沸騰是汽化的一種方式,近年來,各地考試對沸騰的特征和條件的考查屢見不鮮,其中對沸騰條件的考查又是重點(diǎn)。
一、液體沸騰的定義
沸騰是在液體內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象,沸騰與蒸發(fā)同屬于汽化現(xiàn)象,但是,沸騰和蒸發(fā)是有區(qū)別的,蒸發(fā)發(fā)生在液體的表面而沸騰是在內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生的劇烈汽化現(xiàn)象。
除了以上的區(qū)別之外,那就是在條件上的不同,前面我們已經(jīng)知道蒸發(fā)是在任何溫度下都可以進(jìn)行的,只是溫度越高蒸發(fā)越快。
那么沸騰是在什么條件下進(jìn)行的呢?教材上對于沸騰條件的獲得主要是通過觀察水的沸騰實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)而得出的。
二、觀察水的沸騰的實(shí)驗(yàn)
1,實(shí)驗(yàn)裝置:酒精燈、石棉網(wǎng)、燒杯、溫度計(jì)、紙蓋、鐵架臺(tái)。
2,裝置和操作的說明如圖1,
A,紙蓋的作用:(1)減少熱量的散失,減少加熱的時(shí)間;(2)固定溫度計(jì),
B,先在燒杯內(nèi)裝入適量的溫水,然后開始加熱,這樣做的目的是為了減少加熱時(shí)間,
C,兩個(gè)高度的調(diào)節(jié):
(1)加熱時(shí),需要用到酒精燈的外焰,所以要調(diào)節(jié)石棉網(wǎng)的高度:
(2)溫度計(jì)使用時(shí),要與熱水充分接觸,不能碰到燒杯底部以及杯壁,所以要調(diào)節(jié)溫度計(jì)的高度,那么這兩個(gè)高度,哪個(gè)先調(diào)節(jié)呢?當(dāng)然是先調(diào)節(jié)石棉網(wǎng)。
3,實(shí)驗(yàn)過程:主要是觀察水溫、氣泡、聲音的變化。
水溫(如圖2):沸騰之前,隨著加熱的持續(xù),溫度不斷上升,沸騰時(shí),無論怎樣加熱,溫度保持不變(此時(shí)的溫度為沸點(diǎn))。
氣泡(如圖3):沸騰,之前,氣泡相對少且在上升的過程中由大變小,沸騰時(shí),氣泡相對多且在上升的過程中由小變大。
聲音:沸騰前聲音較大,沸騰時(shí)聲音較小(俗話說“開水不響,響水不開”)。
三、沸騰條件的獲得
與蒸發(fā)相比,那么沸騰的條件是什么呢?
在上述實(shí)驗(yàn)中,我們發(fā)現(xiàn)水達(dá)到某一個(gè)溫度時(shí)才開始沸騰,所以沸騰的第一個(gè)條件是達(dá)到某一溫度——沸點(diǎn)(不同液體,沸點(diǎn)不同),那么達(dá)到沸點(diǎn)的液體一定就能沸騰嗎?如果對正在沸騰的水停止加熱,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),水會(huì)立即停止沸騰,這說明了,即使液體達(dá)到沸點(diǎn)時(shí),如果不加熱,液體不吸熱,液體也不會(huì)沸騰,所以沸騰的第二個(gè)條件就是液體要繼續(xù)吸熱。
要想使液體沸騰,上述兩個(gè)條件缺一不可。
四、沸騰條件的運(yùn)用
例1 小紅和小芳兩位同學(xué)分別在家里煮雞蛋,小紅在水沸騰后繼續(xù)用大火煮,小芳在水沸騰后,將火焰調(diào)小用微火煮,都把雞蛋煮熟了,比較兩位同學(xué)的做法( )。
A,小紅用時(shí)短些
B,兩人一樣節(jié)省燃料
C,小紅的做法節(jié)省燃料
D,小芳的做法節(jié)省燃料
解析沸騰的特征就是吸熱,溫度不變,大火只能加劇水的蒸發(fā),不能改變水溫,故小芳節(jié)省燃料,選D。
