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八年级上册《4.3汽化和液化》

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熔化过程与分子势能的变化
  熔化过程,有的体积增大,有的体积减小;熔化过程,分子势能都是增大吗?
  在不做功的前提下,物体熔化必须吸热,这意味着熔化过程是内能增大的过程,而熔化过程中温度不变,分子热运动动能不变(这里借用了气体分子动理论中温度的概念,不严密),于是可得,一定是分子势能增大了。不论熔化过程中体积是增大、是减小、还是几乎不变,总分子势能都是增大。这里是用经典物理概念讨论问题,不要把氢键概念拉进来。类似地,汽化过程中,总分子势能增大。
  液化和凝固过程中,总分子势能减小。
晶体在熔化过程中温度变化吗?
  晶体在熔化过程中需要持续吸热,但是温度却不变化。这是因为组成晶体的物质微粒的排列是有规则的。晶体的分子间引力大,距离小,分子只能在平衡位置附近做无规则的振动。在熔化过程中,晶体吸收的热量都被用于破坏分子间的有规则排列,使分子间距增大,使晶体由固态变为液态。这部分热量也叫做晶体的熔解热。所以晶体在熔化过程温度不变化。
  物体的状态:
  物体的状态是指它所处的情况。物体的状态由一组物理量来确定,例如,物体的机械运动状态是指它的位置和速度;一定质量气体的热学状态由它的温度、压强、体积达三个物理量中的任意两个量来确定;物体的状态也指它的聚集态(固态、液态、气态)。是整块的还是分散的。
  分散:
  把整块物体分裂成粉末或碎片的现象,叫做物体的分散。它是物体状态变化中一种很重要的概念。例如,喷雾器将水喷出;在黑板上用粉笔写字;用铅笔在纸上绘图;磨粉机磨面粉;车刀切削金属等都是分散的事例。物体在分散时,分子间的平均距离有了增加,这就需要克服分子间的引力做功。所以分子相互作用的势能就要增加。
  物体内能的变化:
  改变物体的内能有两种方式:一种叫做作功,另一种叫做热传递。热传递只能发生在温度不同的两个物体之间,或一个物体的温度不同的两个部分间。它是温度不同的两物体间能量转移的过程,即能量从高温物体转移到低温物体。热传递的结果使两个物体的温度趋于均衡。在热传递的过程中转移的能量,称之为热量。改变系统内能的另一条途径是做功。即用机械的或电的办法来对系统作功以达到改变其内能的目的。对物体传递热量或作功,不但同样可以改变物体的内能,并且在量的方面也具有一定的关系(热功当量)。
  热量:
  由于温度差,在热传递过程中,物体(系统)吸收或放出能量的多少,叫做热量。它与作功一样,都是系统能量传递的一种形式,并可作为系统能量变化的量度。热量是热学中最重要的概念之一,它是量度系统内能变化的物理量。在热传递的过程中,实质上是能量转移的过程,而热量就是能量转换的一种量度。热传递的条件是系统间必须有温度差,参加热交换不同温度的物体(或系统)之间,热量总是由高温物体(或系统)向低温物体(或系统)传递的,直到两个物体的温度相同,达到热的平衡为止。即使在等温过程中,物体间温度也不断出现微小的差别,通过热量传递而不断达到新的平衡。对于参加热传递的任何一个系统,只有在和其他系统之间有温差,才能获得或失去能量。另外,对系统本身来说,它获得或失去的这部分能量(即热量),并不一定全部用来升降自身的温度。也可用来使自身发生物态的变化。若用分子运动论的观点来看,实际就是将系统分子无规则的热运动转移到另一系统,使该系统的分子热运动的动能或分子间相互作用的势能发生变化。
  热量原是热质说中引入的一个物理量。热质说把热量定义为热质之量,即热质的多少。热质说认为物体温度的高低由所含热量(热质)的多少来决定,而且传递的过程是热质移动的过程。现在热质说已被废弃,却保留了热量一词,但两者的含义根本不相同。我们说到热量由一个物体转移到另一物体时,意思是说,能量由热传递的方式,从一个物体转移到了另一个物体,其能量转移的数量(不是代表每个物体内能的多少)就用热量来表示。可见,热量只是用来衡量在热传递过程中物体内能增减的多少,并不是用来表示物体内能的多少。说某系统或某物体包含了多少热量,是没有意义的。在国际单位制中,热量的单位是焦耳(工程上常使用卡或千卡作为度量热量的单位)。
  在对热量的理解基础上,有必要弄清与其他概念的关系:首先应明确,尽管热量和温度有一定的联系,但它们是完全不同的两个物理量。因为热量是系统内能变化的量度,而温度则是系统内部大量分子作无规则热运动的激烈程度的标志。尽管热传递必须在两系统间有温度差时进行,但传递的是能量,不是热质,更不是温度。热传递不仅可使系统温度发生变化,还可使物态发生变化。在物态变化过程中,传递给系统的热量不一定使系统温度变化(如萘的熔解过程)。因此说:系统吸收热量多,温度变化不一定大系统的温度高,放出的热量也不一定多。因为放出的热量,不但和温度的变化值有关,还和热容量等因素有关;其次热量和功有着本质的区别。功是在没有热传递过程中,系统能量变化的量度。而热是在没有作功过程中,系统能量变化的量度。热量和功,都是系统内能变化的量度,都是与过程有关的物理量。热量可以通过系统转化为功,功也可以通过系统转化为热,一定量的热量和一定量的功是相当的。用作功来改变系统的内能,是系统分子的有规则运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程,也就是机械能或其他能和内能之间的转化过程。用传热来改变系统的内能,是通过分子间的碰撞以及热辐射来完成的。它将分子的无规则运动,从一个系统转移到另一个系统。这种转移也就是系统间的内能转换的过程。因此功和热量既有内在的联系,又有本质的区别;最后还应明确热量和内能的关系:内能是由系统的状态决定的。状态确定,系统的内能也随之确定。通过作功和热传递这两种过程可使系统的内能发生变化。热量是热传递过程中的特征物理量。和功一样,热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量,是用来衡量物体内能变化的。有过程,才有变化,就某一状态而言,只有内能,根本不存在什么热量。因此也不能说一个系统中含有多少热量或多少功。
汽化室

