开水和凉水哪个先冻成冰块？
个人认为，开水先冻成冰块。
在同样的外部条件下，较冷的水总会溶解更多的气体，而溶解在水中的气体分子会使周围的水分子排列得更紧密，从而抑制水的对流，使冷水的冻结速度比热水慢。
蒸发作用
热水会因蒸发而失去质量，在蒸发过程中，热水的热量会更快地释放出来。质量越小，冷却速度越快，热水冻结速度越快。
热梯度问题
我们把一杯水放入冰箱后，杯子里的水的冷却范围不均匀。具体表现为靠近杯壁的水会迅速降温，但内部水温下降很小，所以两者之间的温度会有差异，从而形成热梯度，有利于水的对流。
在连续冷却过程中，这种热梯度始终存在，温度越高，热梯度越大，内部对流也就越强。因此，热水比冷水冷却得快。当热水的温度同时下降到与冷水相同的温度时，热水内部的对流仍然比冷水强（类似于惯性效应），因此比冷水更快地冻结地面。
过冷水
水冻结有两个条件：一是温度低于零摄氏度；二是必须有晶核。晶核是指水结晶所必需的固体颗粒。它可以是水中的一种杂质，也可以在水中通过外力自发生成。因此，可以说，在水中不含杂质，不受外界能量影响的情况下，水在零摄氏度以下可以保持液态。这种水叫做过冷水。
需要注意的是，当水中杂质较少时，过冷水仍然可以形成。过冷水需要低温冷冻。实验表明，在这种情况下，冷水的过冷温度总是低于热水的过冷温度。
例如，如果冷水需要零下8摄氏度才能结冰，而热水只需要零下2摄氏度，那么当冷水和热水的温度都降到零下2摄氏度时，热水就会结冰，而冷水则会继续保持液态。即使在同一时间，寒冷的温度已经下降到零下7摄氏度，而热水刚刚下降到零下2摄氏度。在这种情况下，虽然冷水温度较低，但热水的冻结速度仍然较快。
分子解释
一个水分子是由一个氧原子和两个氢原子通过一个“共价键”组成的。简单地说，“共价键”是两个或多个原子共享外层电子而形成的化学结构。由于共享电子停留在氧原子这一端的时间比停留在氢原子末端的时间长得多，所以水分子的氧原子基本上是负电荷的，而氢原子是带正电荷的。
在这种情况下，多个水分子会互相吸引。这种相互作用被称为“氢键”。科学家发现，温度会影响液态水中“共价键”和“氢键”的长度，即热水的“氢键”比冷水长，“共价键”比冷水短。
也就是说，随着温度的降低，水分子中的“共价键”会变长，而水分子之间的“氢键”会变短。需要注意的是，这实际上是一个能量释放的过程，随着持续的冷却过程，能量释放的速度将成倍增加。
我们把一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱后，由于热水的“氢键”较长，“共价键”较短，因此这杯热水的初始能量释放值高于冷水。因此，在同一时间段内，热水的能量释放速率将超过冷水，冻结速度将更快。
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2024-03-11 广告
