Giải Vật Lí 10 Bài 38: Sự Chuyển Thể Của Các Chất

[toc:ul]

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Sự nóng chảy

• Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất gọi là sự nóng chảy.
• Quá trình chuyển ngược lại từ thể lỏng sang thể rắn của các chất gọi là sự đông đặc.

• Mỗi chất rắn kết tinh có một nhiệt độ nóng chảy không đổi xác định ở mỗi áp suất cho trước. Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

2. Nhiệt nóng chảy

• Nhiệt lượng Q cung cấp cho chất rắn trong quá trình nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy:

Q = λm

trong đó: m là khối lượng riêng của chất rắn ( kg ), λ là nhiệt nóng chảy riêng của chất rắn và đo bằng J/kg.

3. Sự bay hơi

• Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) ở bề mặt chất lỏng gọi là sự bay hơi. Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ. Sự bay hơi xảy ra ở nhiệt độ bất kì và luôn kèm theo sự ngưng tụ.
• Khi tốc độ bay hơi luôn lớn hơn tốc độ ngưng tụ, áp suất hơi tăng dần và hơi ở phía trên bề mặt chất lỏng là hơi khô. Hơi khô tuân theo định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt.
• Khi tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ,hơi ở phía trên bề mặt chất lỏng là hơi bão hòa có áp suất đạt giá trị cực đại gọi là áp suất hơi bão hòa. Áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích và không tuân theo định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt, nó chỉ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng.

4. Sự sôi

• Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) xảy ra ở bên trong và bên trên bề mặt chất lỏng gọi là sự sôi.
• Mỗi chất lỏng sôi ở nhiệt độ xác định và không đổi.
• Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất chất khí ở phía trên bề mặt chất lỏng. Áp suất chất khí càng lớn, nhiệt độ sôi của chất lỏng càng cao.
• Nhiệt lượng Q cung cấp cho khối chất lỏng trong khi sôi gọi là nhiệt hóa hơi của khối chất lỏng:

Q = Lm

trong đó: m là khối lượng của phần chất lỏng biến thành hơi, L là nhiệt hóa hơi riêng của chất lỏng và đo bằng J/kg.

II. GIẢI BÀI TẬP

Hướng dẫn trả lời câu hỏi giữa bài

Giải câu 1: Dựa vào đồ thị trên hình 38.2, hãy...

Dựa vào đồ thị trên hình 38.2, hãy mô tả và nhận xét về sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình nóng chảy và đông đặc của thiếc.

Bài giải:

Khi đun, nhiệt độ thiếc rắn tăng dần, khi t = 232o C thiếc bắt đầu nóng chảy. Suốt thời gian nóng chảy nhiệt độ thiếc không tăng, khi nóng chảy lỏng hoàn toàn, nhiệt độ thiếc lỏng tiếp tục tăng.

Giải câu 2: Nhiệt độ của khối chất lỏng khi bay...

Nhiệt độ của khối chất lỏng khi bay hơi tăng hay giảm? Tại sao?

Bài giải:

Đối với khối chất lỏng: Quá trình bay hơi do một số phân tử nước ở bề mặt của nước có động năng chuyển động nhiệt lớn, nên nội năng giảm ⇒ nhiệt độ giảm.

Giải câu 3: Hãy đoán xem tốc độ bay hơi của...

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?

Bài giải:

Khi nhiệt độ chất lỏng tăng, chuyển động các phân tử càng nhanh, các phân tử có động năng càng lớn dễ thoát ra ngoài: tốc độ bay hơi tăng. Khi nhiệt độ chất lỏng giảm, chuyển động các phân tử càng chậm, các phân tử có động năng càng bé: tốc độ bay hơi giảm.

⇒ Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiệt độ.

Diện tích bề mặt chất lỏng càng lớn (rộng ) các phân tử thoát ra ở bề mặt càng dễ, càng nhiều : tốc độ bay hơi tăng. Diện tích bề mặt chất lỏng càng bé ( nhỏ ) các phân tử thoát ra ở bề mặt càng ít: tốc độ bay hơi tăng.

⇒ Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào diện tích bề mặt

Áp suất trên bề mặt chất lỏng càng nhỏ, lực cản các phân tử thoát ra càng bé: tốc độ bay hơi càng tăng và ngược lại.

⇒ Tốc độ bay hoi phụ thuộc vào áp suất.

Giải câu 4: Tại sao áp suất hơi bão hòa không...

Tại sao áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc thể tích và lại tăng theo nhiệt độ?

Bài giải:

Áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc thể tích hơi, vì :

• Nếu tăng thể tích, tốc độ bay hơi lập tức tăng dẫn đến mật độ phân tử hơi tăng đến khi tốc độ bay hơi lại cân bằng tốc độ ngưng tụ áp suất hơi lập tức bão hòa như ban đầu.
• Nếu giảm thể tích, áp suất hơi bão hòa tức thời tăng lên, tốc độ ngưng tụ tăng, tốc độ bay hơi giảm dẫn đến trạng thái cân bằng lại được thiết lập và áp suất hơi bão hòa trở về vị trí số ban đầu.
• Khi nhiệt độ tăng, tốc độ bay hơi tăng đạt đến trạng thái cân bằng với tốc độ ngưng tụ ở mức cao hơn, làm cho áp suất bão hòa có trị số cao hơn trị số ban đầu.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi cuối bài

Giải câu 1: Sự nóng chảy là gì? Tên gọi của...

