Question

9．小明探究物質(zhì)熔化和沸騰的實(shí)驗(yàn)如圖甲所示．今把20g某種固體碾碎后放入試管中，插入溫度計(jì)，再將試管放在裝有水的燒杯中加熱．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖象如圖乙所示．根據(jù)圖象回答問題：
（1）這種物質(zhì)是晶體（晶體/非晶體）．你判斷的依據(jù)：熔化過程溫度不變
（2）這種物質(zhì)的沸點(diǎn)是90℃．
（3）實(shí)驗(yàn)中，熱從火焰?zhèn)鬟f給水，卻不會(huì)反過來傳遞，說明能量的轉(zhuǎn)移具有方向性．
（4）這種物質(zhì)的液態(tài)比熱容c=3×10³J/（kg•℃），從熔點(diǎn)升高到沸點(diǎn)吸熱2.4×10³J．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，小明發(fā)現(xiàn)從開始加熱到實(shí)驗(yàn)結(jié)束的10min內(nèi)消耗酒精約5g．請(qǐng)估算出這種裝置能量的轉(zhuǎn)化效率約為8%．（酒精的熱值3.0×10⁷J/kg，估算結(jié)果保留整數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）晶體在熔化過程中吸收熱量，且溫度保持不變，即晶體有一定的熔點(diǎn)．
（2）如圖乙，物質(zhì)先吸熱溫度升高，到達(dá)熔點(diǎn)，不斷吸熱，溫度保持不變，全部熔化之后，溫度再升高，不斷吸熱，液體的溫度升高，到達(dá)沸點(diǎn)，不斷吸熱，溫度不變，完成沸騰過程．
物質(zhì)在沸騰過程中溫度保持不變，這個(gè)不變的溫度是晶體的沸點(diǎn)．
（3）能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性．
（4）利用公式Q=cm（t-t₀）求從熔點(diǎn)（圖象中C點(diǎn)）升高到沸點(diǎn)（圖象中D點(diǎn)）吸收的熱量；再根據(jù)加熱時(shí)間，計(jì)算整個(gè)過程中吸收的總熱量．
由乙圖可知加熱時(shí)間，則可求出從開始加熱到實(shí)驗(yàn)結(jié)束的10min共吸收的熱量；再利用燃料的熱值公式Q=mq求出燃料完全燃燒放出對(duì)熱量；
利用效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$求出這種裝置能量的轉(zhuǎn)化效率．

解答 解：（1）這種物質(zhì)在熔化過程中不斷吸收熱量，溫度保持不變．所以該物質(zhì)是晶體．
（2）DE段是物質(zhì)的沸騰過程，沸點(diǎn)為90℃．
（3）實(shí)驗(yàn)中，熱從火焰?zhèn)鬟f給水，卻不會(huì)反過來傳遞，說明能量的轉(zhuǎn)移具有方向性．
（4）由圖知，t₀=50℃，t=90℃，
Q=cm（t-t₀）=3×10³J/（kg•℃）×0.02kg×（90℃-50℃）=2400J；
由圖可知該物質(zhì)從熔點(diǎn)升高到沸點(diǎn)用了2min，從開始加熱到實(shí)驗(yàn)結(jié)束共用10min，所以從開始加熱到實(shí)驗(yàn)結(jié)束該物質(zhì)吸收的熱量：
Q_吸=$\frac{10min}{2min}$×24OOJ=12000J，
5g酒精完全燃燒放出的熱量：
Q_放=mq=0.005kg×3.0×10⁷J/kg=150000J，
這種裝置能量的轉(zhuǎn)化效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{12000J}{150000J}$×100%=8%．
故答案為：（1）晶體；熔化過程溫度不變；（2）90；（3）方向；（4）2.4×10³；8．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道熱學(xué)綜合題，主要考查了晶體熔化時(shí)的特點(diǎn)、熱量及效率的計(jì)算，關(guān)鍵是要理解概念．