲜食物，一位物理教师发明了一种“沙冰箱”

罐中罐，它由内罐和外罐组成，且两罐之间填上潮湿的沙子，如图所示，使用时将食物和饮料放在内罐，罐口盖上湿布，然后放在干燥通风的地方，并经常在两罐间的沙子上洒些水，这样就能起到保鲜的作用。问题：

（1）经常在两罐间洒些水的原因是________。

（2）放在干燥通风的地方是为了________。

16．绝热容器里盛有少量温度是0 ℃的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发，而其余的水都结成0 ℃的冰，则结成冰的质量与原有水质量之比是多少？已知0 ℃时水的汽化热L=2.49×106J/kg，冰的熔化热为λ=3.34×105J/kg。

1．AD【解析】温度是分子平均动能的标志，在相同的温度下，分子的平均动能相同。又1 g水与1 g水蒸气的分子数相同，因而分子总动能相同，A正确。当从100℃的水变成100℃的水蒸气时，要吸收热量，所以1 g水蒸气的内能大，D正确。

【名师点睛】考查物态变化吸放热现象、表面张力、气体压强等知识，比较全面深入，只要平时多看书，加强记忆即可解答。

3．D 【解析】某种物质的汽化热与物质的种类，所处的温度和压强都有关系。故D 正确。

4．AD 【解析】从能量转换的角度分析只要放出热量，就可以使气体液化，但从影响气体液化的因素分析，只要限度地降低温度或降低温度到某一特定值以下，再增大压强就可以使气体液化。故选AD 。 5．B 【解析】熔化不仅需要温度达到熔点，还需要继续吸热，A 错。液体温度高其分子运动加剧，容易跑出液面，即蒸发变快，B 对。0℃的水的分子也在永不停息的做热运动，其内能也不为零，C 错。嘴中的气体温度较高，遇到冷空气后液化为小水滴，即为“白气”，D 错。

6．ABD 【解析】由表格中数据可以知道，海波从第4到9分钟，经历了5分钟，在此过程中温度保持不变，所以海波是晶体；而石蜡在整个过程中吸收热量，温度不断升高，所以石蜡是非晶体，所以A 选项是正确的。在第4到9分钟时海波吸收热量，在熔化过程温度保持48℃不变，故海波熔化时的温度是48℃，所以B 选项是正确的。海波是晶体，在熔化过程中的特点:吸热但温度不变，故C 错误。海波的熔点是48℃时， 42℃低于海波的熔点，是固态，所以D 选项是正确的。

7．AD 【解析】一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止，而热量是热传递过程中内能的变化量相等，故AD 正确；B 错误。根据热平衡方程()()12c m T T c m T T -=-铜铁，解得12c T c T T c c +=+铜铁铜铁

，故

C 错误。所以A

D 正确，BC 错误。

【名师点睛】解决本题的关键要知道物体间存在温度差时才能发生热传递，冰水混合物的温度是零度。 10．AD 【解析】该图线说明温度t 越高，单位质量的水汽化时需要的能量Q 越小，故A 正确；液体的沸点

与温度无关，大气压强为1.01×

105Pa 时，水的沸点是100°C ，不变，故B 错误；该图线在100℃以后是水的过热状态，可以理解为水没有来得及汽化，故C 错误；液化与汽化是相反的过程，汽化热与温度有关，则水蒸气液化放出的热量也与温度有关，故D 正确。

【名师点睛】物体有液态转化为气态要吸热，水的汽化热是单位质量的水汽化时需要的能量大小，与温度和压强有关。

11．

B【解析】首次使用时，必须加注开水倒入杯中，此时固态物质被熔化，此过程固态物质会吸收热量，当水的温度下降到55℃以下时，此时固态物质会凝固，会放出热量，在此过程中水能较长时间保持水温不变。故选：B。

【名师点睛】物质由固态变为液态的过程是熔化，熔化需要吸热；物质由液态变为气态的过程是汽化，汽化需要吸热；物质由液态变为固态叫凝固，凝固过程要放出热量。

12．ABC【解析】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功，因此要吸收能量。液体汽化过程中体积增大很多，体积膨胀时要克服外界气压做功，即液体的汽化热与外界气体的压强有关，且也要吸收能量。液体的汽化热与温度相对应，温度不同，液体变为气体所需的能量不同。故ABC正确。

13．D【解析】某种物质的汽化热与物质的种类，所处的温度和压强都有关系。故D正确。故选D。14．A【解析】①的过程中，液态氮→气态氮，符合汽化的物态变化过程；②的过程中，气态氮→液态氮，符合液化的物态变化过程；因此空格处应是：①汽化、②液化；故A正确，BCD错误。

15．（1）水蒸发时吸热（2）加快水的蒸发

（1）经常在两罐间洒些水，就能起到保鲜作用，先联系实际，非洲地区比较热，食物和饮料在高温环境中易变质，再考虑水蒸发能吸热，所以洒水的原因应为利用水蒸发吸热降低食物和饮料的温度，便于长期保存；

（2）放在干燥通风的地方很自然想到是为了加快水分蒸发从而吸收更多的热，使食物和饮料温度不致过高，起到保鲜作用。

16．0.88:1

所以结成冰的质量与原有水质量之比

6

2

56 12

2.4910

0.88

3.3410 2.4910

m L

m m Lλ

?

==≈++?+?

即m冰:m水=0.88:1