CHỦ ĐỀ IV: SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT  

CHỦ ĐỀ IV: SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT   

A. LÝ THUYẾT

1. Sự nóng chảy: Quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng gọi là sự nóng chảy.

a. Đặc điểm.

– Mỗi chất rắn kết tinh có một nhiệt độ nóng chảy xác định ở mỗi áp suất cho trước.

– Các chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

– Đa số các chất rắn, thể tích của chúng sẽ tăng khi nóng chảy và giảm khi đông đặc.

– Nhiệt độ nóng chảy của chất rắn thay đổi phụ thuộc vào áp suất bên ngoài.

b. Nhiệt nóng chảy.

– Nhiệt lượng Q cần cung cấp cho chất rắn trong quá trình nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy : Q = lm.

Với l là nhiệt nóng chảy riêng phụ thuộc vào bản chất của chất rắn nóng chảy, có đơn vị là J/kg.

c. Ứng dụng: Nung chảy kim loại để đúc các chi tiết máy, đúc tượng, chuông, luyện gang thép.

2. Sự bay hơi.

– Quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí ở bề mặt chất lỏng gọi là sự bay hơi.

– Quá trình ngược lại từ thể khí sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ.

– Sự bay hơi xảy ra ở nhiệt độ bất kì và luôn kèm theo sự ngưng tụ.

3. Hơi khô và hơi bảo hoà. Xét không gian trên mặt thoáng bên trong bình chất lỏng đậy kín :

– Khi tốc độ bay hơp lớn hơn tốc độ ngưng tụ, áp suất hơi tăng dần và hơi trên bề mặt chất lỏng là hơi khô.

– Khi tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ, hơi ở phía trên mặt chất lỏng là hơi bảo hoà có áp suất đạt giá trị cực đại gọi là áp suất hơi bảo hoà.

– Áp suất hơi bảo hoà không phụ thuộc thể tích và không tuân theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt, nó chỉ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ

của chất lỏng.

+ Ứng dụng.

  –   Sự bay hơi nước từ biển, sông, hồ, … tạo thành mây, sương mù, mưa, làm cho khí hậu điều hoà và cây cối phát triển.

  –   Sự bay hơi của nước biển được sử dụng trong ngành sản xuất muối.

  –   Sự bay hơi của amôniac, frêôn, … được sử dụng trong kỉ thuật làm lạnh.

4. Sự sôi. Sự chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng gọi là sự sôi.

a.Đặc điểm.

– Dưới áp suất chuẩn, mỗi chất lỏng sôi ở một nhiệt độ xác định và không thay đổi.

– Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất chất khí ở phía trên mặt chất lỏng. Áp suất chất khí càng lớn, nhiệt độ sôi của chất lỏng càng cao.

b. Nhiệt hoá hơi.

– Nhiệt lượng Q cần cung cấp cho khối chất lỏng trong khi sôi gọi là nhiệt hoá hơi của khối chất lỏng ở nhiệt độ sôi : Q = Lm.

Với L là nhiệt hoá hơi riêng phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng bay hơi, có đơn vị là J/kg.

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI  BÀI TẬP VỀ SỰ CHUYỂN THỂ CÁC CHẤT

1. Công thức tính nhiệt nóng chảy: Q = λ.m      . Với  m (kg) khối lượng; λ (J/kg) : Nhiệt nóng chảy riêng.

2. Công thức tính nhiệt hóa hơi: Q = Lm.      Với L (J/kg) : Nhiệt hoá hơi riêng; m (kg) khối lượng chất lỏng.

3. Công thức tính nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra: Q = m.c (t₂ – t₁).

Chú ý: Khi sử dụng những công thức này cần chú ý là các nhiệt lượng thu vào hoặc tỏa ra trong quá trình chuyển thể Q = λ.m và Q = L.m đều được tính ở một nhiệt độ xác định, còn công thức Q = m.c (t₂ – t₁) được dùng khi nhiệt độ thay đổi.

C. BÀI TẬP TỰ LUẬN

Bài 1: Người ta thả một cục nước đá khối lượng 80g ở 0^oC vào một cốc nhôm đựng 0,4kg  nước ở 20^oC đặt trong nhiệt lượng kế. Khối lượng của cốc nhôm là 0,20kg. Tính nhiệt độ của nước trong cốc nhôm khi cục nước vừa tan hết. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵J/kg. Nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K và của nước là J/kg.K. Bỏ qua sự mất mát nhiệt độ do nhiệt truyền ra bên ngoài nhiệt lượng kế.

