Giải bài tập SGK Vật lý 10 Bài 38 : Sự chuyển thể của các chất

Sự nóng chảy là gì? Tên gọi của quá trình ngược với sự nóng chảy là gì? Nêu các đặc điểm của sự nóng chảy.

Phương pháp giải

- Sự nóng chảy là quá trình chất chuyển từ thể rắn sang thể lỏng

- Ngược với sự nóng chảy là sự đông đặc

- Đặc điểm của sự nóng chảy: có độ nóng chảy xác định, thể tích tăng, ...

Hướng dẫn giải

- Sự nóng chảy là quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng của các chất. 

- Quá trình chuyển ngược lại từ thể lỏng sang thể rắn của các chất gọi là sự đông đặc.

- Đặc điểm của sự nóng chảy:

+ Mỗi chất kết tinh có một nhiệt độ nóng chảy xác định

+ Chất vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định

+ Thể tích tăng

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

Nhiệt nóng chảy là gì? Viết công thức tính nhiệt nóng chảy của vật rắn. Nêu tên và đơn vị đo của các đại lượng trong công thức này.

Phương pháp giải

- Nhiệt nóng chảy Q là nhiệt lượng cung cấp cho chất rắn trong quá trình nóng chảy

- Công thức: Q = λm 

Hướng dẫn giải

- Nhiệt nóng chảy Q: là nhiệt lượng cung cấp cho chất rắn trong quá trình nóng chảy.

- Công thức: Q = λm với λ là nhiệt nóng chảy riêng (J/kg), m là khối lượng của chất rắn (kg)

Sự bay hơi là gì? Tên gọi của quá trình ngược với sự bay hơi là gì?

Phương pháp giải

- Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi ) ở bề mặt chất lỏng

- Ngược với sự bay hơi là sự ngưng tụ

Hướng dẫn giải

- Sự bay hơi : Là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi ) ở bề mặt chất lỏng.

- Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí (hay hơi) sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ.

Phân biệt hơi bão hòa với hơi khôi. So sánh áp suất hơi bão hòa với áp suất hơi khô của chất lỏng ở cùng nhiệt độ.

Phương pháp giải

So sánh về trạng thái cân bằng, tốc độ, áp suất cực đại và áp suất bão hòa

Hướng dẫn giải

- Hơi bão hòa là hơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng của nó:

+ tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ

+ áp suất cực đại gọi là áp suất hơi bão hòa

+ áp suất hơi bão hòa  chỉ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng

- Hơi khô là hơi có tốc độ bay hơi lớn hơn tốc độ ngưng tụ

+ hơi khô có áp suất đạt giá trị cực đại

+ hơi khô và hơi bão hòa đều gây ra áp suất lên thành bình

+ áp suất hơi khô phụ thuộc thể tích và tuân theo định luật Bôilơ – Mariốt.

Sự sôi là gì? Nêu các đặc điểm của sự sôi. Phân biệt sự sôi và sự bay hơi.

Phương pháp giải

- Sự sôi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí của chất lỏng

- Đặc điểm: mỗi chất sôi ở nhiệt độ xác định , áp suất càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao

- Sự bay hơi là quá trình chất chuyển thể lỏng sang thể khí

Hướng dẫn giải

- Sự sôi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng.

- Đặc điểm:

+ Ở áp suất chuẩn, mỗi chất sôi ở nhiệt độ xác định và không thay đổi.

+ Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc áp suất chất khí (hơi) trên bề mặt chất lỏng. Áp suất này càng lớn, nhiệt độ sôi càng cao và ngược lại.

- Phân biệt sự sôi và sự bay hơi:

+ Sự sôi là quá trình chuyển thể lỏng sang thể khí, xảy ra ở cả bên trong chất lỏng. Sự sôi xảy ra ở nhiệt độ sôi xác định.

+ Sự bay hơi là quá trình chuyển thể lỏng sang thể khí, chỉ xảy ra ở bề mặt chất lỏng. Bay hơi xảy ra ở mọi nhiệt độ

Viết công thức tính nhiệt hóa hơi của chất lỏng. Nêu tên và đơn vị đo của các đại lượng trong công thức này.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức: Q = Lm

Hướng dẫn giải

Công thức nhiệt hóa hơi của chất lỏng:

Q = Lm 

Trong đó:

L : nhiệt hóa hơi riêng (J/kg)

m : khối lượng phần chất lỏng đã biến thành hơi (kg).

Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về sự nóng chảy của các chất rắn?

A. Mỗi chất rắn kết tinh nóng chảy ở một nhiệt độ xác định không đổi ứng với một áp suất bên ngoài xác định.

B. Nhiệt độ nóng chảy của chất rắn kết tinh phụ thuộc áp suất bên ngoài.

C. Chất rắn kết tinh nóng chảy và đông đặc ở cùng một nhiệt độ xác định không đổi.

D. Chất rắn vô định hình cũng nóng chảy ở một nhiệt độ xác định không đổi.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được các đặc điểm của sự nóng chảy của các chất rắn

Hướng dẫn giải

- Chất rắn vô định hình không có cấu trúc tinh thể, do đó không có dạng hình học xác định, không có nhiệt độ nóng chảy (hoặc đông đặc) xác định và có tính đẵng hướng.

- Chọn D.

Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là 1,8.10⁵ J/kg. Câu nào dưới đây là đúng?

A. Mỗi kilogam đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.10⁵ J khi nóng chảy hoàn toàn.

B. Mỗi kilogam đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.10⁵ J để hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

C. Khối đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.10⁵ J để hóa lỏng

D. Mỗi kilogam đồng tỏa ra nhiệt lượng 1,8.10⁵ J khi hóa lỏng hoàn toàn.

Phương pháp giải

Mỗi kilogam đồng cần thu nhiệt lượng 1,8.10⁵ J để hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy.

Hướng dẫn giải

- Nhiệt nóng chảy riêng (λ) của một chất được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo về lượng chất đó (như đơn vị đo khối lượng hay số phân tử như mol) để nó chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, tại nhiệt độ nóng chảy.

- Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt lượng nóng chảy là:

Joule trên kilôgam, J.kg⁻¹ hay J/kg, hoặc Joule trên mol.

- Chọn B.

Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về sự bay hơi của các chất lỏng?

A. Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở bề mặt chất lỏng .

B. Quá trình chuyển ngược lại từ thể khí sang thể lỏng là sự ngưng tụ. Sự ngưng tụ luôn xảy ra kèm theo sự bay hơi.

C. Sự bay hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí xảy ra ở cả bên trong và trên bề mặt chất lỏng.

D. Sự bay hơi của chất lỏng xảy ra ở nhiệt độ bất kì.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được các đặc điểm của sự bay hơi của các chất lỏng

Hướng dẫn giải

- Sự bay hơi được hiểu là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hay còn gọi là hơi) ở bề mặt chất lỏng. Sự bay hơi chỉ diễn ra trên bề mặt chất lỏng mà không diễn ra phía dưới bề mặt.

- Chọn C.

Nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶J/kg. Câu nào dưới đây là đúng?

A. Một lượng nước bất kì cần thu một lượng nhiệt là 2,3.10⁶J để bay hơi hoàn toàn.

B. Một kilogam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.10⁶J để bay hơi hoàn toàn.

C. Một kilogam nước sẽ tỏa ra một lượng nhiệt là 2,3.10⁶J khi bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi.

D. Mỗi kilogam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.10⁶J để bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi và áp suất chuẩn.

Phương pháp giải

Mỗi kilogam nước cần thu một lượng nhiệt là 2,3.10⁶J để bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi và áp suất chuẩn.

Hướng dẫn giải

- Nhiệt hóa hơi riêng của một chất được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo về lượng chất đó (như đơn vị đo khối lượng hay số phân tử như mol) để nó chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, tại nhiệt độ bay hơi.

- Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt lượng hóa hơi là:

Joule nhân kilôgam, J.kg hoặc Joule nhân mol.

- Chọn D.

Một bình cầu thủy tinh chứa (không đầy) một lượng nước nóng có nhiệt độ khoảng 80^oC và được nút kín. Dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình, ta thấy nước trong bình lại sôi. Giải thích tại sao?