例2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,在盛水的大燒杯A內(nèi)放著盛有80℃熱水的大試管,如圖4所示,當(dāng)對大燒杯內(nèi)的水加熱時(shí),燒杯內(nèi)的水很快就燒開,若繼續(xù)加熱,試管B內(nèi)的水將( )。
A,達(dá)到100℃,并且沸騰
B,達(dá)到100℃。不能沸騰;
C,管內(nèi)水溫保持80℃不變
D,無法確定
解析 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的沸點(diǎn)是100℃,當(dāng)燒杯內(nèi)的水沸騰時(shí),水的溫度是100℃,由于熱傳遞,試管中的水也能達(dá)到100℃,滿足了沸騰條件之一,但是,我們知道熱傳遞的條件是存在溫差。而試管的水和燒杯里的水的溫度都是100℃,沒有熱傳遞,所以試管中的水不能吸熱,不能沸騰,在本題中,只滿足達(dá)到沸點(diǎn)的條件,沒有滿足繼續(xù)吸熱,選B。
接上題變形如圖4,對燒杯加熱一段時(shí)間至水沸騰。然后再將盛有某種液體的試管插入沸水中,結(jié)果。一會(huì)兒試管中的液體也沸騰了,由此可以判斷( )。
A,試管中的液體也是水
B,試管中液體的沸點(diǎn)低于水的沸點(diǎn)
C,試管中的液體可能是水
D,試管中液體的沸點(diǎn)高于水的沸點(diǎn)
解析在上一題中,我們知道如果試管中放水的話,水溫最高只能達(dá)到100℃,但不能沸騰,所以試管中的液體不可能是水,只能是沸點(diǎn)比水低的液體,例如酒精(沸點(diǎn)78.5℃),這樣酒精和燒杯中沸騰的水有著穩(wěn)定的熱傳遞,能夠沸騰,選B。
例3 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,酒精的沸點(diǎn)是78.5℃,那么,溫度是78.5℃的酒精( )。
A,一定正在沸騰 B,一定是液態(tài)的
C,一定是氣態(tài)的 D,可能是氣、液共存狀態(tài)
解析很明顯B不對,酒精有可能沸騰,為氣態(tài);酒精的沸點(diǎn)是78.5℃,而78.5℃的酒精不一定沸騰,是因?yàn)檫_(dá)到沸點(diǎn),可能沒有繼續(xù)吸熱,故不一定沸騰,所以A、C不對,78.5℃的酒精有可能沸騰,也有可能沒有沸騰,選D。
五、液體上方的氣壓與沸點(diǎn)的關(guān)系
用酒精燈給燒瓶里的水加熱,水沸騰后移去酒精燈,水立即停止沸騰,如果馬上向外拉注射器活塞,會(huì)觀察到瓶內(nèi)的水會(huì)產(chǎn)生大量氣泡,水又重新沸騰。
我們知道,當(dāng)移去酒精燈之后,不能達(dá)到沸騰的第二個(gè)條件,不能繼續(xù)吸熱,故不會(huì)沸騰,但是當(dāng)向外拉活塞,水又重新沸騰,這是因?yàn)樗戏降臍鈮簻p小,水的沸點(diǎn)降低。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:液體上方氣壓越低,沸點(diǎn)越低,
例4將一裝有水的燒瓶加熱至水沸騰后,把燒瓶移離火焰,水停止沸騰,迅速塞上瓶塞后倒置,再向瓶底澆冷水,如圖6所示,燒瓶中會(huì)立刻產(chǎn)生大量氣泡,原因是( )。
A,瓶中的水發(fā)生了分解反應(yīng),產(chǎn)生了氣體
B,瓶中氣壓不變,水的沸點(diǎn)降低,水沸騰了
C,瓶中氣壓增大,水的沸點(diǎn)降低,水沸騰了
D,瓶中氣壓減小,水的沸點(diǎn)降低,水沸騰了
解析 澆冷水使得水上方的氣壓變小,水的沸點(diǎn)降低。故能沸騰,選D。
由實(shí)驗(yàn)可知,氣壓也會(huì)影響液體的沸點(diǎn),在現(xiàn)實(shí)生活中,水的沸點(diǎn)一般不等于100℃,主要是因?yàn)樗戏降臍鈮翰皇菢?biāo)準(zhǔn)大氣壓。