2-9 饱和蒸汽　空气的湿度 学案

学案9　饱和蒸汽　空气的湿度
[学习目标定位]1.知道饱和蒸汽和饱和汽压的含义.2.了解相对湿度概念的含义以及它对人的生活和植物生长等方面的影响.3.运用所学的物理知识尝试思考一些与生产和生活相关的实际问题．
1．物质由一种状态变为另一种状态的过程叫物态变化．
2．物质从液态变为气态的过程叫汽化，它的两种方式是蒸发和沸腾．
3．蒸发只在液体表面进行，且在任何温度下都能发生，其快慢与液体温度的高低、液体表面积大小、液体表面空气流动快慢有关．
1．饱和蒸汽与饱和汽压
(1)动态平衡：在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数．这时蒸汽的密度不再增加，液体也不再减少，蒸汽和液体之间达到了动态平衡．
(2)饱和蒸汽：与液体处于动态平衡的汽．
(3)饱和汽压：在一定温度下，液体的饱和蒸汽所具有的压强．
(4)同一种液体的饱和汽压随温度升高而增大；在温度不变的情况下，饱和汽压不随体积的改变而变化．
2．空气的湿度
(1)绝对湿度：单位体积空气所含有的水汽分子数，即水汽密度，通常用水蒸气的压强表示．
(2)相对湿度：某温度时空气中水蒸气的压强和同一温度下饱和水汽压的百分比．
(3)常用湿度计
干湿球湿度计、毛发湿度计.
一、饱和蒸汽与饱和汽压
[问题设计]
盛在敞口容器中的水，经过一段时间后就没有了；而盛在密闭容器中的水经过相当长的时间后仍然存在，这是为什么呢？
答案　前者的水蒸发掉了，而后者由于密闭，水蒸气最终与水形成一种动态平衡．
[要点提炼]
1．饱和蒸汽：在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地液化，当这两个同时存在的过程达到动态平衡时，这种与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和蒸汽．没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和蒸汽．
2．饱和汽压ps：液体的饱和蒸汽所具有的压强．
(1)同一种液体的饱和汽压随温度的升高而增大．温度不变时饱和汽压不随体积的改变而变化．
(2)在相同温度下，通常挥发性强的液体的饱和汽压大．
(3)气体实验定律不适用于饱和蒸汽，未饱和蒸汽近似遵循气体实验定律．
[延伸思考]
有人说在密闭容器里的液体和气体达到平衡时，蒸发就停止了，分子运动也停止了，这种说法对吗？
答案　这种说法不对．达到平衡时单位时间内逸出液面的分子数与回到液面的分子数相等，是一种动态平衡，并非分子运动停止．
二、空气的湿度
[问题设计]
夏日无风的傍晚，人们往往感到闷热潮湿，身上的汗液也蒸发不出去，这是为什么呢？
答案　在闷热潮湿的天气里，由于空气湿度大，汗液的蒸发和周围的空气达到一种动态平衡．
[要点提炼]
1．相对湿度
(1)定义式：B＝×100%
其中：p为空气中水蒸气的压强，ps为同温度下水的饱和汽压．
(2)意义：B越大空气越潮湿，B越小空气越干燥．
2．湿度计：测量空气的相对湿度．
[延伸思考]
我们感觉环境潮湿，是由于环境的绝对湿度大吗？
答案　不是．许多和湿度有关的现象，如蒸发的快慢、植物的枯萎、动物的感觉等，不是直接跟大气的绝对湿度有关，而是跟相对湿度有关．绝对湿度相同时，气温越高，离饱和状态越远，越容易蒸发，感觉越干燥；相反，气温越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿．
一、饱和蒸汽与饱和汽压
例1　(单选)如图1所示，在一个带活塞的容器底部有一定量的水，现保持温度不变，上提活塞，平衡后底部仍有部分水，则(　　)
图1
A．液面上方水蒸气从饱和变成未饱和
B．液面上方水蒸气的质量增加，密度减小
C．液面上方水蒸气的密度减小，压强减小
D．液面上方水蒸气的密度和压强都不变
解析　在一定温度下，饱和蒸汽的分子数密度是一定的，饱和蒸汽的压强也是一定的．活塞上提前，密闭容器中水面上水蒸气为饱和蒸汽，水蒸气密度一定，其饱和汽压一定．当活塞上提时，密闭容器中水面会有水分子飞出，使其上方水蒸气与水又重新处于动态平衡，达到饱和状态．在温度保持不变的条件下，水蒸气密度不变，饱和汽压也保持不变．故选D.
