题目
小明学习了燃料的热值后,很想知道家中使用的天然气的热值是多少?但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是,他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧,用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中,观察到天然气表的数字变化了0.035m3。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%,已知水的比热容c水=4.2×103J/(kg•℃)。求:(1)在这个过程中水吸收了多少热量?(2)天然气燃烧放出的热量为多少?(3)请帮小明计算出天然气的热值。
小明学习了燃料的热值后,很想知道家中使用的天然气的热值是多少?但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是,他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧,用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中,观察到天然气表的数字变化了0.035m3。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%,已知水的比热容c水=4.2×103J/(kg•℃)。求:(1)在这个过程中水吸收了多少热量?
(2)天然气燃烧放出的热量为多少?
(3)请帮小明计算出天然气的热值。
题目解答
答案
解:(1)水吸收的热量:Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(80℃-20℃)=5.04×105J;
(2)由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$可知,天然气完全燃烧放出的热量:Q放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{5.04×1{0}^{5}J}{36%}$=1.4×106J;
(3)由Q放=Vq可知,天然气的热值:q天然气=$\frac{{Q}_{放}}{{V}_{天然气}}$=$\frac{1.4×1{0}^{6}J}{0.035}$=4.0×107J/m3。
答:(1)在这个过程中水吸收的热量为5.04×105J;
(2)天然气燃烧放出的热量为1.4×106J;
(3)天然气的热值为4.0×107J/m3。
(2)由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$可知,天然气完全燃烧放出的热量:Q放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{5.04×1{0}^{5}J}{36%}$=1.4×106J;
(3)由Q放=Vq可知,天然气的热值:q天然气=$\frac{{Q}_{放}}{{V}_{天然气}}$=$\frac{1.4×1{0}^{6}J}{0.035}$=4.0×107J/m3。
答:(1)在这个过程中水吸收的热量为5.04×105J;
(2)天然气燃烧放出的热量为1.4×106J;
(3)天然气的热值为4.0×107J/m3。
解析
考查要点:本题主要考查热量计算、热效率的应用以及燃料热值的计算。
解题思路:
- 水吸收的热量:利用公式 $Q_{\text{吸}} = cm(t-t_0)$,需注意温度差的计算。
- 天然气燃烧的总热量:通过效率公式 $\eta = \frac{Q_{\text{吸}}}{Q_{\text{放}}}$ 反推,需注意效率是百分比形式。
- 热值计算:根据公式 $Q_{\text{放}} = qV$ 变形求解,需注意单位统一。
关键点:效率的应用(吸收的热量是总热量的一部分)、公式变形的准确性、单位换算的规范性。
第(1)题
水吸收的热量
- 公式选择:水的比热容公式 $Q_{\text{吸}} = cm(t-t_0)$。
- 代入数据:
- 水的质量 $m = 2 \, \text{kg}$
- 比热容 $c = 4.2 \times 10^3 \, \text{J/(kg·℃)}$
- 温度变化 $\Delta t = 80℃ - 20℃ = 60℃$
- 计算:
$Q_{\text{吸}} = 4.2 \times 10^3 \times 2 \times 60 = 5.04 \times 10^5 \, \text{J}$
第(2)题
天然气燃烧的总热量
- 效率公式:$\eta = \frac{Q_{\text{吸}}}{Q_{\text{放}}}$,变形得 $Q_{\text{放}} = \frac{Q_{\text{吸}}}{\eta}$。
- 代入数据:
- $Q_{\text{吸}} = 5.04 \times 10^5 \, \text{J}$
- 效率 $\eta = 36\% = 0.36$
- 计算:
$Q_{\text{放}} = \frac{5.04 \times 10^5}{0.36} = 1.4 \times 10^6 \, \text{J}$
第(3)题
天然气的热值
- 热值公式:$Q_{\text{放}} = qV$,变形得 $q = \frac{Q_{\text{放}}}{V}$。
- 代入数据:
- $Q_{\text{放}} = 1.4 \times 10^6 \, \text{J}$
- 体积 $V = 0.035 \, \text{m}^3$
- 计算:
$q = \frac{1.4 \times 10^6}{0.035} = 4.0 \times 10^7 \, \text{J/m}^3$