典题14:有20g温度为-15℃的冰与8g温度为20℃的水混合,我们要求解混合后的最终温度。
选项分析:
A. 可能是0℃以上。
B. 或许是0℃以下。
C. 最终温度为0℃。
D. 无法判断确切温度,但可通过计算来理解。
解析:要解答这个问题,我们无需确切知道最终温度是多少,而是通过计算来判断冰是否会完全融化。我们将以0℃为基准进行计算。
第一步,计算8g水降温至0℃所放出的热量:
已知水的质量为8g,换算为公斤是0.008kg。已知水的比热容为c水=4.2x10³J/kg·℃,初始温度为20℃,目标温度为0℃。
计算温度差:△t水 = t水1 - t水2 = 20℃ - 0℃ = 20℃。
根据热量公式计算放出的热量:Q放 = c水 × m水 × △t水。
第二步,计算20g冰由-15℃上升到0℃所吸收的热量:
已知冰的质量为20g,换算为公斤是0.02kg。已知冰的比热容为c冰=2.1x10³J/kg·℃,初始温度为-15℃,目标温度为0℃。
计算温度差:△t冰 = t冰2 - t冰1 = 0℃ - (-15℃) = 15℃。
同样根据热量公式计算吸收的热量:Q吸 = c冰 × m冰 × △t冰。
第三步,比较Q放与Q吸的大小关系,确定剩余热量的用途。
由于Q放 > Q吸,说明有剩余的热量。这部分热量将用于冰的融化。
第四步,计算冰的融化热及可融化冰的质量。
已知冰的融化热L冰=3.36×10⁵J/㎏。利用剩余热量计算可融化的冰的质量。
结论:最终混合物的状态是冰水混合物,其温度为0℃。答案选项C正确。
小结:当冰与水混合时,最终状态可能有三种:①全部为冰,②全部为水,③冰水混合。对于这类问题,通常采用假设法,即先假设混合后的温度为0℃,再比较水的放热与冰的吸热值的大小关系。