Question

2．小明探究物质熔化和沸腾的实验如图甲所示．今把20g某种固体碾碎后放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热．根据实验数据画出的图象如图乙所示．根据图象回答问题：
（1）这种物质是晶体（选填“晶体”或“非晶体”）．你判断的依据：有固定的熔化温度．
（2）实验中，热从火焰传递给水，却不会反过来传递，说明能量的转移具有方向性．
（3）这种物质的液态比热容c=3×10³J/（kg•℃），从熔点升高到沸点吸热2.4×10³J．实验结束时，小明发现从开始加热到实验结束的10min内消耗酒精约5g．请估算出这种装置能量的转化效率约为8%．（酒精的热值3.0×10⁷J/kg）
（4）小明还发现，液体沸腾的过程中如果撤去酒精灯，试管中液体会继续沸腾片刻．其原因是水继续给它供热．

Answer 1

分析 （1）晶体与非晶体的区别：晶体有固定的熔点和凝固点，而非晶体则没有；表现在图象上是晶体熔化图象有一个吸热温度不变的水平段，而非晶体则没有；
（2）能量的转化和转移具有方向性．
（3）利用公式Q=cm（t-t₀）求从熔点（图象中C点）升高到沸点（图象中D点）吸收的热量；再根据加热时间，计算整个过程中吸收的总热量．
由乙图可知加热时间，则可求出从开始加热到实验结束的10min共吸收的热量；再利用燃料的热值公式Q=mq求出燃料完全燃烧放出对热量；利用效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$求出这种装置能量的转化效率．
（4）沸腾过程需继续吸热．

解答 解：（1）由图象知，该物质在熔化时，有一个吸热且温度不变的水平段．所以这种物质是晶体．
（2）实验中，热从火焰传递给水，却不会反过来传递，说明能量的转移具有方向性．
（3）由图知该物质的熔点是50℃，沸点是90℃，
则该物质从熔点升高到沸点吸收的热量，
Q=cm（t-t₀）=3×10³J/（kg•℃）×0.02kg×（90℃-50℃）=2400J；
由图可知该物质从熔点升高到沸点用了2min，从开始加热到实验结束共用10min，所以从开始加热到实验结束该物质吸收的热量Q_吸=$\frac{10min}{2min}$×24OOJ=12000J，
5g酒精完全燃烧放出的热量Q_放=mq=0.005kg×3.0×10⁷J/kg=150000J，
这种装置能量的转化效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{12000J}{150000J}$×100%=8%．
（4）液体沸腾的过程中如果撤去酒精灯，试管中液体会继续沸腾片刻．其原因是烧杯中的水继续给它加热．
故答案为：
（1）晶体；有固定的熔化温度（2）方向（3）2.4×10³；8；（4）水继续给它供热．

点评 本题是一道热学综合题，关键是考查对各知识点的掌握情况，属于中等题．