單元伍:熱與物質的影響

一、熱與物理變化

()熱與三態變化:

1.物質受熱可能會發生狀態的改變,即產生三態變化(屬於物理變化)。

(1)熔化:物質因吸收熱量,其狀態由固體變為液體的過程,純物質在熔化時溫度不變。

(2)汽化:物質因吸收熱量,其狀態由液體變為氣體的過程,純物質在汽化時溫度不變。

(3)熔點:物質在發生熔化時的溫度。

(4)沸點:物質在發生汽化時的溫度。

2.當純物質吸收熱量,溫度會上升,達到熔點或沸點時,溫度即不再上升,此為純物質的特性,此時會產生狀態改變(熔化或汽化)。如圖一:
image001

(1)圖一為某固態物質由0開始加熱的溫度曲線圖,則圖中T1T2溫度不隨加熱時間而改變,亦即:
T1為物質的熔點,出現在熔化的過程。
T2為物質的沸點,出現在汽化的過程。

(2)圖一中的0→A點之間物質為固態,此時物質吸熱會使溫度上升,
A→B點之間物質為固、液態共存,此時物質吸熱而溫度維持不變,B→C點之間物質為液態,此時物質吸熱會使溫度上升,C→D點之間物質為液、汽態共存,此時物質吸熱而溫度維持不變,D→E點之間物質為氣態,此時物質吸熱會使溫度上升。

3.混合物無固定的熔點及沸點,亦即當混合物在熔化時,熔點及沸點有一個範圍,只是在熔化及汽化的過程中溫度上升較為緩慢(如圖二)。

image002

4.由圖二中的加熱曲線可以看出,該物質的熔點為:T1T2,其沸點為:T3T4熔點及沸點都有一個範圍,這是純物質與混合物不同的特點。

()水的蒸發與沸騰:

1.蒸發與沸黱皆為液體吸收熱量後變為氣體的過程,皆為液體汽化的過程,但兩者在意義上仍有差別。

表一:水的蒸發與沸黱

 
2.表一所示為蒸發與沸黱之間的差別:



汽化相異點

 

 

反應的溫度

0100

只在100

反應的速率

較緩慢

極快速

汽化的部位

只在液體表面

全部的液體

 

3.蒸發與沸黱皆為吸熱的物理反應,水溫愈高則蒸發速率愈快。

()熔化熱與汽化熱:

1.當純物質在熔化或汽化時,雖然溫度保持不變,但仍不斷吸收大量的熱量,此為狀態改變所需的熱,這些熱量用以改變分子間的距離,但不改變分子結構,故為物理變化

2.熔化熱1公克的物質熔化(固體→液體)所需的熱量,稱為:熔化熱

3.汽化熱1公克的物質汽化(固體→液體)所需的熱量,稱為:汽化熱

4.熔化熱及汽化熱的單位相同: /    cal/g

5.以水為例:

(1)0、1公克的冰熔化成0的液態水所需的熱量為80cal,故稱:
水的熔化熱80 cal/g

(2)100、1公克的水汽化成100的水蒸氣所需的熱量為539cal,亦即
水的汽化熱539 cal/g

6用每分鐘供熱800卡的穩定熱源加20、質量400的冰,得到「加熱時間與溫度」的關係如圖三所示:
image003

7.依據圖三曲線得知:

(1)冰塊在加熱至5分鐘時開始熔化,而熱源每分鐘供熱800卡,獲得熱量4000卡,使溫度上升了20,可求得冰塊的比熱S如下列算式:
5×800400×S×20  S0.5 cal/g-

(2)545分鐘之間歷時40分鐘,此時溫度不上升,為冰的熔化過程,共吸熱40×80032000卡,可據以求出冰的熔化熱如下列算式:
32000
÷400
80 cal/g

(3)4565分鐘之間歷時20分鐘,水吸收熱量20×80016000卡,溫度上升40,可據以計算水的比熱S為:
16000
400×S×40  S 1 cal/g-

 

二、熱與化學變化

()熱對氯化亞鈷的影響:

1.氯化亞鈷是【紫色】的晶體,晶體內含有結晶水

2.氯化亞鈷晶體烘乾後則呈現【藍色】粉末,其反應為吸熱的化學反應

3.氯化亞鈷的水溶液呈【粉紅色】,以滴管吸取氯化亞鈷溶液,在濾紙上繪出自己喜歡的圖案後,再用酒精燈將濾紙烘乾,則見濾紙上的圖案漸由【粉紅色】變為【藍色。(如圖四)
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4.氯化亞鈷晶體受熱的化學反應式:

(1)

 

(2)因為氯化亞鈷晶體內的水分子受熱而分解出來,改變了氯化亞鈷的分子結構,故稱為化學反應

5.乾燥的氯化亞鈷試紙呈【藍色】,遇水則呈【粉紅色】,是一種常用來:
檢驗水的方法

()熱對硫酸銅的影響:          

1.結晶水硫酸銅晶體呈【藍色】,受熱後失去水份成為無水的硫酸銅粉末,顏色呈【白色】。

2.硫酸銅晶體受熱的化學反應式:

(1)

註:「      」代表向右反應為吸熱的反應。

(2)因為硫酸銅晶體內的水分子受熱而分解出來,改變了硫酸銅的分子結構,故稱為化學反應

(3)白色無水硫酸銅粉末遇水則呈藍色,可用以做為驗水的方法

3.「顏色改變」是據以判斷物質發生化學變化的特徵之一。

()熱與生活:          

1.「熱」是一種能量的形式,自然界中有各種不同形式的能量,且可以彼此互相轉換,包括熱能。

2.無論物質發生物理變化或化學變化,必定伴隨著能量的變化,即當物質發生變化時,不是吸熱反應就是放熱反應。

(1)植物行光合作用製造葡萄糖,是吸熱的化學反應(吸收太陽能)。

(2)鐵釘的生鏽,是鐵與空氣中的氧化合,屬於放熱的化學反應

3.鞭炮爆炸、生米煮成熟飯、夏天食物易腐敗…等,皆因物質受熱而產生變化(屬於化學變化)。

4.輪胎爆炸(俗稱:爆胎)只是物理現象,並無類似鞭炮爆炸時的燃燒反應,而是輪胎的橡膠破裂,輪胎內的高壓氣體向外衝出發出巨大的聲響。

5.一般而言,等質量的物質發生化學變化時;熱量的改變較發生物理變化時為大,但無論是吸熱或放熱反應,發生反應的物質其總質量必維持一定值,此稱為:質量守恆定律。因為熱既為能量,就不具質量也不占有空間。

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