Giải bài tập Vật lý 10 Bài 38: Sự chuyển thể của các chất
§38. Sự CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHAT A. KIẾN THỨC Cơ BẢN Sự nóng chảy Khái niệm vế sự nóng cháý Quá trình chuyên tử thể rắn sang thế lỏrig của các chất gọi là sụ' nóng chảy. Quá trình chuyên ngược tại tử thê lỏng sang thế ràn của các Chat gọi là sự đông đặc. Mỗi vật tắn tinh thể nóng chảy (hoặc đông dặc) O một nhiệt dộ không đổi xác định ứng voi một áp suất bèn ngoai nhât (lịnh Cac vặt. rắn vô định hình không có nhiệt độ nong chảy xác dinh. Đối với đa số các vật rắn, thể tích của chúng sẽ tăng khi nóng chảy và sẽ giảm khi đông đặc. (Riêng nước đá có khối lượng riêng nhỏ hơn nước nên nước đá nổi trên mặt nước). Nhiệt độ nóng chảy của vật rắn thay đổi phụ thuộc vào áp suất bên ngoài: Đối với các vật có thể tích tăng khi nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy của chúng tăng theo sự tăng của áp suất bên ngoài; đối với các chất có thể tích giảm khi nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy của chúng giảm khi áp suất bên ngoài tăng. Trong quá trình nóng chảy, nhiệt độ của vật không đổi. Nhiệt nóng chảy Nhiệt lượng cung cấp cho một vật rắn trong quá trình nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy của vật rắn. Công thức: Q = Xm Trong đó X là nhiệt nóng chảy riêng của chất cấu tạo nên vật rắn. Đơn vị của X là Jun trên kilôgam (J/kg) Các chất rắn khác nhau thì có nhiệt nóng chảy riêng khác nhau. Sự bay hơi Khái niệm về sự bay hơi Sự chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) ở mặt thoáng chất lỏng gọi là sự bay hơi. Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí (hơi) sang thể lỏng gọi là sự nguhg tụ. Trong quá trình bay hơi một số phân tử ngẫu nhiên chất lỏng có vận tốc lớn hơn vận tốc trung bình và đủ lón để thắng được lực hút tác dụng lên nó (hướng vào trong chất lỏng). Do có vận tốc lớn hướng ra ngoài những phân tử ấy sẽ đi qua mặt thoáng trở thành phân tử hơi của chính chất lỏng ấy. Trong quá trình ngưng tụ, một số phân tử hơi của chất ấy do chuyển động vì nhiệt sẽ đi vào trong chất lỏng trỏ thành phân tử của chất lỏng. Hơi khô và hơi bão hòa Hơi bão hòa là hơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng của nó. Khi hơi ở trạng thái bão hòa, lượng phân tủ chất lỏng bay hơi bằng lượng phân tủ chất khí (hơi) ngưng tụ. Hơi chưa bị bão hòa gọi là hơi khô. Hơi khô tuân theo định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt. Khi hơi bị bão hòa, áp suất của nó đạt giá trị cực đại và đưộc gọi là áp suất hơi bão hòa. + Áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích của hơi. Nghĩa là hơi bão hòa không tuân theo định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt. + Áp suất hơi bão hòa ở một nhiệt độ đã cho phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng và phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự sôi Khái niệm về sự sôi Sự chuyển thể từ thể lỏng sang thể khí (hơi) xảy ra ở cả bên trong và trên mặt thoáng của chất lỏng gọi là sự sôi.Mỗi chất lỏng sôi ở nhiệt độ xác định và không thay đổi. Nhiệt độ sõi của chất lỏng còn phụ thuộc vào áp suất chất khí trên mặt thoáng: