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我们在日常生活中经常会碰到升华和凝华现象,如冰箱内食物上出现霜、衣橱内的樟脑丸变小等现象,但由于对这些现象缺乏思考和研究,因而种种现象经常被我们所忽略,所以在学习这部分知识时,我们要注意从生活走向物理,从物理走向社会。
一、升华、凝华概念的形成
1.升华:冰块吸热后熔化成水,再继续吸热就变成水蒸气,这是生活中常见的现象,那么固态物质吸热后能否直接变成气态呢?我们不妨对生活中的一些现象进行分析。
归纳总结:物质从固态直接变成气态的过程叫做升华。
做一做:把少量的碘放在烧瓶内,瓶口盖上玻璃片,然后用酒精灯微微加热并仔细观察碘的状态发生的变化,我们会看到同态的碘逐渐地减少,直至消失,且始终没有液体出现,整个瓶中充满了紫红色的气体,这就说明了碘从固态直接变成了气态,而这个变化的产生需要我们持续加热,因此升华过程是一个吸热的过程。
2.凝华:在上述实验中我们还会看到,当停止给碘加热后,仔细观察瓶内的变化,我们会发现紫黑色的气体逐渐消失,在瓶壁上出现了紫色的碘,整个冷却过程中并没有液态的碘出现,我们对生活中的一些现象认真分析,也会有同样的发现。
归纳总结:物质从气态直接变成固态的过程叫做凝华。
由于凝华是升华的相反过程,所以凝华要放热,上述实验现象也充分说明了这一点,俗语说:“霜前冷”,就是指水蒸气要在低于0℃的环境下才会凝华形成霜。
并不是所有的物质都能发生升华和凝华现象,它仅限于某些物质,而且是在一定条件下发生,因此对一些常见的物质要记住,例如碘、钨、冰、干冰极容易发生升华和凝华。
二、升华和凝华现象的应用
1.人工降雨
利用干冰升华吸热的特点进行人工降雨,当干冰抛入高空中时,它会很快升华,在升华的过程中需要吸收大量的热量,使周围空气的温度迅速降低,这时空气中的水蒸气就会凝华成小冰晶。小冰晶变大后下落,在地面附近遇到暖气流而熔化成水降落到地面形成了雨。
2.储藏食物、手术麻醉
固态二氧化碳可以升华为气态的二氧化碳,同时吸收大量的热,但没有残留物,利用这些特点可以作制冷剂,用于食品冷藏或医学上的“冷冻治疗”。
3.制造特殊的舞台效果
舞台设计时利用干冰升华吸热使周围空气的温度急剧下降,空气中的水蒸气遇冷凝华成小水滴,形成“云雾”。
4.保护飞船的返回舱,避免高温
宇宙飞船的返回舱穿越大气层时与空气摩擦生热,舱的表面温度非常高,在返回舱表面涂有一层极易升华的材料,可以利用升华吸热使舱内温度保持正常。
三、典例解析
在近几年的考试评价中,对升华和凝华知识的考查往往是和前面的四种物态变化综合在一起,解题时要善于抓住物态变化前后物质所处的状态,紧扣物态变化的概念和规律,这些考题主要从三个方面来考查。
1.自然界中与凝华有关的天气现象
例1天津地区一年四季分明,严冬的早晨在窗玻璃上会出现“冰花”,下列说法正确的是( )。
A.冰花主要是水凝固形成的
B.冰花主要是水蒸气凝华形成的
C.冰花出现在窗玻璃内侧
D.冰花出现在窗玻璃外侧
解析 “冰花”是由于严冬气温急剧下降时,房间内空气中的水蒸气遇到窗外较冷的环境。直接变成了固态。属于凝华现象,答案应选BC。
2.生活中的升华与凝华现象
例2白炽灯丝是由钨丝制成的,长期使用灯泡会变黑,这种现象属于( )。
A.先凝华后升华
B.先蒸发后凝固
C.先升华后凝华
D.先汽化后液化
解析 电灯在通电发光时温度很高,引起钨发生了升华,直接变成了钨蒸气,停止通电后,钨蒸气遇冷凝华成固态钨,附着在灯泡的内壁上。使灯泡变黑,本题答案选C。
3.升华吸热和凝华放热的应用
例3舞台上经常用喷撒干冰(固态二氧化碳1)的方法制造白雾以渲染气氛,对“白雾”的形成。小明的解释是:
(1)干冰升华吸热使周围环境温度降低:
(2)气态二氧化碳液化形成白雾,以上解释中( )。
A.第一句话存在科学性错误
B.第二句话存在科学性错误
C.两句话都存在科学性错误
D.两句话都没有科学性错误
解析 干冰升华吸热使舞台上方的空气温度急剧降低,空气中的水蒸气遇冷液化,形成白雾,气态的二氧化碳的液化温度条件需要降到零下一百多摄氏度,所以本题答案选B。