【已解決】 一杯水放在-5攝氏度的密閉環(huán)境中，水最終什么狀態(tài)存在？
最佳答案 2025-02-27 00:00
在密閉環(huán)境中，當一杯水被置于-5攝氏度時，其最終狀態(tài)取決于相平衡和壓力變化。以下是關鍵分析步驟：
相變基礎：在標準大氣壓下，水的冰點為0°C。當溫度低于0°C時，水通常會結(jié)冰。然而，密閉環(huán)境會導致壓力變化，可能影響相態(tài)。
體積膨脹與壓力：水結(jié)冰時體積膨脹約9%。在密閉容器中，體積膨脹會導致內(nèi)部壓力升高。根據(jù)克拉佩龍方程，壓力增加會降低冰的熔點。但在普通容器中，壓力難以達到使冰在-5°C融化的程度（約需683.5 bar）。
蒸氣壓平衡：在-5°C時，冰的飽和蒸氣壓約為401.7帕（約0.004 atm）。密閉環(huán)境中，水蒸氣會逐漸達到此平衡壓力，與冰共存。
液態(tài)水的穩(wěn)定性：溫度低于冰點且壓力不足以維持液態(tài)水存在時，液態(tài)水無法穩(wěn)定存在。即使初始有液態(tài)水，最終會完全結(jié)冰，同時蒸氣壓力由冰的蒸氣壓決定。
結(jié)論：在-5°C的密閉環(huán)境中，水最終會以固態(tài)冰和氣態(tài)水蒸氣共存的狀態(tài)存在。液態(tài)水因溫度低于冰點且壓力不足而完全轉(zhuǎn)化為冰，同時冰的飽和蒸氣壓維持微量水蒸氣。
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