2023年物理化学生活现象解释.doc

物理化学生活现象解释 　过热液体的形成 　过热液体:是指液体的温度超过其沸腾温度而没有沸腾的情况,此时假设参加可以 引起液体沸腾的多孔物质或金属,可导致液体爆沸,假设液体温度高过其沸腾温度 过多，可能导致爆炸。用微波炉加热用不会引起沸腾的玻璃容器盛装的水会出 现过热液体。 　形成原因：液体沸腾时，液体内部有大量的气泡形成，使汽液分界面大大增加， 于是整个液体剧烈汽化。在一般情况下，液体中容有空气。以这些既有的空气 泡作核而形成的气泡具有足够大的半径，接近于分界面为平面的情形，只要气 泡中的蒸汽压等于液体的压强，即发生沸腾。如果液体中没有现存的空气泡作 核，最初气泡的形成，其半径必然极小，泡内饱和蒸气压必然远小于外压力， 因此在外压力压迫之下，小气泡难于形成，致使液体不易沸腾，从而成为过热 液体。当到达正常沸点的温度，即饱和蒸汽压 P 等于液体的压强 p,力学平衡条 件要求气泡内的蒸汽压强大于液体的压强，而相变平衡条件又要求气泡内的蒸 汽压强小于液体的压强。因此在正常沸点的温度，不能同时满足力学平衡条件 和相变平衡条件。除非液体的温度高于正常的沸点，使相应的饱和蒸汽压大于 液体压强。故此，形成了过热液体。 　高压锅的工作原理 　为了节约时间，人们已经习惯用高压锅来煮饭菜。其实它并非是现代生活中的创造， 早在 300 多年前，法国物理学家帕平就用它做过“大餐〞。 　一次，帕平在做实验时，由于不小心，被从加热容器中喷出来的蒸汽烫伤了手，伤 势十分严重。帕平就向波意耳请教这次的蒸汽格外热的原因。波意耳的解释是，在 高压下水的沸点升高，所以它的蒸汽特别烫。实验中水是在密闭容器里加热的，沸 腾后的水蒸气使容器上方的空气密度加大，从而使气压升高。反之，在低压情况下， 沸点降低的水蒸气就不烫手了。 　受到启发之后的帕平设计并且制作了一个密闭的容器，然后把容器内的水加热，容 器里的压力随着水温的升高越来越大，因而水的沸点也升高，食物也就熟得快了。 　他从此得出结论，气压的上下与水的沸点温度成正比。帕平制造了第一只高压锅， 然后，他用高压锅做了牛肉等各种食物，举办了一个名为“加压大餐〞的宴会，大 家吃过以后都啧啧称奇。就这样，高压锅开始走入千家万户 　因为水的沸点受气压影响，气压越高，沸点越高。在高山、高原上，气压不到 1 个大气压，不到 100℃水就能沸腾。在气压大于 1 个大气压时，水就要在高于 100℃时才会沸腾。人们现在常用的高压锅就是利用这个原理设计的。高压锅把 水相当紧密地封闭起来，水受热蒸发产生的蒸汽不能扩散到空气中，只能保存 在高压锅内，就使高压锅内部的气压高于 1 个大气压，也使水要在高于 100℃ 时才沸腾，这样高压锅内部就形成高温高压的环境，饭就容易很快做熟了。当 然，高压锅内的压力不会无限地上升，高压锅的排气装置会在气压到达一定程 度时把蒸汽排出，保证使用安全。 　用普通锅做饭,得先把水烧开,温度到达 100℃左右,然后在这一温度下焖一段时 间,才能把饭煮熟。水烧开以后,它的内部和外表上同时发生剧烈的汽化,这种现 象叫做沸腾。水沸腾时的温度叫做水的沸点。 　 如果锅里的温度能高于 100℃, 做饭所用的时间就大大缩短。但是,普通锅 无法再提高温度, 因为水沸腾后再加热,只能加快水的汽化,不可能升高水的温 度。所以,只有提高水的沸点,才能到达提高锅内温度的目的。 　　怎样提高水的沸点呢 　先做个实验:在烧瓶中盛半瓶水,用一只插有玻璃管和温度计的塞子塞紧瓶口, 再用一段橡皮管把玻璃管和一个小气筒连接。用酒精灯给烧瓶加热, 可以从温 度计上看到。当接近 100℃时,瓶里的水沸腾了。此后即使再加热,温度不再上 升。然后用力压气筒的活塞,增大瓶里的压强，并继续加热。我们会看到沸腾停 止,水的温度又开始升高。