Áp suất chất khí càng lớn thì nhiệt sôi càng cao và ngược lại. Nhiệt hóa hơi Nhiệt lượng cung cấp cho khối chất lỏng trong quá trình sôi được gọi là nhiệt hóa hơi của khối chất lỏng ở nhiệt độ sôi. Công thức: Q = Lm. Trong đó L là nhiệt hóa hoi. Đơn vị của L là Jun trên kilôgam (J/kg) B. HOẠT ĐỘNG C1. Đun nóng chảy thiếc (kim loại). Theo dõi, ghi và vẽ đường biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ của thiếc theo thời gian trong quá trình chuyển thể từ rắn sang lỏng, ta thu được đổ thị trên hình 38.1. Dựa vào đổ thị trên hình 38.1, hãy mô tả và nhận xét vể sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình nóng chảy và đông đặc của thiếc. C2. Nhiệt độ của khối chất lỏng khi bay hơi tăng hay giảm? Tại sao? C3. Hãy đoán xem tốc độ bay hơi của khối chất lỏng phụ thuộc như thế nào vào nhiệt độ, diện tích bề mặt chất lỏng và áp suất khí (hoặc hơi) ở sát phía trên bề mặt chất lỏng? Tại sao? C4. Tại sao áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc thể tích và lại tăng theo nhiệt độ? c. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Sự nóng chảy là gì? Tên gọi của quá trình ngược với sự nóng chảy là gì? Nêu các đặc điểm của sự nóng chảy. Nhiệt nóng cháy là gì? Viết công thức tính nhiệt nóng chăj' của vật rắn. Nêu tên và đơn vị đo của các đại lượng trong công thức này. Sự bay hơi là gì? Tên gọi của quá trình ngược với sự bay hơi là gì? Phân biệt hơi bão hòa với hơi khô. So sánh áp suất hơi bão hòa với áp suất hơi khô của chất lỏng ở cùng nhiệt độ. Sự sôi là gì? Nêu các đặc điểm của sự sôi. Phân biệt sự sôi và sự bay hơi. Viết công thức tính nhiệt hóa hơi của chất lỏng. Nêu tên và đơn vị đo của các đại lượng trong công thức này. Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về sự nóng chảy của các chất rắn? Mỗi chất rắn kết tinh nóng chảy ở nhiệt độ xác định không đổi ứng với một áp suất bên ngoài xác định. Nhiệt độ nóng chảy của chất rắn kết tinh phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. c. Châ’t rắn kết tinh nóng chảy và đông đặc ở cùng một nhiệt độ xác định không đổi. D. Chất rắn vô định hình cũng nóng chảy ở một nhiệt độ xác định không đổi. Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là 1,8.10sJ/kg. Câu nào dưới đây là đúng? Khối đồng sẽ tỏa ra nhiệt lượng l,8.10sJ khi nóng chảy hoàn toàn. Mỗi kilôgam đồng cần thu nhiệt lượng l,8.10sJ để hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóiìg chảy. c. Khôi đồng cần thu nhiệt lượng l,8.10sJ để hóa lỏng. D. Mỗi kilôgam đồng tỏa ra nhiệt lượng l,8.10sJ khi hóa lỏng hoàn tóàn. Câu nào dưới đây không đúng khi nói về sự bay hơi của các chất lỏng? Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thề lỏng sang thể khí xảy ra ỏ bề mặt chất lỏng. Quá trình chuyển ngược lại từ thế khí sang thể lỏng là sự ngưng tụ. Sự ngưng tụ luôn xảy ra kèm theo sự bay hơi. c. Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng? D. Sự bay hơi của chất lỏng xảy ra ở nhiệt độ bết kì. Nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.106 J/kg. Câu nào dưới đây là đúng? Một lượng nước bất kì cần thu một nhiệt lượng là 2,3.10sJ đế bay hơi hoàn toàn. Mỗi kilôgam nước cần thu một nhiệt lượng là 2,3.106J để bay hơi hoàn toàn. c. Mỗi kilôgam nước sẽ tỏa ra một lượng nhiệt là 2,3.106J khi bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi. D. Mỗi kilôgam nước cần thu một nhiệt lượng là 2,3.10eJ để bay hơi hoàn toàn ở nhiệt sôi và áp suất chuẩn. Một bình cầu thủy tinh chứa (không đầy) một lượng nước nóng có nhiệt độ khoảng 80°C và được nút kín. Dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình, ta thấy nước trong bình lại sôi. Giải thích tại sao? ở áp suâ't chuẩn (latm) có thể đun nước nóng đến 120°C được không? Ớ trên núi cao người ta không thể luộc chín trúng trong nước sôi. Tại sao? Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 4kg nước đá ồ o°c để chuyển nó thành nước ở 20°C. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4180J/(kg.K) Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho miêhg nhôm khối lượng lOOg ở nhiệt độ 20°C, để nó hóa lỏng ở nhiệt độ 658°c. Nhôm có nhiệt dung riêng là 896 J/(kg.K), nhiệt nóng chảy riêng là 3,9.10sJ/K. LỜI GIẢI • Hoạt động Cl. Trong thời gian đầu: nhiệt độ thiếc tăng dần theo thời gian. Khi t° = 232°c thì thiếc bắt đầu nóng chảy, trong thời gian nóng chảy nhiệt độ của thiếc không thay đổi. Sau khi nóng chảy xong thì nhiệt độ tiếp tục tăng theo thời gian. C2. Nhiệt độ của khôi chất lỏng khi bay hơi giảm vì lúc bay hơi là lúc chất lỏng mất các phân tử có động năng lớn hơn động nàng trung bình => Nội năng trung bình của một đơn vị thể tích chất lỏng giảm -> nhiệt độ chất lỏng giảm. C3. - Nhiệt độ càng cao thì tốc độ bay hơi càng nhanh vì số’ phân tử có động năng đủ, thoát ra khỏi khôi chất lỏng trong một đơn vị thời gian tăng. s mặt chát lỏng càng lớn thì số phàn tứ có co' hội thoái ra càng lổn > tốc độ bay hơi tăng. Ấp suất trên mặt lóng càng nhó thì sự cán tro' chuvén động thoát ra cua phàn tứ càng ít nên tốc độ bay hơi tăng. C4. - Giá sứ đang có một thế tích hơi bão hòa nào dó mà ta giam the tích hơi xuống thì áp suất hơi tăng lên --> quá trinh ngưng tụ mạnh lên và quá trình bay hơi yếu đi •> mật độ hơi giám -> áp > suât lại giám vổ giá trị bão hòa. -- Khi tăng nhiệt độ thì quá trình bay hơi xảy ra mạnh hơn qua trình ngưng tụ nên chất long tiếp tục bay hơi. mật độ phân rư hơi tăng nên áp suất hơi bảo hòa tăng. • Câu hỏi và bài tập 1; 2; 3; 4; 5; 6:. Xem bài học 7. D. 8. B. 9. c. D. Đã biết, áp suất hơi trên mặt lỏng càng thấp thì nhiệt dộ sõi càng thấp. Khi dô nước lạnh ngoài cô bình thì nhiệt độ hơi trong bình giám làm giám áp suất :ư> giám nhiệt, độ sôi tới 80"C và nước lại SÓI. Không dôi Vì ó' p = latm thì khi dạt 100"C thì nước sõi, bay hơi và nhiệt độ không thay đôi. Trên núi cao, áp suất khí quyên < latm, nên nước sõi 0' nhiệt độ < 100"(’ vì thó trứng không chín dược. Nhiệt, độ cần làm tan đá : Qu = Àm Nhiệt lượng cằn đô nàng nhiệt dộ nước từ Ol'C đốn 20"C: Qi ■= cm (t - to) Nhiệt lượng tống cộng cần là: Q = Q„ + Q, = 3,4.l0'r’.4 + 4180.4 (20 - 0) = 1.694400 J = 1,69.10:i(kJ' Nhiệt độ cần đê dưa nhôm đến 658"C: Qi = cm (t. - tu) Nhiệt lượng cần đê hóa lỏng nhôm: Qn = Ầm Nhiệt lượng tống cộng cần là: Q = 896.0,1. (658 - 20) + 3,9.10'r’.0,l = 96164,8 J « 96,2(kJ).