物质状态的变化

本页只讲一条中四内容标准：物质状态的变化。它直接建立在物质动理论之上，并且每年都通过加热曲线与冷却曲线来考核，这类题目看重你解释为什么温度会那样变化。

把这里的推理学好，这些题目就会成为 SPM化学 里最稳的一批分数。

状态之间的相互转化

物质可通过加热或冷却由一种状态变为另一种状态。每一种变化都有你必须正确使用的名称：

• 熔化，固态到液态（吸热）。
• 凝固，液态到固态（放热）。
• 沸腾／蒸发，液态到气态（吸热）。
• 凝结（液化），气态到液态（放热）。
• 升华，固态不经过液态直接变为气态（例如碘与干冰）；凝华是其逆过程，气态直接变为固态。

加热提供能量，使粒子运动加剧、彼此挣脱；冷却则移走能量，让吸引力把粒子拉回更有序的状态。

状态变化时温度为何保持不变

这正是考试所考的关键观念。当你加热一种纯固体时，它的温度上升，直到达到熔点。

在固体熔化的过程中，即使仍在供热，温度仍保持不变。原因是：所吸收的热能被用来克服粒子之间的吸引力（增加它们的势能），而不是增加它们的动能。

由于动能不变，而温度取决于平均动能，所以温度保持不变。等到全部固体都熔化后，温度再次上升，直到沸点，在液体沸腾时第二次保持不变。

冷却时会出现镜像的情形：在凝固点，液体凝固时温度保持不变，因为吸引力重新形成时放出热。放出的这些能量使温度维持稳定，直到状态变化完成。

定义。 熔点是固体变为液体时的恒定温度；沸点是液体变为气体时的恒定温度；对纯物质而言凝固点等于熔点。加热或冷却曲在线的水平段（平台）标志着一次状态变化，其间固体与液体（或液体与气体）共存。

例题

题目。 把固体萘加热至熔化，再让它冷却。

在冷却曲在线，温度先下降，然后在 80 °C 保持不变几分钟，接着再次下降。请从粒子角度解释在 80 °C 的水平段里发生了什么。

第一步，辨认状态变化。 物质正在冷却，水平段又处在凝固点，所以在 80 °C，液态萘正凝固成固态萘。

第二步，解释温度为何不变。 凝固时粒子逐渐靠拢、形成有序的排列，所以吸引力正在形成，同时向周围放出热能。

第三步，把能量与温度联系起来。 放出的热恰好抵消散失到周围的热，所以粒子的平均动能不变，温度在 80 °C 保持不变，直到全部液体都变成固体。

答案。 水平段里液体正在凝固；温度在 80 °C（凝固点）保持不变，是因为吸引力形成时放出的热能维持了温度稳定，直到状态变化完成。

练习题

题目。 一种纯固体被稳定地加热。

它的温度升到 53 °C，在那里保持四分钟才再次上升。请说出这四分钟里发生的过程的名称，说出 53 °C 是什么温度，并解释为什么继续加热而温度却不上升。

答案。 该过程是熔化，53 °C 是这种固体的熔点。温度不上升，是因为所供的热能被用来克服粒子之间的吸引力，使它们能彼此分开（增加势能），而不是增加动能；由于平均动能不变，温度便保持不变，直到全部固体熔化。

考试提示

对加热与冷却曲线题，先看清物质是在被加热（温度总体上升、吸收能量）还是在被冷却（温度总体下降、放出能量），这能告诉你平台是熔化／沸腾，还是凝固／凝结。然后每次都用同样的措辞给出温度不变的理由：热能被用来克服（或作为放出）粒子之间的吸引力，所以动能，因而温度，不变。

一个常丢的分是写成物质「停止吸热」；其实并没有，能量仍在流动，只是它改变的是势能，而不是动能。

蒸发与沸腾的区别

题目常考蒸发与沸腾的区别，要把两者分清。蒸发只发生在液体的表面，可在沸点以下的任何温度发生，过程缓慢；只有表面上动能足够大的粒子才逸出成为蒸气。

沸腾发生在固定的沸点，遍及整个液体（气泡在液体内部形成，而不只在表面），过程迅速。两者都吸热，但只有沸腾发生在某一恒定温度。

弄清这一点，你就能用正确的术语回答关于晾衣服（蒸发）与锅里的水冒泡（沸腾）之类的问题。

关于升华，请记住常考的例子：碘与干冰（固态二氧化碳）受热时由固态直接变为气态，不经过液态，这在提纯技术中很有用，正确举出一个例子往往就能拿到一个轻松的分。

本节定位

本条标准承接**物质与物质动理论，位于物质与原子结构一章之内。请用复习笔记把它与整章一起复习，并用例题**练习看图。

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快速回顾

• 熔化、凝固、沸腾、凝结与升华是状态变化；要清楚哪些吸热、哪些放热。
• 状态变化时温度不变，是因为能量在克服或形成吸引力，而非改变动能。
• 加热／冷却曲在线的平台标志一次状态变化，其间两种状态共存。
• 解释温度不变时，始终从吸引力与不变的动能来说。