汽化和液化

汽化和液化 学科：物理 教学内容：汽化和液化 探究目标 1.知识与技能 知道汽化和液化的概念；知道蒸发和沸腾是汽化的两种方式；知道影响蒸发快慢的因素；知道蒸发、沸腾吸热；理解沸点. 2.过程与方法 学会比较的研究方法；体会探究学习的方法；知道液化的两种方法. 3.情感态度与价值观 乐于探索自然现象；养成实事求是的科学态度；认识交流的重要性. 探究指导 物理宫殿 1.汽化及汽化的两种方式 物质由液态变成气态的过程，称为汽化（vaporization）.汽化有蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）两种方式. 图1.4-1 2.蒸发 在液体表面进行的汽化现象称为蒸发. 蒸发时液体分子由于运动加快从液面运动到空气中变成自由分子，其分子模型如图1.4-1. 说明 蒸发可在任何温度下发生. 3.影响蒸发快慢的因素 液体的表面积越大，蒸发越快；液体的温度越高，蒸发越快；液体表面附近的空气流动越快，蒸发越快.如图1.4-2中b比a蒸发快. 图1.4-2 【例1】 保留水分是蔬菜和水果保鲜的一个方面.为了探究蔬菜和水果水分散失快慢的因素，有甲、乙、丙三组同学做了研究实验.图1.4-3所示是他们所做实验的部分情景示意图（实验是均匀剖开的胡萝卜）,观察图形，回答下列问题： 图1.4-3 （1）这三组实验中，研究方法正确的是 组； （2）从研究中可以看出，这些同学认为水分散失的快慢与哪些因素有关？ 思路与技巧 在探究过程中可以看出影响蒸发快慢的因素与液体的温度、液体的表面及液面上方空气的流动有关.因此探究的方法是只改变其中某一因素，其他因素保持不变.在甲图中只改变温度，乙图的几个因素均相同，丙中只改变空气流动的快慢，因此乙不符合探究思想. （1）甲、丙 （2）液体的温度、液体的表面积、液面上方空气流动. 说明 （1）水蒸发的快慢与空气的温度有关，温度越高，蒸发越快; （2）在相同条件下，物质不同，蒸发快慢也不同.如将水和酒精同时擦在手臂上，酒精先干。 （3）蒸友快慢还与液面上方的气压有关，减小气压可加快蒸发. 4.蒸发过程要吸热 液体蒸发时，液面上部分液体分子克服其他分子作用离开液面，液体的温度降低，液体吸收周围环境的热.这就是通常所说“蒸发制冷”的原因. 【例2】 住在非洲沙漠中的居民，由于缺电，夏天无法用冰箱保鲜食物，一位理发师发明了一种“沙漠冰箱”，它是由一个内罐和外罐组成，两罐之间填上潮湿的沙子，如图1.4-4，使用时将食品和饮料放在内罐，罐口盖上湿布，然后，放在干燥通风地方，并且经常在两罐之间的沙子上洒些水，这样就起到了保鲜作用. 图1.4-4 试问： （1）经常在两罐之间的沙子上洒水的目的是： ； （2）放在通风干燥的地方的目的是： . 思路与技巧 内罐中食品的温度没有升高是因为两罐间水的蒸发吸热所致，因此在沙子上洒水是利用水的蒸发吸热，且水面空气流动越快蒸发越快，相同条件下吸热越多. 答案 （1）利用水蒸发吸热 （2）水面空气流动越快，空气越干燥，水蒸发越快，保鲜效果越好. 【例3】 有甲、乙、丙三支相同的温度计，其中一支不准确，将甲放在空气中，乙放在密闭的酒精瓶中，将丙放在开口的酒精瓶中，过一段时间，三支温度计的示数都是22℃，则（ ） A.甲不准确 B.已不准确 C.丙不准确 D.不能判定哪支不准确 思路与技巧 蒸发吸热，液体本身的温度要降低，甲温度计上无液体不存在蒸发现象；乙放在密闭的酒精瓶中，蒸发受阻不能进行，故温度计的示数与周围环境的温度相同，应准确；丙在开口酒精瓶中，酒精蒸发吸热，酒精温度应降低，所以应低于22℃，故丙不准确. 答案 C. 5.沸腾 在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象，称为沸腾.液体沸腾时，分子运动剧烈，大量分子克服分子作用运动到空气中变成自由分子，沸腾时的分子模型如图1.4-5所示. 