关于此实验
水是最容易观察到三种状态的物质：固态的冰、液态的水，以及称为水蒸气的气态物质。将装有-20 °C冰块的烧瓶放在热板上加热。观察温度计、冰块、气泡以及收集水蒸气的气球，并放大观察粒子在做什么。加热曲线显示了一个令人惊讶的现象：冰融化时以及水沸腾时，温度都完全不变。
学习目标
- 说出物质的三种状态，并分别举一个例子
- 描述固体、液体和气体中的粒子如何排列和运动
- 正确使用融化、凝固、沸腾、蒸发和凝结这些词
- 记住，在标准大气压下，纯水在0 °C时融化，在100 °C时沸腾
- 解释状态变化时温度保持不变这一现象。
使用方法
- 1按下“开始加热”。观察温度计上升，直到达到0 °C。冰块和粒子会发生什么变化？
- 2冰融化时继续加热。观察温度。烧瓶里还有冰时，温度会升高吗？
- 3将水加热到100 °C。描述气泡的情况。气泡里面是什么？
- 4观察水沸腾时气球的变化。烧瓶里什么也没有添加，气球为什么会变大？
- 5将加热板切换到“冷却”。将影片倒着播放：水蒸气去了哪里？冰什么时候再次出现？
- 6观察加热曲线。融化冰和使水沸腾蒸发，哪一个需要更多热量？
模型
假设
- 烧瓶用气球封住，因此水不会逸出，水蒸气保持在正常大气压下。
- 电热板产生的热量全部传递给水。在真实的实验室中，部分热量会散失到空气和玻璃中。
- 使用的数值：冰的比热容为 2.1 J/(g·°C)，水为 4.18，水蒸气为 2.0；融化冰需要 334 J/g，使水沸腾需要 2257 J/g。
- 粒子图把每个粒子画成一个小球。这是一种模型：真实的水分子小得无法看见，而且数量多得多。
在课堂上试试这个实验
- Q1冰淇淋在手里会融化，在冰箱冷冻室里却不会。有什么不同？
- Q2水坑在晴天会消失，温度却从未达到 100 °C。水去哪儿了？
- Q3为什么冰凉果汁杯的外侧会出现水滴？
- Q4水壶上方看到的白色云雾是水蒸气吗？请解释这团云雾实际上是什么。
- Q5为什么把一锅水煮干所需的时间，远比把水烧开所需的时间长？
常见问题
冰融化时，温度为什么会停止上升？
在冰中，粒子以一定的排列方式结合在一起。融化意味着这种排列被打破，热盘传来的热量都用于打破这种排列，而不是让粒子运动得更快。只有当冰全部融化后，温度才会再次开始升高。
沸腾和蒸发有什么区别？
两者都会将液态水变成气体。蒸发会在任何温度下缓慢地发生在液体表面。沸腾则会在100 °C时发生于液体各处，因此底部会形成水蒸气气泡。
水蒸气看得见吗？
看不见。真正的水蒸气，也就是气态的水，是无形的。水壶上方的白雾是水蒸气在空气中冷却时形成的微小液态水滴。
水总是在100 °C时沸腾吗？
只有在海平面的正常气压下才是如此。在高山上，气压较低，水会在较低的温度下沸腾；在珠穆朗玛峰顶，沸点约为70 °C。