0度水比0度冰的密度大,爲什麼冰在融化時水分子的分子勢能變大?分子間隔不是變小嗎?

題目：

0度水比0度冰的密度大,爲什麼冰在融化時水分子的分子勢能變大?分子間隔不是變小嗎?

解答：

先從固態的冰（0℃）說起：一定質量的冰處於固體狀態（0℃）時,全部水分子締合在一起形成四面體結構,其中有較大的空隙,故密度較小,體積較大.將冰加熱熔化成水時,締合水分子中的一些氫鍵斷裂,體積減小,由於克服結合力做功要消耗一部分能量,所以分子之間勢能增加.實際上,0℃的水中大約只有15％的氫鍵斷裂.水中仍然存在約85％的大的締合水分子.若繼續加熱0℃的水,隨著水溫度的升高（約0℃～4℃）,大的締合水分子逐漸變爲小的締合水分子或單個水分子,這時締合水分子分解時仍然要克服結合力做功,因而分子間總勢能還要增加.這些小的締合水分子或單個水分子,受氫鍵的影響較小,可以任意排列和運動,不能形成「透空」結構,所以水的總體積減小.當水溫升高的過程中,一方面,締合數小的締合水分子、單個水分子在水中的比例逐漸增加,水的體積隨之減小.分子間總勢能增加.隨著溫度的升高（大於4℃）,水分子的熱運動加快,使得單個分子之間的平均距離加大,體積增大,分子勢能也增加（此時分子勢能的變化與物體熱脹冷縮時的原理相同）.在0℃～4℃的過程中,由締合水分子氫鍵斷裂引起水的體積減小的趨勢,比由分子熱運動速度加快引起水的體積增大的趨勢更大,因此,在0℃～4℃的範圍內,水的體積隨溫度的升高而減小,表現爲反常膨脹,但其分子間總勢能卻是增加的,這是由於克服締合水分子間的結合力做功而引起的.當水的溫度大於4℃時,水發生的是熱脹冷縮現象.
總體上說,一定質量的物體（固態或液態）溫度升高時無論體積如何變化,其分子勢能都是增加的.我們不能簡單地從固體或液體的體積變化上判斷分子的勢能是增加還是減小,而應該從體積變化的原因上去分析,才能抓住問題的本質,而且讓學生弄清爲什麼物體溫度升高分子勢能一定增加的道理.