图1.4-5 6.水沸腾前和沸腾时的特征 （1）水中气泡在沸腾前、沸腾时情况如图1.4-6； （2）水的声音在沸腾前响，沸腾时不响.这是因为容器底层水先升至100℃变成水蒸气向上升，上层水温仍不足100℃，当蒸汽的小气泡升至低于100℃的水层时，就迅速变为水滴，这种先膨胀又再收缩的过程，就引起了水的振动，当大量的小气泡从杯底上升时，就发出嘶嘶的鸣声； 图1.4-6 （3）沸腾前，对水加热，水的温度升高；沸腾时，继续对水加热，水的温度不变.水沸腾需要吸热. 【例4】 （2004·无锡市）如图1.4-7是小明同学所做的“观察水的沸腾”实验的装置，为了节约能源、适当缩短实验时间，可以采取的措施有（写出两种）： （1） ； （2） . 图1.4-7 在实验过程中，小明记录了水的温度随时间变化的数据如表所示.请根据表中数据，在图1.4-8坐标中画出温度随时间变化的图线. 时间(min) 0 1 2 3 4 温度(℃) 90 92 94 96 98 时间(min) 5 6 7 8 9 温度(℃) 100 100 100 100 100 图1.4-8 思路与技巧 在“观察水的沸腾”实验中，导致加热时间过长的原因有多种，如烧杯中水的初温过低、加热中热损失过大、酒精灯火力太小等.要节约能源，适当缩短实验时间，可以从上述问题入手. 要绘制水温随时间变化的图像，可以以表中提供的时间数据为横坐标，以温度数据为纵坐标，先描点，后连线. 答案 （1）适当减少烧杯中的水量 （2）用温水加热（或给烧杯加盖）温度随时间变化的图线如图1.4-9所示. 图1.4-9 7.沸点 液体开始沸腾的温度叫该液体的沸点（boiling point）. 说明 （1）不同液体沸点不同； （2）液体的沸点随液面气压增大升高，沸点还与液体纯度有关； （3）液体沸腾时必须满足两个条件：一是液体的温度达到沸点；二是液体要不断吸热保持其沸腾. 【例5】 在木器厂里，常用水胶粘木料，这种胶需要在100℃的温度下熬化后才能使用，温度再高就会熬焦，失去黏性.所以，工人师傅熬这种胶时用图1.4-10所示的双层锅，两层锅之间装着水，这样就不会把胶熬焦了，这是为什么？ 图1.4-10 思路与技巧 双层锅之间装水，水沸腾时虽不断吸热，但其温度却保持在沸点100℃不变，这样胶就不会熬焦. 答案 在1标准大气压下水沸腾时，虽不断吸热，但温度却保持沸点100℃不变，故双层锅内胶的温度不会因超过100℃而被熬焦. 【例6】 育红中学探索小组，在调查河水污染情况时，收集样品河水，然后用加热器给样品加热，用温度计测量不同时间水的温度如下表，请你根据数据判断水是否污染（气压为1标准大气压）. 时间(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 温度(℃) 21 37 53 69 85 101 101 101 101 思路与技巧 由所测数据可以看出，样品沸腾时温度为101℃，与1标准大气压下水的沸点100℃不等，说明样品受到污染. 答案 河水已被污染.因为在1标准大气压下水的沸点应为100℃，而河水沸点为101℃. 说明 沸点与熔点一样是反映物质特性的一个物理量，有其特殊性，因此可利用沸点、熔点进行材料选择，现象判断. 8.蒸发和沸腾的区别 9.液化 物质由气态变成液态的过程，称为液化（liquefaction）. 10.液化的方法 （1）降低气体温度.水蒸气遇到温度较低的金属片，放热降温变成了水，如图1.4-11； （2）在一定温度下，压缩气体体积可使气体液化，如图1.4-12.液化石油气、火箭使用的液态氢氧燃料，均采用压缩气体体积的方法液化的. 图1.4-11 图1.4-12 【例7】 图1.4-13是小红与小明在冬天室外的一段对话，你认为她们的对话是否有错误？若有说明理由. 图1.4-13 思路与技巧 思考时应区分水蒸气、小水珠与烟.