答案　D
例2　(双选)图2为水的饱和汽压图象，由图可知(　　)
水的饱和汽压与温度的关系
图2
A．饱和汽压与温度有关
B．饱和汽压随温度升高而增大
C．饱和汽压随温度升高而减小
D．未饱和汽的压强一定大于饱和汽的压强
解析　这是水的饱和汽压随温度变化的图线，由题图知，水的饱和汽压随温度的升高而增大．
答案　AB
二、空气的湿度
例3　学校气象小组在某两天中午记录如下数据：
第一天：气温30°C，空气中水蒸气压强为2.111×103Pa.
第二天：气温20°C，绝对湿度为1.455×103Pa.
查表知：气温30°C时，水的饱和汽压为4.246×103Pa；气温20°C时，水的饱和汽压为2.338×103Pa.
你能根据采集的数据判定哪一天中午人感觉较潮湿吗？试计算说明．
解析　气温30°C时，水的饱和汽压ps1＝4.246×103Pa，
这时水蒸气的实际压强p1＝2.111×103Pa，
则第一天中午空气的相对湿度
B1＝＝×100%≈49.72%.
气温20°C时，水的饱和汽压ps2＝2.338×103Pa，
这时水蒸气的实际压强p2＝1.455×103Pa，
则第二天中午空气的相对湿度
B2＝×100%＝×100%≈62.23%.
显然B2>B1，可知第二天中午人感觉较潮湿．
答案　见解析
三、湿度计
例4　(双选)干湿球湿度计的湿球温度计与干球温度计的示数差距越大，表示(　　)
A．空气的绝对湿度越大
B．空气的相对湿度越小
C．空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近
D．空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远
解析　干湿球湿度计的湿球温度计的水银球上包着棉纱，棉纱的下端浸在水中，由于水的蒸发，湿球温度计示数总低于干球温度计示数，空气越干燥，即相对湿度越小，湿球温度计上的水蒸发越快，温度计示数越低，与干球温度计示数的差距越大，可见B正确．并且，空气越干燥，即相对湿度越小，由相对湿度的定义公式：相对湿度＝可知，这时空气中的水蒸气的实际压强即绝对湿度离同温度水的饱和汽压越远，故D正确．
答案　BD
1．(饱和蒸汽与饱和汽压)(双选)一个玻璃瓶中装有半瓶液体，拧紧瓶盖经过一段时间后，则(　　)
A．不再有液体分子飞出液体表面
B．停止蒸发
C．蒸发仍在进行
D．在相同时间内从液体里飞出去的分子数等于返回液体的分子数，液体和蒸汽达到了动态平衡
答案　BD
解析　当液面上方的气体内所含的蒸汽达到饱和后，处于动态平衡状态，但仍有分子跑出液面，只不过在相同时间内，返回的分子数与跑出的分子数相等．
2．(饱和蒸汽与泡和汽压)(单选)下列关于饱和蒸汽与饱和汽压的说法中，正确的是(　　)
A．密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，蒸汽仍是饱和的
B．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大
C．温度不变时，饱和汽压随饱和汽体积的增大而增大
D．相同温度下，各种液体的饱和汽压都相同
答案　B
解析　密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，就会变成不饱和蒸汽，所以A错；温度一定时，同种液体的饱和汽压与饱和蒸汽的体积无关，也与液体上方有无其他气体无关．例如，100℃时饱和水汽压是76cmHg，所以C错；相同温度下，不同液体的饱和汽压是不相同的，所以D错．
3．(空气的湿度)(单选)空气湿度对人们的生活有很大影响，当湿度与温度搭配得当，通风良好时，人们才会感觉舒适．关于空气湿度，以下结论不正确的是(　　)
A．绝对湿度大而相对湿度不一定大，相对湿度大而绝对湿度也不一定大，必须指明温度这一条件
B．相对湿度是100%，表明在当时的温度下，空气中水汽已达到饱和状态
C．在绝对湿度一定的情况下，气温降低时，相对湿度将减小
D．在绝对湿度一定的情况下，气温升高时，相对湿度将减小
答案　C
解析　相对湿度定义B＝×100%，式中p为空气中所含水蒸气的实际压强，ps为同一温度下水的饱和汽压，ps在不同温度下的值是不同的，温度越高，ps越大，故A说法正确；相对湿度为100%，说明在当时的温度下，空气中所含水蒸气的实际压强已达到饱和汽压，B说法正确；绝对湿度p不变时，气温降低，ps减小，相对湿度增加，气温升高，相对湿度则减小，故C说法错误，D说法正确．故选C.
