Question

【題目】一個密閉容器內盛有水（未滿），處于平衡狀態．已知水在14℃時的飽和蒸氣壓為12.0mmHg ． 設水蒸氣分子碰到水面時都變成水，氣體分子的平均速率與氣體的熱力學溫度的平方根成正比，試近似計算在100℃和14℃時，單位時間內通過單位面積水面的蒸發變成水蒸氣分子之比 等于多少？（取一位有效數字）

Answer 1

【答案】解答：根據克拉伯龍方程公式P0V=NRT 得水蒸氣在T K時單位體積內的水蒸氣的分子的量A= ①
單位體積內分子的個數：N=NAA ②
空氣分子視為以各自的速度運動的剛性小球，在該的假設條件下，單位時間內能夠與液面相撞的小球的數量可以認為是水的凝結速率，該速率等于水的蒸發速率．
選取以液面為底面積的邊長L=1m立方體空氣柱為研究對象，以垂直液面的方向為X軸建立坐標系，則由于要研究的水蒸氣的數目巨大，沿各個方向運動的粒子的數目近似相同，所以有近似N/6的水分子是向著水面運動的，
所以向著水面運動的分子全部落入水中的時間：t=1/V ③
又有題目知：平均速率與氣體的熱力學溫度的平方根成正比，即：
④
所以單位時間內落入水面的分子的數目：
已知水在14℃（287K）時的飽和蒸氣壓為12.0mmHg ． 在100℃（373K）時的飽和蒸汽壓是760.0mmHg ．
所以： =55.55
答：單位時間內通過單位面積水面的蒸發變成水蒸氣分子之比 等于55.55．
【解析】在給定的溫度壓強下水的飽和蒸汽壓是可以通過實驗測出來的．測得水的飽和蒸汽壓后，由理想氣體方程出發可以得到該溫度壓強下水的飽和蒸汽的濃度（指的是單位體積內的水分子的物質的量）．假設水的飽和蒸汽產生的分壓為P0 ， 根據公式P0V=NRT 得 濃度A= 從氣體的熱統計學角度求出單位時間內的凝結速率，我們也就得到了水在該溫度壓強下的蒸發速率．為了計算這個具體數值，我們將空氣分子視為以各自的速度運動的剛性小球，在該的假設條件下，單位時間內能夠與液面相撞的小球的數量可以認為是水的凝結速率，該速率等于水的蒸發速率．