水蒸气是看不见的气体；小水珠是水蒸气液化形成；烟是固体小颗粒组成；口中呼出的“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水珠. 答案 她们都错了.小红将烟与小水珠混淆，小明将小水珠与水蒸气混淆.小明呼出的“白气”实质是呼出的水蒸气液化成的小水珠. 说明 生活中开水“冒气”，冰棒“冒气”及雾、露都是水蒸气液化成的小水珠. 【例8】 在荒岛上，鲁滨逊用甘蔗酿出了美味蔗酒.如果鲁滨逊发明了一架可用酒精作燃料的飞机，请你设计一个从蔗酒中分离出酒精的方法，帮他离开荒岛. 思路与技巧 酒中含有的主要成分是水和酒精，酒精的沸点比水的沸点低.因此可使酒精先大量汽化，然后使酒精蒸气液化获得酒精. 答案 可采用如图1.4-14的方法，首先加热蔗酒，因酒精的沸点比水低，大量酒精蒸气通过冷凝管液化成酒精. 图1.4-14 11.液化放热 【例9】 冬天手冷时，用嘴向手上“哈气”（即缓慢地吹气），手会感到暖和.若用劲儿向手上吹气，手不但不会暖和，反会觉得更冷.都是从嘴中出来的气，为什么会有不同的感觉呢？ 思路与技巧 “哈气”与“吹气”的区别是：“哈气”是慢慢地吹气，吹气是快速使空气流动，哈气有利于口中水蒸气液化，液化放热；用力吹气加快空气流动，蒸发加快而吸热. 答案 因为“哈气”时，体内哈出的水蒸气在手上液化放热，而吹气时，加快了手上水的蒸发，蒸发吸热，所以有不同的感觉. 探究体验 问题情景 在我国青藏高原地区，藏族同胞的肉类食物通常以烧烤为主；为什么不像我们平原地区的人以“煮”“炖”为主呢？如图1.4-15所示在海拨2000m的地方，水的沸点为93℃，在这儿的人们一般用高压锅煮饭.小明想：水的沸点与气压有关吗？ 猜一猜 水的沸点随气压的升高而 （升高/降低）. 做一做 ①如图1.4-16所示，将烧瓶内的水加热至沸腾后，移去酒精灯水就 ，这说明水在沸腾过程中要 ； ②待水温降低一些后，将大注射器接到烧瓶口上，向外拉注射器活塞，会看到瓶内的水 ； ③用酒精灯继续加热，水沸腾时，向烧瓶内压气，会看到水又 . 图1.4-15 图 1.4-16 议一议 分析以上现象可得出的结论是：水的沸点跟液面上方的气压 （有关／无关），气压增大，沸点 ；汽压降低，沸点 . 探究点拨 探究的制定既要合理又要安全，当向烧瓶内压气时，要注意安全. 聊天室 话题：花木怎祥避暑 老师：盛夏酷暑，烈日当空，人畜能活动，想办法躲避在阴凉之处.那么，生长在固定地方的花木又是怎样避暑的呢？有没有人知道，请回答. 胖胖：树叶可以“制冷”.树叶上的水是由根部从土壤中吸取，通过树叶再蒸发出去，吸收大量的热. 小聪：“外衣”保护.有的树叶上有很多毛细组织，它能聚集水分又能免受阳光晒干. 小明：绿叶贮水.有的植物叶子有一层类似蜡的物质，水分不能透过，从而可以贮水供给蒸发. 小玲：出汗散热.花木可以通过其“汗腺”排汗散热. 老师：其实树皮也可隔热，像桦树、白杨树树皮是白色，它能反射强光.像橡树树皮紧硬，隔热作用非常好.同学们只要你走进图馆或网上查询还会知道很多. 快乐套餐 1.下列措施中，能使蒸发变慢的是（ ） A.用衣架将湿衣服展开晾晒 B.用热风干手器吹湿手 C.用保鲜膜把蔬菜包好放入冰箱 D.喝开水为烫口，向水吹气 2.（2004·陕西省）用一块棉布手帕浸泡在盛有质量分数为70％酒精的溶液中，待均匀湿透后取出，将浸透的手帕舒展开，用镊子夹住两角，用火点燃，如图1.4-17所示，当手帕上的火焰熄灭后，手帕完好无损，对于这一现象，下面解释正确的是（ ） 图 1.4-17 A.这是魔术，你所看到的是一种假象 B.火焰的温度低于棉布的着火点 C.手帕上的水汽化吸热，使手帕的温度低于棉布的着火点 D.酒精燃烧后使棉布的着火点升高 3.医生给病人检查牙齿时，拿一把小镜子在酒精灯上烧一烧，然后再放入病人口腔中，这样做的目的是（ ） A.