4．(湿度计)(单选)下列关于干湿球湿度计的说法正确的是(　　)
A．干湿球湿度计测的是绝对湿度
B．湿球温度计所示的温度高于干球温度计所示的温度
C．干球温度计所示的温度高于湿球温度计所示的温度
D．干球温度计与湿球温度计所示的温度差越大，相对湿度越大
答案　C
解析　因为干湿球湿度计由两支温度计组成，用来测空气温度的温度计是干球温度计，另一支温度计的水银球上包有棉纱，棉纱的另一端浸在水中，是湿球温度计，由于水蒸发吸热，湿球温度计的示数总小于干球温度计的示数．故C选项正确．相对湿度越小，湿球温度计上的水蒸发越快，干球温度计与湿球温度计所示的温度差越大．
题组一　饱和蒸汽与饱和汽压
1．(单选)下列对动态平衡的说法不正确的是(　　)
A．当气态分子数的密度增大到一定程度时就会达到这样的状态
B．在相同时间内回到液体中的分子数等于从液体表面飞出去的分子数
C．此时，蒸汽的密度不再增大，液体也不再减少
D．蒸发的速度不再改变，以恒速蒸发
答案　D
解析　对水的蒸发过程进行分析判断：当达到动态平衡时，蒸发停止，故D选项错误．
2．(双选)由饱和蒸汽和饱和汽压的概念判断下列结论正确的是(　　)
A．气体和液体之间的动态平衡是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等
B．一定温度下饱和蒸汽的密度为一定值，温度升高，饱和蒸汽的密度增大
C．一定温度下的饱和汽压，随饱和蒸汽的体积增大而增大
D．饱和汽压跟绝对湿度成正比
答案　AB
解析　由动态平衡概念可知A正确．在一定温度下，饱和蒸汽的密度是一定的，它随着温度升高而增大，B正确．一定温度下的饱和汽压与体积无关，C错误．饱和汽压随温度升高而增大，原因是：温度升高时，饱和蒸汽的密度增大；温度升高时，分子平均速率增大．理想气体状态方程不适用于饱和蒸汽，饱和汽压和绝对湿度的关系不成正比，D错误．
3．(单选)密闭容器中装有少量液态乙醚，下列现象不可能发生的是(　　)
A．当容器温度升高时，液态乙醚逐渐减少
B．当容器温度降低时，液态乙醚逐渐减少
C．当容器升高到一定温度时，液态乙醚消失
D．液态乙醚消失后，若冷却容器，容器中又出现液态乙醚
答案　B
解析　温度升高，饱和蒸汽的密度增大，所以A、C、D可能发生，B不可能发生．
4．(单选)液体的饱和汽压随温度的升高而增大(　　)
A．其规律遵循查理定律
B．是因为饱和蒸汽的质量随温度的升高而增大
C．是因为饱和蒸汽的体积随温度的升高而增大
D．是因为饱和蒸汽密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大
答案　D
解析　饱和蒸汽的压强与温度的关系不遵循查理定律，当温度升高时，蒸汽分子的平均速率增大，蒸汽分子的密度增大，所以D选项正确．
5．(双选)将未饱和蒸汽转化成饱和蒸汽，下列方法可靠的是(　　)
A．保持温度不变，增大体积B．保持温度不变，减小压强
C．保持体积不变，降低温度D．保持体积不变，减小压强
答案　CD
解析　未饱和蒸汽的密度小于饱和蒸汽的密度，压强小于饱和汽压，因为未饱和蒸汽对气体实验定律是近似适用的，保持温度不变，增大体积，可以减小压强，减小未饱和蒸汽的密度，A、B错误；若保持体积不变，降低温度，则饱和汽压减小；若使压强减小，则温度降低，饱和汽压减小，C、D均正确．
6．(单选)关于同种气体在相同温度下的未饱和蒸汽、饱和蒸汽的性质，下面说法正确的是(　　)
