Giải Vật Lý 10 Bài 38. Sự chuyển thể của các chất
Bài 38. Sự CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT A. KIẾN THỨC CẦN NAM vững Sự nóng chảy Khái niệm về sự nóng chảy Quá trình chuyển từ thể rắn sang thế lỏng của các chất gọi là sự nóng chảy. Quá trình chuyển ngược lại từ thế lỏng sang thể rắn của các chất gọi là sự đông đặc. Mỗi vật rắn tinh thể nóng chảy (hoặc đông đặc) ở một nhiệt độ không đổi xác định ứng với một áp suất bên ngoài nhất định. Các vật rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Đối với đa số các vật rắn, thề tích của chúng sẽ tăng khi nóng chảy và sẽ giảm khi đông đặc. (Riêng nước đá có khôi 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: Đôi với các vật có thế 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 đối. 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 = Àm Trong đó À là nhiệt nóng chảy riêng của chất câu tạo nên vật rắn. Đơn vị của Ầ 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 ngưng 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 lớn 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 sô' phân tử hơi của chất ấy do chuyển động vì nhiệt sẽ đi vào trong chất lỏng trở 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 tử chất lỏng bay hơi bằng lượng phân tử chất khi (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 được 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 đã cho phụ thuộc vào bản chất của châ't lỏng và phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự sôi 1. 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 một nhiệt độ xác định và không thay đối. Nhiệt độ sôi của chất lỏng còn phụ thuộc vào áp suất chất khí trên mặt thoáng: Áp suất chất khí càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao và ngược lại. Nhiệt hóa hoi 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 - L.m iệt độ Thiếc lỏng Trong đó L là nhiệt hóa hơi. Đơn vị của L là Jun trên kilôgam (J/kg) B. TRẢ LỜI CÂU HỎI Cl. Dựa vào đồ thị ở hình N bên hãy mô tả và nhận xét về sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình nóng chảy và đông đặc của thiếc. ‘° 232°c Trả lời Từ o°c đến 232°c, thiếc ở — ► Thời gian trạng thái rắn. ( Từ 232”c trở lên, thiếc ở trạng thái lỏng. Từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng trải qua một thời gian dài. C2. Nhiệt độ của khối chất lỏng khi bay hơi tăng hay giảm? Trả lời Khi các phân tử chất lỏng muôn bay hơi nó phải thắng các lực hút của phân tử chất lỏng bên dưới tác dụng vào nó, nên chất lỏng cần nhận năng lượng để thắng lực hút và bay ra ngoài không gian (bay hơi). Khi đó nhiệt độ môi trường xung quanh bị thu vào nên giảm xuống. C3. Hãy đoán xem tốc độ bay hơi của 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? Trả lời Khi nhiệt độ càng cao, diện tích bề mặt chất lỏng càng lớn, áp suất khí ở sát phía trên bề mặt chất lỏng càng thấp thì tốc độ bay hơi càng lớn, vì những điều kiện này giúp thắng lực hút các phân iử khác dễ dàng, không gian rộng giúp bay hơi nhanh hơn, áp suất không khí thấp sẽ không ép các phân tử chất lỏng xuống trở lại. C4. Tại sao áp suất hơi bảo hòa không phụ thuộc thề thích mà lại tăng theo nhiệt độ? Trả lời Khi hơi bão hòa thì tốc độ bay hơi và tốc độ ngưng tụ của chất lỏng cân bằng nhau, khi đó thề tích không khí không tăng lên cũng không giảm xuống nên không phụ thuộc vào thế tích. Nhưng khi nhiệt độ làm tăng khả năng thắng lực hút của các phân tử chất lỏng nhiều hơn, dẫn đến bay hơi nhiều hơn, khi đó áp suất bão hòa tăng lên mức mới. Vậy ta nói áp suất hơi bão hòa phụ thuộc nhiệt độ mà không phụ thuộc thế tích. c. GIẢI BÀI TẬP Câu nào dưới đây không đúng khi nói về sự nóng chảy của các chất rắn? Mỗi chát rắn kết tinh nóng chảy ở một nhiệt độ xác định không đổi ứng với một áp suất bên ngoài xác định. Nhiệt độ nóng chảy của chát rắn kết tinh phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. c. Chất 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 đối. Giải Chọn đáp án ũ. Chát rắn vô định hình cũng nóng chảy ở một nhiệt độ xác định không đổi. Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là l,8.105J7kg. Câu nào dưới đây là đúng? Khố"i đồng sẽ tỏa ra nhiệt lượng l,8.10'5J/kg khi nóng chảy hoàn toàn. Mỗi kilôgam đồng cần thu nhiệt lượng l,8.105J/kg dể hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. c. Khối đồng cần thu nhiệt lượng l,8.105J/kg để hóa lỏng. D. Mỗi kilôgam đồng tỏa nhiệt lượng l,8.105J/kg khi hóa lỏng hoàn toàn. Giải Chọn đáp án B. Mỗi kilôgam đồng cần thu nhiệt lượng l,8.105J/kg đế hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. Câu nào dưới đây không đúng khi nói về sự bay hơi của các chất lỏng? Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thế khí xảy ra ở bề mặt chát lỏng. Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí sang thể lỏng là sự ngưng tụ. Sự ngưng tụ luôn xảy ra kèm sự bay hơi. c. Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thế lỏng sang thê khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng. D. Sự bay hơi cúa chất lỏng xảy ra ở nhiệt độ bất kì. Giải Chọn đáp án c. Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thế’ khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng. Nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.106J/kg. Câu nào dưới đây là đúng? Một lượng nước bất kì cần thu một lượng nhiệt là 2,3.10cJ/kg để bay hơi hoàn toàn. Mỗi kilôgam nước sẽ tỏa ra một lượng nhiệt là 2,3.106J/kg đế bay hơi hoán toàn. c. Mỗi kilôgam nước sẽ tỏa ra một lượng nhiệt là 2,3.106J/kg khi bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi. D. Mỗi kilôgam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.106J7kg đế bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi và áp suất chuẩn. Giải Chọn đáp án D. Mỗi kilôgam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.10GJ/kg đế bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi và ốp suất chuẩn. Một bình cầu thủy tinh chứa (không đầy) một lượng nước nóng có nhiệt độ khoảng 80°C và đậy nút kín. Dội nước lạnh lên phần trên gần cố bình, ta thấy nước trong bình lại sôi. Giải thích tại sao? Giải Ta có phương trình đẳng tích: ^- = ^- Tị T, Khi dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình làm cho: T2 p2 < Pi Điều này có nghĩa là áp suất trong bình thời điểm sau nhỏ hơn áp suất trong bình lúc đầu nên các bọt khí từ đáy bình trồi lên mặt nước, làm cho.nước trong bình sôi. Ở áp suất chuẩn (latm) có thế đun nước nóng đến 120°C được không? Giải Ở áp suất chuẩn p = lat.m nước sôi ở 100r,C nên không thế đun nước nóng đến 120°C. Ớ trên núi cao, người ta không thể luộc chín trứng trong nước đang sôi? Tại sao? Giải Theo định luật Sac-lơ về thế’ tích không đổi thì y = , trong đó: P1 và T1 là nhiệt độ sôi ở mặt đất. p2 và T2 là nhiệt độ sôi ở trên núi cao. Khi lên cao thì P1 > p2 tức là áp suất trên núi nhỏ hơn áp suất dưới chân núi, suy ra T1 > T2, nghĩa là nhiệt độ sôi ỏ’ núi thấp hơn ở chân núi.Như vậy nhiệt độ sôi trên núi cao chưa đạt đến 100°C nên không thể làm trứng chín. Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 4kg nước đá ở o°c để chuyến nó thành nước ở 20°C. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4180J7kg.K. Giải Nhiệt nóng chảy của đá là:Qi = Am = 3,4.105.4 = 13,6.105 (J) Nhiệt nóng chảy của nước là: Q2 = met = 4.4 180.20 = 3,344.105 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp cho 4kg nước đá là: Q = Q1 + Q2 = 13,6.105 + 3,344.105 = 16,94.105 (J) = 169,4 (kJ). Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho một miếng nhôm khôi lượng lOOg ở nhiệt độ 20°C để nó hóa lỏng ở nhiệt độ 658°c. Nhôm có nhiệt dung riêng là 896J/kg.K, nhiệt nóng chảy riêng là 3,9.105J/kg. Giải Nhiệt nóng chảy của nhôm là: Qi = Am = 3,9.105.0,1 = 3,9.104 (J) Nhiệt lượng của nhôm hóa lỏng là: Q2 = met = 0,1.896.63 8 = 5,7.104 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm là: Q = Q1 + Qs = 3,9.104 + 5,7.104 = 9,6.104.