Giải

– Gọi t là nhiệt độ của cốc nước khi cục đá tan hết.

– Nhiệt lượng mà cục nước đá thu vào để tan thành nước ở t^oC là.  

– Nhiệt lượng mà cốc nhôm và nước tỏa ra cho nước đá là. 

– Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Q₁ = Q₂ 

Bài 2: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 5kg nước đá ở -10^oC chuyển thành nước ở 0^oC. Cho biết nhiệt dung riêng của nước đá là 2090J/kg.K và nhiệt nóng chảy riêng của nước đá 3,4.10⁵J/kg.

Giải

– Nhiệt lượng cần cung cấp cho 5kg nước đá ở -10^oC chuyển thành nước đá ở 0^oC là: Q₁ = m.c.Δt = 104500J

– Nhiệt lượng cần cung cấp để 5kg nước đá ở 0^oC chuyển thành nước ở 0^oC là: Q₂ = λ.m = 17.10⁵J

– Nhiệt lượng cần cung cấp cho 5kg nước đá ở -10^oC chuyển thành nước ở 0^oC là: Q = Q₁ + Q₂ = 1804500J

Bài 3: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước ở 25^oC  chuyển thành hơi ở 100^oC. Cho biết nhiệt dung riêng của nước 4180J/kg.K và nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶J/kg.

Giải

– Nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước ở 25^oC tăng lên 100^oC là: Q₁ = m.c.Δt = 3135KJ

– Nhiệt lượng cần cung cấp để 10kg nước đá ở 100^oC chuyển thành hơi nước ở 100^oC là: Q₂ = L.m = 23000KJ

– Nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước đá ở 25^oC chuyển thành hơi nước ở 100^oC là: Q = Q₁ + Q₂ = 26135KJ

Bài 4: Tính nhiệt lượng cần phải cung cấp để làm cho 0,2kg  nước đá ở -20^oC tan thành nước và sau đó được tiếp tục đun sôi để biến hoàn toàn thành hơi nước ở 100^oC. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵J/kg, nhiệt dung riêng của nước đá là 2,09.10³J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước 4,18.10³J/kg.K, nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶J/kg.

Giải

– Nhiệt lượng cần phải cung cấp để làm cho một cục nước đá có khối lượng 0,2kg ở -20^oC tan thành nước và sau đó tiếp tục đun sôi để biến hoàn toàn thành  hơi nước ở 100^oC.

Bài 5: lấy 0,01kg hơi nước ở 100⁰C cho ngưng tụ trong bình nhiệt lượng kế chứa 0,2kg nước ở 9,5⁰C. nhiệt độ cuối cùng là 40⁰C, cho nhiệt dung riêng của nước là c = 4180J/kg.K. Tính nhiệt hóa hơi của nước.

Giải

– Nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng tụ hơi nước ở 100⁰C thành nước ở 100⁰C:

– Nhiệt lượng tỏa ra khi nước ở 100⁰C thành nước ở 40⁰C:

– Nhiệt lượng tỏa ra khi hơi nước ở 100⁰C biến thành nước ở 40⁰C:    (1)

– Nhiệt lượng cần cung cấp để 0,2kg nước từ 9,5⁰C thành nước ở 40⁰C:  (2)

– Theo phương trình cân bằng nhiệt: (1) = (2). Vậy 0,01L +2508 = 25498. Suy ra: L = 2,3.10⁶ J/kg.

C. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1:Điều nào sau đây là sai khi nói về sự đông đặc?

A. Sự đông đặc là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể rắn.            B. Với một chất rắn, nhiệt độ đông đặc luôn nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy.

C. Trong suốt quá trình đông đặc, nhiệt độ của vật không thay đổi.  D. Nhiệt độ đông đặc của các chất thay đổi theo áp suất bên ngoài.

Câu 2: Điều nào sau đây là sai khi nói về nhiệt nóng chảy?

A. Nhiệt nóng chảy của vật rắn là nhiệt lượng cung cấp cho vật rắn trong quá trình nóng chảy.

B. Đơn vị của nhiệt nóng chảy là Jun (J).                   C. Các chất có khối lượng bằng nhau thì có nhiệt nóng chảy như nhau.