A．两种蒸汽的压强一样大，饱和蒸汽的密度较大
B．饱和蒸汽的压强较大，分子的平均动能也较大
C．两种蒸汽的压强一样大，分子的平均动能也一样大
D．两种蒸汽的分子平均动能一样大，饱和蒸汽的密度较大
答案　D
解析　与液体处于动态平衡的蒸汽叫饱和蒸汽；没有达到饱和状态的蒸汽叫未饱和蒸汽．可见，两种蒸汽在同一温度下密度是不同的，未饱和蒸汽较小，饱和蒸汽较大．由温度是分子平均动能的标志可知这两种蒸汽分子的平均动能相同，而密度不同，两种蒸汽的压强也不同．
7.(单选)如图1所示，一个有活塞的密闭容器(导热性良好)内盛有饱和蒸汽与少量的水，则可能发生的现象是(　　)
图1
A．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内水的饱和汽压会增大
B．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内水的饱和汽压不变
C．温度保持不变，慢慢地拉出活塞，容器内水的饱和汽压会减小
D．不移动活塞而将容器放在沸水中，容器内水的饱和汽压不变
答案　B
解析　慢慢推进活塞和慢慢拉出活塞，密闭容器内体积发生变化，而温度保持不变，饱和蒸汽的压强只和温度有关，与体积无关，故选项A、C错，B正确．不移动活塞而将容器放入沸水中，容器内温度升高，水的饱和汽压增大，选项D错误．
8．(双选)关于空气湿度，下列说法正确的是(　　)
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示
D．空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
答案　BC
解析　相对湿度越大，人感觉越潮湿，相对湿度大时，绝对湿度不一定大，故A错误；相对湿度较小时，人感觉干燥，故B正确；空气中水蒸气的压强表示的湿度叫做空气的绝对湿度，空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比表示的湿度叫做相对湿度，故C正确，D错误．
9．(双选)下列叙述正确的是(　　)
A．绝对湿度越大，蒸发越快
B．相对湿度越大，蒸发越快
C．表面积越大，蒸发越快
D．温度越高，蒸发越快
答案　CD
解析　相对湿度越小，飞出去的水分子数目比回来的水分子数目多得越多，故B错．表面积越大，温度越高，蒸发的越快．所以C、D正确．
10．(单选)不同温度下水的饱和汽压如表所示，由如下数据能确定天气最干燥的是(　　)
不同温度下水的饱和汽压(单位：毫米汞柱)
t/℃
－5
0
5
10
20
30
p
3.16
4.58
6.54
9.21
17.54
31.82
A.天气温度为－5℃，绝对湿度为2mm汞柱
B．天气温度为0℃，绝对湿度为3mm汞柱
C．天气温度为10℃，绝对湿度为3mm汞柱
D．天气温度为20℃，绝对湿度为10mm汞柱
答案　C
解析　选项A，B1＝×100%≈63.3%；选项B，B2＝×100%≈65.5%；选项C，B3＝×100%≈32.6%；选项D，B4＝×100%≈57.0%.
11．室内空气的温度是25℃，空气的相对湿度是65%，问空气的绝对湿度等于多少？已知25℃时水的饱和汽压为3.167×103Pa.
答案　2.06×103Pa
解析　空气的绝对湿度＝水蒸气的实际压强，而相对湿度＝.故绝对湿度＝相对湿度×同温度水的饱和汽压，即绝对湿度＝65%×3.167×103Pa≈2.06×103Pa.