  汽化室vaporizer 是为液体或固体样品进行气化的装置。汽化室温度与样品组分中最高沸点、进样量、进样方式及进样器结构有关。当汽化室温度低于样品的沸点时,样品汽化的时间较长,使样品在柱内分布加宽,因而使柱效下降。当汽化室温度足够高时,样品可以瞬间汽化,其效恒定。用峰高定量时汽化室温度影响很大,如汽化室温度低于样品沸点时,峰高就降低。因此在用峰高定量时,汽化室温度要尽可能高于样品各组分的沸点。当然,如果汽化室温度过高时,也会导致样品的分解。

汽化热

  汽化热是一个物质的物理性质。其定义为:在标准大气压(101.325 kPa)下,使一物质在其沸点蒸发所需要的热量。常用单位为千焦/摩尔(或称千焦耳/摩尔),千焦/千克亦有使用。其他仍在使用的单位包括 Btu/lb(英制单位,Btu为British Thermal Unit,lb为磅)。
  因为汽化是液化(凝结)的相反过程,同一物质的凝结点和沸点相同,故凝结热液化热的名称也同时被使用,定义为:在标准大气压下,使一摩尔物质在其凝结点凝结所放出的热量。
  水的汽化热为40.8千焦/摩尔,相当于2260千焦/千克。一般地:使水在其沸点蒸发所需要的热量五倍于把等量水从一摄氏度加热到一百摄氏度所需要的热量。

各种元素的汽化热值

元素

符号

汽化热值(千焦/摩尔)

Ac

n/a

Ag

250.58

Al

293.4

Ar

6.447

As

34.76

At

114

B

489.7

Ba

142

Be

292.40

Bi

104.8

Br

15.438

C

355.8

Ca

153.6

Cd

100

铈<

Ce

414

Cl

10.2

Co

376.5

Cr

344.3

Cs

67.74

Cu

300.3

F

3.2698

Fe

349.6

Ga

258.7

Ge

330.9

Gu

334.4

H

0.44936

元素

符号

汽化热值(千焦/摩尔)

He

0.0845

Hf

575

Hg

59.229

I

20.752

In

231.5

Ir

604

K

79.87

Kr

9.029

La

414

Li

145.92

Mg

127.4

Mn

226

Mo

598

N

2.7928

Na

96.96

Nb

696.6

Ne

1.7326

Ni

370.4

Np

n/a

O

3.4099

Os

627.6

P

12.129

Pb

177.7

Pd

357

Po

60.1

Pt

510

元素

符号

汽化热值(千焦/摩尔)

Ra

37

Rb

72.216

Re

715

Rh

493

Rn

16.4

Ru

595

S

1.7175

Sb

77.14

Sc

314.2

Se

26.3

Si

384.22

Sn

295.8

Sr

144

Ta

743

Tc

660

Te

52.55

Th

514.4

Ti

421

Tl

164.1

V

452

W

824

Xe

12.636

Y

363

Zn

115.3

Zr

58.2

 

 

来源:中国哲士网

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