高中物理 第4章 气体 第3节 饱和汽知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

高中物理 第4章 气体 第3节 饱和汽知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

第3节 饱和汽 ‎ 思维激活 通常情况，冰只能使水冷却，不能使水沸腾，但在特殊条件下，冰能使水沸腾.‎ 在烧瓶内灌半瓶水，放在火上加热，待水沸腾后将烧瓶从火上取下并用塞子将瓶口塞住，这时沸腾停止了，把瓶倒过来在瓶底上放一些碎冰时，立刻看到水又重新沸腾起来.‎ 想一想：‎ 为什么冰能使水沸腾？‎ 提示：原来，当我们把瓶口塞住时，瓶中的空气几乎全被水蒸气赶跑了，液面上只有蒸气压强，没有空气压强，在瓶底放上碎冰后，瓶底冷却使水蒸气凝结为水滴，因此水面上压强降低，沸点也降低，所以，水又重新沸腾起来.‎ 自主整理 ‎1.饱和汽的形成 ‎（1）动态平衡 在相同时间内回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数.这时，水蒸气的密度不再___________，液体水也不再___________，液体与气体之间达到了平衡状态，___________停止.这种平衡是一种动态平衡.‎ ‎（2）饱和汽 与液体处于动态平衡的蒸汽叫做________，而没有达到饱和状态的蒸汽叫做__________.‎ ‎2.饱和汽压 ‎（1）饱和汽有压强，物理学中把某种液体的饱和汽所具有的压强叫做这种液体的_________.‎ ‎（2）液体的饱和汽压与___________有关，温度越高.饱和汽压越___________，且饱和汽压与饱和汽的___________无关.‎ 高手笔记 ‎1.密闭容器中有某液体的饱和汽，若保持温度不变，只改变饱和汽的体积，则体积改变前后饱和汽的密度不变.‎ 在一定的温度下，饱和汽的密度大于未饱和汽的密度.‎ ‎2.一定液体的饱和汽压只随着温度的升高而变大，随着温度的降低而变小.饱和汽压跟饱和汽体积的变化无关.‎ 分析问题时还应注意以下几点：在相同温度下，不同液体的饱和汽压不同；饱和汽压随温度升高由两方面因素引起的，一是由于温度升高，饱和汽密度变大，使压强增大，二是温度升高时，气体分子热运动的平均动能增大使压强增大.‎ ‎3.我们可用增加蒸气压强（减小它的体积）或降低蒸气温度的方法使未饱和汽变成饱和汽.反过来，也可用减小蒸气压强（增加它的体积）或升高蒸气的温度的方法，把饱和汽变成未饱和汽.‎ 露点就是使空气中的未饱和水蒸气刚好变成饱和时的温度.‎ 名师解惑 ‎1.正确理解动态平衡的概念 剖析：要理解这个问题，要抓住“动态”这个核心，也就是达到平衡时，各量之间还是变化的，只不过变化的速度相同而已，只是从外观上看达到了平衡状态.如果把两个过程分别称为正过程和逆过程的话，当达到动态平衡时正过程速率应等于逆过程速率.‎ ‎（1）处于动态平衡时，液体的蒸发仍不断在进行；‎ ‎（2）处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸汽密度越大；‎ ‎（3）在密闭容器中的液体，最后必定与上方的蒸汽处于动态平衡状态中.‎ ‎2.关于饱和汽和未饱和汽及特点的说明 剖析：饱和汽及其特点 跟液体处于动态平衡的蒸气叫做饱和汽，实际情况中，凡与密闭容器里的液体（如拧紧盖的半瓶墨水）共存的汽必是饱和汽.‎ 饱和汽的特点是：（1）一定温度下有一定的汽密度；（2）一定温度下有一定的压强（饱和汽压）.‎ 必须注意：饱和汽的汽密度与压强都只与温度有关，与体积无关，温度升高时，不仅分子的平均速度增大，每个分子对器壁碰撞时的冲量增大，而且分子密度也增大，单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数也增大，因此饱和汽压随温度的升高增大得更快，饱和汽完全不遵守理想气体的定律.‎ 未饱和汽及特点是某一空间的蒸汽还没有达到饱和状态，这个空间的蒸汽叫未饱和汽.在一定温度下，未饱和汽的密度和压强都比饱和汽小.未饱和汽的性质与真空气体相同，近似遵守理想气体定律.‎ 讲练互动 ‎【例1】 水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时（ ）‎ A.水不再蒸发 B.水不再凝结 C.蒸发和凝结达到动态平衡 D.以上都不对 解析：水蒸气达到饱和时，蒸发和凝结仍在继续进行，只不过蒸发和凝结的水分子个数相同而已，C正确.‎ 答案：C 黑色陷阱 有些同学误认为不饱和时水一直蒸发不凝结，达到饱和时不蒸发不凝结.要注意从微观角度理解动态平衡的含义.‎ 变式训练 ‎1．一个有活塞的密闭容器内盛有饱和水汽与少量的水，则可能发生的现象是（ ）‎ A.温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大 B.温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强不变 C.温度保持不变，慢慢地推出活塞，容器内压强会减小 D.