D. Nhiệt nóng chảy tính bằng công thức Q = .m

Câu 3: Đơn vị nào sau đây là đơn vị của nhiệt nóng chảy riêng của vật rắn?

A. Jun trên kilôgam độ (J/kg. độ)                    B. Jun trên kilôgam (J/ kg).                 C. Jun  (J)        D. Jun trên độ  (J/ độ).

Câu 4:Điều nào sau đây là đúng khi nói về nhiệt nóng chảy riêng của chất rắn?

A. Nhiệt nóng chảy riêng của một chất có độ lớn bằng nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy 1kg chất đó ở nhiệt độ nóng chảy.

B. Đơn vị của nhiệt nóng chảy riêng là Jun trên kilôgam (J/ kg).

C. Các chất khác nhau thì nhiệt nóng chảy riêng của chúng khác nhau.

D. Cả A, B, C đều đúng.

Câu 5:Tốc độ bay hơi của chất lỏng không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?

A. Thể tích của chất lỏng.        B. Gió.            C. Nhiệt độ.                D. Diện tích mặt thoáng của chất lỏng

Câu 6:Điều nào sau đây là sai khi nói về hơi bão hoà?

A. Hơi bão hoà là hơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng của nó.

B. áp suất hơi bão hoà không phụ thuộc vào thể tích của hơi.

C. Với cùng một chất lỏng, áp suất hơi bão hoà phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì áp suất hơi bão hoà giảm.

D. ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các chất lỏng khác nhau là khác nhau.

Câu 7:Điều nào sau đây là sai khi nói về nhiệt hoá hơi.

A. Nhệt lượng cần cung cấp cho khối chất lỏng trong quá trình sôi  gọi là nhiệt hoá hơi của khối chất lỏng ở nhiệt độ sôi.

B. Nhiệt hoá hơi tỉ lệ với khối lượng của phần chất lỏng đã biến thành hơi.

C. Đơn vị của nhiệt hoá hơi là Jun trên kilôgam (J/kg ).

D. Nhiệt hoá hơi được tính bằng công thức Q = Lm trong đó L là nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng, m là khối lượng của chất lỏng.

Câu 8:Câu nào dưới đây là sai khi nói về áp suất hơi bão hoà?

A. áp suất hơi bão hoà của một chất đã cho phụ thuộc vào nhiệt độ.

B. áp suất hơi bão hoà phụ thuộc vào thể tích của hơi.

C. áp suất hơi bão hoà ở một nhiệt độ đã cho phụ thuộc vào bản chất chất lỏng.

D. áp suất hơi bão hoà không tuân theo định luật Bôi lơ  Mari ốt

Caâu 9:  Chọn câu trả lời đúng. Trong sự nóng chảy và đông đặc của các chất rắn:

      A. Mỗi chất rắn nóng chảy ở một nhiệt độ xác định, không phụ thuộc vào áp suất bên ngoài.

B. Nhiệt độ đông đặc của chất rắn kết tinh không phụ thuộc áp suất bên ngoài

C. Mỗi chất rắn kết tinh nóng chảy và đông đặc ở cùng một nhiệt độ xác định trong điều kiện áp suất xác định.

D. Mỗi chất rắn nóng chảy ở nhiệt độ nào thì cũng sẽ đông đặc ở nhiệt độ đó.

Caâu 10: Chọn câu trả lời đúng. Nhiệt nóng chảt riêng của vàng là 2,8.10³ J/Kg.

1. Khối vàng sẽ toả ra nhiệt lượng 62,8.10³ J khi nóng chảy hoàn toàn.
2. Mỗi Kg vàng cần thu nhiệt lượng 62,8.10³ J hoá lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.
3. Khối vàng cần thu nhiệt lượng 62,8.10³J để hoá lỏng.
4. Mỗi Kg vàng toả ra nhiệt lượng 62,8.10³J khi hoá lỏng hoàn toàn.

Caâu 11:  Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp để làm nóng chảy 100g nước đá ở 0 °C. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵J/kg

A.  Q = 0,34.10³J.       B.  Q = 340.10⁵J                                 C. Q = 34.10⁷J.                                   D. Q = 34.10³J.