小明用如圖1所示裝置,觀察水蒸氣的液化現(xiàn)象。燒瓶中的水加熱至沸騰后,將一個初溫為16℃的金屬盤斜放在燒瓶上方,經(jīng)過一段時間,金屬盤下表面出現(xiàn)大量的小水滴,測得金屬盤的溫度為55℃。小明據(jù)此得出“水蒸氣液化的過程會放熱”的結論。
(1)小華認為,圖1所示實驗中,金屬盤溫度升高,不一定是水蒸氣液化放熱造成的,還可能是水蒸氣液化形成的溫度較高的小水滴向金屬盤傳遞熱量導致的;
(2)小明和小華經(jīng)過反復討論,選擇如圖2所示的裝置,設計并進行了如下實驗(K、K1、K2表示止水夾):
①安裝器材時,調節(jié)鐵圈的高度,確保用酒精燈
外焰
外焰
(選填“外焰”或“內焰”)加熱;
②在A量筒、B量筒中均裝入體積V0=30mL,初溫t0=16℃的水;
③打開K,關閉K1、K2,用酒精燈加熱一段時間后,瓶內的水開始沸騰,最左側細導管口有“白氣”不斷噴出,說明此時瓶內氣壓略有 增大
增大
(選填“增大”或“減小”);
④打開K1,關閉K、K2,瓶內的高溫水蒸氣通過細導管進入A量筒的水中。一段時間后,當A量筒中水的體積VA=40mL時,停止通入水蒸氣,測得此時水溫=92℃;
⑤打開K2,關閉 K、K1
K、K1
,瓶內的沸水會通過細導管迅速進入B量筒的水中,當B量筒中水的體積VB=40
40
mL時,關閉K2,同時打開K,測得此時水溫tB=33℃;
⑥根據(jù)tA>tB,可得出水蒸氣液化的過程會放熱的結論。
(3)小明與小華計算出了量筒中水的質量,并根據(jù)如表的科普知識,對實驗過程中A量筒內熱量轉移情況作出了如圖3所示的分析。[ρ水=1g/cm3,c水=4.2×103J/(kg?℃)]
防止水蒸氣燙傷 在標準大氣壓下,水沸騰時產(chǎn)生的水蒸氣溫度和水一樣,都是100℃。然而,水蒸氣導致的燙傷通常比開水燙傷更嚴重,這是為什么? 原來,當人的皮膚與100℃的水蒸氣接觸時,水蒸氣首先要液化為100℃的水,同時放出大量的熱,然后100℃的水在降溫過程中還要向皮膚放熱,所以在質量相等的情況下,水蒸氣向皮膚放出的熱量更多,因此水蒸氣燙傷更嚴重。 |
小明和小華又從資料中查到:在標準大氣壓下,質量為1kg、溫度為100℃的水蒸氣完全液化為100℃的水,會放出2.26×10
6J的熱量。結合以上信息,他們進行了如下的定量分析。
①10g、100℃的水蒸氣,完全液化為100℃的水,此過程中,放出熱量Q
放1為
2.26×104
2.26×104
J;
②10g水,溫度由100℃降低至92℃,此過程中,放出熱量Q
放2為
336
336
J;
③30g水,溫度從16℃升高至92℃,此過程中,吸收熱量Q
吸為9.576×10
3J。
(4)綜合本實驗過程和具體數(shù)據(jù),小明和小華對液化現(xiàn)象有了更深地認識,也明確了圖1中導致金屬盤溫度升高的主要原因。請你結合數(shù)據(jù),簡要闡述金屬盤溫度升高的主要原因:
因為Q放1遠大于Q放2,所以A量筒中水溫升高的主要原因是水蒸氣液化放熱;同理,金屬盤溫度升高主要是水蒸氣液化放熱導致的
因為Q放1遠大于Q放2,所以A量筒中水溫升高的主要原因是水蒸氣液化放熱;同理,金屬盤溫度升高主要是水蒸氣液化放熱導致的
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