31.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(gè)初溫為16℃的金屬盤斜放在燒瓶上方,經(jīng)過一段時(shí)間,金屬盤下表面出現(xiàn)大量的小水滴,測(cè)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(huì)放熱”的結(jié)論。
(1)小華認(rèn)為,圖1所示實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致的;
(2)小明和小華經(jīng)過反復(fù)討論,選擇如圖2所示的裝置,設(shè)計(jì)并進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)(K、K1、K2表示止水夾):
①安裝器材時(shí),調(diào)節(jié)鐵圈的高度,確保用酒精燈
(選填“外焰”或“內(nèi)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(guān)閉K1、K2,用酒精燈加熱一段時(shí)間后,瓶?jī)?nèi)的水開始沸騰,最左側(cè)細(xì)導(dǎo)管口有“白氣”不斷噴出,說明此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣壓略有 (選填“增大”或“減小”);
④打開K1,關(guān)閉K、K2,瓶?jī)?nèi)的高溫水蒸氣通過細(xì)導(dǎo)管進(jìn)入A量筒的水中。一段時(shí)間后,當(dāng)A量筒中水的體積VA=40mL時(shí),停止通入水蒸氣,測(cè)得此時(shí)水溫=92℃;
⑤打開K2,關(guān)閉 ,瓶?jī)?nèi)的沸水會(huì)通過細(xì)導(dǎo)管迅速進(jìn)入B量筒的水中,當(dāng)B量筒中水的體積VB=mL時(shí),關(guān)閉K2,同時(shí)打開K,測(cè)得此時(shí)水溫tB=33℃;
⑥根據(jù)tA>tB,可得出水蒸氣液化的過程會(huì)放熱的結(jié)論。
(3)小明與小華計(jì)算出了量筒中水的質(zhì)量,并根據(jù)如表的科普知識(shí),對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中A量筒內(nèi)熱量轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水沸騰時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣溫度和水一樣,都是100℃。然而,水蒸氣導(dǎo)致的燙傷通常比開水燙傷更嚴(yán)重,這是為什么? 原來,當(dāng)人的皮膚與100℃的水蒸氣接觸時(shí),水蒸氣首先要液化為100℃的水,同時(shí)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(zhì)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(yán)重。 |
小明和小華又從資料中查到:在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,質(zhì)量為1kg、溫度為100℃的水蒸氣完全液化為100℃的水,會(huì)放出2.26×10
6J的熱量。結(jié)合以上信息,他們進(jìn)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
J;
②10g水,溫度由100℃降低至92℃,此過程中,放出熱量Q
放2為
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(shí)驗(yàn)過程和具體數(shù)據(jù),小明和小華對(duì)液化現(xiàn)象有了更深地認(rèn)識(shí),也明確了圖1中導(dǎo)致金屬盤溫度升高的主要原因。請(qǐng)你結(jié)合數(shù)據(jù),簡(jiǎn)要闡述金屬盤溫度升高的主要原因:
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