这说明,水的沸点随着压强的增大而升高。 　液体发生沸腾时的温度。当液体沸腾时，在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽 压必须与外界施予的压强相等，气泡才有可能长大并上升，所以，沸点也就是 液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度。液体的沸点跟外部压强有关。当液体 所受的压强增大时，它的沸点升高；压强减小时；沸点降低。例如，蒸汽锅炉 里的蒸汽压强，约有几十个大气压，锅炉里的水的沸点可在 200℃以上。又如， 在高山上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。这是由于大气压随地势的升高而降低， 水的沸点也随高度的升高而逐浙下降。〔在海拔 1900 米处，大气压约为 79800 帕〔600 毫米汞柱〕，水的沸点是 93.5℃〕。 　在相同的大气压下，液体不同沸点亦不相同。这是因为饱和汽压和液体种 类有关。在一定的温度下，各种液体的饱和汽压亦一定。例如，乙醚在 20℃时 饱和气压为 5865.2 帕〔44 厘米汞柱〕低于大气压，温度稍有升高，使乙醚的 饱和汽压与大气压强相等，将乙醚加热到 35℃即可沸腾。液体中假设含有杂质， 那么对液体的沸点亦有影响。液体中含有溶质后它的沸点要比纯洁的液体高，这 是由于存在溶质后，液体分子之间的引力增加了，液体不易汽化，饱和汽压也 较小。要使饱和汽压与大气压相同，必须提高沸点。不同液体在同一外界压强 下，沸点不同。沸点随压强而变化的关系可由克劳修斯;克拉珀龙方程得出。 　沸点与气压成正比.气压越大，沸点越高;气压越低，沸点越低。 　理由:液体在挥发的时候产生蒸气压,当蒸气压(饱和蒸气压)等于外界的压力时, 液体就会沸腾,此时的温度就是液体的沸点. 　外界的压力增大时,必须升高温度才能使蒸气压增大以等于外界压力,到达 沸腾.当外界压力降低时,温度比拟低的时候就能够使蒸气压等于外界压力,到达 沸腾. 　其实仔细研究高压锅的构造后，我们就会发现高压锅的原理并不复杂。上面已 　经说过，水的沸点会随着压强的增大而增大，反之，降低而降低，所以高压锅 的根本思想就是要通过增大锅内压强，使水的沸点增高从而提高水能到达的最 高温度，使食物在较高的温度中煮，这样就能使食物容易熟，于是缩短烹饪时 间。那么高压锅是如何使锅内压强到达一个较大的值呢 　经过我们研究了家里的高压锅的结构，我们发现锅盖上有 2 个气孔(有时还有一 个小气孔，上面有向上的活塞，它的气密性较好，在放气时可以观察锅内的气 是否放完，从而在安全时开启锅盖)，气孔 1 在常温时有活塞落下，使锅内与外 界相通，但在温度升高至 100°C 时，水气化成水蒸气，水蒸气会把活塞冲起 (此时锅内压强 latm)，气孔 2 上的限压阀是由较重的金属制成，质量较大，不 易被立即冲开，所以此时锅被密封，继续加热，锅内温度继续升高，于是锅内 气体分子的温度升高，即气体分子运动加剧，分子的平均速度增大，分子撞击 器壁的作用力增大，故压强增大，当压强增至一定值时，气体就会冲开气孔 2 上的限压阀。气体冲开限压阀就是我们常看到的高压锅“放气〞，由于继续加 热，“放气〞会一直持续下去，说明这以后锅内都保持一定的、较高的温度， 当然，为了安全，我们这时可以把火适当调小，煮至适当的时间，就可以将火 关掉，于是食物就烹饪成功。 　　高压锅就是根据这个原理制造的。它用特别的胶圈密封, 不让锅内蒸气跑 　掉 。因此, 在加热过程中蒸气压强不断增大, 　提高了水的沸点 。家庭常用 　的高压锅内蒸气压强能到达 1.3 个大气压,锅内水沸腾的温度可到达 108℃左右,所 以做饭快,省时省燃料。