Phương pháp giải

Khi dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình sẽ làm cho nhiệt độ hơi bên trong giảm, kéo theo áp suất khí hơi trên bề mặt chất lỏng giảm⇒ nhiệt độ sôi giảm

Hướng dẫn giải

- Vì nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc áp suất chất khí ở phía trên bề mặt chất lỏng:

Áp suất giảm ⇒ nhiệt độ sôi giảm .

- Khi dội nước lạnh lên phần trên gần cổ bình sẽ làm cho nhiệt độ hơi bên trong giảm, kéo theo áp suất khí hơi trên bề mặt chất lỏng giảm

⇒ do đó nhiệt độ sôi giảm xuống đến 80^oC nên nước trong bình lại sôi.

Ở áp suất chuẩn (1 atm) có thể đun nước nóng đến 120^o C được không?

Phương pháp giải

Nước sôi ở 100^oC và khi đạt ngưỡng đó sẽ bay hơi cho đến khi hết nước

Hướng dẫn giải

Dưới áp suất chuẩn, mỗi chất lỏng sôi ở nhiệt độ xác định và không thay đổi. Theo đó, ở áp suất chuẩn (1 atm) nước sôi ở 100^o C và không tăng nữa, cho đến khi nước bay hơi hết.

Ở trên núi cao người ta không thể luộc chín trứng trong nước sôi. Tại sao?

Phương pháp giải

Ở trên núi cao, nhiệt độ sôi của nước giảm nên dù nước sôi vẫn không thể luộc chín trứng

Hướng dẫn giải

Càng lên cao, áp suất không khí càng giảm. Ở núi cao, áp suất không khí nhỏ hơn áp suất chuẩn (1 atm), do đó nhiệt độ sôi của nước nhỏ hơn 100^o C dẫn đến không thể luộc chín trứng được.

Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 4 kg nước đá ở 0^o C để chuyển nó thành nước ở 20^o C. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10⁵J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/(kg.K)

Phương pháp giải

- Áp dụng các công thức: 

+ Q₁ = λm để tính nhiệt nóng chảy

+ Q₂ = mcΔt để tính nhiệt lượng 

- Nhiệt lượng cần thiết: Q = Q₁ + Q₂

Hướng dẫn giải

- Ở áp suất chuẩn của không khí (1 atm), nước đá nóng chảy ở 0^o C. Nhiệt lượng cần cung cấp cho khối đá tan hoàn toàn thành nước ở 0^o C là:

Q₁ = λm = 3,4.105.4 = 13,6. 105 J

- Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước ở 0o C để tăng lên 20o C là:

Q₂ = mcΔt = 4.4180(20 - 0) = 334400 J

- Vậy nhiệt lượng cần cung cấp cho 4 kg nước đá ở 0^o C để chuyển nó thành nước ở 20^o C là:

Q = Q₁ + Q₂ = 1694400 J ≈ 1,69.10³ (kJ)

Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm khối lượng 100 g ở nhiệt độ 20^o C, để nó hóa lỏng ở nhiệt độ 658^oC. Nhôm có nhiệt dung riêng là 896 J/(kg.K), nhiệt nóng chảy riêng là 3,9.10⁵ J/kg.

Phương pháp giải

- Nhiệt lượng cần cũng cấp cho miếng nhôm hóa lỏng:

Q₁ = m.c.Δt

- Nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm hóa lỏng hoàn toàn:

Q₂ = λ.m

- Nhiệt lượng cần thiết: Q = Q₁ + Q₂

Hướng dẫn giải

- Vì nhôm nóng chảy ở nhiệt độ 658ºC (theo đề bài) nên cần cung cấp nhiệt lượng cho miếng nhôm để tăng nhiệt độ từ 20ºC lên 658ºC là:

Q₁ = m.c.Δt = 0,1.896.(658 – 20 ) = 57164,8 J

- Nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm hóa lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ 658ºC là:

Q₂ = λ.m=3,9.105.0,1 = 39000 (J)

- Vậy nhiệt lượng cần cung cấp cho miếng nhôm 100 g ở 20ºC để nó hóa lỏng ở 658ºC là:

Q = Q₁ + Q₂ = 96164,8 J ≈ 96,2 kJ