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.

Bài giải:

Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất gọi là sự nóng chảy.

Quá trình chuyển ngược lại với sự nóng chảy là sự đông đặc.

Mỗi chất rắn kết tinh có một nhiệt độ nóng chảy không đổi xác định ở mỗi áp suất cho trước. Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

Giải câu 2: Nhiệt nóng chảy là gì? Viết công...

Nhiệt nóng chảy là gì? Viết công thức tính nhiệt nóng chảy của vật rắn. Nêu tên và đơn vị đo của các đại lượng trong công thức này.

Bài giải:

Nhiệt lượng Q cung cấp cho chất rắn ( đơn vị là J) trong quá trình nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy:

Q = λm

Trong đó: m là khối lượng riêng của chất rắn ( kg).

λ là nhiệt nóng chảy riêng của chất rắn và đo bằng J/kg.

Nhiệt lượng nóng chảy Q ( J ).

Giải câu 3: Sự bay hơi là gì? Tên gọi của quá...

Sự bay hơi là gì? Tên gọi của quá trình ngược với sự bay hơi?

Bài giải:

Sự bay hơi là: quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) ở bề mặt chất lỏng .

Quá trình chuyển ngược lại với sự bay hơi gọi là sự ngưng tụ.

Giải câu 4: Phân biệt hơi bão hòa với hơi khô...

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.

Bài giải:

Hơi bão hòa là nơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng của nó: tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ xảy ra ở bề mặt chất lỏng. Hơi bão hòa có áp suất đạt giá trị cực đại gọi là áp suất hơi bão hòa.

Hơi khô là hơi có tốc độ bay hơi lớn hơn tốc độ ngưng tụ .Hơi khô có áp suất đạt giá cực đại. Hơi khô và hơi bão hòa đều gây ra áp suất lên thành bình.

Áp suất hơi bão hòa không phụ thuộc thể tích và không tuân theo định luật Bôilơ – Mariốt, nó chỉ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng bay hơi.

Ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi khô có giá trị nhỏ hơn, áp suất hơi khô phụ thuộc thể tích và tuân theo định luật Bôilơ – Mariốt .

Giải câu 5: Sự sôi là gì? Nêu các đặc điểm của...

Sự sôi là gì? Nêu các đặc điểm của sự sôi. Phân biệt sự sôi và sự bay hơi.

Bài giải:

• Sự sôi là: quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) xảy ra ở bên trong và bên trên bề mặt chất lỏng.
• Đặc điểm của sự sôi:

+ Mỗi chất lỏng sôi ở nhiệt độ xác định và không đổi.

+ Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất chất khí ở phía trên bề mặt chất lỏng. Áp suất chất khí càng lớn, nhiệt độ sôi của chất lỏng càng cao.

• Phân biệt sự sôi và sự bay hơi:

+Sự sôi là quá trình chuyển thể lỏng sang thể khí, xảy ra ở cả bên trong chất lỏng.

+Sự bay hơi là quá trình chuyển thể lỏng sang thể khí, chỉ xảy ra ở bề mặt chất lỏng.

Giải câu 6: Viết công thức tính nhiệt hóa hơi của...

Viết công thức tính nhiệt hóa hơi của chất lỏng. Nêu tên và đơn vị đo của các đại lượng trong công thức này.

Bài giải:

Nhiệt lượng Q cung cấp cho khối chất lỏng trong khi sôi gọi là nhiệt hóa hơi của khối chất lỏng,

Q = Lm

Trong đó: m là khối lượng của phần chất lỏng biến thành hơi ( kg ),

L là nhiệt hóa hơi riêng của chất lỏng và đo bằng J/kg.

Giải câu 7: Câu nào dưới đây không đúng khi nói...

Câu nào dưới đây không đúng khi nói về sự nóng chảy của các chất rắn?

A. Mỗi chất rắn kết tinh nóng chảy ở một nhiệt độ xác định không đổi úng với một áp suất bên ngoài xác định.

B. Nhiệt độ nóng chảy của chất rắn kết tinh phụ thuộc 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 đổi.

Bài giải:

Chọn D. Vì chất rắn vô định hình không nóng chảy ở một nhiệt độ xác định.

Giải câu 8: Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là...

Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là 1,8.105 J/kg. Câu nào dưới đây là đúng?

A. Khối đồng sẽ tỏa ra nhiệt lượng 1,8.105 khi nóng chảy hoàn toàn.

B. Mỗi kilogam đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.105 để hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

C. Khối đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.105 để hóa lỏng.

D. Mỗi kilogam đồng tỏa ra nhiệt lượng 1,8.105 J khi hóa lỏng hoàn toàn.

Bài giải:

Chọn B. Mỗi kilogam đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.105 để hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

Giải câu 9: Câu nào dưới đây là không đúng...

Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về sự bay hơi của các chất lỏng?

A. Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở bề mặt chất lỏng.

B. Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí sang thẻ 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 bất kì.

Bài giải:

Chọn 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.

Giải câu 10: Nhiệt hóa hơi riêng của nước là...

Nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.106 J/kg. Câu nào dưới đây là đúng?

A. Một lượng nước bất kì cần thu một lượng nhiệt là 2,3.106 để bay hơi hoàn toàn.

B. Mỗi kilogam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.106 để bay hơi hoàn toàn.

C. Mỗi kilogam nước sẽ tỏa ra một lượng nhiệt là 2,3.106 khi bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi.

D. Mỗi kilogam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.106 để bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi và áp suất chuẩn.

Bài giải:

Chọn D. Mỗi kilogam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.106 để bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi và áp suất chuẩn.

Giải câu 11: Một bình cầu thủy tinh chứa ( không đầy )...

Một bình cầu thủy tinh chứa ( không đầy ) một lượng nước nóng có nhiệt độ 800C và được nút kín. Dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình, ta thấy nước trong bình lại sôi. Giải thích tại sao?

Bài giải:

Vì nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc áp suất chất khí ở phía trên bề mặt chất lỏng: Áp suất giảm – nhiệt độ sôi giảm. Khi dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình một phần hơi nước sẽ ngưng tụ sẽ làm cho nhiệt độ hơi bên trong giảm, kéo theo áp suất khí hơi trên bề mặt chất lỏng giảm và do đó nhiệt độ sôi giảm xuống đến 80oC nên nước trong bình lại sôi.

Giải câu 12: Ở áp suất chuẩn ( 1 atm ) có thể đun...

Ở áp suất chuẩn ( 1 atm ) có thể đun nước nóng đến 1200C được không?

Bài giải:

Không thể vì áp suất chuẩn (1 atm), nước sôi ở 100oC và biến dần thành hơi nên nước không thể nóng đến nhiệt độ 1200C.

Giải câu 13: Ở trên núi cao người ta không thể...

Ở trên núi cao người ta không thể luộc chín trứng trong nước sôi. Tại sao?

Bài giải:

Trứng thường chín ở 1000C. Càng lên cao, không khí càng loãng nên áp suất khí giảm dẫn đến nhiệt độ sôi giảm ( có thể thấp hơn 1000C ). Với nhiệt độ thấp hơn thì trứng không đủ nhiệt để chín.

Giải câu 14: Tính lượng nhiệt cần cung cấp cho...

Tính lượng nhiệt cần cung cấp cho 4 kg nước đá ở 00C để chuyển nó thành nước ở 200C. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.105 J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/(kg.K)

Bài giải:

Quá trình nước đá chuyển thành nước gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Nhiệt nóng chảy của nước đá.

Giai đoạn 2: Nhiệt lượng cung cấp cho nước từ 00C đến 200C.

Tóm tắt:

m = 4kg.

t1 = 00C.

t2 = 200C.

λ = 3,4.105 J/kg.

c = 4180 J/(kg.K)

Q = ?

Bài làm:

Nhiệt lượng nóng chảy của nước đá là:

Q1 = mλ = 4. 3,4.105 = 1360000 J.

Nhiệt lượng cung cấp cho nước từ 00C đến 200C là:

Q2 = mc∆t = mc( t2 - t1 ) = 4. 4180. (20 - 0) = 334400 J.

Lượng nhiệt cần cung cấp cho 4 kg nước đá ở 00C để chuyển nó thành nước ở 200C:

Q = Q1 + Q2 = 1360000 + 334400 = 1694400 J.

Vậy lượng nhiệt cung cấp cho 4 kg nước đá 00C để chuyển nó thành nước ở 200C là: 1694400 J.

Giải câu 15: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho...

Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm ở khối lượng 100g ở nhiệt độ 200C, để nó hóa lỏng ở nhiệt độ 6580C. Nhôm có nhiệtdung riêng là 896 J/ (kg.K), nhiệt nóng chảy riêng là 3,9.105 J/kg.

Bài giải:

Quá trình miếng nhôm từ nhiệt độ 200C hóa lỏng ở nhiệt độ 6580C.:

Giai đoạn 1: Nhiệt lượng cung cấp cho miếng nhôm từ 200C đến 6580C.

Giai đoạn 2: Nhiệt lượng cung cấp cho miếng nhôm để nó nóng chảy.

Tóm tắt:

m = 100g = 0,1kg.

t1 = 200C.

t2 = 6580C.

λ = 3,9.105 J/kg.

c = 896 J/(kg.K)

Q = ?

Nhiệt lượng cung cấp cho miếng nhôm từ 200C đến 6580C:

Q1 = mc∆t = mc (t2 - t1) = 0,1. 896. ( 658 - 20 ) = 57164,8 J

Nhiệt nóng chảy của miếng nhôm là:

Q2 = m.λ = 0,1. 3,9.105 = 39000 J.

Nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm từ nhiệt độ 200C, để nó hóa lỏng ở nhiệt độ 6580C là:

Q = Q1 + Q2 = 57164,8 + 39000 = 96164,8J