给小镜子消毒 B.使小镜子升温，防止口腔中空气液化 C.使小镜子升温，防止口中水蒸气液化 D.给牙齿消毒 4.（2004·万州区）为了防止疾病，有时需要打预防针.打预防针前要对皮肤进行消毒，当在皮肤上擦酒精后，会有一种凉的感觉，这是由于酒精（ ） A.蒸发吸热 B.蒸发放热 C.液化吸热 D.液化放热 5.我国新疆的吐鲁番地区气候炎热，干旱少雨，年平均蒸发量很大，自古就有“火洲”之称.为了减少输水过程中水的 和 ，当地人民利用自己的聪明才智，修建了庞大的地下灌溉工程——坎儿井（图1.4-18）. 图1.4-18 6.夏天在打开电冰箱的门时，常会看到“白气”，这是因为 而成的.而水沸腾时在壶口形成的“白气”又是 形成的.夏天潮湿的天气里，会发现自来水管的四周在“冒汗”，这是因为 .而从冰箱里取出的“雪碧”瓶放在桌上一会儿，会发现瓶壁的四周附着许多小水珠，这是由于 而成的. 7.滚烫的油锅不小心滴入了水珠，你会发现油花四溅，这是因为 的结果.在医院里病人发热时，高烧不退，可以用酒精擦拭病人的身体，这是因为酒精在 过程中要 而带走病人身体的热量，起到暂时降低温度的效果.而我国古代铁匠师傅锻造兵器时，常将烧得发红的铁器放入冷水中“淬火”时，会听到“嗤嗤”声，同时看到水面上冒出一股“白汽”，在这个过程中水先后发生了 和 物态变化. 8.宋朝著名文学家范成大到海拔3700m的峨嵋山旅游，发现在山上“煮米不成饭”，他认为是因为山上的泉水太冷，故有“万古冰雪之汁”造成之说.实际上，这是由于高山上的 较低，导致水的沸点 的缘故. 9.据传，有一夏天，洋人宴请林则徐.其中一道甜点为冰淇淋，因其上白气不断，林则徐以为必烫故以嘴吹之，谁知入口却冷，洋人笑以为柄，林则徐声色不动.过得几日，回宴洋人.其中一道热汤刚刚煮沸，浮有厚油，无一白气冒出，林则徐热情请之，洋人一口吞下一匙，顿时龇牙咧嘴，哈哈有声，不停乱弹，出尽洋相.试分析，冷冷的冰淇淋上方的白气是由于 形成的，而滚滚的热汤反而无白气，是由于 ，据生活经验，浮有厚油的沸汤比普通开水还要烫的原因是 . 10.海南岛夏日的天气真奇妙：白天烈日当空时，地表温度急剧上升，人们普遍感到酷热难忍.傍晚前后，常会有一场不小的阵雨.下雨时及雨停后的一段时间，人们感到空气湿热，但过一阵子，特别是一阵风刮过之后，大地和空气便清凉了，人们也感觉到凉爽了. 请根据你学过的物理知识指出其中包含的至少两种物理现象和原理. （1） ； （2） . 11.（2004·昆明市）图1.4-19的甲、乙、丙三幅图都是加快蒸发的实例.其中 图表示的主要是通过加快液体表面的气体流动来加快蒸发； 图表示的是通过提高液体温度来加快蒸发. 图 1.4-19 12.如图1.4-20，甲杯是热水，乙杯是常温的凉水，我们会看到甲杯中的水“冒热气”，而乙杯中的水“不冒热气”.请你回答“冒热气”是什么物理现象.用学过的物理知识解释热水“冒热气”和凉水“不冒热气”的原因. 图1.4-20 13.减慢水分的蒸发是盆栽花卉管理的关键.请你想一想采用哪些方法能减慢水分的蒸发.并设计给如图 1.4-21花卉浇水的巧妙方案. 图1.4-21 图1.4-22 14.如图1.4-22所示，看漫画，读信息，回答问题； 茶叶，要求在避光、干燥的条件下储存.常温下保质期一般为18个月.为延长茶叶的保质期，储存少量茶叶的方法是：将茶叶包装好后放人冰箱中，用低温的方法储存茶叶，这样可将茶叶的保质期延长（达两年之多）问： （1）请解释图中小朋友提出的问题； （2）在炎热的夏天，把茶叶从冰箱中取出来后，能否马上打开茶叶的包装？为什么？ 15.（2004·南宁市）如图1.4-23甲所示，是小明同学做“观察水沸腾”的实验装置. 