给碘加热 它一定升华吗？

苏科版物理八年级上册第二章“物态变化”第四节采用如图1观察“碘锤”中的物态变化，引入升华和凝华的概念。那么，碘在加热的过程中,碘的温度已经超过它的熔点，实验过程中为什么只看到气态碘，没有看到液态碘呢？笔者针对此问题，做如下的探讨和分析。1问题呈现我们采用图1的装置进行实验时，发现加热过程中碘晶粒逐渐减少，同时逐渐出现紫色碘蒸汽，而且中途未发现有液态的碘出现；采用图2装置进行实验时，在试管中同时观察到了液态碘和气态碘。问题1：碘升华实验为何采用密封的“碘锤”加热演示，而不将碘直接放入密闭试管（如图2）中加热？问题2：为什么碘锤中的碘只升华不熔化？碘量是多点好还是少点好？问题3：能否用控制温度的办法让碘只升华而不熔化？2观点支撑升华与熔化都是物态变化，虽没本质的区别，但它们发生的条件及特点不同，笔者总结有以下四点：（1）升华在物体表面发生；（2）升华可以在任何温度下进行；（3）一般情况下温度越高，升华越快；（4）碘的熔化需要达到碘的熔点并继续吸热。3探讨与分析（1）在演示碘的升华实验时，采用密封的“碘锤”加热，而不将碘放入的密闭试管中进行实验，主要是将碘放到密封的“碘锤”中加热相比放在试管中加热有这样几个优点：①碘锤的密封性比试管好。碘蒸气有刺激性气味，具有一定的腐蚀性，属于有毒气体，放在密封的“碘锤”中加热，使碘蒸气不易溢出；如果采用试管进行实验，碘很不容易保存，极易升华一部分到空气中，可能具有一定危险。②“碘锤”中的碘可以重复使用。由于碘锤的对称性设计，在给碘锤加热时会让碘在“碘锤”的一端升华，停止加热后几乎全部在另一端凝华，而在下次使用时，将碘锤倒过来加热即可；但试管下端的碘升华后会在试管口凝华，却不方便从试管口对碘进行加热。③更容易说明碘升华吸热，凝华放热。由于“碘锤”上下都有凹槽，对“碘锤”中的碘加热，当看到紫色的碘蒸气充满整个空间时，停止加热，并在“碘锤”上部凹槽滴入适量冷水，会看到紫色碘蒸气减少，而碘锤上部碘粒明显增多，说明碘升华吸热，凝华放热。所以，采用密封的“碘锤”进行实验演示更优于采用密闭的试管进行实验演示。（2）如图1，采用“碘锤”给碘直接加热，发现黑色的碘直接变成紫色的碘蒸气，中途没有出现液态的碘；而采用图2中的密闭试管进行实验，对试管中的碘直接加热时，发现试管中出现了液态的碘，说明固体的碘熔化了。在该过程中了解到，单质碘是紫黑色有金属光泽的鳞片状晶体，熔点为113.5℃，沸点为184.35℃，液态温度区间为70.85℃，区间较小，易升华为紫色碘蒸气。对“碘锤”中少量的碘晶粒加热后，碘的温度升高，由于升华可以在任何温度下进行，并且一般情况下温度越高，升华越快，所以少量的碘在温度达到它的熔点前已经全部升华为碘蒸汽；而在试管中碘较多，并且升华是从物体表面发生的，在加热的过程中下面的碘还没有升华完，已经达到了碘的熔点，于是开始熔化，因此出现了液态的碘。所以，为了成功演示碘的升华实验，我们需要用极少量的碘晶粒即可，不宜在“碘锤”中放太多碘。（3）为了用控制温度的方法，做只升华不液化实验，我们设计如图3所示实验装置。将与图2中相同的碘放入试管中，并将密闭的试管放入装有适量水的烧杯中，通过水浴法对试管中的碘加热，发现试管中逐渐出现了紫色的碘蒸气，而且并没出现液态的碘。在该过程中了解到：水沸腾时继续吸热，但温度保持不变，且低于碘的熔点，所以碘不会熔化。因此，采用水浴法加热，控制水温不超过碘的熔点，即可让碘只发生升华而不会发生熔化。