不移动活塞而将容器放在沸水中，容器内压强不变 解析：根据饱和汽的特性，饱和汽压的大小与物质的性质有关，并随着温度的升高而增大，但跟饱和汽的体积无关，所以在温度不变时，饱和汽压不随体积变化，因而B正确，其余的现象均不可能发生.应选B.‎ 答案：B ‎【例2】 由饱和汽和饱和汽压的概念，选出下列正确的结论（ ）‎ A.饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等 B.一定温度下的饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大 C.一定温度下的饱和汽压，随饱和汽的体积增大而增大 D.饱和汽压跟绝对温度成正比 解析：由动态平衡概念可知A正确.在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，它随着温度升高而增大，B正确.一定温度下的饱和汽压与体积无关，C错.饱和汽压随温度升高而增大，原因是：温度升高时，饱和汽的密度增大；温度升高时，汽分子平均速率增大，理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽压和绝对温度的关系不成正比，饱和汽压随温度的升高增大得比线性关系更快，D错.‎ 答案：AB 绿色通道 关于饱和汽和饱和汽压的问题要抓住饱和汽的压强只与液体的种类、温度有关这一关键问题.‎ 变式训练 ‎2．在温度不变时，饱和汽压不随体积变化.试分析其中的原因.‎ 解析：温度不变时，饱和汽压不随体积变化，这是饱和汽区别于未饱和汽及通常气体的一个重要特征.因为体积增大时，容器中蒸汽的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽，于是液体继续蒸发，直到未饱和汽成为饱和汽为止.当温度不变时，饱和汽的密度跟原来的一样，所以压强不改变.‎ ‎【例3】 能使气体液化的方法是（ ）‎ A.在保持体积不变的情况下不断降低气体的温度 B.在保持体积不变的情况下，使气体温度升高 C.在保持温度不变的情况下增大压强，能使一切气体液化 D.降低气体的温度到某个特殊温度以下，然后增大压强 解析：从能量转换的角度分析只要放出热量，就可以使气体液化，但从影响气体液化的因素分析，只要无限度地降低温度或降低温度到某一特定值以下，再增大压强就可以使气体液化.‎ 答案：AD 绿色通道 掌握影响气体液化的两个因素：压强和温度.从理论上讲单一改变其中一个量或同时改变两个量都可以达到目的，但当温度较高时，单一改变压强很难达到目的，甚至说不可能达到目的.‎ 变式训练 ‎3．肯定能使液化气汽化的途径有（ ）‎ A.增大压强 B.升高温度 C.降低温度 D.升高温度且减小压强 答案：BD 体验探究 ‎【问题】 饱和汽压同体积、温度有什么关系？‎ 导思：在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积而变化.其原因是，当体积增大时，容器中蒸汽的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽.于是液体继续蒸发，直到未饱和汽成为饱和汽为止，由于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，蒸汽分子热运动的平均动能也跟原来的一样，所以压强不改变，体积减小时，容器中蒸汽的密度增大，回到液体中的分子数多于从液面飞出的分子数，于是一部分蒸汽变成液体，直到蒸汽的密度减小到等于该温度下饱和汽的密度为止.由于温度跟原来的相同，饱和汽密度不变，蒸汽分子热运动的平均速率也跟原来相同，所以压强也不改变.‎ 饱和汽压随温度的升高而增大，这是因为温度升高时，液体里的能量较大的分子增多，单位时间内从液面飞出的分子也增多，致使饱和汽的密度增大，同时蒸汽分子热运动的平均动能也增大，这也导致饱和汽的压强增大.‎ 探究：先安装好托里拆利实验装置，如图‎4-3-1‎ 甲所示，管上部为真空，水银柱竖直高度为H，这个水银柱产生的压强表示外界大气压的值.然后用弯嘴吸管吸一些乙醚，由托里拆利管的下口注入管中，注意不要混入空气.可看到管中水银柱下降，水银柱上部空间中充满乙醚的蒸汽，要多注入些乙醚，使有多余的乙醚残留在水银面上，保证管中是乙醚的饱和汽，如图乙所示.此时水银柱高度h与当初H值有个差，与这个差等高的水银柱产生的压强，就等于乙醚在这个温度下的饱和汽压.然后将管倾斜一些，如图丙所示，可看到乙醚汽的体积减小，水银面上的乙醚液体增多，但水银柱的竖直高度h不变，证明乙醚的饱和汽压与体积无关.将管恢复竖直，用热毛巾包在管的上部，可看到水银面上残留的乙醚液体减小，水银柱高度下降到h′，如图丁所示，证明温度升高时饱和汽压增大.如用冷毛巾包在管的上部，则可看到相反的现象.‎ 图‎4-3-1‎ 探究结论：饱和汽压与体积无关，与温度有关.‎ 教材链接 教材P67《讨论与交流》‎ 怎样解释“放在密闭瓶子里的矿泉水经过较长时间也不见减少”的现象？请与同学讨论交流.‎ 答：密闭瓶子里的矿泉水上方的水蒸气经过较长时间达到饱和状态，水蒸气的密度不再增加，所以矿泉水不见减少.‎