图1.4-23 （1）本实验的目的是：观察沸腾现象：探究水沸腾时 的变化规律； （2）图中所示的温度是 ℃； （3）当水温接近90℃时，每隔1min记录一次温度，根据里记录的数据，请你在下面的小方格纸图1.4-23乙上画出水的沸腾图像； 时间(min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度（℃） 85 87 89 92 94 96 97 98 98 98 98 （4）从水的沸腾图像可以看出，此时水的沸点是 ℃，水在沸腾的过程中温度 . 16.（2003·扬州市）“大树底下好乘凉”，这是一个众人皆知的俗语.小峰却不以为然，为此与小芳发生激烈的争辩.小峰认为，现在生活水平提高了，有了遮阳伞，人在遮阳伞下与大树下同样没有阳光的直接照射，所以一样凉爽；小芳认为，遮阳伞下比树下炎热.根据你所学的物理知识，对上述两人的观点，你支持 的观点.请帮助他俩设计一个实验，以解决他们之间的争辩. （1）实验器材： ； （2）实验方法： ； （3）通过这次活动，你有什么感想？（简要回答） . 17.小强是一个爱好体育运动的同学，身体很强壮，一天放学时遇上下雨又没有带伞，只好淋着雨回家了，到家后感觉身体一阵发冷.妈妈提醒他：夏天的雨淋不得，容易着凉而生病！小强猜想这可能是身体上的水蒸发使自己着凉的.现在请你设计一个简单的实验来验证小强的猜想.要求写出实验器材和实验方法.— 18.阅读材料 不烫手的“开水” “开水”常常与“烫手”联系在一起，这是由于在通常情况下开水的温度高达100℃，远比皮肤的温度高. 但是，当你在高山上烧水时，明明看到水沸腾了，却不一定烫手.在海拔3km的高原，水的沸点为91℃；在海拔6km的山上，水的沸点为80℃；而在海拔8848m的珠穆朗玛峰，水的沸点只有72℃.在几万米的高空，水的沸点居然会低到11～18℃，那里“开水”的温度，比地面上冷水的温度还要低.因此，在高山会出现许多怪现象：“开水”不烫手、鸡蛋煮不熟、“开水”不消毒. 请回答： （1）水的沸点随高度的升高而降低，请你针对这一变化情况，提出一种猜想。 （2）按你的猜想推理，在比地面低得多的矿井底部，水的沸点将会怎样变化？ （3）想一想，生活中什么餐具利用了这一道理. 参考答案 [探究体验] 升高；停止沸腾；吸热；重新沸腾 停止沸腾；有关；升高；降低 ［快乐套餐］ 1.C 2.C 3.C 4.A 图1 5.蒸发；渗透 6.空气中的水蒸气遇冷液化；液化；空气中的水蒸气液化；液化 7.水的沸点比油低；蒸发；吸热；汽化；液化 8.气压；降低 9.空气中的水蒸气遇冷的冰棒液化；油不易蒸发；油的沸点比水高 10.（1）空气湿热的原因：地面上水蒸发，空气中水蒸气含量增加，人体汗液不易蒸发，人感觉热 （2）大风后，人感觉凉爽：加快空气流动，蒸发加快，蒸发吸热人感觉凉爽 11.乙；甲 12.甲杯热水所以“冒热气”是温度较高的水蒸气遇温度低的空气液化成小水珠.乙杯凉水“不冒热气”是冷水蒸发的水蒸气温度较低，跟空气温度相当，水蒸气不液化，所以看见不冒热气 13.减慢的方法：①用黑色塑料网在花卉上方架着；②放在避风的地方；③给花卉根部充足的水；浇水方案略 14.（1）从冰箱中取出的物体温度比空气的温度低，空气中的水蒸气遇到冷的物体液化成小水珠 （2）不能，因为取出的茶叶马上打开，周围空气中的水蒸气进入茶叶内，遇冷液化成小水珠，造成茶叶受潮，导致变质 15.（1）温度；78；98；保持不变 16.小芳；（1）温度计 （2）分别用温度计同时测量大树下和遮阳伞下的温度，并加以比较 （3）实践是检验真理的标准 17.器材：温度计一支、适量的水或酒精.实验方法：把蘸有水或酒精的棉花包在温度计的玻璃泡上，观察温度计的示数在水或酒精蒸发的过程中是否发生变化.如果温度计的示数降低则能证明小强的猜测是正确的，如果温度计的示数不变或升高，则证明小强的猜想是错误的（本实验也可用其他方法） 18.（1）沸点随气压减小而降低、气压随高度增加而减小 （2）水的沸点升高 （3）高压锅就是利用增大气压提高沸点的